FR 2026716 A1 19700918 FR 6944171 A 19691219 69 44171 2026716 La présente invention se rapporte à un procédé de séparation de l'oxygène à partir de l'air avec raffinage. En particulier, la présente invention se rapporte à un mode opératoire pour la séparation de l'oxygène à partir de l'air avec raffinage par le 5 procédé dit d'adsorption, utilisant un produit d'adsorption pour retirer l'humidité, le gaz carbonique et l'azote qui sont compris dans l'air0 Pour donner plus de détails, la présente invention se rapporte à un mode opératoire pour la séparation de l'oxygène à partir de l'air avec raffinage afin d'obtenir en continu de l'o-10 xygène d'une pureté élevée par adsorption d'humidité et de gaz carbonique dans l'air avec un dispositif d'adsorption qui comprend des doubles couches de produits d'adsorption, et puis pour obtenir de l'azote avec une zéolite naturelle ou synthétique. Jusqu'à présent, l'oxygène a été produit à partir de l'air 15 p*r le procédé de rectification par liquéfaction cryogénique ou le procédé d'adsorption. Puisque l'humidité et le gaz carbonique dans l'air provoquent, dans le premier procédé, une occlusion avec obstruction dans le dispositif par suite de leurs points de fusion élevés et réduisent, dans le dernier procédé, la capacité 20 d'adsorption d'un produit d'adsorption pour l'azote, ils ont d'ordinaire été retirés au préalable, dans un procédé de pré-traitement, par un procédé de solidification par voie cryogénique, un procédé de lavage ou un procédé d'adsorption. Parmi ces procédés, on effectue le procédé d'adsorption en utilisant un dispositif 25 d'adsorption ayant.un lit fixe ou un lit mobile de produit d'adsorption. Dans le dispositif d'adsorption à lit fixe, la dimension du dispositif d'adsorption augmente proportionnellement à l'intervalle du cycle d'adsorption-régénération. Lorsqu'on utilise le procédé de régénération par chauffage, il faut un temps relative-30 ment long pour chauffer ou refroidir le produit d'adsorption, la période de cycle est plus longue et le dispositif a des dimensions naturellement agrandies, en donnant des ennuis pour sa construction, ce dispositif ayant une grande capacité et un prix de revient inévitablement coûteux. Le dispositif d'adsorption à lit 35 mobile, où. l'adsorption et la régénération peuvent se dérouler en continu, convient au traitement d'une grande quantité de gaz avec une quantité relativement faible du produit d'adsorption par rapport au dispositif d'adsorption à lit fixe. Cependant, il a des inconvénients du fait qu'il exige un degré élevé de technique 4-0 pour concevoir un dispositif stable et qu'il consomme une grande 69 44171 2 2026716 quantité de produit d'adsorption par suite de la pulvérisation durant le mouvement dans le dispositif. Un premier objet de la présente invention est, dans le mode opératoire de séparation de l'air par raffinage par le procédé 5 d'adsorption, de raccourcir remarquablement le cycle dans le dispositif comprenant 1*adsorption, le chauffage, la régénération et le refroidissement en utilisant un dispositif d'adsorption ordinaire à lit fixe dans un agencement spécifique comme dispositif d'adsorption pour adsorber l'humidité, le gaz carbonique et l'a-10 zote, et, de ce fait, la quantité du produit d'adsorption à utiliser peut être réduite et la dimension du dispositif d'adsorption est minimisée. Le second objet de la présente invention est de permettre au dispositif d'adsorption de fonctionner en continu pendant un 15 long moment, en utilisant un dispositif d'adsorption à lit fixe dans un agencement spécifique comme dispositif d'adsorption, et, de ce fait, un mode opératoire hautement efficace peut 6tre fourni pour la séparation avec raffinage de l'air. Le troisième objet de la présente invention est de simpli-20 fier le système du dispositif de séparation avec raffinage de l'air en utilissuit un dispositif d'adsorption ordinaire & lit fixe dans un agencement spécifique comme dispositif d'adsorption, et, de ce fait, l'entretien et le fonctionnement du dispositif peuvent être facilement réalisés. 25 Le quatrième objet de la présente invention est de disposer de la chaieur d'adsorption totale, qui est produite durant 1'adsorption, sous forme de chaleur de désorption, en utilisant un dispositif d'adsorption ordinaire à lit fixe dans un agencement spécifique comme dispositif d'adsorption, et, de ce fait,la cha-30 leur à fournir à partir de l'extérieur pour la régénération par chauffage peut être grandement réduite. Le mode opératoire de séparation d'air avec raffinage de la présente invention est caractérisé par l'utilisation d'une part du dispositif d'adsorption de gaz carbonique-humidité comprenant de 35 multiples lits fixes, qui ont deux couches formées par une couche d'adsorption d'humidité et une couche d'adsorption de gaz carbonique, où quatre procédés d'adsorption de chauffage, de régénération et de refroidissement sont répétés tour à tour, d'autre part du dispositif d'adsorption d'azote.comprenant de multiples lits 40 fixes, où deux procédés d'adsorption et de régénération sont ré 69 44171 3 2026716 pétés tour à