FR2755873A1 - Recovery of volatile vapours from a gaseous mixture - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention est relative à une installation pour la récupération de composés volatils présents sous forme de vapeur dans un mélange gazeux. The present invention relates to an installation for the recovery of volatile compounds present in the form of vapor in a gas mixture.
Elle s'applique en particulier à la récupération de vapeurs d'hydrocarbures, en particulier de carburant tel que l'essence et le gazole, dans de l'air, mais également à la récupération d'autres composés dans un gaz porteur, notamment inerte.It applies in particular to the recovery of hydrocarbon vapors, in particular of fuel such as petrol and diesel, in air, but also to the recovery of other compounds in a carrier gas, in particular inert .
Il est nécessaire dans certaines situations, telles que la purge du gaz contenu dans une cuve de carburant que l'on doit remplir, de traiter l'effluent gazeux saturé en vapeurs d'hydrocarbures, d'une part pour limiter les rejets de vapeurs d'hydrocarbures dans l'environnement, et d'autre part pour éviter les pertes d'hydrocarbures impliquées par de tels rejets. It is necessary in certain situations, such as purging the gas contained in a fuel tank which must be filled, to treat the gaseous effluent saturated with hydrocarbon vapors, on the one hand to limit the discharges of vapors d hydrocarbons in the environment, and on the other hand to avoid the losses of hydrocarbons implied by such discharges.
Pour répondre à ces impératifs, la présente invention se propose de fournir une installation de récupération de vapeurs de composés volatils dans un mélange gazeux, dont la constitution est telle que les risques d'explosion soient limités, dont la mise en oeuvre et la maintenance soient facilitées, en particulier qui soit adaptable à tout type de mélange gazeux, tout cela avec un coût relativement limité. To meet these requirements, the present invention proposes to provide an installation for recovering vapors of volatile compounds in a gaseous mixture, the constitution of which is such that the risks of explosion are limited, the implementation and maintenance of which are facilitated, in particular which is adaptable to any type of gas mixture, all of this with a relatively limited cost.
Ces buts, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints par l'invention au moyen d'une installation compacte comprenant essentiellement deux condenseurs disposés l'un au-dessus de l'autre dans une même enveloppe. These aims, as well as others which will appear subsequently, are achieved by the invention by means of a compact installation essentially comprising two condensers arranged one above the other in the same envelope.
Plus particulièrement, l'invention a pour objet une installation pour la récupération de composés volatils présents sous forme de vapeur dans un mélange gazeux, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une colonne d'épuration renfermant un premier condenseur situé dans la partie basse de la colonne et un second condenseur disposé au-dessus du premier, les deux condenseurs étant traversés par une même ligne de circulation d'azote de refroidissement, alimentée en azote liquide en amont dudit second condenseur, dans lequel l'azote se vaporise, et délivrant de l'azote gazeux réchauffé en aval dudit premier condenseur, ladite colonne étant pourvue dans sa partie basse de moyens d'alimentation en ledit mélange gazeux et de moyens de soutirage de condensat situés à un niveau inférieur au premier condenseur, et étant également pourvue de moyens d'interruption de son alimentation en azote liquide et de moyens d'alimentation en un fluide de réchauffage des deux condenseurs. More particularly, the subject of the invention is an installation for the recovery of volatile compounds present in the form of vapor in a gaseous mixture, characterized in that it comprises at least one purification column containing a first condenser located in the lower part the column and a second condenser disposed above the first, the two condensers being crossed by the same cooling nitrogen circulation line, supplied with liquid nitrogen upstream of said second condenser, in which the nitrogen vaporizes, and delivering heated nitrogen gas downstream of said first condenser, said column being provided in its lower part with means for supplying said gas mixture and with condensate withdrawal means located at a level below the first condenser, and also being provided means for interrupting its supply of liquid nitrogen and means for supplying a fluid for heating the two cones densities.
