WO2003013700A1 - Procede et dispositif pour la fabrication de gaz comprime sec - Google Patents
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Classifications
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- B01D—SEPARATION
- B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
- B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
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- B01D53/268—Drying gases or vapours by diffusion
Definitions
- the gas, the gas mixture or the air which must be dried is introduced into a first column or a tower containing the adsorbent material.
- the water in the air is adsorbed and the material becomes charged with water vapor.
- a second column of the same type is regenerated.
- Pipes, valves and control systems allow the circulation between the two columns to be interrupted or resumed. Then, we repeat the process. Because two pressure columns, valves and control systems are used, adsorption dryers are complex and expensive.
- the regeneration of the adsorbent material can be done in several ways.
- a first method consists in increasing the temperature of the adsorbent bed, during the regeneration phase, so as to desorb the humidity.
- Another method for regenerating the adsorbent material is to subject it to an abrupt low pressure during the regeneration phase.
- a second object of the invention is to provide a compressed air drying device which does not require periodic maintenance either.
- a third object of the invention is to provide a device for drying compressed air which does not require refrigerating gas such as Freon or C.F.C.
- a fourth object of the invention is to provide a device having no electrical connection, which makes it possible to use it in an explosion-proof zone.
- Another object of the invention is to provide a method of drying the compressed air which gives immediate obtaining of the dew point.
- a final object of the invention is to provide dry compressed air which can be used for human respiration.
- the invention relates to a method for manufacturing a gas or mixture of gases, compressed, dry, characterized in that the following steps are carried out:
- the compressed gas or mixture of gases is sent, after drying, to a pressure tank and the mixture is homogenized.
- the compressed gas is air.
- a device for implementing the method according to one of the preceding claims characterized in that it comprises a drying chamber in which parallel hollow tubes are placed, the wall tubes consisting of a membrane permeable to water vapor, a wet compressed air inlet at one end of the tubes, a dry compressed air outlet at the opposite end of the tubes, a dry air inlet in the enclosure, the dry air circulating in the enclosure, outside the tubes, a humid air outlet from the drying enclosure, traps of oxides and dioxides of carbon and sulfur, comprising in particular d a carbon dioxide retention filter and means for periodically removing carbon dioxide from the retention filter.
- the means for periodically removing carbon dioxide from the filter consist of counter-current sweeping means of the filter using a neutral gas.
- the device comprises dust filters, possibly an oil filter, placed upstream of the enclosure, and an antibacterial filter placed downstream of the drying enclosure.
- the catalyst filter is filled with granules composed of manganese oxide, copper oxide and manganese carbonate and having a particle size between 1 and 3.5 mm.
- the retention filter is filled with a molecular sieve of synthetic zeolites of crystal structure of type X, comprising a network of pores with effective diameter of 10 angstroms and having a particle size between 1, 6 and 2.5 mm.
- the scanning means consist of a neutral gas inlet pipe into the retention filter, the neutral gas arriving through the pipe and sweeping the screen against the current to drive out the carbon dioxide.
- the neutral gas is dioxygen.
- the dry compressed air is that manufactured by the device and used for a hygrometry test.
- dry compressed air obtained by the process described above.
- this dry compressed air obtained can be used in the food industry and in the field of civil security.
- Figure 4 is a schematic view of a third embodiment of the invention.
- Figure 5 is a front view of the device according to the invention, according to the second embodiment.
- Figure 6 is a top view of the device according to the invention, according to the second embodiment.
- Figure 7 is a sectional view of a filter.
- Figure 8 is a sectional view of a carbon dioxide retention filter.
- Figure 9 shows the direction of air passage through the filters.
- FIG. 1 there is shown an enclosure (1) in which is placed one or more hollow tubes (2). These hollow tubes (2) or hollow fibers have a wall which is a membrane permeable to water vapor.
- the tubes (2) are placed parallel to each other.
- the enclosure (1) comprises a supply line (3) which is connected to the ends (4) of the tubes (2) and an outlet line (5) which is connected to the opposite ends (6) of the tubes (2) .
- the outlet pipe (5) comprises a branch (7) of reduced size compared to the outlet pipe and which opens into the enclosure (1), outside the tubes or fibers (2).
- the enclosure (1) has a lateral outlet (8).
- the enclosure (1) shown in Figure 1 is a membrane dryer, the operation of which is as follows:
- the compressed gas, or the compressed gas mixture enters through the supply line (3), into the tubes (2).
- the gas mixture is compressed air.
- This compressed air can for example be at a pressure of between approximately 8 and approximately 12 bar, preferably between 9 and
- Compressed air enters the supply line (3) in a direction according to Arrow F1.
- Compressed air enters the tubes (2) through their ends (4) which are connected to the supply line (3).
- Compressed air moves from the ends (4) of the tubes (2) to the opposite ends (6) of the tubes (2).
- the water molecules pass through the walls of the tubes (2), these walls being permeable to water vapor and impermeable to other gases. Water vapor is therefore stored inside (9) of the enclosure (1).
- the dry compressed air exits through the outlet pipe (5), in the direction of Arrow F2.
- the interior (9) of the enclosure (1) is saturated with water vapor, part of the dry air bypassed, through the outlet pipe (5), and the bypass (7), at the inside (9) of the enclosure (1), in the direction of the arrow F3 evacuates the water vapor.
- FIG. 2 shows an embodiment of the invention, this embodiment being the simplest.
- the device shown schematically in Figure 2 can be used, for example in a hospital or clinic which is already equipped with an air compressor. Two cases can arise: the compressor in the hospital or clinic is an oil compressor or else a compressor of another kind.
- the compressor When the compressor is an oil compressor, it supplies compressed air comprising oil. This is the reason why, before reaching the enclosure (1), the compressed air passes through an oil separator (10).
