Brevet FR3035196A1 — publié le 20161021

La présente invention est relative à des plaques d'adsorbant, à l'assemblage de ces plaques et à la mise en oeuvre de ces assemblages. Les procédés d'adsorption utilisent généralement des adsorbants « vrac » qui se présentent sous la forme de billes ou d'extrudés de quelques millimètres. Ces adsorbants conduisent à une perte de charge importante. Depuis quelques années, des adsorbants dit « structurés » ont fait leur apparition. Ces adsorbants structurés permettent de diminuer la perte de charge du procédé et peuvent dans certains cas améliorer la cinétique d'adsorption. Deux technologies de bouteilles (adsorbeurs) sont utilisées dans les procédés d'adsorption: Les adsorbeurs à géométrie axiale et ceux à géométrie radiale. Les adsorbants qu'ils soient en vrac ou structurés sont régénérés soit par une diminution de la pression du procédé (PSA, VSA), soit par une augmentation de la température (TSA). Dans le cas des TSA, l'adsorbant est chauffé par l'intermédiaire d'un gaz de régénération qui a été chauffé en amont par une résistance thermique. Il existe plusieurs types d'adsorbant structurés : des fibres creuses et flexibles, des laminés et des monolithes. Par monolithe, on entend une structure alvéolaire d'un seul tenant qui est régulière constituée de canaux identiques, rectilignes, et parallèles entre eux. Les canaux ne communiquent pas entre eux. Les monolithes semblent être la plus prometteuse de ces 3 familles d'adsorbant car ils permettent de maximiser la quantité d'adsorbant par unité de volume (ce qui n'est pas le cas des laminés dont le support est inactif en adsorption) et peuvent être régénéré à haute température (ce qui n'est pas le cas des fibres creuses qui contiennent un polymère). Les monolithes en nid d'abeille sont habituellement utilisés comme des supports sur lesquels une matière dite active est déposée, i.e. qui possède des propriétés catalytiques ou d'adsorption. Mais pour maximiser la quantité d'adsorbant de ces monolithes, il est possible d'extruder directement de l'adsorbant avec un liant inorganique. Ainsi l'adsorbant n'est plus déposé sur un support, il constitue la base même du monolithe. Le liant inorganique confère une certaine résistance mécanique au monolithe. 3035196 2 Ce procédé de fabrication a cependant quelques inconvénients : la taille des monolithes est limitée, en particulier dans le sens de la largeur et de la hauteur, le temps de séchage est long, et ils restent fragiles. Une solution de la présente invention est une plaque d'adsorbant autosupportée pour 5 utilisation dans un procédé d'adsorption comprenant un mélange d'adsorbant et d'un liant inorganique. Par « autosupportée » on entend qu'il n'y a pas de support sur lequel l'adsorbant est déposé ; la plaque a une constitution homogène. Une plaque selon l'invention est représentée figure 1. 10 Selon le cas, la plaque selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le procédé d'adsorption est un procédé TSA, - ladite plaque d'adsorbant peut-être utilisée dans un procédé d'adsorption TSA comprenant une étape de régénération à une température supérieure à 80°C, de préférence supérieure à 15 120°C, encore plus préférentiellement supérieure à 150°C, - ladite plaque d'adsorbant peut être utilisée dans un procédé TSA comprenant une étape de régénération exceptionnelle à une température supérieure à 250°C, de préférence supérieure à 290°C, - ladite plaque d'adsorbant est ondulée, gaufrée, percée, lisse, striées, rainurées ou en dents de 20 scie, sur au moins une des faces de la plaque, - le liant inorganique représente moins de 40 % en poids de ladite plaque d'adsorbant, de préférence entre 5 et 30% en poids de ladite plaque d'adsorbant, - le liant inorganique est choisi parmi la bentonite, l'attalpugite, l'halloysite, le kaolin, le silicate de sodium, l'illite, 25 - l'adsorbant est choisi parmi l'alumine activée, le gel de silice, le charbon actif ou les zéolites de type 13X, 5A, 4A ou 3A, - ladite plaque présente une longueur entre 0,1 et 10m, de préférence entre 0.2 et 2 m et une largeur entre 0,1 et 7m, de préférence entre 0.2 et 2 m. 3035196 3 La présente invention a également pour objet un assemblage de plusieurs plaques d'adsorbant selon l'invention, comprenant des canaux formés par ledit assemblage et permettant la circulation d'un gaz. Un assemblage selon l'invention est représenté figure 2. 5 Selon le cas l'assemblage selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous : - les canaux formés sont sensiblement parallèles et de taille caractéristique comprise entre 0,2 et 10 mm, de préférence entre 0,5 et 2mm, - ledit assemblage peut avoir une forme cylindrique, carrée ou celle d'un prisme rectangulaire, 10 - ledit assemblage présente une longueur comprise entre 0,1 et 10m de préférence entre 0.2 et 2 m, une largeur comprise entre 0,1 et 7m, de préférence entre 0.2 et 2 m, et une épaisseur comprise entre 0,1 et 7 m, de préférence entre 0,2 et 2 m, - ledit assemblage comprend au moins une feuille métallique ou en plastique, - ledit assemblage est cerclé ou maintenu par un périphérique. 