tou: ; ee mode opératoire par ailleurs, caractérisé en ce qu'il consiste : a) à envoyer de l'air brut dans le lit fixe, qui est dans l'étape d'adsorption du dispositif d'adsorption du gaz carboni- 5 que-humidité pour obtenir l'air raffiné ; b) à envoyer l'air raffiné dans le lit fixe, qui est dans l'étape d'adsorption du dispositif d'adsorption d'azote pour obtenir de l'oxygène de faible pureté ; e) à envoyer une partie de l'oxygène produit à faible pure-10 té dams le lit fixe, qui est dans l'étape de régénération de dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, et à le récupérer ultérieurement comme oxygène produit de faible pureté à partir du dispositif de séparation d'air avec raffinage ; d) à fournir le reste de l'oxygène de faible pureté dans 15 le lit fixe qui est dans l'étape de refroidissement du dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, à le refroidir et à le déshydrater, puis à le ramenér à l'écoulement d1 oxygène de faible pureté à partir du dispositif d'adsorption d'azote, et • ) à envoyer l'azote qui désorbe lu. lit fixe, qui est dans 20 l'étape de régénération du dispositif d'adsorption d'azote après chauffage dans le lit fixe, qui est dans l'étape de chauffage du dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, et ultérieurement à décharger l'azote à partir des dispositifs de séparation d'air aree raffinage. 25 lien que le dispositif d'adsorption à utiliser dans la pré sente invention soit un dispositif classique d'adsorption à lit fixe, son agencement et son utilisation sont sensiblement différents de ceux d'un dispositif classique, si bien que l'effet remarquable est obtenu, tel que décrit ci-après en détail. 30 le mode opératoire de séparation d'air avec raffinage de la présente invention, le dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique et le dispositif d'adsorption d'azote se composant de multiples dispositifs d'adsorption classiques, tel qu'indiqué sur la figure 1, forment une construction afin de répéter chaque 35 procédé tour à tour par le fonctionnement de valves selon la forme d'usage. En outre, dans la présente invention, on peut utiliser le dispositif d'adsorption construit dans un corps avec les lits fixes multiples représentés sur la figure 4 afin de répéter chaque procédé tour à tour par une rotation. 4# La présente invention sera maintenant décrite en relation 69 44171 4 2026716 arec les dessins ci-joints dans lesquels : La figure 1 est un diagramme d'écoulement (flov-sheet) représentant un exemple de réalisation de la présente invention. La figure 2 est un graphique représentant la relation entre 5 le procédé du dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique et le fonctionnement de commutation des valves dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1 ; on désigne par : Ad la nomenclature des dispositifs d'adsorption, par TS la nomenclature des valves électromagnétiques, par 00 l'ordre de commutation, par 10 Cy le cycle, par Cy:1 le premier cycle, par Cy2 le second cycle, par S 1'adsorption, par F le chauffage, par G la régénération et par H le refroidissement. La figure 3 est un diagramme d'écoulement représentant on autre exemple de réalisation de la présente invention. 13 Les figures 4-1, 4-2, 4-3 et 4-4 représentent des vues en plan et des vues latérales illustrant le dispositif d'adsorption à utiliser dans l'exemple de réalisation représenté sur la figure 3. Les figures 3-1 «t 3-2 sont des graphiques représentant la 20 distribution de température et la distribution de concentration du produit d'adsorption dans un lit d'adsorption du dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, dans les exemples de ré-. alisation représentés sur les figures 1 et 3 ; dans ces graphiques, on désigne par £ 1'adsorption, par F le chauffage, par & 25 la régénération et par H le refroidissement ; sur la figure 5-1, on a porté en abscisses la température ; sur la figure 5-2 on a porté en abscisses la concentration et, sur les deux figures 5-1 et 5-2, on a porté en ordonnées la hauteur de la couche tassée, et 30 La figure 6 est un graphique représentant l'influence de l'humidité sur le produit d'adsorption d'azote ; la température est 30*0 et la pression 760 mmHg. On a porté en abscisses le taux d'adsorption d'humidité en i> et en ordonnées la quantité d'adsorption d'azote en ml/g. 35 Selles que décrites ci-dessus, les caractéristiques du mode opératoire de séparation d'air avec raffinage de la présente invention résident principalement dans la particularité d'utilisation du dispositif d'adsorption qui sera indiqué clairement par l'illustration suivante en relation avec les dessins ci-joints. 