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FR3042424B1 - Dispositif d'epuration vertical - Google Patents

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Abstract

Dispositif de purification d'un gaz comprenant deux adsorbeurs (1) et (2), un compresseur de gaz (4), un réchauffeur (5), un ensemble d'échangeurs (6), un premier ensemble tuyauteries et vannes (10) et un deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11), caractérisé en ce que le premier ensemble tuyauteries et vannes (10) est posé au sol ou sur une structure métallique et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est situé en hauteur suivant le même axe vertical que le premier ensemble tuyauteries et vannes (10).

Description

La présente invention concerne un dispositif de purification d'un gaz comprenant deux adsorbeurs et un agencement particulier de tuyauteries.
Les dispositifs de séparation de ce genre sont utilisés essentiellement dans des technologies de variation de pression ou de température dites PSA (Pressure Swing Adsorption - adsorption à pression modulée) ou TSA (Température Swing Adsorption - adsorption avec variation de température), pour la production, à partir d'un mélange gazeux, d'un constituant gazeux de ce mélange, notamment d'un constituant de l'air, oxygène ou azote, ou pour la purification d'un mélange gazeux, notamment d'air d'alimentation d'une unité de séparation cryogénique de l'air, également pour la production d'un constituant de l'air, oxygène et/ou azote et/ou argon et mettent généralement en oeuvre au moins un des adsorbants choisis dans le groupe comprenant des zéolithes, le charbon actif, l'alumine ou les gels de silice. Des exemples de ces technologies sont décrits notamment dans les documents US-5.223.004, EP-0,092,153, US-3,338,030 ou US-5,137,548.
Les épurations, ou dispositif de purification, dans les unités de séparation d'air (ASU) permettent de retirer principalement l'eau et le CO2 de l'air avant l'entrée dans la boite froide cryogénique.
Un ensemble de vannes et tuyauteries permettent le transit de l'air (à épurer) et de l'azote impur (qui sert à la régénération des bouteilles d'épuration) et reliant les parties inferieures et supérieures des bouteilles aux différents circuits de fluides Généralement, l'ensemble de vannes et tuyauteries est posé «à plat» au sol devant ou entre les bouteilles d'épuration et la section de cet ensemble occupe une place au sol très importante au regard des sections des bouteilles de purification dans un facteur allant de 1.5 à 3.5 pour des ASU respectivement de capacité 1000 t/j 02 à 5000 t/j 02.
Dans les unités de séparation d'air de petite à moyenne capacité (< 1000 t/j 02) cet ensemble peut être monté sur un châssis métallique, excepté les bouteilles d'épuration et les tuyauteries de raccordement, pour limiter le travail sur site. Le châssis métallique comprenant les différents éléments supportés par celui-ci est généralement appelé « skid ».
La figure 1 représente un dispositif de purification. Typiquement, un dispositif de purification comprend un premier adsorbeur 1, un deuxième adsorbeur 2, un ensemble de vannes et tuyauteries 3 posé au sol ou sur un skid. Ce dispositif d'épuration est en lien avec un compresseur d'air 4, un réchauffeur de régénération 5, une boite froide échangeurs 6.
Le tracé des tuyauteries est complexe spécialement du fait de la différence de niveaux des interfaces de l'ensemble vannes et tuyauteries, avec les autres équipements (adsorbeurs, échangeurs...) et engendre de grande quantité de tuyaux et de coudes.
En effet les distances CCI ; DD1 ; EF ; F1G1 sont proportionnelles à la hauteur des bouteilles et des échangeurs par rapport à l'ensemble vannes et tuyauteries qui lui est au sol. A titre d'exemple, pour un dispositif traitant un débit d'air d'environ 300 000 Nm3/h ces distances représentent respectivement 18 m pour CCI et F1G1, 19m pour DD1 et 21m pour EF pour un diamètre de tuyauteries de 40 inch soit lm.
Cet arrangement engendre de grande quantité de tuyaux et de coudes liée à ce tracé ce qui par conséquent engendre des pertes de charge au niveau procédé. On peut considérer 0.5 mbar par m de tuyauterie supplémentaire et 2.5 mbar par coude supplémentaire.
Partant de là, un problème qui se pose, est de fournir un dispositif de purification présentant une quantité réduite de tuyauteries.
Une solution de la présente invention est un dispositif de purification d'un gaz comprenant deux adsorbeurs 1 et 2, un compresseur de gaz 4, un réchauffeur 5 , un ensemble d'échangeurs 6, un premier ensemble tuyauteries et vannes 10 et un deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11, caractérisé en ce que le premier ensemble tuyauteries et vannes 10 est posé au sol ou sur une structure métallique et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11 est situé en hauteur suivant le même axe vertical que le premier ensemble tuyauteries et vannes 10.
Par « situé en hauteur» on entend que le centre de gravité du deuxième ensemble tuyauterie et vannes est situé approximativement (c'est-à-dire à plus ou moins 15% près) sur le même axe horizontal que le point de sortie du gaz produit d'au moins un adsorbeur.
