Brevet FR3005874A1 — publié le 20141128

La présente invention concerne un adsorbeur ainsi qu'un générateur de gaz comprenant un tel adsorbeur. L'invention concerne plus particulièrement un adsorbeur pour dispositif de purification de gaz à adsorption par variation de pression, comprenant au moins un lit tubulaire contenant un tamis moléculaire, le lit étant refermé à ses deux extrémités par des culasses respectivement supérieure et inférieure. Les générateurs d'un gaz de l'air pur ou très concentré (générateurs d'azote ou d'oxygène ou d'hydrogène) utilisent généralement un dispositif de type à adsorption par variation de pression (désigné par l'acronyme « PSA » en anglais). Un dispositif de type PSA utilise un ou plusieurs adsorbeurs comprenant des lits remplis de tamis moléculaire absorbant au moins une espèce chimique de l'air. Les adsorbeurs sont alimentés en air selon un cycle comprenant une adsorption suivie d'une purge pour régénérer le tamis. Les tamis moléculaires sont disposés dans des lits c'est-à-dire dans des tubes qui sont refermés à leurs extrémités par des culasses munies de circuits d'amenée de l'air et de sortie du gaz purifié et du gaz de purge. Au-delà d'une certaine taille de lits, des normes imposent une inspection périodique de l'installation. Cette inspection est relativement difficile à mettre en oeuvre car elle nécessite un démontage complet de l'appareil. Ceci est non seulement coûteux mais également potentiellement nuisible à l'intégrité du tamis moléculaire. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. A cette fin, l'adsorbeur selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le lit est constitué d'au moins deux tubes distincts empilés bout à bout entre les culasses supérieure et inférieure et en ce qu'une culasse intermédiaire est disposée entre les extrémités adjacentes de deux tubes empilés. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - la culasse intermédiaire a une forme générale plane et comprend une ouverture, deux faces opposées de la culasse intermédiaire comprenant chacune une rainure entourant l'ouverture, chaque rainure accueillant un joint d'étanchéité torique et une extrémité d'un tube, le joint d'étanchéité étant comprimé entre le fond de la rainure et une extrémité du tube correspondant pour assurer la jonction étanche des tubes adjacents, - l'adsorbeur comporte trois tubes distincts empilés entre les culasses supérieure et inférieure, - l'adsorbeur comprend plusieurs lits distincts constitués chacun de plusieurs tubes distincts empilés bout à bout entre des culasses supérieure et inférieure, chaque lit comprenant une culasse intermédiaire disposée entre chaque paire d'extrémités adjacentes de deux tubes empilés, - les lits distincts sont empilés entre une culasse supérieure unique commune aux différents lits et une culasse inférieure unique commune aux différents lits, la ou les culasses intermédiaires disposées entre chaque paire d'extrémités adjacentes de deux tubes empilés étant commune aux différents lits, - l'adsorbeur comprend trois paires de lits comprenant chacun trois tubes empilés remplis de tamis moléculaire, - les culasses supérieure et inférieure sont reliées par des organes de serrage des lits tels que des tiges filetées coopérant avec des écrous, - l'une au moins parmi la culasse supérieure et la culasse inférieure comprend un circuit interne pour l'alimentation et l'évacuation du gaz dans les lits, L'invention concerne également un générateur d'un gaz de l'air concentré comprenant au moins un adsorbeur conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après. Selon une particularité possible le générateur contient un type tamis moléculaire d'adsorption sélective de constituants de l'air autre que l'azote pour 25 générer un gaz enrichi en azote. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : 30 - la figure 1 représente une vue en perspective, schématique et partielle, d'un ensemble d'adsorbeurs illustrant un exemple de réalisation possible de l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe verticale, schématique et partielle illustrant un détail de l'adsorbeur de la figure 1, - la figure 3 représente en vue en perspective, schématique et partielle, illustrant un détail d'une culasse intermédiaire de l'adsorbeur de la figure 1, - la figure 4 représente une vue schématique et partielle d'un exemple de dispositif de purification de gaz à adsorption par variation de pression susceptible d'utiliser des adsorbeurs selon l'invention. La figure 1 représente un adsorbeur comprenant trois paires de lits 10 de zéolite. Chaque lit 10 est constitué d'une colonne tubulaire remplie de zéolite et dont les deux extrémités sont serrées entre des culasses supérieure 2 et inférieure 3 via un système de serrage comprenant, par exemple, des tiges 5 filetées et des écrous 6. La culasse 2 supérieure et/ou inférieure 3 comprend classiquement chacun un circuit 2, 13 interne pour l'alimentation et l'évacuation du gaz dans les lits 10 (cf. figure 2). Les trois paires de lits 10 (les paires de colonnes de zéolite) peuvent être utilisées selon des cycles successifs pour produire notamment un gaz enrichi (par exemple un gaz enrichi en azote ou ayant une concentration supérieure à 99%). Selon une caractéristique particulière, les lits 10 sont constitués chacun de plusieurs tubes 1 distincts empilés bout à bout entre les culasses supérieure 2 et inférieure 3. Dans cet exemple chaque lit 10 est constitué de trois tubes 1 empilés. Pour assurer le maintien et l'étanchéité entre les tubes 1 empilés une culasse 4 intermédiaire est disposée entre les deux extrémités adjacentes de deux tubes 1 empilés. Comme illustré à la figure 3, chaque culasse 4 intermédiaire comprend une ouverture 24 pour permettre la communication interne entre les deux tubes 1 adjacents. De plus, chacune de deux faces opposées de la culasse 4 intermédiaire comprend une rainure 14 située autour de l'ouverture 24. Chaque rainure 14 est prévue pour accueillir un joint d'étanchéité 24 torique respectif et une extrémité d'un tube 1. De cette façon, le joint 24 d'étanchéité est comprimé entre le fond de la rainure 14 et une extrémité du tube 1 correspondant lors du serrage du lit 10. Le volume interne d'un tube 1 d'un empilement communique avec le volume interne des autres tubes 1 de l'empilement. De cette façon le lit 10 forme un volume de stockage de zéolite constitué par la somme des volumes de stockage des tubes 1 empilés. Dans l'exemple de la figure 1 chaque lit 10 est constitué de trois tubes 1 empilés verticalement utilisant donc deux culasses 4 intermédiaires. Bien entendu, le nombre de tubes 1 empilés verticalement peut être égal à deux, trois, quatre ou plus. De façon générale, un nombre entier n de tubes peut être empilé avec n+1 culasses dont deux de ces culasses sont les culasses supérieure 2 et inférieure 3, le reste étant des culasses 4 intermédiaires. Comme représenté dans l'exemple de la figure 1, plusieurs lits 10 peuvent être groupés entre une culasse supérieure 2 unique commune aux différents lits 10 et une culasse 3 inférieure unique commune aux différents lits 10. De plus, les culasses 4 intermédiaires disposées entre chaque paire d'extrémités adjacentes de deux tubes 10 empilés sont commune aux différents lits 10. C'est-à-dire que les culasses 2, 3 d'extrémité communes comportent des circuits de gaz pour communiquer avec les différents lits 10. De même, les culasses 4 intermédiaires communes comportent une pluralité d'ouvertures 24 et de rainures 14 prévues pour les différents tubes 1 concernés. Bien entendu des culasses 4 intermédiaires distinctes pourraient être prévues pour les différents lits 10. Bien entendu, il est possible d'envisager un adsorbeur ou un ensemble d'adsorbeurs comprenant d'autres configurations c'est-à-dire un nombre différent de lits 10 (un, deux...), chaque lit 10 comprenant deux, trois ou plus de trois tubes 1 empilés. Sans que ce soit limitatif, les lits peuvent avoir des volumes géométriques de 30 à 45 litres par exemple (d'autres volumes inférieurs ou supérieurs à ces valeurs peuvent bien sûr être envisagés). Les tubes 1 peuvent avoir des dimensions de telles sortes que : - le produit de leur volume par leur pression maximum d'utilisation ne soit pas supérieur à 200 bar.litre, et - le produit de leur diamètre intérieur (en mm) par leur pression maximum d'utilisation ne soit pas supérieur à 3500 bar.mm Par exemple, un générateur utilisant cette géométrie peut utiliser