L'installation selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
- le premier condenseur est un échangeur de chaleur du type à contre-courant
- le second condenseur est un échangeur de chaleur du type multipasses à chicanes
- la ou chaque colonne d'épuration renferme en outre dans sa partie haute un dispositif d'adsorption d'hydrocarbures disposé au-dessus dudit second condenseur et comprenant un lit d'adsorbant traversé par ladite ligne de circulation d'azote de refroidissement en amont du second condenseur
- la ou chaque colonne est équipée de moyens de mesure de la différence de pression du gaz traité entre sa partie haute et sa partie basse
- elle comprend des moyens de stockage du condensat reliés audits moyens de soutirage de condensat
- elle comprend une colonne unique et des moyens pour faire circuler du liquide alternativement à partir de la partie basse de ladite colonne vers lesdits moyens de stockage, et à partir desdits moyens de stockage vers la partie basse de ladite colonne
- les moyens de circulation du liquide sont asservis aux moyens de contrôle de la différence de pression pour la circulation du liquide à partir desdits moyens de stockage vers la partie basse de ladite colonne
- elle comprend des moyens pour isoler le dispositif d'adsorption du reste de la colonne lorsque du liquide est acheminé depuis lesdits moyens de stockage vers la partie basse de la colonne
- elle comprend des moyens de régénération par mise sous vide du dispositif d'adsorption
- elle comprend deux colonnes d'épuration raccordées en parallèle à des moyens d'alimentation en ledit mélange gazeux, et des conduites d'amenée de gaz de régénération relient l'extrémité de sortie d'une ligne de circulation d'azote de refroidissement à l'extrémité d'entrée de l'autre ligne de circulation d'azote de refroidissement, l'azote servant de fluide de réchauffage dans cette autre ligne
- elle comprend des moyens de commande pour n'alimenter qutune seule colonne à la fois en ledit mélange gazeux et, simultanément, fermer la communication entre l'extrémité d'entrée de la ligne de circulation d'azote de refroidissement de cette colonne et l'extrémité de sortie de la ligne de circulation d'azote de refroidissement de l'autre colonne
- un réchauffeur est installé sur ladite conduite d'amenée de gaz de régénération.The installation according to the invention may include one or more of the following characteristics
- the first condenser is a counter-current type heat exchanger
- the second condenser is a heat exchanger of the multi-pass type with baffles
the or each purification column also contains in its upper part a hydrocarbon adsorption device disposed above said second condenser and comprising a bed of adsorbent crossed by said upstream cooling nitrogen circulation line of the second condenser
the or each column is equipped with means for measuring the pressure difference of the treated gas between its upper part and its lower part
- It includes condensate storage means linked to said condensate withdrawal means
- It comprises a single column and means for circulating liquid alternately from the lower part of said column to said storage means, and from said storage means to the lower part of said column
the means for circulating the liquid are controlled by the means for controlling the pressure difference for the circulation of the liquid from said storage means towards the lower part of said column
- It includes means for isolating the adsorption device from the rest of the column when liquid is conveyed from said storage means to the lower part of the column
- It includes means of regeneration by evacuating the adsorption device
- It comprises two purification columns connected in parallel to means for supplying said gas mixture, and regeneration gas supply pipes connecting the outlet end of a cooling nitrogen circulation line to the inlet end of the other cooling nitrogen circulation line, the nitrogen serving as a heating fluid in this other line
- It comprises control means for supplying only one column at a time with said gas mixture and, simultaneously, closing the communication between the inlet end of the cooling nitrogen circulation line of this column and the outlet end of the cooling nitrogen circulation line of the other column
- A heater is installed on said regeneration gas supply pipe.
Des exemples de l'invention vont maintenant être décrits en regard des dessins annexés, sur lesquels
- la figure 1 représente schématiquement une installation suivant l'invention, comprenant une seule colonne d'épuration
- la figure 2 représente schématiquement une autre installation suivant l'invention, comprenant une seule colonne d'épuration contenant un étage d'adsorption
- la figure 3 représente schématiquement une autre installation suivant l'invention, comprenant deux colonnes d'épuration en parallèle.Examples of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which
- Figure 1 schematically shows an installation according to the invention, comprising a single purification column
- Figure 2 shows schematically another installation according to the invention, comprising a single purification column containing an adsorption stage
- Figure 3 schematically shows another installation according to the invention, comprising two purification columns in parallel.
L'installation représentée sur la figure 1 est destinée à traiter un gaz comprenant de l'air, des vapeurs d'essence et de l'eau, produit sur un site de stockage d'hydrocarbure lors du remplissage d'une cuve non représentée. Elle comprend essentiellement une colonne d'épuration 1, renfermant deux condenseurs 2 et 3 superposés refroidis par une même ligne 4 de circulation de fluide de refroidissement, une capacité-tampon 5 pour le stockage intermédiaire de condensat, et un réservoir 6 de liquide. La colonne est fermée à son sommet par un couvercle amovible 101. The installation shown in Figure 1 is intended to treat a gas comprising air, gasoline vapors and water, produced on a hydrocarbon storage site when filling a tank not shown. It essentially comprises a purification column 1, containing two superposed condensers 2 and 3 cooled by the same line 4 of coolant circulation, a buffer capacity 5 for the intermediate storage of condensate, and a tank 6 of liquid. The column is closed at its top by a removable cover 101.
La colonne 1, en acier inoxydable, renferme ainsi dans sa partie basse un premier condenseur 2, qui est un échangeur de chaleur du type à contre-courant, et un second condenseur 3, qui est un échangeur de chaleur du type multipasses à chicanes 103 horizontales, disposé au-dessus du premier condenseur 2. Ces deux condenseurs sont traversés par la ligne 4 de circulation de fluide de refroidissement, qui est alimentée en azote liquide en amont du second condenseur 4 via une conduite d'amenée de liquide 7 reliée à un réservoir 107. Column 1, made of stainless steel, thus contains in its lower part a first condenser 2, which is a heat exchanger of the counter-current type, and a second condenser 3, which is a heat exchanger of the multi-baffle type 103 horizontal, arranged above the first condenser 2. These two condensers are crossed by the line 4 for cooling fluid circulation, which is supplied with liquid nitrogen upstream from the second condenser 4 via a liquid supply pipe 7 connected to a tank 107.
