Brevet FR2977807A1 — publié le 20130118

DISPOSITIF D'ADSORPTION DE COMPOSES A PARTIR D'UNE ALIMENTATION GAZEUSE La présente invention se rapporte à un dispositif d'adsorption pour l'élimination de composés gazeux à partir d'une alimentation gazeuse à traiter. Lorsqu'une alimentation gazeuse contient des composés gazeux qu'il faut éliminer, l'alimentation gazeuse est passée au travers d'un lit d'agent adsorbant. Celui-ci est traditionnellement contenu dans une cuve d'adsorption et adsorbe les composés gazeux à éliminer. La cuve d'adsorption comprend donc une entrée d'alimentation gazeuse ainsi qu'une sortie de ladite alimentation gazeuse appauvrie en composés gazeux situées de part et d'autre dudit agent adsorbant contenu dans ladite cuve. Généralement la partie inférieure de la cuve d'adsorption contenant ledit agent adsorbant est de forme substantiellement conique afin de minimiser les zones mortes qui contiendraient de l'agent adsorbant non traversé par ladite alimentation gazeuse à traiter. Par cette forme conique, d'une part, lors de la vidange, un ou plusieurs clapet ou vanne situé à proximité du sommet du cône est ouvert et l'agent adsorbant est ainsi évacué facilement vers un conteneur. La partie inférieure conique sert donc « d'entonnoir » et assure une évacuation optimale de l'agent adsorbant. D'autre part, que l'alimentation gazeuse à traiter ait lieu dans une partie inférieure ou supérieure de la cuve d'adsorption, la présence de cette zone conique de ces cuves connues peut avoir pour résultat que sur les côtés de la cuve, puisque la hauteur d'agent adsorbant est moins élevée, le gaz à traiter opte plus particulièrement pour ces chemins du haut vers le bas ou du bas vers le haut selon les positions des entrées et sorties de gaz. Dès lors, la perte de charge est inhomogène et des zones mortes d'agent adsorbant (non traversées par le gaz à traiter) surviennent. Ceci nuit fortement au rendement du dispositif d'adsorption. Dès lors, puisque le débit de l'alimentation gazeuse est relativement élevé et a pour résultat que l'alimentation gazeuse est en pratique mal répartie sur la section horizontale de la cuve d'adsorption, l'alimentation gazeuse et la force qui s'exerce sur l'agent adsorbant à cause du débit d'alimentation créent des veines d'amenée préférentielles, particulièrement localisée le long d'un axe vertical, le long des parois latérales de la cuve. La présente invention entend solutionner ce problème en procurant un dispositif d'adsorption dans lequel ladite alimentation gazeuse est répartie de manière optimale sur toute la section de la cuve d'adsorption. A cette fin, il est prévu suivant l'invention, un dispositif d'adsorption pour l'élimination de composés gazeux à partir d'une alimentation gazeuse à traiter comprenant - une cuve agencée pour contenir un agent adsorbant prévu pour adsorber lesdits composés gazeux à partir de ladite alimentation gazeuse, présentant une paroi de cuve essentiellement cylindrique dans une partie supérieure et s'amenuisant vers le bas dans une partie inférieure, - une paroi externe, entourant ladite cuve et définissant une enveloppe entre ladite paroi externe et ladite paroi de cuve, ladite paroi externe étant essentiellement cylindrique dans une partie supérieure et s'amenuisant vers le bas dans une partie inférieure. - une entrée pour un agent adsorbant, en communication avec ladite cuve, - une sortie d'agent adsorbant, en communication avec ladite cuve, dans ladite partie inférieure, agencée pour permettre la vidange et/ou le remplacement dudit agent adsorbant, - une entrée d'alimentation gazeuse à traiter, en communication avec ladite cuve, aboutissant dans ladite enveloppe, et - une sortie de ladite alimentation gazeuse appauvrie en lesdits composés gazeux, en communication avec ladite cuve, ladite partie inférieure de ladite cuve s'amenuisant vers le bas étant percée d'orifices pour permettre à l'alimentation gazeuse d'entrer en contact avec ledit agent adsorbant contenu dans ladite cuve, lesdits orifices étant répartis uniformément