Brevet FR3007017A1 — publié le 20141219

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un mélange gazeux NO/N2 et son conditionnement subséquent dans un récipient, en particulier une ou plusieurs bouteilles de gaz. Les mélanges gazeux NO/N2 sont couramment utilisés pour traiter les vasoconstrictions pulmonaires chez l'adulte, l'enfant, et en particulier chez les nouveaux nés souffrant d'hypertension pulmonaire primitive ou chez les patients subissant une opération de chirurgie cardiaque. Ces mélanges NO/N2 sont classiquement conditionnés dans des bouteilles de gaz en acier et aluminium contenant de 100 à 1000 ppm en volume de NO et de l'azote (N2) pour le reste. Ces bouteilles ont typiquement une contenance en équivalent en eau de 2 à 50 litres. Le conditionnement, c'est-à-dire la mise en bouteille de ces mélanges, se fait dans des centres de conditionnement de gaz. Pour ce faire, on réalise un ou plusieurs mélanges de NO et d'azote jusqu'à obtenir une concentration en NO dans l'azote désirée. Cependant, il arrive que les mélanges NO/azote ainsi produits ne soient pas conformes aux spécifications du domaine médical car contenant une quantité trop importante d'impuretés, notamment de type NO2. En d'autres termes, la fiabilité des procédés de fabrication de mélanges NO/N2 classiques est souvent aléatoire. Or, les impuretés NO2 présentes dans le mélange final NO/azote produit posent un sérieux problème au plan médical car le NO2 est très toxique lorsqu'il est inhalé par un patient, même à très faibles doses, à savoir de l'ordre de quelques ppm en volume. Le problème est dès lors de proposer un procédé de fabrication de mélanges gazeux NO/N2 amélioré permettant d'assurer une bonne précision lors du mélange des composés gazeux mais aussi une fiabilité et une pureté accrues du mélange gazeux NO/N2 fabriqué puis conditionné, c'est-à-dire de pouvoir produire des mélanges NO/azote exempts ou quasi-exempts d'impuretés NO2. La solution de l'invention est alors un procédé de fabrication d'un mélange gazeux NO/N2 comprenant les étapes de : a) opérer une purification d'azote gazeux impur contenant des impuretés au moins de type 02 par : i) mise en contact de l'azote impur avec un catalyseur pour éliminer ou convertir au moins une partie des impuretés de type 02, ii) mise en contact de l'azote purifié à la sous-étape i), avec un tamis moléculaire pour éliminer au moins une partie des impuretés de type H2O issues de l'étape i), b) mélanger l'azote pur issu de l'étape a) avec du monoxyde d'azote (NO), c) obtenir un mélange formé de NO et d'azote pur contenant une teneur en NO inférieure à 20% en volume et une proportion d'impuretés de type 02 inférieure à 5 ppmv et de type H2O inférieure à 40 ppmv. Dans le cadre de la présente invention, les pressions données sont des pressions absolues, et les proportions de composés gazeux sont données en % en volume (%v) ou en ppm en volume, i.e. en ppmv. Selon le cas, le procédé de l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques techniques suivantes : - à la sous-étape i), on utilise un catalyseur au nickel. - à la sous-étape ii), on utilise un tamis moléculaire comprenant une zéolite, une alumine ou du gel de silice. - à la sous-étape iii), on utilise un filtre ayant un diamètre de pore inférieur à 100 nm, de préférence inférieur ou égal à 25 nm. - en amont de l'étape a), l'azote gazeux impur est obtenu par vaporisation d'azote liquide. - à l'étape c), on obtient un mélange formé de NO et d'azote pur contenant une proportion d'impuretés de type 02 inférieure à 1 ppmv et/ou de type H2O inférieure à 10 ppmv. - l'étape a) comprend une sous-étape supplémentaire de passage de l'azote