40 Le dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique des 69 44171 5 2026716 exemples de réalisation représentés sur la figure 1 se compose de la combinaison de quatre groupes de dispositifs d'adsorption classiques à lit fixe (A, B, C et D) du même genre, chaque dispositif d'adsorption étant pourvu de la conduite d•alimentation 110 5 pour l'air d'alimentation, de la conduite d'alimentation 111 pour le gaz chauffé, de la conduite d'évacuation 112 pour l'air raffiné, de la conduite d'évacuation 113 pour le produit gazeux, de la conduite d'alimentation 114- pour le produit gazeux et le gaz refroidi en circulation, de la conduite d'évacuation 116 pour le gaz en 10 circulation pour le refroidissement et de la conduite d'évacuation 115 pour le gaz chauffé. Entre chaque dispositif d'adsorption et les conduites, on aagencé sept valves électromagnétiques qui sent montées avec le dispositif de chronométrage pour que chaque dispositif d'adsorption puisse retirer en continu l'humi-15 dité et le gaz carbonique en répétant le cycle des quatre procédés, c'est-à-dire 1*adsorption, le chauffage, la régénération et le refroidissement. A titre d'illustration de l'exemple de la commutation par valve représentée sur la figure 2 (où chaque carré Cl indique l'ouverture des valves électromagnétiques cor-20 respondantes)pour le procédé dans lequel un dispositif d'adsorption est utilisé pour chacun des quatre groupes de dispositifs d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, tel qu'indiqué sur la figure 1, le dispositif d'adsorption A, lors de l'ouverture des valves électromagnétiques YA-1 et YA-1', réalise l'adsorption de 25 l'air d'alimentation traversant la conduite 110 et la valve VA-1, et l'air raffiné est envoyé à travers la valve YA-1' vers la conduite 112, Sans le dispositif d'adsorption B, lors de l'ouverture des valves VB-3' et YB-4, le refroidissement se produit au moyen du gaz de refroidissement traversant la conduite 114- et la 30 valve YB-3', et le gaz de refroidissement traverse alors la valve YB-4 jusque dans la conduite d'évacuation pour le gaz en circulation pour le refroidissement. Dans le dispositif d'adsorption C, lors de 1'ouverture des valves VC-3 et YC-3', la régénération se déroule au moyen du gaz de régénération traversant la 35 conduite 114 et la valve YC-3' et le gaz de régénération est déchargé sous forme de produit gazeux à travers la valve YC-3 et la conduite 113. Dans le dispositif d'adsorption D, lors de l'ouverture des valves YD-2' et VD-2,. le chauffage se déroule au moyen du gaz de chauffage traversant la conduite 111 et la valve 40 YD-2', et le gaz de chauffage est évacué à travers la valve YD-2 69 44171 6 2026716 et la conduite 115. Après une-période donnée de temps, les Talres électromagnétiques respectives sont commutées, et chaque dispositif d*adsorption répète en continu à son tour les procédés d'adsorption de chauffage, de régénération et de refroidissement au. 5 moyen d'un fonetionnement en circuit-hors circuit des valves é-lectromagnétiques avec le fonctionnement du dispositif de chronométrage, par exemple, d'une manière telle que le dispositif d'adsorption A passe de l'adsorptioa au chauffage, le dispositif d'adsorption B passe du refroidissement à l'âdsorption etc... 10 Dans ces opérations, le gaz passe d'un côté des sorties de la canalisation à l'autre eôté de la canalisation, à l'emplacement correspondant à travers le dispositif d'adsorption.. Durant «te procédé, il se produit l'âdsorption du produit d'adsorption sur le lit d'adsorption avec le gaz à traiter, le chauffage et en 15 particulier la régénération du lit d'adsorption avec le gaz de chauffage, la désorption du produit d'adsorption et la régénération du produit d'adsorption avec le gaz de régénération, et le refroidissement du lit d'adsorption avec le gaz de refroidissement . 20 De dispositif d'adsorption d'azote 105 emploie un disposi tif d'adsorption classique à lit fixe, tel que représenté dans le diagramme d'écoulement de la figure 1, et est conçu pour que l'âdsorption et la régénération sous vide se produisent en continu au moyen de la combinaison des valves électromagnétiques et 25 du dispositif de chronométrage. Four illustrer le fonctionnement, l'air raffiné pénètre dans le dispositif d'adsorption B et l'âdsorption d'azote se déroule lorsque les valves électromagnétiques VE-1 et TE-1' et les valves YE-2 et YE-2' sont fermées. D'autre part, dans le dispositif d'adsorption F, lors de l'ouverture des 30 valves VF-2 et VF-2' et la fermeture des valves VF-1 et VF-1', la désorption de l'azote adsorbé, ainsi que la régénération du produit d'adsorption se déroulent au moyen de la pompe à vide réduisant la pression intérieure. Les valves électromagnétiques changent continuellement ces opérations les unes par rapport aux 35 autres, grâce au fonctionnement du dispositif de chronométrage et, de ce fait, les dispositifs d'adsorption E et F répètent alternativement l'âdsorption et la régénération. Dans l'exemple de réalisation de la figure 3, on représente le dispositif d'adsorption continu à lit fixe, qui sert de dispo-40 sitif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, et le dispositif 69 44171 7 2026716 d'adsorption d'azote et ils se composent de multiples couches empilées de produit d'adsorption à lit fixe continu qui sont adjacentes les unes aux autres aux moyens de parois de séparation et les sections de distribution de gaz qui distribuent les gaz à 5 fournir vers et à décharger à partir des couches empilées de produit d'adsorption. La construction est