Brevet FR2888133A1 — publié le 20070112

La présente invention concerne un diffuseur de gaz et colonne de traitement de gaz incorporant un tel diffuseur. En particulier la colonne peut être une colonne d'échange de matière et/ou de chaleur, telle qu'une colonne de distillation ou une colonne de refroidissement. Les diffuseurs de gaz sont souvent installés sur les tubulures d'entrée de gaz dans une colonne d'échange de matière et/ou de chaleur. Ils permettent une répartition homogène du gaz sur toute la section de la colonne en limitant la perturbation d'un niveau liquide en cuve et peuvent éviter l'emploi d'un distributeur. W003/070348 décrit un appareil dans lequel le débit gazeux est introduit au centre de la section de la colonne par un diffuseur comprenant des vantelles coaxiales qui dirigent le débit gazeux sur toute la section. US6641700 et US4490215 décrivent une colonne de traitement de gaz dans lequel le débit gazeux est dirigé vers le bas de la colonne par un ou plusieurs déflecteurs. Il est un but de la présente invention de pallier les défauts des diffuseurs de l'art antérieur. Selon un objet de l'invention, il est prévu un diffuseur de gaz comprenant une surface plane éventuellement rectangulaire, deux parois latérales rattachées à la surface plane, une entrée de gaz dans l'espace formée par la surface plane et les parois latérales et une pluralité de vantelles rattachées aux parois latérales et/ou à la surface plane orientées de sorte qu'un gaz envoyé dans l'espace entre la surface plane et les parois latérales soit dirigé en dehors de cet espace. Selon d'autres aspects facultatifs: - les vantelles sont substantiellement identiques. - au moins une première vantelle est plus proche de la surface plane qu'une deuxième vantelle. - la vantelle la plus proche de la surface plane est la plus éloignée de l'entrée de gaz et/ou la vantelle la plus éloignée de la surface plane est la plus proche de l'entrée de gaz. - l'entrée de gaz est formée par une tubulure cylindrique de rayon d et le diffuseur a une longueur d'entre 3d et 4d; - l'entrée de gaz est formée par une tubulure cylindrique de rayon d et les vantelles sont des arcs de cercle ayant un rayon entre d/2 et d/4. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu une colonne de traitement de gaz comportant des moyens de diffusion constitués par une série de vantelles courbes orientées de sorte qu'un gaz rentrant dans la colonne est dirigé par les vantelles vers le bas de la colonne. Selon d'autres aspects facultatifs, il y a: - des moyens pour empêcher le gaz rentrant dans la colonne de monter directement dans la colonne. o Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu une colonne de traitement de gaz comportant des moyens de diffusion constitués par une série de vantelles courbes orientées de sorte qu'un gaz rentrant dans la colonne est dirigé par les vantelles vers le bas de la colonne, la colonne étant une colonne d'échange de matière et/ou de chaleur entre au moins un gaz et au moins un liquide. Selon un autre aspect de l'invention, il est prévu un procédé de diffusion de gaz à l'intérieur d'une colonne dans lequel le gaz admis dans la colonne par une tubulure est dirigé vers le bas de la colonne, de préférence uniquement vers le bas de la colonne, au moyen d'une série de vantelles courbes montées à l'intérieur de la colonne. Les vantelles peuvent être à des hauteurs différentes. L'invention sera décrite en plus de détail en se référant aux figures. Les Figures 1 à 3 montrent un diffuseur selon l'invention et la Figure 4 une colonne selon l'invention. La Figure 1 montre un diffuseur à monter dans une colonne de traitement de gaz. Il s'agit d'un élément comprenant un côté rectangulaire 5 dont les bords les plus longs sont rattachés chacun à un côté triangulaire 9. Les côtés triangulaires 9 sont identiques et de même longueur que le côté rectangulaire. Les côtés triangulaires 9 ont un angle droit dont un bord forme l'entrée du diffuseur. Le bord le plus long 21 de chaque côté triangulaire forme un angle aigu avec le côté rectangulaire. A l'intérieur du diffuseur sont fixés au moins trois vantelles courbes, espacées les unes des autres. Selon l'exemple de la figure, elles sont cinq 7A, 7B, 7C, 7D, 7E. Ces vantelles sont substantiellement identiques et sont formées d'un rectangle courbe. De préférence, comme l'on voit à la figure, une des vantelles est formée en courbant une extrémité du côté rectangulaire 5. Tous les éléments du diffuseur sont de préférence réalisés dans le matériau de l'équipement (par