- the device according to the invention does not comprise an oil separator.
- the device according to the invention comprises one or more dust filters.
- it includes a micron filter (11) of 1 micron and a submicron filter (12) of 0.01 micron, upstream of the drying chamber (1).
- the device according to the invention comprises a catalyst filter (13) making it possible to transform carbon monoxide into carbon dioxide, then downstream a retention filter (14) making it possible to retain the carbon dioxide and, still downstream, a deodorization filter (15) with activated carbon and an antibacterial filter (16) of 0.01 micron.
- the catalyst filter (13) is filled with black granules
- HOPCALITE of dimensions between 1 and 3.5 mm and whose average composition is 57% manganese oxide, 13% copper oxide, 30% manganese carbonate.
- the apparent density of the mixture is 1 and this filter is regenerated during the periods when the compressor does not work.
- the granules are arranged in the body of the filter (13) which is identical from the point of view of constitution to that (140) represented in FIG. 7.
- the cylindrical body (141) ends at one end by a shoulder (1410) against which comes to bear a perforated grid (145) and above this grid a plug (142) is crimped in the cylindrical body (141) by the upper ends of the cylindrical body folded over the plug (142).
- This plug has holes (143, 144) and a threaded blind hole allowing it to be fixed on the associated filter caps (139, 149, 159, 169).
- the other end of the cylindrical body also has a shoulder (1411) against which abuts a perforated grid (146) held against the shoulder by a circlip (148) which is received in a groove in the body (141).
- the empty space of the filter (147) is filled with granules of either catalysts, molecular sieves or activated carbon depending on the type of filter.
- FIG. 9 in FIG. 9 is shown the direction (defined by the arrows) of the passage of air through the catalysis filter (13), the filter (14) of retention, the deodorization filter (15) and the antibacterial filter (16), placed one behind the other.
- the air passing through the retention filter (14) arrives through a grid (140) of larger section than the outlet (141) of the filter (14). In this way, the air remains and takes longer to exit the filter and the carbon dioxide is better retained by the balls.
- FIG 3 there is shown another embodiment of the device according to the invention.
- This device includes a homogenizer (17).
- the air which is compressed is atmospheric air, and depending on the quality of the ambient air, the components of the compressed air can vary.
- the homogenizer (17) a dry compressed air is obtained which is of substantially constant composition.
- the homogenizer (17) includes a pressure switch (18) or an electronic pressure sensor.
- the device according to the invention is such that when the pressure of dry compressed air drops in the homogenizer (17), the pressure switch trips and starts the compressor.
- the device according to the invention operates only according to demand, namely, when no dry compressed air is pumped at the outlet (19), the compressor is stopped and it does not triggers only when dry compressed air is pumped.
- a non-return valve (20) closes the dry compressed air supply line to the homogenizer (17).
- the retention filter (14) shown in FIG. 8 comprises means for obtaining the desorption of carbon dioxide and for driving the carbon dioxide out of the filter (14). These means therefore make it possible to clean the retention filter (14) when the balls are or become saturated with carbon dioxide. This cleaning is carried out periodically when the device according to the invention does not work. This cleaning is carried out suddenly by scanning against the current of the retention filter (14) using a neutral gas. In this way the retention filter (14) becomes more efficient and this makes it possible to reduce the amount of carbon dioxide present in the dry compressed air obtained. finally by the device according to the invention.
- a duct (280) has one end joining the outlet duct (141) of the retention filter (14) leading to the deodorization filter (15).
- this duct (280) has its other end connected to a device (28) for distributing a neutral gas.
- the arrival of the neutral gas is controlled by a solenoid valve (283) and the neutral gas is sent against the current in the retention filter (14) to expel the retained carbon dioxide and thus clean the filter (14).
- the carbon dioxide is discharged through the grid (140) of the filter and through a conduit (281) to the outside of the device according to the invention.
- the neutral gas could for example be oxygen or air 78/22.
- the device (28) for distributing neutral gas is unnecessary since the dry compressed air obtained according to the invention is used. As shown in Figure 4, an air sample is taken after passing through the homogenizer (17).
- This air is analyzed for example using an analyzer (29), the hygrometry rate of the air obtained.
- the air samples once analyzed are released to the atmosphere.
- the principle of the invention consists in using this dry compressed air intended solely for hygrometric analysis to sweep against the current the retention filter (14).
- This air is pure according to the invention and the advantage lies in the fact that it is not necessary to have the external neutral gas distribution device (28).
- a non-return valve (282) is placed on the neutral gas inlet pipe to prevent the gas from going backwards.
- the dotted path represents the case where the device (28 ) distribution is used and the solid line path the one where the compressed air from the hygrometric analysis is used.
- the device shown in Figure 4 is a complete device that can be supplied to a hospital or clinic that is not already equipped with a compressor.
- This group is compact and autonomous.
- This device comprises, upstream of the enclosure (1), a micron filter (11), a submicron filter (12), and downstream of the drying enclosure (1), a catalyst filter (13), a retention (14), a deodorizing filter (15) and an antibacterial filter (16), a homogenizer (17), a non-return valve (20).
- the device further comprises a compressor (21) and possibly a second compressor (22), upstream of the filters (11) and (12).
- These compressors (21, 22) are preferably chosen without oil, which makes the oil separator unnecessary.
- FIGs 5 and 6 there is shown a device according to the invention, in front view and in top view.
- the homogenizer (17) has at its upper end a safety valve (23) and a pressure gauge (24) for pressure measurement.
- the drying enclosure (1) is placed so that its longitudinal axis is vertical.
- the wet compressed gas enters the filters (11, 12), via the pipe (25), according to the arrow F1 and leaves the homogenizer (17) by one or more outlet pipes (26, 27) according to the arrows F2 , F'2.