telle que les couches empilées de produit d'adsorption et les sections de distribution de gaz peuvent tourner. Le dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique 104, 10 représenté sur la figure 4, tel qu'indiqué sur les figures 4-1 et les figures 4-2, se compose de trois parties, c'est-à-dire, le lit d'adsorption A, qui est fixé sur l'axe central librement rotatif 15 réglé sur les paliers 20 fixés au centre des surfaces supérieure et inférieure du corps du dispositif, et les sections T-5 de distribution B et B* qui sont fixées au bâti 19 afin d'entrer en contact arec les surfaces supérieure et inférieure de ce lit d'adsorption. Le lit d'adsorption A est divisé par les parois de séparation 2 soudées à l'axe central 15 et au cylindre extérieur 5 en petites chambres ordonnées radialement, sur les surfaces 20 supérieure et inférieure desquelles sont réglées les gazes métalliques ou les plaques perforées 6 et 7, ayant l'aire d'ouverture adéquate exigée pour que les produits d'adsorption 1 ne fuient pas et pour que les gaz s'écoulent librement, et dans l'espace desquelles les produits d'adsorption sont empilés. Sur le cylin-25 dre extérieur 5 de ce lit d'adsorption A, les dispositifs d'entraînement 8 et 9 sont réglés et le lit d'adsorption A est mis en rotation par ce dispositif d'entraînement dans la direction définie à une vitesse constante. Les sections de distribution B et B*, réglées aux positions supérieure et inférieure de ce 30 lit d'adsorption A, sont divisées respectivement par les bandes de séparation 10 en quatre divisions pour l'âdsorption, le chauffage, la régénération et le pré-refroidissement, respectivement aux positions correspondantes de B et de B'. Lorsqu'on utilise le même gaz pour la régénération et le prérefroidissement, l'une 35 ou l'autre des sections de distribution est diviséeen trois parties. Bans l'exemple de réalisation de la figure 3 et aussi sur les figures 4-1 et 4-2, la section de distribution B est divisée en trois parties et la section de distribution B' est divisée en quatre parties. 46 La bande de séparation 10 est fixée au eylindre extérieur 21, 69 44171 8 2026716 aux plaques supérieure et inférieure 17 et au tube central 4, respectivement, par des moyens tels que l'on maintient une étan-chéité à l'air. Chaque partie de contact de la bande de séparation 10 avec le lit de produit d'adsorption A est pourvue de la 5 plaque de fermeture étanche 11 qui a une dimension supérieure au moins à une des chambres d'adsorption radialement ordonnées et elle est construite pour fermer d'une manière étanche la partie de contact entre la plaque de fermeture étanche 11 et la surface d'extrémité de la paroi de séparation 2. Egalement, la partie de 10 contact entre le cylindre extérieur 5 du lit d'adsorption et le cylindre extérieur 21 de la section de distribution a une construction étanche à l'air. Ainsi, les chambres de distribution sont maintenues pour être parfaitement étanches à l'air l'une par rapport à l'autre et par rapport à l'atmosphère. Chacune des sec-15 tions de distribution B et B* est pourvue de la conduite 110 d'alimentation en matière brute formée d'air, de la conduite 111 d'alimentation en gaz de chauffage, de la conduite 112 d'évacuation d'air raffiné, de la conduite 113 d'évacuation de produit gazeux, de la conduite 114 pour le gaz produit et le gaz de circulation 20 pour le refroidissement, de la conduite de décharge 116 pour le gaz de circulation pour le refroidissement et la conduite 115 d'évacuation de gaz de chauffage. Le gaz s'écoulant & partir d'une extrémité de ces conduites traverse le lit de produit d'adsorption A et va de l'autre côté des conduites à la position correspondan-25 te. Durant ce procédé, il se produit l'âdsorption du produit d'adsorption sur le lit d'adsorption avec le gaz à traiter, le chauffage et la régénération partielle du lit d'adsorption avec le gaz de chauffage, la désorption du produit d'adsorption et la régénération du produit d'adsorption avec le gaz de régénération, et le 3P refroidissement du lit de produit d'adsorption avec le gaz de prérefroidissement . Sans le dispositif d'adsorption d'azote 105 représenté sur la figure 3, chaque chambre d'adsorption réalise le cycle d'ad-sorption-régénération à une période définie, au moyen de la ro-35 tation des sections de distribution, qui sont réglées sur les surfaces supérieure et inférieure des chambres d'adsorption multiples adjacentes l'une à l'autre, au moyen des parois de séparation, tel que représenté sur les figures 4-3 et 4-4. Pour illustrer la construction, l'extérieur du dispositif se compose du cylindre 40 5 et des couvercles supérieur et inférieur 17, et, au milieu de 69 44171 9 2026716 1'intérieur, la seetion d'adsorption A se compose d'une série de chambres d'adsorption à lit fixe 3 remplies de produit d'adsorption 1. Ces chambres 3 sont divisées au moyen du cylindre extérieur 5 du dispositif, le cylindre intérieur 4 ayant l'axe 5 concentrique à ce cylindre extérieur, les parois de séparation 2 pour empêcher le mélange des gaz, qui sont soudées fermement aux deux cylindres, et la