horizontalement, de manière circonférentielle, et étant de plus en plus espacés du bas vers le haut de ladite partie inférieure de ladite cuve s'amenuisant vers le bas. Parce que ladite partie inférieure de ladite cuve s'amenuisant vers le bas est percée d'orifices permettant à ladite alimentation gazeuse contenue dans ladite enveloppe d'entrer en contact avec ledit agent adsorbant, l'alimentation gazeuse est répartie sur la surface du cône et donc sur toute la section horizontale de la cuve cylindrique. Les orifices sont répartis uniformément de manière circonférentielle mais sont de plus en plus espacés du bas vers le haut de ladite partie inférieure de ladite cuve s'amenuisant vers le bas. Dès lors, l'alimentation gazeuse à traiter ou traitée qui aboutit dans l'enveloppe présente un débit prédéterminé qui génère une perte de charge. L'alimentation gazeuse pénètre donc grâce à l'espacement des orifices particuliers selon l'invention dans tous les orifices. L'alimentation gazeuse à traiter ou traitée pénètre plus facilement dans ceux situés à proximité du sommet du cône (c'est à-dire au point le plus bas puisque le cône est inversé) parce que les orifices sont plus nombreux. Si l'alimentation gazeuse à traiter arrive dans le haut de l'enveloppe, elle peut pénétrer par un plafond de cuve sensiblement horizontal muni d'orifices régulièrement espacés pour atteindre le lit d'agent adsorbant ou bien au- dessus d'un tel agent adsorbant. L'alimentation gazeuse pénètre donc l'agent adsorbant de manière homogène. Toutefois, la géométrie du bas de la cuve, s'amenuisant vers le bas, par la présence d'orifices plus nombreux aux environs de la partie la plus basse (au sommet de la partie s'amenuisant vers le bas) permet de pallier la voie de sortie préférentielle du gaz qui est latérale, là ou la hauteur du lit d'agent adsorbant est la plus faible. Dès lors, la perte de charge ainsi générée est plus homogène puisque la sortie du gaz traité est facilitée en zone centrale. Si l'alimentation gazeuse à traiter arrive dans le bas de l'enveloppe, le chemin préférentiel du gaz est celui le long des parois de la cuve au sein même de l'enveloppe et ensuite la long des parois de la cuve, là où la hauteur du lit d'agent adsorbant est la plus faible. La présence d'orifices peu espacés dans le bas de l'enveloppe et plus espacés dans le haut de la partie inférieure de la cuve facilite l'entrée du gaz en zone centrale du lit d'agent adsorbant et réduit alors la quantité de gaz en zone latérale. Ceci rend la perte de charge ainsi générée plus homogène. Ceci a pour effet que ladite alimentation gazeuse est répartie sur toute la section de ladite partie cylindrique de la cuve d'adsorption et que les veines préférentielles d'écoulement du gaz sont proscrites. L'efficacité de l'adsorption est ainsi fortement améliorée puisque les zones mortes sont diminuées. Par les termes coniques s'amenuisant vers le bas, on entend des parois ou sensiblement coniques, ou encore en forme de dôme ou autre qui, au sens de l'invention décrivent une partie ou un volume dont la section s'amenuise vers le bas. Les parois peuvent donc être rectilignes ou arrondies, pour abaisser le centre de gravité de la cuve et augmenter sa stabilité. Bien entendu, lorsque les parois sont rectilignes, leur effet de guidage pour la sortie de l'agent adsorbant pour la vidange de la cuve 1 est amélioré et la vidange permet la récupération pratiquement totale de l'agent adsorbant. Dans une forme de réalisation avantageuse selon l'invention, ladite partie inférieure s'amenuisant vers le bas de ladite cuve est une partie inférieure en forme de dôme inversé. Dans une variante selon l'invention, ladite partie inférieure de ladite cuve s'amenuisant vers le bas est une partie inférieure en forme de cône inversé. Dans une forme de réalisation particulièrement préférentielle, ladite partie inférieure s'amenuisant vers le bas de ladite cuve comprend une paroi horizontale percée d'orifices espacés de manière sensiblement uniforme et une paroi verticale ou