purifié à la sous-étape ii) au travers d'au moins un filtre pour éliminer les particules solides, tel que poussières etc... - l'azote gazeux impur contient moins de 80 ppmv d'impuretés 02 et/ou moins de 100 ppmv d'impuretés H2O. - l'azote gazeux impur contient moins de 50 ppmv d'impuretés 02 et/ou moins de 67 ppmv d'impuretés H2O. - le mélange NO/N2 obtenu à l'étape c) contient une teneur en NO inférieure ou égale à 10% en volume, de préférence une teneur en NO inférieure ou égale à 8% en 10 volume, de préférence encore une teneur en NO inférieure ou égale à 5% en volume, par exemple de l'ordre de 4 %v. - à l'étape c), on obtient un mélange formé de NO et d'azote pur contenant une teneur en NO inférieure à 5% en volume et une proportion d'impuretés de type 02 inférieure à 0,5 ppmv et/ou de type H2O inférieure à 5 ppmv. 15 - à l'étape c), on obtient un mélange formé de NO et d'azote pur contenant une teneur en NO inférieure à 4% en volume et une proportion d'impuretés de type 02 inférieure à 0,1 ppmv et/ou de type H2O inférieure à 3 ppmv - le mélange NO/N2 obtenu à l'étape c) contenant une teneur en NO inférieure ou égale à 20% en volume subit une dilution supplémentaire avec de l'azote de manière à 20 obtenir un mélange final NO/N2 contenant une teneur en NO inférieure ou égale à 5000 ppmv, de préférence entre 100 et 1000 ppmv. - le mélange final NO/N2 contenant une teneur en NO inférieure ou égale à 5000 ppmv, de préférence entre 100 et 1000 ppmv, est conditionné dans un ou plusieurs récipients de stockage de gaz, en particulier des bouteilles de gaz, notamment des bouteilles 25 de gaz ayant une contenance en équivalent en eau de 2 à 50 litres. - à l'étape c), le mélange gazeux formé de NO et de N2 contient une teneur en NO inférieure ou égale à 8% en volume. - à l'étape c), le mélange gazeux formé de NO et de N2 contient une teneur en NO inférieure ou égale à 5% en volume. 30 - à l'étape c), le mélange gazeux formé de NO et de N2 contient une teneur en NO de l'ordre de 4% en volume. - le mélange gazeux final formé de NO et de N2 contient par exemple, après dilution avec de l'azote pur, 450 ppmv de NO (+/- 5%), moins de 3 ppmv de NO2, et de l'azote pour le reste et éventuellement moins de 50 ppmv de N20, et/ou moins de 450 ppmv de CO2. L'invention va maintenant être mieux comprise grâce à la description donnée ci- après en référence aux Figures annexées parmi lesquelles : - la Figure 1 schématise un mode de réalisation du procédé selon la présente invention et - la Figure 2 représente le schéma d'une installation de mise en oeuvre du procédé de l'invention. La Figure 1 schématise un mode de réalisation du procédé de fabrication selon la présente invention qui permet de produire des mélanges gazeux NO/N2 exempts ou quasiment exempts d'impuretés NO2, par exemple des mélanges gazeux NO/N2 contenant environ 4% de NO et de l'azote pour le reste. Selon ce procédé, on procède selon les étapes successives suivantes : - on fournit (en 31) de l'azote impur ayant la composition suivante : 02 50ppmv, CO 5ppmv, CO2 300 ppmv, H2O 67 ppmv et N2 pour le reste (env. 99,5 %v) - on opère une purification de l'azote gazeux impur contenant lesdites impuretés ci-dessus par : i) mise en contact (en 32) de l'azote impur avec un catalyseur au nickel par exemple 20 pour éliminer ou convertir au moins une partie des impuretés de type 02, notamment pour les convertir en vapeur d'eau ou H2O, ii) mise en contact (en 33) de l'azote purifié à la sous-étape i), avec un tamis moléculaire, tel une zéolite 10 A°, pour éliminer au moins une partie des impuretés de type H2O, soit initialement présentes dans l'azote fourni en 31, soit résultant de la conversion 