L'installation fonctionne de la façon suivante. The installation works as follows.
Le mélange gazeux à traiter, constitué d'air à environ 70 % d'humidité saturé en vapeur d'essence, à la température ambiante (inférieure à environ 300C) et à la pression atmosphérique, est introduit dans la partie basse de la colonne 1 via une conduite d'amenée de gaz 8. Ce gaz circule de façon ascendante dans la colonne 1 à contre-courant du sens de circulation de l'azote de refroidissement. The gaseous mixture to be treated, consisting of air at about 70% humidity saturated with gasoline vapor, at room temperature (below about 300C) and at atmospheric pressure, is introduced into the lower part of column 1 via a gas supply pipe 8. This gas circulates in an ascending manner in column 1 against the flow of the direction of circulation of the cooling nitrogen.
La ligne 4 de circulation de fluide de refroidissement traverse dans un premier temps le second condenseur 3 sous la forme d'un faisceau tubulaire 104 constitué de tubes à ailettes verticaux. Ainsi, la circulation du gaz ascendant dans la colonne se fait, pour l'essentiel, perpendiculairement à la circulation du fluide de refroidissement, ce dernier suivant un trajet ascendant sinueux défini par les chinanes 103. The coolant circulation line 4 initially crosses the second condenser 3 in the form of a tubular bundle 104 made up of tubes with vertical fins. Thus, the circulation of the ascending gas in the column takes place, essentially, perpendicular to the circulation of the cooling fluid, the latter following a sinuous ascending path defined by the chinanes 103.
L'extraction de chaleur par l'azote liquide dans cet étage de condensation provoque la vaporisation complète de l'azote liquide, et le fluide de refroidissement en sortie du second condenseur 3 est donc de l'azote gazeux froid.The extraction of heat by liquid nitrogen in this condensation stage causes the complete vaporization of the liquid nitrogen, and the cooling fluid at the outlet of the second condenser 3 is therefore cold nitrogen gas.
La ligne 4 de circulation de fluide de refroidissement traverse ensuite le premier condenseur 2. Sur la variante représentée sur la figure 1, ce condenseur comprend un corps de remplissage 9, autour duquel circule la ligne 4 de fluide de refroidissement sous forme d'au moins un serpentin hélicoïdal. L'extraction de chaleur par l'azote gazeux froid, dans cet étage de condensation, provoque un échauffement relatif de l'azote gazeux, qui est ensuite libéré dans l'atmosphère via une conduite 10 reliée à la partie basse de la colonne 1, cette conduite comportant une vanne 110. The coolant circulation line 4 then crosses the first condenser 2. In the variant shown in FIG. 1, this condenser comprises a filling body 9, around which circulates the coolant line 4 in the form of at least a helical coil. The extraction of heat by cold nitrogen gas, in this condensing stage, causes a relative heating of the nitrogen gas, which is then released into the atmosphere via a pipe 10 connected to the lower part of column 1, this pipe comprising a valve 110.
Le gaz pollué introduit au bas de la colonne 1 via la conduite 8 traverse donc dans un premier temps le premier condenseur 2 à contre-courant, où il est refroidi grâce à la chaleur sensible du courant d'azote gazeux froid circulant dans la ligne 4. L'eau peut alors commencer à se condenser, ou même à geler. Le condensat se rassemble au pied de la colonne 1, alors que les éventuels cristaux de glace se déposent en partie sur le corps du premier condenseur 2. Une importante partie des cristaux sera "lavée" par les condensats liquides tombant du condenseur supérieur et sera donc mélangée au bain de condensats en cuve de la colonne. The polluted gas introduced at the bottom of column 1 via line 8 therefore firstly crosses the first condenser 2 against the current, where it is cooled by the sensible heat of the stream of cold nitrogen gas flowing in line 4 The water can then start to condense, or even freeze. The condensate collects at the bottom of the column 1, while the possible ice crystals are partially deposited on the body of the first condenser 2. A large part of the crystals will be "washed" by the liquid condensates falling from the upper condenser and will therefore be mixed with the condensate bath in the bottom of the column.