inclinée percée desdits orifices de plus en plus espacés du bas vers le haut de ladite partie inférieure de ladite cuve sensiblement conique. Cette conception de la partie inférieure s'amenuisant vers le bas est particulièrement appropriée aux cuves mobiles qui sont transportées pour être vidangées ou pour que les composés adsorbés soient désorbés sur un autre site. Dans ce cas de figure, la cuve est transportée horizontalement et remise verticale pour utilisation en tant que cuve d'adsorption. Avantageusement, ladite enveloppe entre ladite paroi externe et ladite paroi de cuve essentiellement cylindrique comprend une matière isolante. De cette façon, la conception de la cuve est améliorée et l'énergie calorifique de ladite alimentation gazeuse est maintenue et peut être utilisée soit pour l'adsorption et en augmenter le rendement, soit maintenue dans l'alimentation gazeuse traitée et être utilisée/récupérée en aval du processus d'adsorption. Avantageusement, ladite enveloppe entre ladite paroi externe et ladite paroi de cuve essentiellement cylindrique est remplie entièrement de ladite matière isolante. Dans une forme de réalisation particulière selon l'invention, ladite paroi de cuve essentiellement cylindrique comprend une série d'orifices permettant à l'alimentation gazeuse d'entrer en contact avec ledit agent adsorbant contenu dans ladite cuve. Dans une variante avantageuse selon l'invention, ladite paroi de cuve et/ou ladite paroi externe sont en une matière résistante à la corrosion. Plus particulièrement, le dispositif selon l'invention comprend en outre un clapet et/ou une vanne d'évacuation dudit agent adsorbant, en communication avec ladite partie inférieure de ladite cuve et avec ladite partie inférieure de ladite paroi externe. De préférence, ledit clapet et/ou vanne d'évacuation est en communication avec la partie la plus inférieure de ladite cuve et de ladite paroi externe. De préférence, ladite entrée d'alimentation gazeuse à traiter est en communication avec une partie inférieure de ladite enveloppe et de ladite cuve, par l'intermédiaire desdits orifices et ladite sortie d'alimentation gazeuse appauvrie en lesdits composés gazeux est en communication avec une partie supérieure de ladite cuve. Alternativement, ladite sortie d'alimentation gazeuse appauvrie en lesdits composés gazeux est en communication avec une partie inférieure de ladite enveloppe et de ladite cuve, par l'intermédiaire desdits orifices et ladite entrée d'alimentation gazeuse à traiter est en communication avec une partie supérieure de ladite cuve. Dans ce cas, il est préférentiel que ladite partie supérieure de ladite cuve présente un plafond également percé d'orifices régulièrement 25 espacés. L'invention sera maintenant expliquée plus en détail en faisant référence aux figures annexées La figure 1 est une illustration schématique d'un dispositif selon l'invention dans lequel l'alimentation gazeuse est ascendante.La figure 2 est une illustration schématique d'une variante du dispositif selon l'invention dans lequel l'alimentation gazeuse est ascendante. La figure 3 est une illustration d'un autre dispositif selon l'invention dans lequel l'alimentation gazeuse est ascendante. La figure 4 est une illustration d'encore un autre dispositif selon l'invention dans lequel l'alimentation gazeuse est ascendante. La figure 5 est une illustration d'encore un autre dispositif particulièrement adapté à une cuve mobile, dans lequel l'alimentation gazeuse est ascendante. La figure 6 est une illustration d'une variante selon l'invention dans laquelle l'alimentation gazeuse est descendante. La figure 7 est une illustration d'une variante selon l'invention 15 dans laquelle l'alimentation gazeuse est descendante comprenant un plafond perforé. Sur les figures, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes références. Comme on peut le voir à la figure 1, le dispositif d'adsorption 20 selon la présente invention comprend une cuve d'adsorption 1 qui comprend une entrée d'alimentation gazeuse 2 et une sortie pour