15 Autrement dit, L'invention propose de remplacer les monolithes en nid d'abeille par un assemblage de plaques d'adsorbant. Comme dans le cas des monolithes, ces plaques sont principalement constituées d'adsorbant et d'un liant inorganique. Ces plaques peuvent être fabriquées à l'aide d'une mélangeuse mono ou bivis et d'une extrudeuse avec une filière adaptée. Les plaques peuvent être mise en forme dans un moule, à 20 l'aide des rouleaux. Ces plaques peuvent être lisses ou corruguées, elles peuvent présentées des rainures (par exemple, fait avec des galets), elles peuvent être ondulées, gaufrées, percées ou en dents de scie. A noter que des plaques percées permettront une communication entres passages ce qui peut ré-équilibrer une mauvaise distribution. Différents types de motifs peuvent être retrouvé à 25 la surface : créneaux, triangle, etc. Ces plaques d'adsorbant peuvent être assemblées/empilées pour faire des paquets dont la structure sera proche d'un nid d'abeille. L'assemblage peut être fait par empilage des plaques dans une fabrication en chaîne. L'empilage des plaques permet de créer des canaux où le gaz peut circuler. On peut également insérer des feuilles métalliques ou en plastique au sein de 3035196 4 l'assemblage afin de garantir la tenue mécanique de l'ensemble. L'ensemble des plaques empilées peut être cerclé, être maintenu par un périphérique, avoir des balayettes pour faciliter la manutention de l'ensemble et l'étanchéité vis-à-vis de la paroi du récipient. Cette mise en forme en plaques permet de fabriquer des monolithes de plus grande taille et d'accélérer le 5 procédé de fabrication qui est particulièrement lent à cause de l'étape de séchage (Le temps de séchage peut être divisé par exemple par au moins 2 par rapport à des monolithes de type nid d'abeille). Dans le cas de structure plane, le séchage est en effet beaucoup plus rapide. Par ailleurs, cela permet également d'éviter les phénomènes inhérents au séchage de monolithes de grande taille : des fissurations peuvent apparaitre car les bords sèchent plus rapidement que 10 le coeur. Par ailleurs, on retrouvera tous les bénéfices connus qui sont associées à l'utilisation d'adsorbant structurés. A savoir, une diminution des pertes de charge liée à la traversé de l'adsorbant par le gaz et une amélioration de la cinétique d'adsorption. La mise en oeuvre des adsorbants dans les bouteilles d'adsorption est également facilitée. Elle reprend la forme de plaque type échangeur de chaleur ou garnissage et n'a pas un aspect monolithique. 15 Ces feuilles ou plaques d'adsorbants peuvent également s'insérer dans des contacteurs métalliques gaz liquide comme des garnissages structurés, ondulé croisés, et apportent ainsi des qualités adsorptives à la distillation. Dès lors, l'assemblage selon l'invention peut-être mis en oeuvre un procédé d'adsorption de type TSA (pour cela l'assemblage est généralement introduit dans un adsorbeur) ou un procédé 20 de distillation. REVENDICATIONS1. Plaque d'adsorbant autosupportée pour utilisation dans un procédé d'adsorption comprenant un mélange d'adsorbant et d'un liant inorganique. 2. Plaque selon la revendication 1, caractérisée en ce que le procédé d'adsorption est un procédé TSA. 3. Plaque d'adsorbant selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite plaque d'adsorbant peut-être utilisée dans un procédé d'adsorption TSA comprenant une étape de régénération à une température supérieure à 80°C, de préférence supérieure à 120°C, encore plus préférentiellement supérieure à 150°C. 4. Plaque d'adsorbant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite plaque d'adsorbant peut être utilisée dans un procédé TSA comprenant une étape de régénération exceptionnelle à une température supérieure à 250°C, de préférence supérieure à 290°C. 5. Plaque d'adsorbant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ladite plaque d'adsorbant est ondulée, gaufrée, percée, lisse, striées, rainurées ou en dents de scie, sur au moins une des faces de la plaque. 6. Plaque d'adsorbant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le liant inorganique représente moins de 40 % en poids de ladite plaque d'adsorbant, de préférence entre 5 et 30% en poids de ladite plaque d'adsorbant. 7. Plaque d'adsorbant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le liant inorganique est choisi parmi la bentonite, l'attalpugite, l'halloysite, le kaolin, le silicate de sodium, l'illite 3035196 6 8. Plaque d'adsorbant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'adsorbant est choisi parmi l'alumine activée, le gel de silice, le charbon actif ou les zéolites de type 13X, 5A, 4A ou 3A. 5 9. Plaque selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ladite plaque présente une longueur entre 0,1 et 10m, de préférence entre 0.2 et 2 m et une largeur entre 0,1 et 7m, de préférence entre 0.2 et 2 m. 10. Assemblage de plusieurs plaques d'adsorbant telles que définies dans l'une des 10 revendications 1 à 9, comprenant des canaux formés par ledit assemblage et permettant la circulation d'un gaz. 11. Assemblage selon la revendication 10, caractérisé en ce que ledit assemblage présente une longueur comprise entre 0,1 et 10m, de préférence entre 0.2 et 2 m, une largeur comprise entre 15 0,1 et 7m, de préférence entre 0.2 et 2 m, et une épaisseur comprise entre 0,1 et 7m, de préférence entre 0,2 et 2m. 12. Assemblage selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que ledit assemblage comprend au moins une feuille métallique ou en plastique. 20 13. Assemblage selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que ledit assemblage est cerclé ou maintenu par un périphérique. 14. Procédé d'adsorption de type TSA mettant en oeuvre un assemblage selon l'une des 2'5 revendications 10 à 13. 15. Procédé de distillation mettant en oeuvre un assemblage selon l'une des revendications 10 à 13.