L'air chargé de vapeur d'essence et sensiblement appauvri en eau s'élève ensuite vers le second condenseur 3 et traverse l'échangeur multipasses. Dans cet étage de condensation, l'azote liquide circulant dans la ligne 4 est utilisée pour condenser et/ou cristalliser les vapeurs d'hydrocarbure. Pour cela, l'azote se vaporise et se réchauffe jusqu'à une température prédéterminée, par exemple -900C, dans l'échangeur 3. The air charged with gasoline vapor and substantially depleted in water then rises to the second condenser 3 and passes through the multi-pass exchanger. In this condensation stage, the liquid nitrogen circulating in line 4 is used to condense and / or crystallize the hydrocarbon vapors. For this, the nitrogen vaporizes and heats up to a predetermined temperature, for example -900C, in the exchanger 3.
On pense qu'il se produit l'équilibre suivant : les premières molécules d'essence refroidies à la température de cristallisation, lorsqu'elles cristallisent à la surface des tubes à ailettes de l'échangeur multipasses, créent une résistance thermique qui ne permet progressivement aux molécules suivantes que de se condenser et non plus de cristalliser. Il se produit donc un écoulement d'hydrocarbure liquide jusqu'au pied de la colonne. It is believed that the following equilibrium occurs: the first gasoline molecules cooled to the crystallization temperature, when they crystallize on the surface of the finned tubes of the multi-pass exchanger, create a thermal resistance which does not gradually allow to the next molecules than to condense and no longer to crystallize. There is therefore a flow of liquid hydrocarbon to the bottom of the column.
Le flux d'azote liquide introduit dans la ligne 4 de circulation de fluide de refroidissement peut être régulé par un contrôle de la température des gaz en tête de la colonne 1, par des moyens 111 qui agissent sur une vanne de régulation 11 disposée sur la conduite 7. The flow of liquid nitrogen introduced into the coolant circulation line 4 can be regulated by controlling the temperature of the gases at the head of the column 1, by means 111 which act on a regulating valve 11 disposed on the driving 7.
Le transfert thermique dans le second échangeur 3 est optimisé grâce à l'utilisation des tubes à ailettes 104 pour la circulation de l'azote et des baffles ou chicanes 103 pour la circulation des effluents de condensation. The heat transfer in the second exchanger 3 is optimized through the use of finned tubes 104 for the circulation of nitrogen and baffles or baffles 103 for the circulation of condensing effluents.
Le gaz parvenant en tête de la colonne 1 est constitué d'air sensiblement exempt d'hydrocarbure et d'humidité et est évacué via une conduite 28 de gaz épuré. Lorsque le mélange gazeux à traiter est constitué d'air saturé de vapeur d'essence ou de vapeur mixte d'essence et de gazole (en des proportions variables, typiquement 60 % de gazole et 40 % d'essence), l'air épuré dans la colonne 1 présente typiquement une teneur en hydrocarbures inférieure à 35 g/Nm3. The gas arriving at the head of column 1 consists of air substantially free of hydrocarbon and moisture and is evacuated via a line 28 of purified gas. When the gas mixture to be treated consists of air saturated with petrol vapor or mixed vapor with petrol and diesel (in variable proportions, typically 60% diesel and 40% petrol), the purified air in column 1 typically has a hydrocarbon content of less than 35 g / Nm3.
Le liquide condensé rassemblé au pied de la colonne 1 peut être acheminé vers la capacité-tampon 5 via une conduite 12 d'amenée de liquide, équipée d'une vanne 112, cette capacité-tampon 5 communiquant avec un réservoir de stockage 6 du site via une conduite 13 sur laquelle est installée une pompe réversible 14. The condensed liquid collected at the foot of the column 1 can be conveyed to the buffer capacity 5 via a liquid supply line 12, equipped with a valve 112, this buffer capacity 5 communicating with a storage tank 6 on the site via a line 13 on which a reversible pump 14 is installed.
Le liquide contenu dans le réservoir de stockage 6, complété périodiquement par transfert du contenu de la capacité 5 au moyen de la pompe 14, pourra être prélevé par des moyens non représentés sur la figure pour être utilisé sur le site en fonction des besoins. The liquid contained in the storage tank 6, supplemented periodically by transferring the content of the capacity 5 by means of the pump 14, may be withdrawn by means not shown in the figure to be used on site as required.
En variante, la capacité 5 peut être supprimée. Les condensats sont alors stockés dans la colonne elle-même, à condition de prévoir une hauteur de rétention suffisante en cuve de colonne, ou bien envoyes directement dans le réservoir principal 6 ou dans des canalisations servant au remplissage de camions-citernes. Alternatively, the capacity 5 can be deleted. The condensates are then stored in the column itself, provided that a sufficient retention height is provided in the column tank, or else sent directly to the main tank 6 or in pipes used for filling tank trucks.