- the device according to the invention can be placed on a support (28) on which the various members are fixed.
- the dry compressed air obtained with the device according to the invention therefore has a quality superior to the AFNOR standard since the contents of oil, water vapor, carbon monoxide, carbon dioxide, sulfur dioxide, monoxide and dioxide of nitrogen are lower.
- an ozonator making it possible to manufacture ozone by electrolysis of oxygen can be placed at the outlet of the drying enclosure (1).
- this dry compressed air can be used for example in the field of civil security to fill air bottles. It can also be used in the food industry, for example to carry out the growth of milk powders or the profusion.
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un gaz ou mélange de gaz, comprimé, sec, caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes suivantes: on comprime le gaz ou mélange de gaz humide; on fait circuler le gaz ou mélange de gaz, comprimé et humide, depuis l'entrée d'au moins un tube creux dont la paroi est constituée d'une membrane perméable à la vapeur d'eau, vers la sortie du tube, le tube creux étant placé dans une enceinte, la vapeur d'eau traversant la membrane depuis l'intérieur du tube vers l'extérieur du tube, pour venir s'accumuler dans l'enceinte; on récupère le gaz ou mélange de gaz comprimé et sec à la sortie du tube; on chasse périodiquement la vapeur d'eau accumulée dans l'enceinte en faisant circuler une partie du gaz ou mélange de gaz sec depuis l'intérieur de l'enceinte vers l'extérieur, et à l'extérieur du tube; on filtre le gaz ou mélange de gaz comprimé, après séchage, pour enlever les oxydes de carbone et de soufre; on régénère périodiquement le filtre à dioxyde de carbone du filtre en le balayant à contre courant avec un gaz neutre.
Description
PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LA FABRICATION DE GAZ COMPRIME SEC
La présente invention concerne un procédé de fabrication de gaz comprimé sec, notamment d'air comprimé sec, et le dispositif pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. L'air comprimé sec peut être utilisé pour la respiration humaine.
On connaît des dispositifs permettant de comprimer l'air à des pressions variant de 3 à 15 bar. Cet air comprimé est ensuite séché pour être utilisé industriellement.
De manière connue, on sèche un gaz comprimé ou de l'air comprimé par un des procédés suivants:
Le procédé de séchage par réfrigération consiste à refroidir le gaz ou l'air contenant de la vapeur d'eau, à une température à laquelle l'eau peut se condenser. Selon ce procédé en continu, l'eau condensée est ensuite enlevée du système sous forme liquide. Par ce procédé, le point de rosée qui peut être obtenu est de 4 °C. Le dispositif nécessaire pour réaliser ce procédé à l'échelle industrielle est très encombrant et consomme beaucoup d'énergie. De plus, ce procédé ne permet pas d'obtenir de l'air ayant des points de rosée inférieurs à 0 °C.
Un autre procédé utilisé est le procédé par adsorption. Pour ce faire, on utilise certains types de zéolites ou autres adsorbants comme le gel de silice ou l'alumine activée, qui sont des matériaux sous forme de fines particules et ayant une grande surface active.
Selon ce procédé, le gaz, le mélange de gaz ou l'air qui doit être séché, est introduit dans une première colonne ou une tour contenant le matériau adsorbant. L'eau contenue dans l'air est adsorbée et le matériau se charge de vapeur d'eau. En même temps, on régénère une seconde colonne du même type. Des conduites, des valves et des systèmes de contrôle
permettent d'interrompre ou de remettre la circulation entre les deux colonnes. Puis, on répète le procédé. Du fait qu'on utilise deux colonnes sous pression, des valves et des systèmes de contrôle, les secheurs par adsorption sont complexes et coûteux. La régénération du matériau adsorbant peut être faite de plusieurs manières. Une première méthode consiste à augmenter la température du lit adsorbant, pendant la phase de régénération, de façon à désorber l'humidité. Une autre méthode pour régénérer le matériau adsorbant est de le soumettre à une basse pression brusque pendant la phase de régénération.
On peut obtenir avec ces procédés des points de rosée sous pression de -20 °C à -40 °C, avec des zéolites ou autres adsorbants. Cependant, cela entraîne des pertes d'énergie.
On peut aussi effectuer le séchage de l'air en le refroidissant par circulation dans un circuit frigorifique, par exemple utilisant du Fréon ou du C.F.C.
Ainsi, les procédés de séchage de gaz comprimé, de mélange de gaz comprimés ou d'air comprimé, de la technique antérieure, présentent de nombreux inconvénients. Par ailleurs, on utilise couramment de l'air comprimé sec dans les hôpitaux, cliniques, laboratoires etc, notamment pour la respiration humaine. Cet air comprimé est obtenu par mélange d'oxygène et d'azote liquide sous pression, dans des proportions voisines de celles de l'air 78/22. Cependant, il ne s'agit pas d'un mélange naturel et donc les proportions des différents constituants de l'air ne sont pas respectées. De plus, pour faire le mélange, il est nécessaire d'avoir des installations spéciales et coûteuses.
Il est connu du brevet FR 2 751 894 dont la requérante est titulaire, un procédé de fabrication de gaz comprimé sec, notamment d'air comprimé sec qui pallie les inconvénients présentés ci-dessus.
Dans ce brevet, le filtrage du dioxyde de carbone est suffisant mais le filtre est rapidement saturé en dioxyde de carbone et doit de ce fait être retiré de l'installation pour être nettoyé.
L'invention vise à pallier ces inconvénients. Un premier but de l'invention est de fournir un procédé simple pour obtenir de l'air comprimé sec, dans lequel il n'est pas nécessaire de retirer le filtre à dioxyde de carbone pour le nettoyer.