surface supérieure 7 et la surface inférieure 6 étant formées par la plaque perforée ou la gaze métallique ayant l'aire d'ouverture adéquate exigée pour que le gaz 10 s'écoule librement et pour que le produit d'adsorption ne puisse fuir. A la partie centrale du dispositif, le tube central 15, qui est rotatif et en contact intérieurement avec le cylindre intérieur 4, est réglé, étant connecté à la conduite 118, qui est fixée aux couvercles supérieur et inférieur 17 au moyen du joint 15 étanche à l'air 16. A ce tube central 15» la conduite 12 conduisant à la chambre d'adsorption 3 est montée sur les côtés supérieur et inférieur et, de ce fait, le gaz désorbé de la chambre d'adsorption peut être déchargé à l'extérieur du dispositif à travers le tube 15 et la conduite 118. A l'avant et à l'arrière de 20 la conduite 12, les plaques de scellement 11 sont montées et les parties de contact respectives entre ces plaques de fermeture étanche 11 et les surfaces d'extrémités supérieure et inférieure des parois de séparation 2 sont pourvues de dispositifs de fermeture étanche, pour empêcher la fuite de gaz aux sections d'adsorp-25 tien et de régénération. On fait en sorte que le tube central 15, qui est pourvu de la conduite 12 et des plaques de fermeture é-tanche 11, puisse tourner en faisant tourner le corps tournant 9 à une vitesse constante au moyen du dispositif d'entraînement 8. Sur la figure 4-3, on règle une seule conduite 12, respectivement, 30 aux positions correspondant aux côtés supérieur et inférieur, mais il est possible de monter la conduite en deux parties à des positions symétriques en vue d'avoir un bon équilibre. Pour un tel cas, les plaques de fermeture étanche 11 doivent être réglées à l'avant et à l'arrière des conduites respectives 12. le cylindre 35 extérieur 5 est pourvu des conduites 112 et 121, respectivement, sur les faces supérieure et inférieure et le gaz pénètre et sort en s'écoulant à travers ces deux conduites. Cela revient à dire que le gaz brut fourni à la conduite 112 s'écoule dans la chambre d'adsorption 3 de la section de fonctionnement d'adsorption, où 40 le produit d'adsorption est retiré par adsorption, et sort de la 69 44171 10 2026716 conduite 121 vers l'extérieur sous forme de gaz produit. D'autre part, dans la chambre d'adsorption, qui est en contact arec les surfaces supérieure et inférieure 6 et 7 vers le conduit 127 la régénération est réalisée à une pression intérieure inférieure en 5 utilisant une pompe à vide (non indiquée sur les figures) connectée à la conduite 118. Comme les conduites 15 et 12 tournent au moyen du dispositif tournant 8, le procédé dans la chambre d'adsorption passe de l'âdsorption à la régénération sous vide, tour à tour. Durant cette opération, la chambre d'adsorption est fer-10 mée d'une manière étanche pendant un moment, par la plaque de fermeture étanche 11, et l'entrée par écoulement du gaz brut est interrompue. La chambre d'adsorption se connecte à la conduite 12 par rotation des conduites 15 et 12 et réalise le procédé de régénération. Les plaques de fermeture étanche 11 doivent avoir 15 une largeur telle qu'elles recouvrent au moins une des chambres d'adsorption pour réaliser régulièrement les procédés d'adsorption et de régénération. Comme on le comprend d'après la description précédente, le produit d'adsorption dans la chambre d'adsorption est fixé 20 comme dans le dispositif d'adsorption à lit fixe* D'autre part, il est possible par le mouvement des conduites par rapport à la chambre d'adsorption de soumettre le produit d'adsorption à l'âdsorption et à la régénération d'une manière continue. En conséquence, le dispositif d'adsorption dans la présente invention 25 peut traiter une grande quantité de gaz seulement avec une faible quantité de produit d'adsorption, en ne consommant pas ce produit provoqué par suite de la pulvérisation comme on le voit dans le dispositif d'adsorption à lit mobile. Selon la présente invention, la séparation d'air avec raf-30 finage est réalisée par le nouveau procédé suivant, basé sur la forme d'utilisation spécifique du dispositif d'adsorption tel que décrit ci-dessus. Pour illustrer le mode opératoire de séparation d'air avec raffinage de la présente invention, avec l'exemple d'illustration 35 de la figure 1, l'air naturel comprenant de l'humidité et du gaz carbonique, après que les composants solides,tels que les poussières, aient été retirés par un simple filtre 100, traverse la conduite 109 pour aller vers la soufflerie 101 en vue d'élever la pression jusqu'à la pression nécessaire pour le dispositif, et 40 on l'introduit en outre dans le dispositif d'adsorption d'humi- 69 44171 t! 2026716 *idité-ga* carbonique à travers la conduite 110. L'air brut pénètre alors dans le lit d'adsorption constitué de deux couches, c'est-à-dire une couche (a) d'adsorption d'humidité et une couche (b) d'adsorption de gaz carbonique, la majorité de l'humidité est 5 retirée durant le passage à travers la couche d'adsorption (a), et les traces d'humidité restantes et du gaz carbonique sont retirées en passant à travers la couche d'adsorption (b)« lorsque le lit d'adsorption arrive à àdsorber l'humidité jusqu'à 40 - 60 JÉ de la capacité d'adsorption à la saturation, il est transféré par 10 la commutation de la valve au chauffage, en tant que procédé suivant. la chaleur d.'adsorption dégagée sur les couches d'adsorption s'accumule dams le produit d'adsorption dans le lit d'adsorption, et l'air raffiné sort à une température presqu'égale à la température d'entrée. En conséquence, à la fin de l'âdsorption, le pro-15 fil d'adsorption dans le lit d'adsorption se déroule selon la configuration de .1-1 sur la figure 5-2, présentant la distribution de concentration de produit d'adsorption dans la couche d'adsorption, où les parties indiquées par 10 et 10' présentent l'état saturé (ou presque) respectivement en humidité et gaz 20 carbonique, la distribution de température dans cet état, tel qu'indiqué par A—1 sur la figure 5-1» présente une courbe en forme de ment, ayant presque les mêmes températures aux parties d'entrée et de sortie d'air et la température la plus élevée dans la zone d'adsorption. Cela signifie que la chaleur d'adsorption dé-25 gagée par adsorption est toute entière conservée dans les couches d'adsorption. Dans la couche d'adsorption (a), on utilise un produit d'adsorption (par exemple du gel de silice, du gel d'alumine) ayant une grande capacité d'adsorption dans la région d'humidité relativement élevée. Bans la région d'adsorption (b), on utilise 30 un produit d'adsorption (par exemple de la zéolite naturelle, de la zéolite synthétique) ayant une forte aptitude à l'âdsorption dans la région d'humidité relativement faible et une aptitude à l'âdsorption du gaz carbonique aux températures normales. l'azote de désorption, qui est chauffé dans le dispositif 35 de chauffage 108, traverse la conduite 111 pour pénétrer dans le lit d'adsorption, qui a été transféré à la section de chauffage A-2. Après chauffage d'une partie du côté entrée des couches d'adsorption (b) et (a), enlèvement de la chaleur d'adsorption accumulée dans le lit d'adsorption vers la section d'humidité 40 fermée sur le côté d'entrée d'air de la couche d'adsorption (a), 69 44171 12 2026716 désorption d'une partie de l'humidité adsorbée et réglage presque à la même faible température que celle de l'air brut en même temps que se produit la rétention d'humidité et du gaz carbonique, l'azote sort. La majorité du gaz carbonique adsorbé dans 5 la couche d'adsorption (b) est retirée par désorption durant ce procédé. En conséquence, comme on le représente sur la figure 5-1, par des moyens tels que la couche de désorption (b) est chauffée arec l'azote de désorption chauffée, la température de la couche d'adsorption augmente et la majorité du gaz carbonique 10 est désorbée comme on l'indique sur la figure 5-2, tandis que, dans la couche d'adsorption (a), au moyen de l'écoulement de l'azote de désorption chauffé, la zone à température élevée se déplace vers le haut et, ainsi, une partie de l'humidité adsorbée est désorbée, et la hauteur de la section d'adsorption satu-15 rée (I) devient faible. En commutant encore les valves, le lit d'adsorption est transféré à la section de régénération A-3. Sans la régénération, 1'oxygène produit traversant la conduite 114 s'écoule à travers le lit d'adsorption en déplaçant encore la zone à température élevée, qui a été formée dans la couche d'ad-26 sorption par la chaleur d'adsorption lors de l'âdsorption préalable A-1. et, par l'écoulement de l'azote de désorption chaud lors du chauffage, il va vers la section d'adsorption d'humidité du lit d'adsorption du côté d'entrée d'air et régénère le produit d'adsorption. L'écoulement d'oxygène produit sort du dis-25 positif presque à la même température que l'air d'entrée, contenant l'humidité désorbée et le gaz carbonique. S'autre part, le lit d'adsorption est réalisé presque en étant exempt d'humidité adsorbée et de gaz carbonique adsorbé dans la seetion de régénération A-3. La zone à température élevée, provoquée par la 30 chaleur d'adsorption dans la section d'adsorption A-1 du lit d'adsorption, est retirée par la chaleur de désorption presque égale à la précédente, au point de vue valeur absolue des calories, pour qu'il reste dans la zone d'adsorption (a) la zone à haute température formée dans la section de chauffage A-2. En 35 conséquence, dans le lit d'adsorption, la distribution de température, telle que représentée sur la figure 5-1» est réalisée et l'humidité dans le produit d'adsorption est principalement désorbée, comme on le représente sur la figure 5-2. Le lit d'adsorption ayant cet état est transféré au refroidissement. Sans 40 la seetion de refroidissement A-4, une partie du produit gazeux, 69 44171 2026716 à mettre en circulation comme gaz de refroidissement, traverse le lit d'adsorption comme dans la section de régénération A-3, en retirant complètement la zone à température élevée, qui a été retenue dans la couche d'adsorption, vers l'extérieur du lit 5 d'adsorption et, en conséquence, la zone à température élevée est complètement éliminée par suite du changement de la distribution de température le long