En fonctionnement, la colonne 1 est le siège de phénomènes non seulement de condensation, mais également de cristallisation, notamment d'eau et éventuellement d'hydrocarbure, sous l'effet du refroidissement intense par l'azote liquide. Il convient de veiller à ce que les cristaux formés qui se déposent sur les condenseurs ainsi que les parois de la colonne n'occupent pas un volume trop important, voire ne bouchent pas le passage des gaz à l'intérieur de la colonne 1. In operation, column 1 is the seat of phenomena not only of condensation, but also of crystallization, in particular of water and possibly of hydrocarbon, under the effect of intense cooling by liquid nitrogen. Care should be taken to ensure that the crystals formed which deposit on the condensers as well as the walls of the column do not occupy too large a volume, or even block the passage of gases inside the column 1.
A cet effet, l'installation représentée sur la figure 1 comporte des moyens pour régénérer la colonne, c'est-à-dire faire fondre les cristaux formés après une période de fonctionnement en mode d'épuration. To this end, the installation shown in FIG. 1 includes means for regenerating the column, that is to say melting the crystals formed after a period of operation in purification mode.
Pour cela, il est prévu des moyens 15 de mesure de la différence entre la pression régnant en tête de la colonne 1 et la pression régnant au pied de la colonne 1, cette différence de pression étant indicatrice du degré de bouchage de la colonne. Une vanne 16, montée dans la conduite 8, ainsi que la vanne 11 sont asservies à ces moyens de mesure 15 pour interrompre l'arrivée du mélange gazeux à traiter par la conduite 8 et l'arrivée d'azote liquide par la conduite 7 lorsque le niveau d'encrassement de la colonne ne permet plus une épuration satisfaisante. For this, means 15 are provided for measuring the difference between the pressure prevailing at the head of column 1 and the pressure prevailing at the foot of column 1, this pressure difference being indicative of the degree of blockage of the column. A valve 16, mounted in line 8, as well as valve 11 are slaved to these measurement means 15 to interrupt the arrival of the gaseous mixture to be treated via line 8 and the arrival of liquid nitrogen through line 7 when the level of fouling in the column no longer allows satisfactory purification.
La pompe 14 est alors mise en service pour soutirer du liquide du réservoir 6, ce liquide étant à la température ambiante. The pump 14 is then put into service to draw liquid from the reservoir 6, this liquid being at ambient temperature.
Progressivement, la capacité-tampon 5, la conduite 12 ainsi que la colonne 1 sont ainsi remplies d'hydrocarbure liquide à la température ambiante, permettant aux cristaux présents de fondre. Lorsque la colonne 1 est remplie d'hydrocarbure, ce qui peut être contrôlé par la différence de pression mesurée par les moyens 15, le sens de fonctionnement de la pompe 14 est inversé et le liquide contenu dans la colonne 1 et la capacité-tampon 5 est envoyé dans le réservoir 6. Gradually, the buffer capacity 5, the pipe 12 and the column 1 are thus filled with liquid hydrocarbon at room temperature, allowing the crystals present to melt. When column 1 is filled with hydrocarbon, which can be controlled by the pressure difference measured by the means 15, the operating direction of the pump 14 is reversed and the liquid contained in column 1 and the buffer capacity 5 is sent to tank 6.
Quelques minutes avant de redémarrer, la colonne est refroidie en envoyant de l'azote liquide à travers les échangeurs en rouvrant la vanne 11, sous la commande d'un capteur de température 113 qui mesure la température de l'azote sortant de l'échangeur 3. A few minutes before restarting, the column is cooled by sending liquid nitrogen through the exchangers by reopening the valve 11, under the control of a temperature sensor 113 which measures the temperature of the nitrogen leaving the exchanger 3.
Cette phase de régénération peut avoir lieu dès que la colonne présente une quantité de cristaux supérieure à une quantité prédéfinie, ou bien, lorsque le procédé est conduit de façon discontinue, avant chaque période d'arrêt de l'installation. This regeneration phase can take place as soon as the column has a quantity of crystals greater than a predefined quantity, or else, when the process is carried out discontinuously, before each period of shutdown of the installation.
Lorsque l'épuration doit fournir un air ultra-pur en sortie de la colonne 1, c'est-à-dire un air qui contient typiquement moins de 150 mg/Nm3, l'installation peut comprendre en outre un appareil d'adsorption, en aval des deux étages de condensation. When the purification must provide ultra-pure air at the outlet of column 1, that is to say air which typically contains less than 150 mg / Nm3, the installation may further comprise an adsorption apparatus, downstream of the two condensation stages.
Cette variante est illustrée sur la figure 2, sur laquelle les références déjà citées désignent des organes identiques à ceux décrits pour la figure 1. This variant is illustrated in FIG. 2, in which the references already cited denote members identical to those described for FIG. 1.
Cette installation comprend en outre un dispositif d'adsorption disposé dans la partie haute de la colonne 1, au-dessus du second condenseur 3, et comprenant un lit d'adsorbant 18 séparé du reste de la colonne par un boîtier 19, et une conduite 20 d'amenée de gaz qui achemine le gaz à épurer sortant du second condenseur 3 à travers le support 19 jusque dans l'adsorbant 18. This installation further comprises an adsorption device disposed in the upper part of the column 1, above the second condenser 3, and comprising an adsorbent bed 18 separated from the rest of the column by a housing 19, and a pipe 20 for the gas supply which conveys the gas to be purified leaving the second condenser 3 through the support 19 as far as the adsorbent 18.
