Brevet FR3096464A1 — publié le 20201127

Description Titre de l'invention : Dispositif permettant le recyclage du gaz porteur d'un chromatographe en phase gazeuse [0001] La présente invention concerne le domaine de l'analyse des gaz et notamment des chromatographes (analyseurs par chromatographie en phase gazeuse). [0002] Rappelons que les chromatographes sont des analyseurs qui sont alimentés en permanence par un gaz porteur. Ce gaz porteur balaie la colonne de séparation elle détecteur, ce gaz est alors rejeté à l'air et donc perdu. La mise en fonctionnement de ce type d'analyseur requiert une longue période de purge et de stabilisation en température sous balayage, ceci jusqu'à plusieurs heures. La mise en attente de ces analyseurs implique un balayage en permanence avec un gaz porteur. L'alimentation en gaz doit être permanente même hors analyse, 24 heures sur 24, ce type d'appareil fonctionne en général avec de l'hélium entrainant un coûtcout certain, même si l'appareil est en phase d'attente. La quantité de gaz provenant de bouteilles sous pression est un facteur limitant l'autonomie de l'appareil. [0003] Signalons également que dc nouvelles générations d'analyseurs par chromatographie en phase gazeuse ont fait leur apparition, avec pour but de pouvoir permettre des analyses dc terrain. Ces appareils désignés sous le nom de « Micro CC » ou de « chromatographes portables » sont dc taille réduite et d'un poids permettant un transport et un déplacement aisés de l'appareil. [0004] La portabilité pose le problème d'une indépendance vis-à-vis des utilités que sont l'énergie et le gaz. S'agissant de l'énergie, des systèmes dc batterie permettent d'adresser ce besoin, en revanche pour le gaz un problème se pose pour l'autonomie de l'appareil qui nécessite des quantités importantes de gaz en fonction de la durée d'autonomie demandée. [0005] Si l'on diminue la taille des emballages pour répondre à la compacité attendue alors on doit monter en pression pour stocker la quantité de gaz requise dans un plus petit volume. L'emballage augmente donc alors en masse et en volume puisque l'épaisseur de la paroi de l'emballage doit être suffisante pour permettre de résister à la pression. [0006] Ainsi une petite bouteille d'un litre de capacité en eau à une pression de 150 bar, donne 66 fois moins de gaz qu'une bouteille de capacité en eau de 50 litres à une pression de 200 bar. [0007] En conséquence, si l'on envisage des petites bouteilles à plus forte pression comme par exemple 600 bar, les calculs réalisés montrent que l'on atteint plus de 40 kg pour un emballage d'une capacité en eau de 1 litre à une pression de 600 bar pour finalement disposer de 590 litres de gaz, soit 17 fois moins qu'une bouteille de gaz de 50 2 litres de volume en eau à 200 bar. [0008] La présente invention vise alors notamment à apporter une solution aux problèmes listés ci-dessus, et notamment aux problèmes de danger lié aux fortes pressions et de niasse d'un emballage soumis à plus forte pression, ceci en proposant un dispositif de recyclage du gaz vecteur utilisé en continu par l'analyseur. Une petite bouteille de gaz d'appoint devient alors suffisante. [0009] La présente invention permet à l'appareil d'analyse d'être facilement transportable, elle permet un gain en autonomie liée à une réduction importante de la consommation en gaz porteur, elle rend possible la réduction de la taille de la bouteille d'alimentation en gaz porteur, aboutissant à une solution d'analyse compacte, transportable et fonctionnelle dans des environnements où l'espace disponible et les consommations gaz sont limités. [0010] Ce dispositif, peut s'adapter à un chromatographc en phase gazeuse (« GC ») doté d'un détecteur à conductibilité thermique (« TCD »), mais d'autres types de détecteurs sont envisageables, il permet de recycler le gaz porteur en sortie de ce dernier. L'amélioration proposée selon la présente invention permet donc de limiter la consommation en gaz, d'augmenter l'autonomie de l'appareil, de réguler la pression en sortie de détecteur (favorisant la précision de l'analyse), d'améliorer la qualité du gaz porteur et de diminuer le volume d'implantation de l'appareil. Mais elle permet également d'envisager l'utilisation d'autres gaz porteurs beaucoup plus onéreux. [0011] [fig.1] annexée permet de mieux comprendre le fonctionnement de l'équipement proposé ici, qui est une représentation schématique partielle d'un dispositif de recyclage conforme à l'invention. Détaillons dans ce qui suit la constitution et le fonctionnement du dispositif de l'invention, en