Un deuxième but de l'invention est de fournir un dispositif de séchage d'air comprimé ne nécessitant pas non plus d'entretien périodique. Un troisième but de l'invention est de fournir un dispositif de séchage d'air comprimé ne nécessitant pas de gaz frigorifique comme le Fréon ou le C.F.C.
Un quatrième but de l'invention est de fournir un dispositif n'ayant aucun branchement électrique, ce qui permet de l'utiliser en zone antidéflagrante.
Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de séchage de l'air comprimé qui donne une obtention immédiate du point de rosée.
Un dernier but de l'invention est de fournir de l'air comprimé sec qui soit utilisable pour la respiration humaine. A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un gaz ou mélange de gaz, comprimé, sec, caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes suivantes:
- on comprime le gaz ou mélange de gaz humide,
- on fait circuler le gaz ou mélange de gaz, comprimé et humide, depuis l'entrée d'au moins un tube creux dont la paroi est constituée d'une membrane perméable à la vapeur d'eau, vers la sortie du tube, le tube creux étant placé dans une enceinte, la vapeur d'eau traversant la membrane depuis l'intérieur du tube vers l'extérieur du tube, pour venir s'accumuler dans l'enceinte,
- on récupère le gaz ou mélange de gaz comprimé et sec à la sortie du tube,
- on chasse périodiquement la vapeur d'eau accumulée dans l'enceinte en faisant circuler une partie du gaz ou mélange de gaz sec depuis l'intérieur de l'enceinte vers l'extérieur, et à l'extérieur du tube,
- on filtre le gaz ou mélange de gaz comprimé, après séchage, pour enlever les oxydes de carbone et de soufre,
- on régénère périodiquement le filtre à dioxyde de carbone du filtre en le balayant à contre courant avec un gaz neutre. Selon une autre particularité, on filtre le gaz ou mélange de gaz comprimé, avant séchage, pour enlever les poussières.
Selon une autre particularité, on envoie le gaz ou mélange de gaz comprimé, après séchage, dans un réservoir sous pression et on homogénéise le mélange. Selon une autre particularité, le gaz comprimé est de l'air.
Selon une autre particularité, après enlèvement des poussières et séchage, on passe l'air dans un ozoneur pour former de l'ozone.
Les deuxième, troisième et quatrième buts sont atteints par un dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une enceinte de séchage dans laquelle sont placés des tubes creux parallèles, la paroi des tubes étant constituée d'une membrane perméable à la vapeur d'eau, une arrivée d'air comprimé humide à une extrémité des tubes, une sortie d'air comprimé sec à l'extrémité opposée des tubes, une arrivée d'air sec dans l'enceinte, l'air sec circulant dans l'enceinte, à l'extérieur des tubes, une sortie d'air humide de l'enceinte de séchage, des pièges à oxydes et dioxydes de carbone et de soufre, comprenant notamment d'un filtre de rétention du dioxyde de carbone et des moyens pour chasser périodiquement le dioxyde de carbone de ce filtre de rétention.
Selon une autre particularité, les moyens pour chasser périodiquement le dioxyde de carbone du filtre sont constitués de moyens de balayage à contre-courant du filtre à l'aide d'un gaz neutre.
Selon une autre particularité, le dispositif comporte des filtres à poussières, éventuellement un filtre à huile, placés en amont de l'enceinte, et un filtre antibactérien placé en aval de l'enceinte de séchage.
Selon une autre particularité, les pièges à oxydes et dioxydes de soufre et de carbone comportent un filtre catalyseur transformant le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone placé en amont du filtre de rétention du dioxyde de carbone.
Selon une autre particularité, les filtres catalyseurs et de rétention sont constitués d'un conteneur refermé à une première extrémité par une grille perforée et un bouchon, le bouchon comportant deux orifices et un trou de fixation sur les chapeaux de filtres associés, la seconde extrémité du conteneur étant refermée par une grille perforée.
Selon une autre particularité, le filtre catalyseur est rempli de granules composées d'oxyde de manganèse, d'oxyde de cuivre et de carbonate de manganèse et ayant une granulométrie comprise entre 1 et 3,5 mm. Selon une autre particularité, le filtre de rétention est rempli d'un tamis moléculaire de zéolites synthétiques de structure cristalline du type X, comportant un réseau de pores de diamètre effectif de 10 angstrôms et ayant une granulométrie comprise entre 1 ,6 et 2,5 mm.
Selon une autre particularité, les moyens de balayage sont constitués d'un conduit d'arrivée du gaz neutre dans le filtre de rétention, le gaz neutre arrivant par le conduit et balayant le tamis à contre courant pour chasser le dioxyde de carbone.
Selon une autre particularité, le gaz neutre est de l'air comprimé sec.
Selon une autre particularité, le gaz neutre est du dioxygène.
Selon une autre particularité, l'air comprimé sec est celui fabriqué par le dispositif et utilisé pour un test d'hygrométrie.
Selon une autre particularité, le dispositif comporte un homogénéisateur d'air, placé en aval de l'enceinte de séchage. Selon une autre particularité, le dispositif comporte un ou plusieurs compresseurs d'air, en amont des filtres à poussière fonctionnant sans lubrifiant.
Le dernier but est atteint par un air comprimé sec, obtenu par le procédé décrit ci-dessus. Cet air est caractérisé par le fait que sa pression est comprise entre 8 et 12 bar, sa teneur en huile est inférieure à 0, 01 mg/m3 , sa teneur en vapeur d'eau est de 0,09 g/m3, = - 42 °C, sa teneur en CO est inférieure à 2 ppm, sa teneur en C02 est inférieure à 300 ppm, sa teneur en S02 est inférieure à 16.10 ^ ppm et sa teneur en monoxyde / dioxyde d'azote est inférieure à 25,5.10 3 ppm. Selon l'invention, cet air comprimé sec obtenu pourra être utilisé dans le domaine de l'agroalimentaire et dans le domaine de la sécurité civile.