Selon le cas, le dispositif de purification selon l'invention peut présenter l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes : - le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11 est supporté à l'aide d'un ensemble de supports reposant au moins partiellement sur le premier ensemble tuyauteries et vannes 10. - l'ensemble de supports est une structure métallique. - le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11 est supporté directement par le premier ensemble tuyauteries et vannes 10 - le premier et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 10 et 11 reposent sur un châssis métallique permettant leur manutention. - le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11 est supporté à l'aide d'un ensemble de supports reposant au moins partiellement sur un des deux adsorbeurs. - dans chaque ensemble tuyauteries-vannes le diamètre des tuyauteries est inférieure à 1200 mm, de préférence inférieure à 1000 mm, encore plus préférentiellement inférieure à 800 mm. - le réchauffeur 5 est supporté par le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 11. - les vannes du premier et du deuxième ensemble tuyauteries et vannes 10 et 11 sont disposés en façade ou en toiture. - le premier et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes 10 et 11 comprennent un ou plusieurs équipements choisis parmi des clapets, des instruments de mesure, et des détendeurs, avec lesdits équipements disposés en façade ou en toiture. - l'ensemble d'échangeurs 6 est une boite froide d'échangeurs cryogéniques.
Pour les équipements disposés « en façade » (clapets, vannes, instruments de mesure, détendeurs etc.), on entend que les équipements sont disposés face à l'utilisateur de façon telle qu'il puisse y accéder facilement. Pour les équipements disposés « en toiture », on entend que les équipements sont disposés face vers le ciel de façon telle qu'ils puissent être accessible avec un engin de levage (grue, chariot élévateur etc.).
La présente invention a pour objet de diviser l'ensemble vannes et tuyauteries en 2 sous ensembles de taille réduite étant installés l'un au dessus de l'autre et réduisant ainsi les distances CCI ; DD1 ; EF ; F1G1 si on se réfère à la figure 1.
La présente invention va être décrite plus en détail à l'aide de la figure 2.
Le dispositif de purification comprend deux adsorbeurs 1 et 2, deux sous ensembles de vannes et tuyauteries superposés 10 et 11, où 10 est posé au sol, et 11 supporter par l'intermédiaire d'un ensemble de supports reposant sur 10. Ce dispositif d'épuration est en lien avec un compresseur de gaz 4, un réchauffeur de régénération 5, un ensemble d'échangeurs 6.
Notons qu'une tuyauterie extérieure 15 aux sous-ensembles tuyauteries-vannes 10 et 11 peut se fixer sur le dispositif et être éventuellement supportée par un ou plusieurs éléments du dispositif. Le montage de cette tuyauterie extérieure 15 sera en général réalisé sur le site de construction.
Le dispositif selon l'invention permet la réduction du coût d'installation du dispositif de purification en réduisant la quantité globale de longueur de tuyauterie. A titre d'exemple pour un appareil traitant un débit d'air de 300 000 Nm3/h la réduction de longueur de tuyauterie est de l'ordre de 40% et la réduction de la quantité de soudure de l'ordre de 15%. D'autre part diviser en deux l'ensemble de vannes et de tuyauteries 3, permet à ISO capacité, de réduire la taille des 2 sous ensembles de vannes et de tuyauteries 10 et 11 et ainsi d'envisager sa préfabrication en skid avec pour avantage de limiter les contraintes liés au gabarit de transport.
Par ailleurs, le dispositif selon l'invention permet de réduire de manière significative les temps d'installation en limitant les activités de construction sur site aux seules connexions des tuyauteries 15 grâce à son haut niveau de préfabrication en skid.
Enfin, comme on le voit sur la figure 3, le dispositif selon l'invention occupe une place au sol inferieure à celle qu'occuperait un dispositif identique de conception classique posé au sol, figure 4. A titre d'exemple pour un appareil traitant un débit d'air de 300 000 Nm3/h la surface au sol et la dalle de génie civil pour installer l'ensemble des équipements du dispositif de purification est réduite de l'ordre de 51%. Le facteur de place au sol des deux sous ensembles de vannes et tuyauteries au regard des tailles des bouteilles de purification est de 1.85.
Enfin, la présente invention a également pour objet l'utilisation d'un dispositif de purification selon l'invention pour produire de l'oxygène à partir d'un flux d'air. Dans ce cas les adsorbeurs du dispositif de purification auront pour rôle principal de retirer l'eau et le CO2 du flux d'air avant l'entrée dans la boite froide d'échangeurs cryogéniques.
Elle a également pour objet l'utilisation du dispositif de purification selon l'invention pour produire du monoxyde de carbone à partir de gaz de synthèse.