des tubes jusqu'à 20 litres de volume et ayant un diamètre allant jusqu'à 350 mm pour une pression maximale d'utilisation de 10 bar.. Grâce à cette configuration de lit 10 en plusieurs tubes 1 empilés de façon démontable il est possible de s'affranchir des contraintes d'inspections de installations dépassant des seuils de taille déterminés. La structure permet ainsi d'empiler des colonnes 10 (lits) de façon fiable avec un nombre réduit de pièces. Cette structure peut être appliquée avantageusement sur des générateurs de gaz, notamment des générateurs d'azote utilisés dans l'industrie ou la viticulture. La figure 4 illustre à titre d'exemple un générateur de gaz pouvant utiliser ce type d'adsorbeur. Le générateur comprend un circuit 7 d'amenée de gaz sous pression (de l'air par exemple) comprenant une vanne 17 amont. Le circuit 7 d'amenée alimente sélectivement deux lits 10 (ou deux ensembles de lits) raccordés en parallèle via respectivement deux vannes 8 de répartition. Le gaz enrichi produit séquentiellement par les lits 10 est évacué vers un circuit 12 de sortie via respectivement deux vannes de sortie 9. Le gaz de purge des lits 10 est évacué via respectivement deux vannes 11 de purge respectives. REVENDICATIONS1. Adsorbeur pour dispositif de purification de gaz à adsorption par variation de pression, comprenant au moins un lit (10) tubulaire contenant un tamis moléculaire, le lit (10) étant refermé à ses deux extrémités par des culasses respectivement supérieure (2) et inférieure (3), caractérisé en ce que le lit (10) est constitué d'au moins deux tubes (1) distincts empilés bout à bout entre les culasses supérieure (2) et inférieure (3) et en ce qu'une culasse (4) intermédiaire est disposée entre les extrémités adjacentes de deux tubes (1) empilés. 2. Adsorbeur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la culasse (4) intermédiaire a une forme générale plane et comprend une ouverture (24), deux faces opposées de la culasse intermédiaire (4) comprenant chacune une rainure (14) entourant l'ouverture (24), chaque rainure (14) accueillant un joint d'étanchéité (124) torique et une extrémité d'un tube (1), le joint (124) d'étanchéité étant comprimé entre le fond de la rainure (14) et une extrémité du tube (1) correspondant pour assurer la jonction étanche des tubes (1) adjacents. 3. Adsorbeur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte trois tubes (1) distincts empilés entre les culasses supérieure (2) et inférieure (3). 4. Adsorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant plusieurs lits (10) distincts constitués chacun de plusieurs tubes (1) distincts empilés bout à bout entre des culasses supérieure (2) et inférieure (3), chaque lit (10) comprenant une culasse (4) intermédiaire disposée entre chaque paire d'extrémités adjacentes de deux tubes (1) empilés. 5. Adsorbeur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les lits (10) distincts sont empilés entre une culasse supérieure (2) unique commune aux différents lits (10) et une culasse (3) inférieure unique commune aux différents lits (10) et en ce que la ou les culasses (4) intermédiaires disposées entre chaque paire d'extrémités adjacentes de deux tubes (10) empilés sont commune aux différents lits (10). 6. Adsorbeur selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend trois paires de lits (10) comprenant chacun trois tubes (1) empilés remplis de tamis moléculaire. 7. Adsorbeur selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les culasses (2) supérieure et inférieure (3) sont reliées par des organes (5, 6) de serrage des lits (10) tels que des tiges (5) filetées coopérant avec des écrous (6). 8. Adsorbeur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'une au moins parmi la culasse (2) supérieure et la culasse inférieure (3) comprend un circuit (12, 13) interne pour l'alimentation et l'évacuation du gaz dans les lits (10). 9. Générateur d'un gaz de l'air concentré comprenant au moins un adsorbeur conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10.Générateur d'azote selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il contient un type tamis moléculaire d'adsorption sélective de constituants de l'air autre que l'azote pour générer un gaz enrichi en azote.