La description suivante, en regard des dessins annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. La Figure 1 est une vue schématique de l'enceinte comportant le ou les tubes creux.
La Figure 2 est une vue schématique d'un premier mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
La Figure 3 est une vue schématique d'un deuxième mode de réalisation du dispositif selon l'invention.
La Figure 4 est une vue schématique d'un troisième mode de réalisation de l'invention.
La Figure 5 est une vue de face du dispositif selon l'invention, selon le deuxième mode de réalisation.
La Figure 6 est une vue de dessus du dispositif selon l'invention, selon le deuxième mode de réalisation.
La Figure 7 est une vue en coupe d'un filtre.
La figure 8 est une vue en coupe d'un filtre de rétention du dioxyde de carbone.
La figure 9 représente le sens de passage de l'air à travers les filtres.
Sur la Figure 1 , on a représenté une enceinte (1 ) dans laquelle est placé un ou plusieurs tubes creux (2). Ces tubes creux (2) ou fibres creuses ont une paroi qui est une membrane perméable à la vapeur d'eau. Les tubes (2) sont placés parallèlement les uns aux autres. L'enceinte (1 ) comporte une conduite d'amenée (3) qui est reliée aux extrémités (4) des tubes (2) et une conduite de sortie (5) qui est reliée aux extrémités opposées (6) des tubes (2). La conduite de sortie (5) comporte une dérivation (7) de dimension réduite par rapport à la conduite de sortie et qui débouche dans l'enceinte (1 ), à l'extérieur des tubes ou fibres (2). Enfin, l'enceinte (1 ) comporte une sortie latérale (8).
L'enceinte (1 ) représentée sur la Figure 1 est un sécheur membranaire dont le fonctionnement est le suivant:
Le gaz comprimé, ou le mélange de gaz comprimé entre par la conduite d'amenée (3), dans les tubes (2). De préférence, le mélange de gaz est de l'air comprimé. Cet air comprimé peut par exemple être à une pression comprise entre environ 8 et environ 12 bar, de préférence entre 9 et
11 bar.
L'air comprimé entre dans la conduite d'amenée (3) suivant une direction selon la Flèche F1. L'air comprimé pénètre dans les tubes (2), par leurs extrémités (4) qui sont reliées à la conduite d'amenée (3). L'air comprimé se déplace depuis les extrémités (4) des tubes (2), jusqu'aux extrémités opposées (6) des tubes (2). Pendant le déplacement de l'air comprimé, les molécules d'eau traversent les parois des tubes (2), ces
parois étant perméables à la vapeur d'eau et imperméables aux autres gaz. La vapeur d'eau vient donc s'emmagasiner à l'intérieur (9) de l'enceinte (1 ).
L'air comprimé sec sort par la conduite de sortie (5), en direction de la Flèche F2. Lorsque l'intérieur (9) de l'enceinte (1 ) est saturé en vapeur d'eau, une partie de l'air sec dérivé, par la conduite de sortie (5), et la dérivation (7), à l'intérieur (9) de l'enceinte (1 ), selon la direction de la Flèche F3 évacue la vapeur d'eau.
L'air sec se trouvant à l'intérieur (9) de l'enceinte (1 ), mais à l'extérieur des tubes (2), se sature en vapeur d'eau et ressort par la conduite latérale (8). Du fait que les parois des tubes sont perméables dans un sens à la vapeur d'eau, c'est-à-dire depuis l'intérieur des tubes (2), vers l'extérieur des tubes (2), mais imperméables dans le sens contraire, c'est-à-dire de l'extérieur des tubes (2), vers l'intérieur, le passage de l'air sec dans l'enceinte (9), permet d'évacuer la vapeur d'eau ou l'eau se trouvant à l'intérieur (9) de l'enceinte.
On a représenté sur la Figure 2, un mode de réalisation de l'invention, ce mode de réalisation étant le plus simple. On peut utiliser le dispositif représenté schématiquement sur la Figure 2, par exemple dans un hôpital ou une clinique qui est déjà équipé d'un compresseur d'air. Deux cas peuvent se présenter : le compresseur de l'hôpital ou de la clinique est un compresseur à huile ou bien est un compresseur d'un autre genre.
Lorsque le compresseur est un compresseur à huile, il fournit de l'air comprimé comprenant de l'huile. C'est la raison pour laquelle, avant de parvenir dans l'enceinte (1 ), l'air comprimé passe au travers d'un deshuileur (10).
Lorsque le compresseur est d'un autre genre qu'un compresseur à huile, l'air comprimé ne comportant pas d'huile, le dispositif selon l'invention ne comporte pas de deshuileur.