liaison avec la figure 1 annexée : [0012] une pompe 3 associée à des régulations de pression et débit bien positionnées, et à un système d'épuration, permet la recirculation du gaz issu de l'analyseur. Ce gaz épuré est réinjecté dans le chromatographe. on distingue 4 phases de fonctionnement : [0013] i. Mise sous vide du système de recyclage Remplissage du système, début de la recirculation et mise en fonctionnement de l'analyseur, réglage du zéro de l'appareil sur du gaz issu d'une bouteille (gaz « propre »); Visualisation de "l'homogénéisation" du gaz de recyclage avec le détecteur à conductibilité thermique ; iv. Alimentation de l'analyseur avec du gaz recyclé. [0014] En phase de fonctionnement, la pompe 3 force la circulation du gaz dans la partie recyclage 6 qui alimente le circuit porteur du clu-omatographe et le collecteur 29 en sortie du détecteur à conductibilité thermique 26. Le gaz passe à travers l'épurateur 35. 3 Le débit dans la boucle de recyclage 6 est régulé par le régulateur de débit 30. [0015] Les régulations effectuées pour le mode de réalisation représenté peuvent être résumées ainsi : [0016] La pression au niveau de la capacité tampon 10 est régulée par le déverscur 39 jusqu'au détendeur 11. La pression au niveau du circuit 6 est régulée depuis le détendeur 11 jusqu'au régulateur de débit 30. La pression au niveau du collecteur 29 de sortie de l'analyseur 26 est régulée depuis le régulateur de débit 30 jusqu'au déverscur 39. La pression de la capacité tampon 2 n'est pas régulée, elle sera variable et va s'équilibrer en fonction de la capacité de la pompe 3 et de la quantité de gaz disponible dans le circuit. Le débit de toute la boucle de recyclage 6 est régulé par le régulateur de débit 30. Le gaz porteur recyclé alimente les voies « analyse » 23 et «référence» 25 du chromatographe à la pression régulée par le détendeur 11. [0017] Tous les éléments du circuit sont régulés en pression par des régulateurs de pression sauf la capacité tampon 2. Comme on l'a dit, à ce niveau la pression est variable, elle est fonction de la quantité de gaz dans le circuit et de la capacité de la pompe. [0018] En fonctionnement stabilisé le gaz circule dans la boucle 6 sans ajout et sans perte. La vanne 14, normalement fermée, pilotée par le Pressostat 1 reste en position fermée. En cas de micro-fuite la pression dans la capacité tampon 10 va chuter et le Pressostat 1 détectant cette variation va piloter l'ouverture de la vanne 14 pour réinjecter du gaz. [0019] A l'inverse au fur et à mesure des injections d'échantillons, du gaz va être ajouté au circuit dont la pression va augmenter Afin d'éliminer ce surplus de matière, une vanne normalement fermée 9, pilotée par le Pressostat Ibis va permettre l'ouverture de celle-ci afin d'évacuer l'excès de gaz. Une adéquation entre les deux seuils de pression d'action des Pressostats (seuil haut et seuil bas) permet de fixer un des paramètres de fonctionnement et de réguler la pression dans le ballon tampon 10. [0020] Détaillons dans ce qui suit les phases évoquées plus haut. [0021] a) phase 1: Mise sous vide du système de recyclage L'analyseur est alimenté par la bouteille (16), pour cela la vanne 14 est fermée, les vannes (22) (24) sont ouvertes, la vanne (27) est fermée. [0022] Le circuit de recyclage va être mis sous vide. Pour ce faire: la pompe (37) est en marche, l'épurateur est isolé en fermant les vannes (34) et (36) et en ouvrant la vanne (33), la vanne (30) est fermée pour que l'évent de l'analyseur ne soit pas sous vide, la vanne (9) est fermée, ensuite la purge peut commencer en ouvrant la vanne (31) et en ouvrant au maximum le limiteur de débit (32). [0023] Le gaz évacué par l'analyseur peut être éliminé par le déverseur (39) sans qu'il y ait une pression inférieure à la pression atmosphérique en sortie d'analyseur. [0024] b) phase 2 : remplissage Au démarrage du système il faut remplacer l'air ambiant présent dans le circuit par du gaz porteur « propre ». Pour cela l'épurateur 35 est isolé par les vannes fermées 34 et 36. La pompe en fonctionnement (3) permet d'assurer la circulation du gaz porteur dans le circuit de recyclage pour nettoyer la ligne. La bouteille de gaz porteur 16 alimente le circuit 6 via les vannes 14 et 33 ouvertes. Après déconnection de la pompe 37, la vanne manuelle 31 ouverte permet l'évacuation du gaz à l'évent pour purger les circuits. [0025] Le gaz durant cette phase suit donc le chemin « 17/18/14/12/2/3/10/11/33/31/32/30/29 vers l'évent ». [0026] Mais on peut noter que le gaz entre aussi dans le circuit 19 i.e jusqu'à