Claims (13)

  1. Revendications
    1. Dispositif de purification d'un gaz comprenant deux adsorbeurs (1) et (2), un compresseur de gaz (4), un réchauffeur (5), un ensemble d'échangeurs (6), un premier ensemble tuyauteries et vannes (10) et un deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11), caractérisé en ce que le premier ensemble tuyauteries et vannes (10) est posé au sol ou sur une structure métallique et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est situé en hauteur suivant le même axe vertical que le premier ensemble tuyauteries et vannes (10), avec dans chaque ensemble tuyauterie-vannes, le diamètre des tuyauteries étant inférieur à 1200 mm.
  2. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est supporté à l'aide d'un ensemble de supports reposant au moins partiellement sur le premier ensemble tuyauteries et vannes (10).
  3. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble de supports est une structure métallique.
  4. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est supporté directement par le premier ensemble tuyauteries et vannes (10)
  5. 5. Dispositif selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le premier et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (10) et (11) reposent sur un châssis métallique permettant leur manutention.
  6. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11) est supporté à l'aide d'un ensemble de supports reposant au moins partiellement sur un des deux adsorbeurs.
  7. 7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que dans chaque ensemble tuyauteries-vannes le diamètre des tuyauteries est inférieur 1000 mm, de préférence inférieur à 800 mm.
  8. 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le réchauffeur (5) est supporté par le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (11).
  9. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les vannes du premier et du deuxième ensemble tuyauteries et vannes (10) et (11) sont disposées en façade ou en toiture.
  10. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le premier et le deuxième ensemble tuyauteries et vannes (10) et (11) comprennent un ou plusieurs équipements choisis parmi des clapets, des instruments de mesure, et des détendeurs, avec lesdits équipements disposés en façade ou en toiture.
  11. 11. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'ensemble d'échangeurs (6) est une boite froide d'échangeurs cryogéniques.
  12. 12. Utilisation du dispositif de purification selon l'une des revendications 1 à 11, pour produire de l'oxygène à partir d'un flux d'air.
  13. 13. Utilisation du dispositif de purification selon l'une des revendications 1 à 11, pour produire du monoxyde de carbone à partir de gaz de synthèse.
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