Le dispositif selon l'invention comporte un ou plusieurs filtres à poussières. Par exemple, il comporte un filtre micronique (11 ) de 1 micron et un filtre submicronique (12) de 0,01 micron, en amont de l'enceinte de séchage (1 ). A la sortie de l'enceinte (1), le dispositif selon l'invention comporte un filtre catalyseur (13) permettant de transformer le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone, puis en aval un filtre de rétention (14) permettant de retenir le dioxyde de carbone et, encore en aval, un filtre de désodorisation (15) au charbon actif et un filtre antibactérien (16) de 0,01 micron. Le filtre (13) catalyseur est rempli avec des granulés noirs
"d'HOPCALITE" de dimensions comprises entre 1 et 3,5 mm et dont la composition moyenne est de 57 % d'oxyde de manganèse, 13 % d'oxyde de cuivre, 30 % de carbonate de manganèse. La densité apparente du mélange est 1 et ce filtre est régénéré pendant les périodes où le compresseur ne fonctionne pas. Les granulés sont disposés dans le corps du filtre (13) qui est identique au point de vue constitution à celui (140) représenté à la figure 7. Le corps cylindrique (141 ) se termine à une extrémité par un épaulement (1410) contre lequel vient s'appuyer une grille perforée (145) et au-dessus de cette grille un bouchon (142) est serti dans le corps cylindrique (141 ) par les extrémités supérieures du corps cylindrique rabattu sur le bouchon (142). Ce bouchon comporte des orifices (143, 144) et un trou borgne fileté permettant sa fixation sur les chapeaux de filtre associés (139, 149, 159, 169). L'autre extrémité du corps cylindrique comporte également un épaulement (1411) contre lequel vient s'appuyer une grille perforée (146) maintenue contre l'épaulement par un circlips (148) qui vient se loger dans une gorge du corps (141 ). L'espace vide du filtre (147) est rempli des granulés soit de catalyses, soit de tamis moléculaires ou de charbon actif selon le type de filtre. Le filtre (14) de rétention de dioxyde de carbone est rempli de tamis moléculaires Siliporite G5 qui sont des zéolites synthétiques, de structure cristalline du type X, sous forme sodium, qui possèdent un
réseau de pores d'un diamètre effectif de 10 angstrôms. Ces billes de Siliporite G5 ont une granulométrie de 1 ,6 à 2,5 mm. Enfin le filtre (15) est rempli de charbon actif granulé, à base de coques de noix de coco activées, à la vapeur et ayant une granulométrie à 90 % comprise entre 2 et 5 mm. La taille des filtres est calculée en fonction du débit de l'installation qui peut être de 8 m3/h, 19m3/h, 30m3/h, 50 m3/h, par exemple. En fonction de ces débits le filtre de catalyse, le filtre de rétention ou le filtre de désodorisation, est constitué d'un conteneur dont le volume est calculé de façon à ce qu'il puisse contenir les poids de granules correspondant à chacune des propriétés de filtrage selon le débit souhaité pour l'installation. Le tableau ci- après donne des exemples de calculs de poids de granules devant être contenu par les filtres respectifs en fonction des débits de l'installation.
CATALYSE RETENTION DESODORISATION
Q m3/h Poids Kg Poids Kg Poids Kg
8 0,112 0,20 0,06
19 0,266 0,475 0,14
30 0,420 0,750 0,225
50 0,700 1 ,25 0,375
Moyenne 0,014 0,025 0,0075 en gr/m3
Ainsi pour 8m3/h on devra disposer pour le filtre de catalyse d'un volume permettant de contenir un poids "d'HOPCALITE" de 112 gr. Compte tenu de ce tableau, il est nécessaire de prévoir un conteneur d'élément filtrant permettant de contenir entre 0,010 à 0,017 gr d'HOPCALITE constituant le catalyseur par m3/h d'air traité par l'installation, 0,02 à 0,03 gr de tamis moléculaire par m3/h d'air traité par le filtre de rétention et 0,005 à 0,010 gr de charbon actif par m3/h d'air traité par le filtre désodorisant.
Selon l'invention, en figure 9 est représenté le sens (défini par les flèches) de passage de l'air à travers le filtre (13) de catalyse, le filtre (14) de
rétention, le filtre (15) de désodorisation et le filtre (16) antibactérien, placés l'un derrière l'autre. Selon l'invention, l'air traversant le filtre (14) de rétention arrive par une grille (140) de section plus importante que l'orifice (141 ) de sortie du filtre (14). De cette manière, l'air reste et met plus longtemps à sortir du filtre et le dioxyde de carbone est mieux retenu par les billes.
Sur la Figure 3, on a représenté un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Ce dispositif comporte un homogénéisateur (17). En effet, l'air qui est comprimé est de l'air atmosphérique, et suivant la qualité de l'air ambiant, les composants de l'air comprimé peuvent varier. Ainsi, grâce à l'homogénéisateur (17), on obtient un air comprimé sec qui est de composition sensiblement constante.
L'homogénéisateur (17) comporte un pressostat (18) ou un capteur de pression électronique. Le dispositif selon l'invention est tel que lorsque la pression d'air comprimé sec baisse dans l'homogénéisateur (17), le pressostat se déclenche et met en route le compresseur. Ainsi, le dispositif selon l'invention ne fonctionne qu'en fonction de la demande, à savoir, lorsqu'on ne pompe pas d'air comprimé sec à la sortie (19), le compresseur est à l'arrêt et il ne se déclenche que lorsqu'on pompe de l'air comprimé sec. Un clapet anti-retour (20) ferme la conduite d'amenée d'air comprimé sec à l'homogénéisateur (17).