de Q), (?) et(|) tour à tour, tel qu'indiqué sur la figure 5-1. Durant ce procédé, l'humidité restante est complètement désorbée, et les opérations de régénération et 10 de refroidissement du lit d'adsorption sont achevées. Cette régénération du produit d'adsorption peut être réalisée plus complètement, par suite du passage de la zone à température élevée, qui a été formée dans la section de chauffage A-3, à travers le lit d'adsorption durant les opérations de régénération et de refroi-15 dissement. D'autre part, le gaz de refroidissement sort à une température relativement élevée, accompagné d'une très faible quantité d'humidité, étant refroidi dans le refroidisseur 107 après avoir passé à travers la conduite 116, étant séché suffisamment dans le dessicateur 106 après avoir traversé la conduite 20 117 et étant fourni à travers la conduite 114- pour le refroidissement. Par suite d'une humidité relative extrêmement faible de gaz de refroidissement, une zéolite naturelle ou synthétique convient bien comme produit de dessication dans le dessicateur. L'air raffiné dans le dispositif d'adsorption d'humidité-gaz car-25 bonique 104 est introduit dans le dispositif d'adsorption d'azote 105 par la conduite 112. Le gaz raffiné introduit s'écoule dans un des dispositifs d'adsorption à lit fixe, qui ont une construction semblable au dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique. Chaque dispositif d'adsorption est rempli de zéolite 30 naturelle ou synthétique comme produit d'adsorption et peut ad-sorber de plus grandes quantités d'azote ou d'oxygène à une température proche de la température normale.. Durant le passage de l'air raffiné qui s'est écoulé à travers ce lit d'adsorption, l'azote dans l'air est adsorbé et l'oxygène dans le reste de l'air 35 est enrichi, sortant sous forme d'oxygène produit à travers la conduite 114, étant fourni à la régénération du dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique 104 et, finalement, sortant sous forme d'oxygène produit à travers la conduite 113 vers l'extérieur du dispositif. D'autre part, l'azote, qui a été adsorbé 40 dans la couche d'adsorption du dispositif d'adsorption d'azote, 69 44171 u 2026716 est désorbé d'une manière adiabatique sous la pression réduite par la pompe à ride 103 et déchargé par la conduite 118, étant fourni au chauffage du dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique 104 par la conduite 119» le dispositif de chauffage 5 108 et la conduite 111 et, finalement, étant retiré sous forme d'azote de déchet à trarers la conduite 115 jusque dans l'atmosphère o En outre, dans le mode opératoire de la présente inrention, si on exige l'obtention d'oxygène propre de faible pureté, n'a-10 yant ni humidité ni de gaz carbonique, une partie peut être retirée de la conduite 120. Selon le mode opératoire de la présente inrention, les procédés ont été réalisés dans des conditions telles qu'indiquées dans le tableau 1, en employant le dispositif 104 d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, qui se compose de 15 huit dispositifs d'adsorption, où la couche (a) d'adsorption d'humidité est remplie de gel d'alumine, la couche (b) d'adsorption de gaz carbonique est remplie de zéolite naturelle et la couche d'adsorption du dispositif 105 d'adsorption d'azote est * remplie de zéolite naturelle ; ainsi, enriron 27 m /h (dans les 20 conditions normales) d'oxygène produit à faible pureté, qui contiennent enriron 35 i» d'oxygène, ont été obtenus à partir de « 50 ar/h (dans les conditions normales) d'air brut. Sans le dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique de ce cas, les numéros de dispositifs d'adsorption ont été attribués aux procédés 25 respectifs comme suit : 3 à l'âdsorption, 1 au chauffage, 2 à la régénération et 2 au refroidissement. TABLEAU \ 30 35 ^"""■^Opération Condition Adsorption (air) Chauffage (enlère-ment d'azote) Régénération (production d'oxygène) Refroidissement (Production d'oxygène) Vitesse superficielle (■/■)- 0,5 0,6 0,6 0,6 Temps de réaction (mn) 15 5 10 10 Température (°c) 13-25 170-180 13 - 25 13 - 25 69 44171 '5 2026716 Les quantités résultantes d'humidité retirée et de gaz carbonique retiré sont celles présentées dans le tableau 2. TABLEAU 2 Humidité Gaz carbonique Entrée du dispositif d'adsorption (*> Sortie du dispositif d'adsorp-' tion (pp*) Régénération et refroidissement de l'oxygène produit (ppm) Entrée du dispositif d'adsorption (pp®) Sortie du dispositif d'adsorption ~ (*) Régénération et refroidissement de l'oxygène produit (ppm) 0,35 -0,58 15 16 310 -380 0 0 1,0 12 0 0 6 8 0 0 0,8 -0,9 11 12 310 -380 0 0 8 10 0 0 7 8 0 0 1.5 - 1.6 10 11 0 0 8 10 310 - 0 0 7 9 380 Q 0 10 15 20 25 Couse on l'a décrit précédemment, bien qu'il soit possible d'utiliser de la zéolite synthétique comme produit d'adsorption, l'aptitude à l'âdsorption d'azote des deux produits étant indiquée dans le tableau 3, la zéolite naturelle meilleur marché est excellente au point de rue aptitude à l'âdsorption et était le produit d'adsorption adéquat de préférence pour cette utilisation. TABLEAU 3 30 Produit d'adsorption Pression (mmHg) Température (•C) Quantité de produit d'adsorption à l'équilibre (ml/g) Oxygène Azote I.Z. A 760 9-13 6,5 19,5 I.Z. B 760 30 + »5 11,0 V.Z. C 760 30 4-»6 10,2 M.S. 4A 760 20 2,2 6,2 M.S. 5A 760 20 3,2 10,9 M.S. 131 760 20 2,1 6,7 35 4© 69 44171 2026716 Ï.Zo ... zéolite naturelle M.S. zéolite synthétique (c'est-à-dire des tamis moléculaires). L'aptitude à l'âdsorption d'azote du produit d'adsorption 5 pour l'azote est influencée par l'humidité et le gaz carbonique dans le gaz. L'influence de l'humidité est spécialement remarquable, comme on le représente sur la figure 4, et l'humidité doit être complètement retirée dans le dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique. Ainsi, il était nécessaire de sécher 10 le gaz de refroidissement jusqu'à la râleur (point de rosée inférieur à -55°C) tel qu'indiqué dans le tableau 3, au moyen de produits d'adsorption convenables pour sécher le gaz à humidité relativement faible, comme la zéolite naturelle ou la zéolite synthétique. 15 Comme on l'a spécifié ci-dessus, selon le mode opératoire de la présente invention pour produire l'oxygène de faible pureté, on peut obtenir les effets suivants : 1) Ses dispositifs d'adsorption classiques à lit fixe sont employés comme appareils d'adsorption d'humidité-gaz carbonique 20 et comme appareils d'adsorption d'azote. Comme caractéristiques particulières dans les modes opératoires d'adsorption et de régénération du dispositif d'adsorption de 1'humidité-gaz carbonique, le cycle d'adsorption de chauffage, de régénération et de refroidissement peut être remarquablement raccourci et, de ce 25 fait, la quantité de produit d'adsorption ainsi que la dimension du dispositif peuvent être minimisées jusqu'à plus eu moins du 1/10 d'un dispositif classique ; en outre, le fonctionnement du procédé peut être réalisé en continu. 2) Par suite de l'emploi d'un dispositif d'adsorption en 30 continu à lit fixe, le système d'écoulement est très simple et le fonctionnement et l'entretien sont très faciles. 3) Puisque la chaleur d'adsorption dégagée dans l'âdsorption d'humidité est effectivement utilisable comme chaleur de désorption, seule une faible quantité de chaleur à fournir de 35 l'èxtérieur est nécessaire pour le chauffage et la régénération. 4) Puisque l'oxygène produit et l'azote de désorption, tous deux n'ayant ni humidité ni gaz carbonique, sent employés comme gaz de régénération pour le produit d'adsorption pour le dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, le prix de 40 revient de la consommation d'énergie peut être réduit d'une ma 69 44171 17 2026716 nière remarquable, et 5) Puisque la zone de température élevée, qui est formée par l'azote de désorption chauffé dans le procédé de chauffage du dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, se déplace 5 à travers la couche d'adsorption durant les opérations de régénération et de refroidissement, l'âdsorption de l'humidité et du gaz carbonique peut être réalisée complètement. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire sus-10 ceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. 69 44171 18 2026716 REVENDIG1ÏIOÏS i 1 - Procédé de séparation d'air avec raffinage, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser un dispositif d'adsorption d'hu-midité-gaz carbonique, se composant de multiples lits fixes, qui 5 ont deux couches formées d'une couohe d'adsorption d'humidité et d'une couche d'adsorption de gaz carbonique, où l'on répète tour à tour quatre procédés d'adsorption, de chauffage, de régénération et de refroidissement et d'un dispositif d'adsorption d'azote se composant de multiples lits fixes, où l'on répète 10 tour à tour deux procédés d'adsorption et de régénération, dans lequel a) on envoie de l'air brut, pour obtenir de l'air raffiné, dans le lit fixe, qui est dans le procédé d'adsorption du dispositif d'adsorption d'humidité-fjaz carbonique, b) on envoie ultérieurement l'air raffiné pour obtenir l'oxygène de faible pureté, 15 dans le lit fixe, qui est dans le procédé d'adsorption du dispositif d'azote, c) on envoie une partie de l'oxygène produit à faible pureté dans le lit fixe, qui est dans le procédé de régénération du dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, et on le récupère ultérieurement comme oxygène produit à faible pure-20 té à partir du dispositif de séparation d'air avec raffinage, d) on fournit le reste de l'oxygène de faible pureté dans le lit fixe, qui est dans le procédé de refroidissement, du dispositif d'adsorption d'humidité-gaz carbonique, où il est refroidi et deshydraté, puis on le réuni à l'écoulement d'oxygène de faible 25 pureté sorti du dispositif d'adsorption d'azote, et e) on fournit l'azote qui désorbe du lit fixe qui est dans le procédé de régénération, du dispositif d'adsorption d'azote après chauffage jusqu* au lit fixe, qui est dans le procédé de chauffage du dispositif d'adsorption de gaz carbonique humidité et, ultérieurement, on le 30 retire du dispositif de séparation d'air avec raffinage» 2 - Oxygène et air débarassé d'oxygène ainsi obtenus à titre de produits industriels nouveaux.