le gaz 3. La cuve d'adsorption est remplie (au moins partiellement) d'agent adsorbant 4 qui est prévu pour adsorber des composés à éliminer de ladite alimentation gazeuse, tel que par exemple des composés 25 organiques volatils. L'agent adsorbant 4 est par exemple du charbon actif. L'alimentation gazeuse pénètre par exemple ladite cuve 1 par le bas via ladite entrée 2 d'alimentation gazeuse et quitte la cuve 1 sous forme d'une alimentation gazeuse appauvrie en composés à éliminer via la sortie 3 d'alimentation gazeuse appauvrie en composés à éliminer. Cette sortie 3 se 30 trouve de préférence à l'opposé de ladite entrée 2 par rapport au lit d'adsorbant pour augmenter et optimaliser le temps de séjour de ladite alimentation gazeuse. En conséquence, le temps global de contact est augmenté et le rendement d'adsorption amélioré. La cuve d'adsorption 1 comprend une paroi de cuve essentiellement cylindrique dans une partie supérieure 5 et une partie essentiellement conique s'amenuisant vers le bas dans une partie inférieure 6. Le dispositif d'adsorption comprend en outre une paroi externe 7 entourant la cuve d'adsorption 1 et qui définit une enveloppe circonférentielle 7, entre la paroi 9 de cuve et la paroi externe. Typiquement, l'enveloppe 8, présente un remplissage d'une matière isolante 10 autour de la partie cylindrique de la cuve d'adsorption. L'enveloppe 8 présente donc une section transversale de manchon dans la partie supérieure 5 du dispositif d'adsorption et s'amenuise vers le bas dans une partie inférieure 6 sensiblement conique de la cuve d'adsorption 1 ou du dispositif d'adsorption. L'alimentation gazeuse 2 pénètre donc dans la partie inférieure 6 de la cuve, dans l'enveloppe 8. La présence des orifices 13 de plus en plus espacés du bas vers le haut a pour résultat un nombre d'orifices 13 plus important au niveau du sommet du cône de la partie inférieure 6. Ceci facilite l'entrée du gaz dans la zone centrale, autour de la sortie d'agent adsorbant 11 et réduit la quantité de gaz en zone latérale pour rendre la perte de charge du bas vers le haut homogène sur la section horizontale du lit d'agent adsorbant 4. La cuve comprend en outre une entrée d'agent adsorbant (non illustrée), dans le haut de la cuve, mais pas nécessairement au sommet pour des raisons d'accessibilité. La cuve comprend également au moins une sortie 11 d'agent adsorbant en communication avec ladite cuve d'adsorption 1 munie de moyens de fermeture 12, comme par exemple un clapet ou une vanne. Dans cette forme de réalisation illustrée à la figure 1, il y a une sortie centrale 11 d'agent adsorbant, en communication avec la partie la plus inférieure de la cuve. Dans la variante illustrée à la figure 2, il y a deux sorties 11 d'agent adsorbant, en communication avec la partie inférieure 6 de la cuve 1 fermées par une vanne 12. Comme mentionné précédemment, la cuve comprend une alimentation gazeuse 2 qui communique avec la partie inférieure de la cuve 1. L'alimentation gazeuse 2 aboutit dans l'enveloppe 8 dans la partie inférieure 8 et pénètre dans la cuve 1 par le biais d'orifice 13. Ces orifices 13 permettent donc l'entrée de l'alimentation gazeuse dans la cuve 1 pour que celle-ci entre en contact avec l'agent adsorbant 4. Les orifices 13 sont répartis uniformément horizontalement sur la partie substantiellement horizontalement sur la partie substantiellement conique (partie inférieure 6) et sont de plus en plus espacés du bas vers le haut de la partie s'amenuisant vers le bas (c'est-à-dire la partie latérale du dôme). Cette répartition avantageuse et particulière des orifices 13 de passage de gaz permet la constance de la perte de charge et donc du débit de gaz en tout point de la cuve puisqu'aux endroits où le débit est plus faible, les orifices sont plus éloignés. Ceci permet d'éviter la formation de veines de passage préférentiel du gaz qui pourraient se produire lorsque divers débits existent en différents endroits. La figure 3 illustre le dispositif de la figure 1 où l'entrée de l'alimentation gazeuse 2 est