Selon l'invention, le filtre (14) de rétention représenté en figure 8, comporte des moyens pour obtenir la désorption du dioxyde de carbone et pour chasser le dioxyde de carbone vers l'extérieur du filtre (14). Ces moyens permettent donc de nettoyer le filtre (14) de rétention lorsque les billes sont ou deviennent saturés en dioxyde de carbone. Ce nettoyage est effectué périodiquement lorsque le dispositif selon l'invention ne fonctionne pas. Ce nettoyage est effectué de manière brutale par balayage à contre courant du filtre (14) de rétention à l'aide d'un gaz neutre. De cette manière le filtre (14) de rétention devient plus efficace et cela permet de diminuer la quantité de dioxyde de carbone présente dans l'air comprimé sec obtenu
finalement par le dispositif selon l'invention. Un conduit (280) comprend une extrémité joignant le conduit (141 ) de sortie du filtre (14) de rétention menant au filtre (15) de désodorisation. Selon l'invention ce conduit (280) a son autre extrémité reliée à un dispositif (28) de distribution d'un gaz neutre. L'arrivée du gaz neutre est contrôlée par une électrovanne (283) et le gaz neutre est envoyé à contre courant dans le filtre (14) de rétention pour chasser le dioxyde de carbone retenu et ainsi nettoyer le filtre (14). Le dioxyde de carbone est évacué par la grille (140) du filtre et par un conduit (281 ) vers l'extérieur du dispositif selon l'invention. Selon l'invention, le gaz neutre pourra être par exemple du dioxygène ou de l'air 78/22. Selon une variante, le dispositif (28) de distribution de gaz neutre est inutile puisque l'on utilise l'air comprimé sec obtenu selon l'invention. Comme représenté figure 4, une prise d'échantillons d'air est effectuée après le passage dans l'homogénéisateur (17). On analyse cet air par exemple à l'aide d'un analyseur (29), le taux d'hygrométrie de l'air obtenu. Les échantillons d'air une fois analysés sont rejetés dans l'atmosphère. Le principe de l'invention consiste à utiliser cet air comprimé sec destiné uniquement à l'analyse hygrométrique pour balayer à contre courant le filtre (14) de rétention. Cet air est pur selon l'invention et l'avantage réside dans le fait qu'il n'est pas nécessaire de disposer du dispositif (28) extérieur de distribution de gaz neutre. Un clapet (282) anti-retour est placé sur le conduit d'arrivée du gaz neutre pour éviter au gaz de repartir en arrière. Bien entendu, il sera possible également de prendre de l'air obtenu selon l'invention et non destiné à l'analyse hygrométrique comme représenté par le chemin en points sur la figure 4. Le chemin en pointillés représente le cas où le dispositif (28) de distribution est utilisé et le chemin en trait plein celui où l'air comprimé issu de l'analyse hygrométrique est utilisé.
Le dispositif représenté sur la Figure 4 est un dispositif complet qui peut être fourni à un hôpital ou une clinique qui n'est pas déjà équipé d'un
compresseur. Ce groupe est compact et autonome. Ce dispositif comporte en amont de l'enceinte (1 ), un filtre micronique (11 ), un filtre submicronique (12), et en aval de l'enceinte (1) de séchage, un filtre catalyseur (13), un filtre de rétention (14), un filtre désodorisateur (15) et un filtre antibactérien (16), un homogénéisateur (17), un clapet anti-retour (20). Le dispositif comporte en outre un compresseur (21 ) et éventuellement un deuxième compresseur (22), en amont des filtres (11) et (12). Ces compresseurs (21 , 22) sont choisis de préférence sans huile, ce qui rend le deshuileur inutile.
Sur les Figures 5 et 6, on a représenté un dispositif selon l'invention, en vue de face et en vue de dessus. L'homogénéisateur (17) comporte à son extrémité supérieure, une soupape de sécurité (23) et un manomètre (24) pour la mesure de pression. L'enceinte (1 ) de séchage est placée de façon que son axe longitudinal soit à la verticale. Le gaz comprimé humide entre dans les filtres (11 , 12), par la canalisation (25), selon la Flèche F1 et sort de l'homogénéisateur (17) par une ou plusieurs canalisations de sortie (26, 27) selon les Flèches F2, F'2.
Le dispositif selon l'invention peut être placé sur un support (28) sur lequel sont fixés les différents organes.
On obtient avec ce dispositif de l'air comprimé sec qui répond aux normes AFNOR NFS 90140 et NF EN 737-3et même qui peut être de qualité supérieure.
On peut produire de 8 m3 /h à 400 m3 /h d'air comprimé sec, à des pressions de 10 à 12 bar.
Si l'on compare la qualité de l'air comprimé sec obtenu avec le dispositif selon l'invention, avec la norme AFNOR NFS 90140, on a les résultats suivants:
Norme AFNOR NFS Dispositif selon
90140 l'invention
Teneur en huile en mg/m3 0,1 < 0,01
Vapeur d'eau en g/m3 0,09 0,09 = - 42 °C
Teneur en CO en ppm < 5 < 2
Teneur en C02 en ppm < 350 < 300
Teneur en S02 en ppm 16.10"3 < 16.10 "3
Teneur en 25,5. 10 3 < 25,5. 10 3 monoxyde/dioxyde d'azote en ppm
L'air comprimé sec obtenu avec le dispositif selon l'invention a donc une qualité supérieure à la norme AFNOR puisque les teneurs en huile, vapeur d'eau, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone, dioxyde de soufre, monoxyde et dioxyde d'azote sont inférieures.
Selon l'invention, un ozoneur permettant de fabriquer de l'ozone par électrolyse de dioxygène peut être placé en sortie de l'enceinte (1 ) de séchage.
Selon l'invention, cet air comprimé sec pourra être utilisé par exemple dans le domaine de la sécurité civile pour remplir des bouteilles d'air. Il pourra être utilisé également dans le domaine de l'agroalimentaire, par exemple pour effectuer la pousse des poudres de lait ou le foisonnement.
Il doit être évident pour les personnes versées dans l'art que la présente invention permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes spécifiques sans l'éloigner du domaine d'application de l'invention comme revendiqué. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, mais peuvent être modifiés dans le domaine défini par la portée des revendications jointes, et l'invention ne doit pas être limitée aux détails donnés ci-dessus.
Claims
1. Procédé de fabrication d'un gaz ou mélange de gaz, comprimé, sec, caractérisé par le fait que l'on effectue les étapes suivantes: - on comprime le gaz ou mélange de gaz humide,
- on fait circuler le gaz ou mélange de gaz, comprimé et humide, depuis l'entrée d'au moins un tube creux dont la paroi est constituée d'une membrane perméable à la vapeur d'eau, vers la sortie du tube, le tube creux étant placé dans une enceinte, la vapeur d'eau traversant la membrane depuis l'intérieur du tube vers l'extérieur du tube, pour venir s'accumuler dans l'enceinte,
- on récupère le gaz ou mélange de gaz comprimé et sec à la sortie du tube,
- on chasse périodiquement la vapeur d'eau accumulée dans l'enceinte en faisant circuler une partie du gaz ou mélange de gaz sec depuis l'intérieur de l'enceinte vers l'extérieur, et à l'extérieur du tube,
- on filtre le gaz ou mélange de gaz comprimé, après séchage, pour enlever les oxydes de carbone et de soufre,
- on régénère périodiquement le filtre à dioxyde de carbone du filtre en le balayant à contre courant avec un gaz neutre.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'on filtre le gaz ou mélange de gaz comprimé, avant séchage, pour enlever les poussières.
3. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé par le fait que l'on envoie le gaz ou mélange de gaz comprimé, après séchage, dans un réservoir sous pression et on homogénéise le mélange.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le gaz comprimé est de l'air.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que, après enlèvement des poussières et séchage, on passe l'air dans un ozoneur pour former de l'ozone.
6. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une enceinte (1 ) de séchage dans laquelle sont placés des tubes creux (2) parallèles, la paroi des tubes étant constituée d'une membrane perméable à la vapeur d'eau, une arrivée (3) d'air comprimé humide à une extrémité (4) des tubes (2), une sortie (5) d'air comprimé sec à l'extrémité opposée (6) des tubes (2), une arrivée (7) d'air sec dans l'enceinte (1 ), l'air sec circulant dans l'enceinte (1 ), à l'extérieur des tubes (2), une sortie (8) d'air humide de l'enceinte (1 ) de séchage, des pièges (13, 14, 15) à oxydes et dioxydes de carbone et de soufre, comprenant notamment d'un filtre de rétention du dioxyde de carbone et des moyens pour chasser périodiquement le dioxyde de carbone de ce filtre de rétention.
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens pour chasser périodiquement le dioxyde de carbone du filtre sont constitués de moyens de balayage à contre-courant du filtre à l'aide d'un gaz neutre.
8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé par le fait qu'il comporte des filtres (1 1 , 12) à poussières, éventuellement un filtre à huile (10), placés en amont de l'enceinte (1 ), et un filtre antibactérien (16) placé en aval de l'enceinte de séchage.
9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les pièges à oxydes et dioxydes de soufre et de carbone comportent un filtre catalyseur (13) transformant le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone placé en amont du filtre (14) de rétention du dioxyde de carbone.
10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les filtres catalyseurs (13) et de rétention (14) sont constitués d'un conteneur refermé à une première extrémité par une grille perforée (145) et un bouchon (142), le bouchon (142) comportant deux orifices (143, 144) et un trou de fixation sur les chapeaux de filtres associés, la seconde extrémité du conteneur étant refermée par une grille perforée.
11. Dispositif selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le filtre catalyseur est rempli de granules composées d'oxyde de manganèse, d'oxyde de cuivre et de carbonate de manganèse et ayant une granulométrie comprise entre 1 et 3,5 mm.
12. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 11 , caractérisé en ce que le filtre (14) de rétention est rempli d'un tamis moléculaire de zéolites synthétiques de structure cristalline du type X, comportant un réseau de pores de diamètre effectif de 10 angstrôms et ayant une granulométrie comprise entre 1 ,6 et 2,5 mm.
13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de balayage sont constitués d'un conduit d'arrivée du gaz neutre dans le filtre de rétention, le gaz neutre arrivant par le conduit et balayant le tamis à contre courant pour chasser le dioxyde de carbone.
14. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que le gaz neutre est de l'air comprimé sec.
15. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 13, caractérisé en ce que le gaz neutre est du dioxygène.
16. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'air comprimé sec est celui fabriqué par le dispositif et utilisé pour un test d'hygrométrie.
17. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 16, caractérisé par le fait qu'il comporte un homogénéisateur (17) d'air, placé en aval de l'enceinte (1 ) de séchage.
18. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 17, caractérisé par le fait comporte un ou plusieurs compresseurs (21 , 22) d'air, en amont des filtres à poussière fonctionnant sans lubrifiant.
19. Air comprimé sec, obtenu par le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que sa pression est comprise entre 8 et 12 bar, sa teneur en huile est inférieure à 0, 01 mg/m3 , sa teneur en vapeur d'eau est de 0,09 g/m3, = - 42 °C, sa teneur en CO est inférieure à 2 ppm, sa teneur en C02 est inférieure à 300 ppm, sa teneur en SO2 est inférieure à 16.10 "3 ppm et sa teneur en monoxyde / dioxyde d'azote est inférieure à 25,5.10"3 ppm.
20. Utilisation de l'air comprimé sec obtenu selon la revendication 19 dans le domaine de Pagroalimentaire.
21. Utilisation de l'air comprimé sec obtenu selon la revendication 19 dans le domaine de la sécurité civile.
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| EP0571997A1 (fr) * | 1992-05-29 | 1993-12-01 | Air Products And Chemicals, Inc. | Eliminer l'eau dans un gaz humide |
| US5605564A (en) * | 1996-02-14 | 1997-02-25 | Howell Laboratories, Inc. | Membrane gas dehydrator |
| WO2001034280A1 (fr) * | 1999-11-12 | 2001-05-17 | Porous Media Corporation | Systemes a gaz comprimes utilisant un deshydrateur d'air a membrane a pression variable, et mode de mise en oeuvre |
-
2001
- 2001-08-08 EP EP01963077A patent/EP1425082A1/fr not_active Withdrawn
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0571997A1 (fr) * | 1992-05-29 | 1993-12-01 | Air Products And Chemicals, Inc. | Eliminer l'eau dans un gaz humide |
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| WO2001034280A1 (fr) * | 1999-11-12 | 2001-05-17 | Porous Media Corporation | Systemes a gaz comprimes utilisant un deshydrateur d'air a membrane a pression variable, et mode de mise en oeuvre |
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