Le lit d'adsorbant 18 est traversé par la ligne 4 de circulation de fluide de refroidissement, dans laquelle circule de l'azote liquide. The adsorbent bed 18 is crossed by the coolant circulation line 4, in which liquid nitrogen circulates.
L'adsorbant 18 peut être tout type d'adsorbant capable d'arrêter des vapeurs d'hydrocarbures, tel que notamment du charbon actif. The adsorbent 18 can be any type of adsorbent capable of stopping vapors of hydrocarbons, such as in particular activated carbon.
Le boîtier 19 sert à isoler l'adsorbant 18 du reste de la colonne au cours de la phase de régénération par immersion dans l'hydrocarbure liquide. A cette fin, la conduite 20 a une forme en U renversé ; une branche 120 du U communique avec le haut de la colonne, sous le boîtier 19 ; l'autre branche 121 du U débouche dans ce boîtier, sous le lit d'adsorbant. Au sommet du U, qui se trouve à l'extérieur de la colonne, la conduite 20 est équipée d'une vanne 21 destinée à éviter la contamination de l'adsorbant 18 par l'hydrocarbure liquide lors de la régénération. The housing 19 serves to isolate the adsorbent 18 from the rest of the column during the regeneration phase by immersion in the liquid hydrocarbon. To this end, the pipe 20 has an inverted U shape; a branch 120 of the U communicates with the top of the column, under the housing 19; the other branch 121 of the U opens into this box, under the adsorbent bed. At the top of the U, which is outside the column, the pipe 20 is equipped with a valve 21 intended to avoid contamination of the adsorbent 18 by the liquid hydrocarbon during regeneration.
Le lit d'adsorbant 18 est régénéré par mise sous vide du boîtier 19 au moyen d'une pompe 22 : le gaz désorbé par pompage est tout d'abord renvoyé dans le lit via une conduite 23 équipée d'une vanne 123 pour le réchauffer, puis, en fermant la vanne 123 et en ouvrant une vanne 124 d'une conduite 24, le gaz désorbé est injecté dans la partie basse de la colonne 1 via cette conduite d'amenée de gaz 24, pour y subir la condensation. The adsorbent bed 18 is regenerated by evacuating the housing 19 by means of a pump 22: the gas desorbed by pumping is first of all returned to the bed via a pipe 23 equipped with a valve 123 to heat it , then, by closing the valve 123 and by opening a valve 124 of a pipe 24, the desorbed gas is injected into the lower part of the column 1 via this gas supply pipe 24, to undergo condensation there.
Comme il apparaît clairement de la description qui précède, les installations représentées sur les figures 1 et 2 sont appropriées au traitement d'épuration du mélange gazeux de façon discontinue. As is clear from the above description, the installations shown in FIGS. 1 and 2 are suitable for the treatment of purification of the gaseous mixture in a discontinuous manner.
L'installation représentée sur la figure 3, comportant deux colonnes d'épuration en parallèle 1A et 1B, permet au contraire de réaliser le traitement d'épuration de façon continue. Cette installation fonctionne de la façon suivante. The installation shown in FIG. 3, comprising two purification columns in parallel 1A and 1B, on the contrary allows the purification treatment to be carried out continuously. This installation works as follows.
Sur la figure 3, les éléments portant une référence numérique déjà citée sont identiques à ceux décrits précédemment sous cette référence. Les éléments désignés A et B sont identiques entre eux et correspondent respectivement aux deux colonnes 1A et 1B. In FIG. 3, the elements bearing a numerical reference already cited are identical to those described previously under this reference. The elements designated A and B are identical to each other and correspond respectively to the two columns 1A and 1B.
L'installation comprend deux colonnes d'épuration renfermant chacune deux étages de condensation et un étage d'adsorption, du type décrit relativement à la figure 2, les lits d'adsorbant 18A et 18B étant cette fois simplement portés par les supports 19A et 19B, sans être isolés du reste de la colonne 1A, respectivement 1B. La conduite 20 de la figure 2 est supprimée. The installation comprises two purification columns each containing two condensation stages and an adsorption stage, of the type described relative to FIG. 2, the adsorbent beds 18A and 18B being this time simply carried by the supports 19A and 19B , without being isolated from the rest of column 1A, respectively 1B. Line 20 of Figure 2 is deleted.