exemple de l'aluminium ou de l'acier inoxydable) 5 et soudés les uns aux autres. La tubulure d'entrée de gaz 1 peut être intégrée ou non au diffuseur 3. En usage, le gaz entre par la tubulure 1 et est dirigé vers le bas par la série de vantelles courbes, le côté 5 empêchant le gaz de monter directement dans la colonne. La Figure 2 montre le diffuseur de la Figure 1 vu en bout. On remarque que la dernière vantelle 7E descend plus bas que le côté triangulaire 9. La Figure 3 montre le diffuseur en place fixé à la virole 11 de la colonne. La virole est percée pour permettre l'entrée de gaz par la tubulure 1 et les côtés 5 et 9 du diffuseur sont également fixés à la virole de manière étanche. Le côté 5 s'étend perpendiculairement à l'axe de la virole et les côtés triangulaires sont verticaux. Si la tubulure a un diamètre d, le diffuseur a une longueur de 3d à 4d. Les vantelles sont des arcs de cercle, le cercle ayant un rayon d'entre d/2 et d/4. La Figure 4 montre une colonne de traitement de gaz incorporant un 20 diffuseur selon l'invention. La colonne est un élément cylindrique ayant des viroles 11 positionnées sur le sol 13 au moyen des parois 15. En cuve de la colonne, du liquide 17 s'accumule en dessous de l'arrivée de gaz. Le gaz arrive à travers le diffuseur décrit dans les figures précédentes. La longueur du diffuseur 3 est de 80 à 150 % du rayon de la section de la colonne. Ainsi le gaz provenant de la première vantelle arrive substantiellement au-delà du milieu de la section de la colonne. Au-dessus de l'arrivée de gaz, il y a une section 11 d'éléments favorisant l'échange de matière et/ou de chaleur, par exemple des garnissages structurés 30 ou en vrac ou des plateaux. Dans une colonne de distillation, le gaz sera le mélange gazeux d'alimentation et sera séparé au moyen des éléments favorisant l'échange de matière et de chaleur pour former un gaz enrichi en un composant plus volatil du mélange et le liquide enrichi en un composant moins volatil du mélange. L'invention s'applique en particulier aux colonnes de séparation d'air par distillation cryogénique, où la colonne de la Figure 4 serait la colonne haute pression d'une double ou triple colonne. Or la colonne pourrait également être une colonne d'argon alimentée à partir de la colonne basse pression voire une colonne de mélange. Il sera aisément compris que l'invention s'applique également à d'autres types de distillation cryogéniques, telle que la séparation des mélanges ayant pour composants principaux de l'hydrogène, du monoxyde de carbone, du méthane et éventuellement de l'azote. Le débit gazeux peut également être un débit d'air ou d'azote envoyé dans une colonne qui sert de tour de refroidissement par échange de chaleur avec de l'eau ou un autre fluide froid. Dans ce cas la colonne sert uniquement comme colonne d'échange de chaleur. Ce genre de colonne sert souvent dans un appareil de séparation d'air à préfroidir l'air. REVENDICATIONS 1. Diffuseur de gaz comprenant une surface plane (5) éventuellement rectangulaire, deux parois latérales (9) rattachées à la surface plane, une entrée de gaz (1) dans l'espace formée par la surface plane et les parois latérales et une pluralité de vantelles (7A à E) rattachées aux parois latérales et/ou à la surface plane orientées de sorte qu'un gaz envoyé dans l'espace entre la surface plane et les parois latérales soit dirigé en dehors de cet espace. 2. Diffuseur selon la revendication 1 dans lequel les vantelles (7A à E) sont substantiellement identiques. 3. Diffuseur selon la revendication 1 et 2 dans lequel au moins une première vantelle (7A à D) est plus proche de la surface plane qu'une deuxième vantelle (7B à E). 4. Diffuseur selon la revendication 3 dans lequel la vantelle la plus proche (7A) de la surface plane (5) est la plus éloignée de l'entrée de gaz (1) et/ou la vantelle la plus éloignée (7E)de la surface plane est la plus proche de l'entrée de gaz. 5. Diffuseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'entrée de gaz (1) est formée par une tubulure cylindrique de rayon d et le diffuseur a une longueur d'entre 3d et 4d. 6. Diffuseur selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'entrée de gaz (1) est formée par une tubulure cylindrique de rayon d et les vantelles (7A à E) sont des arcs de cercle ayant un rayon entre d/2 et d/4. 7. Colonne de distillation comprenant un diffuseur selon l'une des revendications 1 à 6. 8. Colonne de distillation d'air selon la revendication 7. 9. Appareil de séparation d'air comprenant une colonne selon la revendication 8.