la vanne 27 fermée. [0027] La vanne 27 étant fermée dans cette phase, le gaz n'entre pas dans l'analyseur. [0028] En effet, le gaz occupe « naturellement » l'espace dont il peut disposer ce qui signifie qu'une partie du débit du gaz va aller naturellement vers la vanne 27 et vers le collecteur, mais bien entendu en fonction de l'état de la vanne 30, on peut choisir au début du remplissage du circuit de recycle de diriger l'ensemble du gaz vers la purge. [0029] Pendant cc temps ou ultérieurement, du gaz porteur (propre) (16), alimente le chro- matographe par le circuit 19, les vannes 22 et 24 sont ouvertes, la vanne 27 est fermée. Cela permet de démarrer l'analyseur. La vanne 27 étant fermée les gaz du circuit de recycle (« sale ») et du circuit analyse (« propre ») ne se mélangent qu'au niveau du collecteur 29. [0030] c) phase 3 : fin de purge, mise en service et évaluation de la qualité du gaz recyclé. Après un temps de purge déterminé, la vanne manuelle 31 est fermée ce qui entraine une recirculation complète du gaz et une remontée en pression au niveau de la capacité tampon 10 et donc une fermeture de la vanne 14 pilotée par le Pressostat 1. [0031] À partir du moment où l'analyseur est en service, il faut « équilibrer » le détecteur à conductibilité thermique. Il est possible d'évaluer le niveau de pureté du gaz provenant du circuit de recyclage 6 en ouvrant la vanne 27 et fermant la vanne 24. Le gaz « recerclé » alimente alors la branche « référence » (25), le gaz « propre » issu de la bouteille 16 alimente la branche « analyse » (23). Une comparaison est alors effectuée entre les résultats de conductibilité obtenus pour les deux fluides. Un « déséquilibre » important du signal délivré par le détecteur témoigne d'une pureté insuffisante du gaz de recycle. [0032] Pour regagner en pureté dans le gaz de recycle, il est possible de renouveler autant que nécessaire le phase de purge. Une fois la pureté souhaitée atteinte, en d'autres termes une fois constatée une différence entre les deux résultats d'analyse inférieure à une consigne donnée, on peut décider d'ouvrir les vannes 24 et 27 et de fermer la vanne 22. Ensuite, l'ouverture des vannes 34 et 36 et la fermeture de la vanne 33 permet la remise en service de l'épurateur 35. [0033] Nomenclature des éléments présents sur la figure 1 : [0034] 1 : Pressostat - pression basse, pilote la vanne d'ajout 14 1 bis : Pressostat - pression haute, pilote la vanne d'évacuation 9 2: Volume tampon basse pression amont de la pompe, pression REVENDICATIONS[Revendication 1] Méthode d'opération d'une installation d'analyse de gaz par chroma- tographie en phase gazeuse, installation qui comporte les éléments suivants : un chromatographe (28) en phase gazeuse ; - un détecteur (26), par exemple un détecteur à conductibilité thermique ; - une source de gaz porteur (16); du type où le gaz porteur balaie en continu la colonne de séparation (20) du chromatographe et le détecteur, se caractérisant par la mise en oeuvre des mesures suivantes : a. on dispose d'un circuit (6) de rccirculation du gaz porteur, muni d'un système d'épuration (35) ; b. on procède à une phase de purge du circuit de rccirculation (6) pat- remplissage du circuit de rccirculation à l'aide du gaz porteur en provenance de ladite source de gaz porteur, bipassant le système d'épuration (35) ; c. concomitamment ou ultérieurement on procède à une phase de mise en service de l'analyseur durant laquelle on alimente à l'aide du gaz porteur en provenance de ladite source de gaz porteur, le chromatographe; d. on procède à une phase d' « équilibrage » du détecteur de la manière suivante : - on alimente à l'aide du gaz porteur circulant dans le circuit de recyclage une branche « référence » (25) du chromatographe pour évaluer la conductibilité thermique de ce gaz recyclé; - on alimente à l'aide du gaz porteur provenant de la source de gaz porteur une branche « analyse » (20) du chromatographe pour évaluer la conductibilité thermique de cc gaz porteur source ; - on compare les deux résultats ainsi obtenus, si les deux résultats sont éloignés de plus d'une valeur consigne, signe d'une pureté insuffisante du gaz recyclé, on procède à une ou plusieurs phases supplémentaires de purge du circuit de recirculation jusqu'à l'obtention d'une comparaison en deça de ladite valeur de consigne, permettant la remise en service de l'épurateur (35); e) on procède à un recyclage et une épuration du gaz porteur transitant dans l'analyseur, dans le circuit de recirculation, puis à l'alimentation de l'analyseur en gaz ainsi recyclé et épuré.