25 des impuretés 02 de l'étape i) (en 32), iii) on filtre (en 34) l'azote issu de l'étape ii) pour en éliminer les particules solides éventuelles, telles des poussières résultant de l'usure par frottements et attrition des particules de tamis moléculaire lors de l'étape ii), - on récupère (en 35) de l'azote purifié débarrassé de ses impuretés gazeuses de type 30 02 et H2O, en particulier de l'azote contenant au maximum 200 ppbv d'impuretés 02, de préférence moins de 100 ppbv de 02, et au maximum 1 ppmv d'impretés H2O. L'analyse de ces impuretés est opérée en continu. - on fournit du monoxyde d'azote ou NO pur (en 30) issu d'une source de NO, telle une capacité de stockage (non montrée), - on mélange (en 36) l'azote purifié issu de l'étape a) avec le NO pur, par exemple dans un mélangeur de gaz, - on obtient un mélange formé de NO et d'azote pur contenant une teneur en NO inférieure ou égale à 20%v, typiquement de l'ordre de 4%v, et une proportion de type 02 inférieure à environ 1 ppmv et de type H2O inférieure à environ 10 ppmv. Ensuite, le mélange NO et d'azote pur contenant une teneur en NO inférieure ou égale à 20% en volume, typiquement de l'ordre de 3 à 10% en volume, préférentiellement de l'ordre de 4% en volume, peut subir une ou plusieurs dilutions complémentaires pour diminuer la teneur en NO dans le mélange final, par exemple pour produire un mélange NO/N2 dépourvu d'impuretés gazeuses de type 02, H2O et NO2, et contenant une proportion de NO comprise entre 100 et 5000 ppmv, typiquement inférieure à 1000 ppmv, qui peut être conditionné en bouteilles de gaz ensuite, comme expliqué ci-après. Le procédé selon l'invention illustré en Figure 1 peut être mis en oeuvre par le biais d'une installation telle que schématisée en Figure 2. De l'azote impur contenant au moins des impuretés résiduelles de type 02 est stocké dans un réservoir 1 sous forme liquide puis soutiré sous forme liquide par une pompe cryogénique 2 qui le comprime à une pression de l'ordre de 100 à 300 bar, avant de l'envoyer vers un réchauffeur atmosphérique 3 où il est vaporisé de manière à obtenir de l'azote gazeux impur. Comme on le voit, elle comprend une canalisation ou ligne principale 20 permettant de véhiculer l'azote impur depuis le réservoir 1 jusqu'à un réservoir 13 contenant le mélange NO/N2 à réaliser. Il est à noter que la ligne 20 peut aussi être reliée fluidiquement à une capacité tampon 4 permettant de stocker une partie de l'azote gazeux impur issu du réchauffeur 3, ainsi qu'à des cadres de secours 5 comprenant chacun plusieurs bouteilles d'azote impur servant de source de N2 de secours prenant le relai pour fournir de l'azote impur, en cas de dysfonctionnement de la partie amont de l'installation, en particulier de la pompe 2 ou du réchauffeur 3. Les éléments précédents de l'installation sont préférentiellement situés à l'extérieur d'un bâtiment 9. En fait, l'azote gazeux impur issu du réchauffeur atmosphérique 3, de la capacité- tampon 4 ou des cadres secours 5 est ensuite véhiculé par la ligne 20 vers un système de purification 6, 7, 8 permettant, selon l'invention, d'éliminer les impuretés 02 et H2O qui forment des impuretés résiduelles dans l'azote impur gazeux. Ces impuretés 02 et H2O doivent absolument être éliminées car ce sont elles qui sont responsables de la formation de NO2 toxique dans le mélange NO/N2 final stocké dans le réservoir 13. En effet, après mélange de l'azote avec le NO (en 11), les impuretés 02 et H2O vont aller réagir avec le NO pour l'oxyder et former ainsi les espèces toxiques de type NO2. Donc, en agissant en amont de l'installation, c'est-à-dire avant le mélange du NO avec l'azote qui a lieu dans le