centrale et les sorties d'agent adsorbant 11 sont au nombre de 2 et positionnées dans une zone plus latérales. Bien entendu, cette illustration est schématique et le bas du plancher 14 peut être plus ou moins écarté du fond de cuve selon les besoins. Ceci rend alors possible le fait d'avoir l'un à côté de l'autre l'alimentation gazeuse 2 et une ou plusieurs sorties d'agent adsorbant 11. L'entrée du gaz est alors facilitée en zone centrale, au-dessus de l'alimentation gazeuse 2. La figure 4 illustre le dispositif de la figure 2 où l'entrée de l'alimentation gazeuse 2 est latérale et la sortie d'agent adsorbant 11 est centrale. L'alimentation gazeuse 2 pénètre donc dans la partie inférieure 6 de la cuve, dans l'enveloppe 8. La présence des orifices 13 de plus en plus espacés du bas vers le haut a pour résultat un nombre d'orifices 13 plus important au niveau de la zone environnant le sommet du dôme de la partie inférieure 6. Ceci facilite l'entrée du gaz dans la zone centrale, autour de la sortie d'agent adsorbant 11 et réduit la quantité de gaz en zone latérale pour rendre la perte de charge du bas vers le haut homogène sur la section horizontale du lit d'agent adsorbant 4 La figure 5 illustre une variante du dispositif selon l'invention particulièrement avantageux pour une cuve mobile. Dans cette forme de réalisation, la partie inférieure de la cuve s'amenuise vers le bas par la présence d'une paroi horizontale 15 et d'une paroi verticale 16 en tant que plancher de la cuve 1 sur une moitié de la partie inférieure 6 de la cuve tandis que sur l'autre moitié de la partie inférieure 6 de la cuve tandis que sur l'autre moitié, le plancher s'amenuise également vers le bas par une section en forme de dôme partiel. Dès lors, le sommet du dôme est relié à la paroi latérale de la cuve d'un côté par une paroi de dôme et de l'autre côté par une paroi verticale 16 reliée à une paroi horizontale 15. Sur les parties non horizontales du plancher de la cuve, les orifices 13 sont de plus en plus espacés du bas vers le haut tandis que sur les parties horizontales du plancher, les orifices 13 sont régulièrement répartis. Les orifices 13 sont donc répartis uniformément horizontalement, de manière circonférentielle de la partie s'amenuisant vers le bas et de plus en plus espacés du bas vers le haut de la partie inférieure 6 de la cuve 1 s'amenuisant vers le bas. La figure 6 illustre le dispositif de la figure 4 dans lequel les entrées et sorties de gaz sont inversées. Le gaz a traité est donc alimenté par une entrée de gaz à traiter 2 située dans une partie supérieure de la cuve, au-dessus du lit d'agent adsorbant 4 et pénètre celui-ci de manière homogène. La présence d'orifice 13 de plus en plus nombreux aux environs de la partie la plus basse du plancher 14 permet de pallier la voie de sortie préférentielle latérale du gaz traité, c'est-à-dire là où la hauteur du lit d'agent adsorbant 4 est la plus faible. Dès lors, la perte de charge obtenue est homogène et la sortie du gaz traité dans la zone centrale, autour de la sortie d'agent adsorbant 11 par exemple, est facilitée. La figure 7 illustre une variante de la figure 6, dans laquelle un plafond de cuve 17 comprenant des orifices réguliers 13 est prévu. Dans ce cas, le gaz pénètre dans la cuve 1 au travers des orifices 13 et pénètre le lit d'agent adsorbant 4 uniformément. Il est bien entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisations décrites ci-dessus et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre des revendications annexées. REVENDICATIONS1. Dispositif d'adsorption pour l'élimination de composés gazeux à partir d'une alimentation gazeuse à traiter comprenant : une cuve (1) agencée pour contenir un agent adsorbant (4) prévu pour adsorber lesdits composés gazeux à partir de ladite alimentation gazeuse, présentant une paroi de cuve (9) essentiellement cylindrique dans une partie supérieure (5) et s'amenuisant vers le bas dans une partie inférieure (6), - une paroi externe (7), entourant ladite cuve et définissant une enveloppe (8) entre ladite paroi externe et ladite paroi de cuve (9), ladite paroi externe étant essentiellement cylindrique dans une partie supérieure et s'amenuisant vers le bas dans une partie inférieure - une entrée pour un agent adsorbant, en communication avec ladite cuve, une sortie (11) d'agent adsorbant, en communication avec ladite cuve, dans ladite partie inférieure, agencée pour permettre la vidange et/ou le remplacement dudit agent adsorbant, une entrée (2) d'alimentation gazeuse à traiter, en communication avec ladite cuve, aboutissant dans ladite enveloppe, et une sortie (3) de ladite alimentation gazeuse appauvrie en lesdits composés gazeux, en communication avec ladite cuve, ladite partie inférieure de ladite cuve s'amenuisant vers le bas étant percée d'orifices (13) pour permettre à l'alimentation gazeuse d'entrer en contact avec ledit agent adsorbant contenu dans ladite cuve, lesdits orifices étant répartis uniformément horizontalement, de manière circonférentielle, et étant de plus en plus espacés du bas vers le haut de ladite partie inférieure de ladite cuve s'amenuisant vers le bas. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans laquelle ladite partie inférieure (6) s'amenuisant vers le bas de ladite cuve est une partie inférieure en forme de dôme inversé. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans laquelle ladite partie inférieure (6) de ladite cuve s'amenuisant vers le bas est une partie inférieure en forme de cône inversé. 4. Dispositif selon la revendication 1, dans laquelle ladite partie inférieure (6) s'amenuisant vers le bas de ladite cuve comprend une paroi horizontale (15) percée d'orifices espacés de manière sensiblement uniforme et une paroi verticale ou inclinée (16) percée desdits orifices de plus en plus espacés du bas vers le haut de ladite partie inférieure de ladite cuve sensiblement conique 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel ladite enveloppe (8) entre ladite paroi externe et ladite paroi de cuve essentiellement cylindrique comprend une matière isolante (10). 6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel ladite enveloppe (8) entre ladite paroi externe et ladite paroi de cuve essentiellement cylindrique est remplie entièrement de ladite matière isolante (10). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ladite paroi de cuve (9) essentiellement cylindrique comprend une série d'orifices permettant à l'alimentation gazeuse d'entrer en contact avec ledit agent adsorbant contenu dans ladite cuve. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ladite paroi de cuve (9) et/ou ladite paroi externe (7) sont en une matière résistante à la corrosion. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre un clapet et/ou une vanne d'évacuation (12) dudit agent adsorbant, en communication avec ladite partie inférieure de ladite cuve et avec ladite partie inférieure de ladite paroi externe. 10. Dispositif selon la revendication 9, dans lequel ledit clapet et/ou vanne d'évacuation (12) est en communication avec la partie la plus inférieure de ladite cuve et de ladite paroi externe. 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel ladite entrée (2) d'alimentation gazeuse à traiter, est en communication avec une partie inférieure de ladite enveloppe et de ladite cuve, par l'intermédiaire desdits orifices et dans lequel ladite sortie (3) d'alimentation gazeuse appauvrie en lesdits composés gazeux est en communication avec une partie supérieure de ladite cuve 12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel ladite sortie (3) d'alimentation gazeuse appauvrie en lesdits composés gazeux est en communication avec une partie inférieure de ladite enveloppe et de ladite cuve, par l'intermédiaire desdits orifices et dans lequel ladite entrée (2) d'alimentation gazeuse à traiter est en communication avec une partie supérieure de ladite cuve. 13. Dispositif selon la revendication 12 dans lequel ladite partie supérieure de ladite cuve présente un plafond également percé d'orifices régulièrement espacés.