Les deux colonnes 1A et 1B sont reliées chacune, via des conduites 8A et 8B, à une alimentation commune 8 en mélange gazeux à traiter. Les deux lignes 4A et 4B de circulation de fluide de refroidissement sont reliés entre elles comme suit. En sortie de la colonne 1A, la ligne 4A se divise en une branche 10A débouchant dans l'atmosphère et une branche 25A d'amenée de gaz qui débouche dans une conduite commune 26 d'amenée de gaz comportant une branche 26B, laquelle débouche dans la ligne 4B en amont de la colonne 1B. De la même façon, la ligne 4B, en sortie de la colonne 1B, se divise en une branche 10B débouchant dans l'atmosphère et une branche 25B d'amenée de gaz débouchant dans la conduite 26, dont une seconde branche 26A est reliée à la ligne 4A en amont de la colonne 1A. Un réchauffeur 27 est installé au point de convergence entre les conduites 25A, 25B et 26. The two columns 1A and 1B are each connected, via lines 8A and 8B, to a common supply 8 of the gas mixture to be treated. The two lines 4A and 4B of coolant circulation are interconnected as follows. At the outlet of column 1A, line 4A is divided into a branch 10A opening into the atmosphere and a branch 25A of gas supply which opens into a common gas supply pipe 26 comprising a branch 26B, which opens into line 4B upstream of column 1B. Similarly, line 4B, at the outlet of column 1B, is divided into a branch 10B opening into the atmosphere and a branch 25B of gas supply opening into line 26, a second branch 26A of which is connected to line 4A upstream of column 1A. A heater 27 is installed at the point of convergence between the lines 25A, 25B and 26.
De plus, une conduite 28A, 28B munie d'une vanne 29A, 29B part de chaque colonne 1A, 1B, au niveau de l'échangeur 2A, 2B, et est reliée à l'aspiration d'une pompe 30. Le refoulement de cette pompe est relié, via une conduite 31, à la conduite 8B. In addition, a pipe 28A, 28B provided with a valve 29A, 29B starts from each column 1A, 1B, at the exchanger 2A, 2B, and is connected to the suction of a pump 30. The discharge of this pump is connected, via a line 31, to line 8B.
Dans cette installation, une colonne fonctionne en épuration alors que la seconde fonctionne en régénération, puis le rôle de chacune des colonnes est inversé. In this installation, one column works in purification while the second works in regeneration, then the role of each of the columns is reversed.
Lorsque la colonne 1A fonctionne en épuration, c'est-à-dire en phase de condensation, toutes les vannes A sont ouvertes, toutes les vannes B sont fermées. When column 1A operates in purification, that is to say in the condensation phase, all of the valves A are open, all of the valves B are closed.
Le mélange gazeux pollué introduit via la conduite 8A dans la colonne 1A circule de façon ascendante dans cette dernière. Les condensats s'écoulent vers le bas et se rassemblent au pied de la colonne 1A avant de parvenir jusqu'à la capacité 5 via la conduite 12A. The polluted gas mixture introduced via line 8A into column 1A circulates in an ascending manner in the latter. The condensates flow downwards and collect at the foot of the column 1A before reaching the capacity 5 via the line 12A.
L'azote liquide, dont le débit peut être régulé via le contrôle de température lîlA et la vanne llA, circule dans la ligne 4A : tout d'abord il refroidit le lit d'adsorbant 18A, puis il se vaporise dans l'échangeur multipasses 3A, et enfin il est réchauffé dans l'echan- geur à contre-courant 2A.Liquid nitrogen, the flow rate of which can be regulated via the temperature control IIIA and the valve IIA, circulates in line 4A: first it cools the adsorbent bed 18A, then it vaporizes in the multi-pass exchanger 3A, and finally it is heated in the counter current exchanger 2A.
L'air épuré s'échappe hors de la colonne 1A par l'intermédiaire de la conduite d'évacuation de gaz épuré 28A, qui débouche comme la conduite 28B dans une conduite d'évacuation commune 28. The purified air escapes from column 1A via the purified gas evacuation pipe 28A, which, like line 28B, opens into a common evacuation pipe 28.
Simultanément, la colonne 1B est régénérée, de la manière suivante. Simultaneously, column 1B is regenerated, as follows.
L'azote gazeux réchauffé dans l'échangeur 2A est, au moins en partie, acheminé vers le réchauffeur 27 via la conduite 25A, puis envoyé dans la colonne 1B par l'intermédiaire des conduites 26 et 26B. Il circule alors dans la ligne 4B de la façon suivante : tout d'abord il traverse le lit d'adsorbant 18B en le réchauffant pour faciliter la désorption des hydrocarbures, puis il parcourt l'échangeur multipasses où il fait fondre les cristaux éventuels, et enfin il réchauffe l'échangeur à contre-courant 2B. En sortie de la colonne 1B, l'azote gazeux est envoyé dans la conduite lOB pour être soit rejeté dans l'atmosphère, soit dirigé vers une application ultérieure. Simultanément, pour favoriser la désorption, du gaz est soutiré de la colonne 1B via la conduite 28B et la pompe 30, laquelle refoule ce gaz dans la colonne 1A via les conduites 31, 8B et 8A. The nitrogen gas heated in the exchanger 2A is, at least in part, conveyed to the heater 27 via the line 25A, then sent to the column 1B via the lines 26 and 26B. It then circulates in line 4B as follows: first it crosses the adsorbent bed 18B while heating it to facilitate the desorption of the hydrocarbons, then it traverses the multi-pass exchanger where it melts any crystals, and finally it heats the counter-current exchanger 2B. At the outlet of column 1B, the gaseous nitrogen is sent into line lOB to be either discharged into the atmosphere, or directed to a subsequent application. Simultaneously, to promote desorption, gas is withdrawn from column 1B via line 28B and pump 30, which pumps this gas into column 1A via lines 31, 8B and 8A.