mélangeur 11, on peut empêcher ce phénomène et obtenir des mélanges finaux NO/N2 exempts d'impuretés 02 et H2O, et donc également exempts d'espèces toxiques de type NO2. Plus précisément, le système de purification 6, 7, 8 comprend, selon l'invention, au moins une enceinte catalytique 6 et au moins un adsorbeur 7, et préférentiellement au moins un compartiment de filtration 8, agencés en série, comme illustré en Figure 2. Un dispositif de pilotage 10, telle une armoire de commande à automate programmable ou analogue, permet de contrôler le système de purification 6, 7, 8 en agissant notamment sur des vannes (non schématisées) qui contrôlent les entrées et sorties de gaz dans l'enceinte catalytique 6, l'adsorbeur 7, et le compartiment de filtration 8. Ce type de dispositif de pilotage 10 est classique et ne sera pas détaillé ci-après. Selon un mode de réalisation préféré, le système de purification 6, 7, 8 comprend : - une enceinte catalytique 6 contenant un catalyseur, de préférence un catalyseur au nickel, permettant de convertir les espèces 02 présentes dans l'azote impur issu du réchauffeur 3, de la capacité tampon 4 ou des cadres secours 5, en espèces H2O. - un (ou plusieurs) adsorbeur 7 contenant au moins un tamis moléculaire, par exemple de type zéolite, gel de silice, alumine ou analogue, ou leurs mélanges. Ce tamis moléculaire permet d'éliminer les espèces H2O soit présentes dès l'origine dans l'azote impur issu du réservoir 1, soit produites lors de la conversion des impuretés 02 dans l'enceinte catalytique 6. - un compartiment de filtration 8 comprenant au moins un filtre de diamètre de pore préférentiellement inférieur à 100 ùm, typiquement de l'ordre de 25 ùm, permettant d'arrêter notamment les résidus solides susceptibles d'être libérés au sein de l'adsorbeur 7 du fait de l'attrition des particules de tamis moléculaire sous l'effet des variations de pression et des débits de gaz traité. L'adsorbeur ou les adsorbeurs 7 peuvent fonctionner en mode PSA (adsorption à pression modulée), en mode VSA (adsorption à vide modulée) ou en mode TSA (adsorption à température modulée) par exemple, donc avec phases de régénération classiques par variation de pression, dépression ou température. Ce type de procédé d'adsorption est connu de l'homme du métier et ne nécessite pas d'être détaillé dans le cadre de la présente invention. De même, l'enceinte catalytique 6 peut être périodiquement régénérée par un gaz chaud par exemple. Là encore, ce type de procédé de catalyse et régénération est connu de l'homme du métier et ne nécessite pas d'être détaillé dans le cadre de la présente invention. Il est à noter par ailleurs que d'autres catalyseurs sont susceptibles de convenir également, par exemple des catalyseurs au platine ou palladium. De même, le tamis moléculaire peut être un type non-zéolitique, par exemple de l'alumine activée ou du gel de silice. Un homme du métier est capable via des tests de routine de sélectionner le ou les catalyseurs et les adsorbants les plus adaptés, ainsi qu'un ou plusieurs filtres adéquats. Une fois débarrassé de ses impuretés, l'azote purifié peut être stocké dans un réservoir de stockage 14 ou être convoyé directement par la ligne 20 jusqu'à un dispositif de mélange ou mélangeur 11, lequel est également alimenté par une source de NO 12 pur, de manière à y opérer le mélange de NO et d'azote purifié dans les proportions désirées, par exemple un mélange NO/N2 contenant environ 4% de NO. Ce mélange de NO et d'azote purifié peut ensuite être stocké dans un second réservoir de stockage 13 avant d'être envoyé, via une ligne d'alimentation des rampes 22 et des lignes secondaires de gaz 17 se ramifiant à partir de la ligne d'alimentation des rampes 22, vers des rampes de conditionnement 18 où il peut être mis en bouteilles de gaz 19. Toutefois, avant de réaliser le conditionnement du mélange NO/N2 en bouteilles 19 de gaz, il peut être utile, voire nécessaire, d'ajuster la teneur en NO, en particulier pour la réduire à une teneur finale d'utilisation désirée, par exemple une teneur finale de NO comprise entre 100 et 5000 ppmv, typiquement moins de 1000 ppmv. Pour ce faire, on peut prévoir de réaliser une dilution supplémentaire du mélange NO/N2 au sein d'un second dispositif mélangeur 15 avec de l'azote pur, de manière à réduire la teneur en NO dans le mélange NO/N2 et obtenir ainsi un mélange final NO/N2 contenant entre 200 et 5000 ppmv de NO, le reste étant de l'azote, typiquement entre 200 et 1000 ppmv. Le second dispositif mélangeur 15 est agencé en aval du premier mélangeur 11 et du réservoir de stockage 13. Il est alimenté par ailleurs par de l'azote pur servant à la dilution du mélange NO/N2 et issu d'une capacité de stockage 16 qui peut être alimentée par de l'azote purifié convoyé par une ligne de dérivation 21 venant se raccorder à la ligne principale 20, en aval du système de purification 6, 7, 8, comme illustré en Figure 2. Les bouteilles de gaz 19 sont du type à corps en acier, en aluminium ou en alliage d'aluminium, et ont une contenance (équivalent en eau) comprise entre 2 et 50 litres environ. Le mélange gazeux y est stocké à une pression allant jusqu'à 300 bar. Il est à noter que des débitmètres (non montrés) peuvent être prévus pour mesurer la quantité de N2 et de NO circulant dans les lignes d'amenée de gaz, notamment la ligne principale 20, la ligne de dérivation 21 ou la ligne d'alimentation des rampes 22, et de transmettre les informations mesurées au dispositif de pilotage 10 ou à tout autre dispositif de contrôle de l'installation, tel un ordinateur ou analogue. Exemple Une installation semblable à celle de la Figure 2 a été utilisée pour mettre en oeuvre le procédé de la Figure 1 de manière à tester l'efficacité de la solution proposée par la présente invention, dans la fabrication d'un mélange gazeux NO/N2 contenant environ 4% 30 de NO et dépourvus d'impuretés toxiques de type NO2. Les conditions du procédé sont données dans le Tableau 1 ci-après. Tableau 1 Teneur initiale en 02 dans l'azote impur Tableau 2 Nom du catalyseur Ni-1404 T 3/16" Fabricant Engelhard Métal du catalyseur Nickel Teneur en nickel 68% en poids Aire de surface 130 m2/g Volume de pore total 0,38 cc/g Résistance à l'écrasement latéral (Sicle crush strength) 7,5 kgs Rapport de valeur réduit (Reduced value ratio) 0,55 Type de catalyseur hydrogénation Forme du catalyseur particules Le Tableau 3 ci-après donne les caractéristiques du tamis moléculaire utilisé pour arrêter les impuretés de type H2O (vapeur d'eau). Tableau 3 Tamis moléculaire zéolite Fabricant Grace Type 544 Taille de pore 10 A° Granulométrie 1,6-2,5 mm Densité apparente 670 g/1 Capacité d'adsorption en eau 22 % en poids Forme de l'adsorbant particules Le filtre utilisé pour arrêter les particules solides, par exemple les poussières résultant de l'attrition du tamis moléculaire, a un diamètre de pores moyen de l'ordre de 25 um. Au vu des résultats donnés dans le Tableau 1, on constate que le procédé de l'invention est efficace puisqu'il permet d'éliminer la majeure partie des impuretés 02 et H2O susceptibles d'être présentes dans l'azote impur et ainsi d'obtenir un mélange NO/N2 contenant une proportion finale de H2O inférieure à environ 3 ppmv et une proportion finale de 02 inférieure à environ 0,1 ppmv, conduisant à une formation quasi nulle de NO2 toxique, dans le mélange final. Les mélanges gazeux NO/N2 ainsi produits peuvent être utilisés pour traiter par inhalation les vasoconstrictions pulmonaires chez l'adulte ou l'enfant, en particulier chez les nouveaux nés souffrant d'hypertension pulmonaire primitive ou chez les patients subissant une opération de chirurgie cardiaque. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un mélange gazeux NO/N2 comprenant les étapes de : a) opérer une purification d'azote gazeux impur contenant des impuretés au moins de type 02 par : i) mise en contact de l'azote impur avec un catalyseur pour éliminer ou convertir au moins une partie des impuretés de type 02, ii) mise en contact de l'azote purifié à la sous-étape i), avec un tamis 10 moléculaire pour éliminer au moins une partie des impuretés de type H2O issues de l'étape i), b) mélanger l'azote pur issu de l'étape a) avec du monoxyde d'azote (NO), c) obtenir un mélange formé de NO et d'azote pur contenant une teneur en NO inférieure à 20% en volume et une proportion d'impuretés de type 02 inférieure à 5 ppmv et 15 de type H2O inférieure à 40 ppmv. 2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'à la sous- étape i), on utilise un catalyseur au nickel. 20 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à la sous-étape ii), on utilise un tamis moléculaire comprenant une zéolite, une alumine ou du gel de silice. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il 25 comprend une sous-étape iii) subséquente à la sous-étape ii), durant laquelle on utilise un filtre ayant un diamètre de pore inférieur à 100 de préférence inférieur ou égal à 25 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en 30 amont de l'étape a), l'azote gazeux impur est obtenu par vaporisation d'azote liquide. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape c), on obtient un mélange formé de NO et d'azote pur contenant une proportion d'impuretés de type 02 inférieure à 1 ppmv et/ou de type H2O inférieure à 10 ppmv. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que l'azote gazeux impur contient moins de 80 ppmv d'impuretés 02 et moins de 100 ppmv d'impuretés H2O, de préférence l'azote gazeux impur contient moins de 50 ppmv d'impuretés 02 et moins de 67 ppmv d'impuretés H2O. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange NO/N2 obtenu à l'étape c) contient une teneur en NO inférieure ou égale à 10% en volume, de préférence une teneur en NO inférieure ou égale à 8% en volume, de préférence encore une teneur en NO inférieure ou égale à 5% en volume. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape c), on obtient un mélange formé de NO et d'azote pur contenant une teneur en NO inférieure à 5% en volume et une proportion d'impuretés de type 02 inférieure à 0,5 ppmv et/ou de type H2O inférieure à 5 ppmv. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'étape c), on obtient un mélange formé de NO et d'azote pur contenant une teneur en NO inférieure à 4% en volume et une proportion d'impuretés de type 02 inférieure à 0,1 ppmv et/ou de type H2O inférieure à 3 ppmv 11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange NO/N2 obtenu à l'étape c) contenant une teneur en NO inférieure ou égale à 20% en volume subit une dilution supplémentaire avec de l'azote de manière à obtenir un mélange final NO/N2 contenant une teneur en NO inférieure ou égale à 5000 ppmv, de préférence entre 100 et 1000 ppmv.30 12. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange final NO/N2 contenant une teneur en NO inférieure ou égale à 5000 ppmv, de préférence entre 100 et 1000 ppmv, est conditionné dans un ou plusieurs récipients de stockage de gaz, en particulier des bouteilles de gaz (19).