Lorsque la colonne 1A est bouchée à un degré déterminé, ce qui peut être vérifié par une mesure de la différence de pression dans le système par les moyens 15 déjà décrits, branchés entre les conduites 8 et 25 et communs aux deux colonnes, les colonnes 1A et 1B échangent leur rôle. Toutes les conduites A sont fermées, les conduites B sont ouvertes au moyen des vannes disposées sur ces conduites, et la colonne 1A entre en régénération alors que la colonne 1B commence à condenser. When column 1A is blocked to a determined degree, which can be verified by measuring the pressure difference in the system by the means 15 already described, connected between lines 8 and 25 and common to the two columns, columns 1A and 1B swap roles. All the pipes A are closed, the pipes B are opened by means of the valves arranged on these pipes, and the column 1A enters into regeneration while the column 1B begins to condense.
Dans ce type de dispositif, l'appareil d'adsorption est facultatif et sera utilisé uniquement pour produire de l'air ultra-pur. In this type of device, the adsorption device is optional and will be used only to produce ultra-pure air.
A titre d'illustration, un dispositif dans lequel chaque colonne a un diamètre de 900 mm et une hauteur de 5 500 mm permet de traiter une quantité de 1 750 Nm3 par jour avec 3,5 litres d'azote liquide par kilogramme d'essence récupéré. By way of illustration, a device in which each column has a diameter of 900 mm and a height of 5,500 mm makes it possible to treat an amount of 1,750 Nm3 per day with 3.5 liters of liquid nitrogen per kilogram of gasoline recovered.
Il ressort de la description qui vient d'être faite que les dispositifs selon l'invention sont d'emploi très facile et également très sûr puisque les vapeurs d'hydrocarbure n'entrent en contact qu'avec des surfaces immobiles des échangeurs, qui sont typiquement constitués d'acier inoxydable et de cuivre, ce qui minimise le risque d'explosion. It emerges from the description which has just been given that the devices according to the invention are very easy to use and also very safe since the hydrocarbon vapors come into contact only with immobile surfaces of the exchangers, which are typically made of stainless steel and copper, which minimizes the risk of explosion.
L'azote liquide vaporisé dans la ligne de circulation de fluide de refroidissement peut être réutilisé en régénération dans un dispositif à double colonne, et également dans une application ultérieure. The liquid nitrogen vaporized in the coolant circulation line can be reused in regeneration in a double column device, and also in a subsequent application.
L'absence d'élément rotatif et le nombre réduit des éléments minimisent la maintenance : seul un nombre limité de pièces telles que des électrovannes et des régulateurs est nécessaire au bon fonctionnement du système. The absence of a rotating element and the reduced number of elements minimizes maintenance: only a limited number of parts such as solenoid valves and regulators are necessary for the proper functioning of the system.
L'utilisation d'azote liquide permet de réaliser très précisément la production de froid juste requise par le mélange gazeux traité à teneur variable en vapeur d'hydrocarbure : la faculté de réponse du dispositif est très élevée, que la puissance de réfrigération soit élevée ou faible. The use of liquid nitrogen makes it possible to very precisely produce the cold production just required by the treated gas mixture with variable hydrocarbon vapor content: the response capacity of the device is very high, whether the refrigeration power is high or low.
Pour les raisons qui précèdent (peu d'échangeurs, un seul courant d'azote pour les deux condenseurs, et éventuellement pour la régénération d'une première colonne pendant le fonctionnement d'une seconde), le coût de tels dispositifs peut être maintenu à un niveau très faible. For the above reasons (few exchangers, a single stream of nitrogen for the two condensers, and possibly for the regeneration of a first column during the operation of a second), the cost of such devices can be kept at a very low level.
L'invention s'applique également à la récupération, dans des situations analogues, de divers composés volatils, notamment organiques, (acétone, méthanol, etc.) contenus dans de l'air ou dans un autre gaz tel que de l'azote d'inertage. The invention also applies to the recovery, in analogous situations, of various volatile compounds, in particular organic, (acetone, methanol, etc.) contained in air or in another gas such as nitrogen d inerting.
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