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PROCEDE ET APPAREIL POUR LA PURIFICATION OU LA SEPARATION DE MELANGES DE GAZ
CONTENANT DES CONSTITUANTS ADSORBABLES.
Il est connu de purifier ou de séparer des mélanges de gaz con- tenant des constituants adsorbables en les faisant passer alternativement à travers un des adsorbeurs d'un système de deux adsorbeurs montés en pa- rallèle, de manière qu'un de ces adsorbeurs soit périodiquement chargé9 et l'autre simultanément déchargé. Le chargement s'effectue normalement à des températures plus bassesle déchargement à des températures plus élevées.
L'invention a pour but le perfectionnement de ce procédé et une utilisation particulièrement économique de toutes les quantités de frigories et de ca- lories engagées,
Suivant la présente inventionun corps adsorbant servant simul- tanément d9économiseur de froid et de chaleur., est constamment refroidi par du gaz frais et fixe de cette manière ses constituants adsorbableso Pendant ce même temps;, l'autre adsorbeur est chauffé en sens inverse par un gaz de balayage préalablement chauffé, et est en même temps déchargé.
Les consti- tuants chargés pendant la période antérieure sont à nouveau restitués aux gaz de balayage. Du fait que l'adsorbant doit servir simultanément d'écono- miseur de froid et de chaleur., le chargement par des gaz frais de même que le déchargement par des gaz de balayage ne se poursuit qu'aussi longtemps que l'adsorbant présente encore une chute de température notable. On na conduit donc pas le chargement jusqu'à l'équilibre et on n'effectue pas non plus un déchargement complet. On peut effectuer le chargement à la tempéra- ture ordinaire., ou bien, suivant une autre caractéristique de l'invention, abaisser la température par une source de froid.
On charge effectivement l'adsorbant au moyen d'un gaz frais, qui a été refroidi à basse température par une source de froid intercalée en avant de 1?adsorbant, pendant que dans 1-'autre branche de l'adsorbeur, on chauffe dans un appareil de chauffage se trouvant à 1?autre extrémité,le gaz de balayage-., sui effectue à cet en- droit le déchargement de l'adsorbant et qui cède sa chaleur à l'adsorbant et adsorbe et entraîne en même temps l'adsorba{./:. dégagé.
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Suivant une autre caractéristique de l'invention, on peut, dans un but de simplification du mode opératoire, effectuer le chauffage ainsi que le refroidissement de façon continue.
Si, suivant une autre caractéristique de l'invention, on inter- cale à chaque extrémité d'une branche de l'adsorbeur un économiseur ou un échangeur de chaleur à contre-courant, qui adsorbe la quantité de froid ou de chaleur entraînée par le gaz ou qui la transmet au gaz frais ou au gaz de balayage par échange indirect de chaleur, il ne peut se produire aucune perte de frigories ou de calories notable.
La nécessité de maintenir une chute de température à travers l'adsorbant par suite de son utilisation com- me masse d'économiseur de chaleur, exige une inversion dans des intervalles de temps qui ne soient pas trop longs, comme c'est le cas pour ceux qu'on utilise d'habitude dans des économiseurs, et qui doivent être réglés de fa- çon connue de façon correspondant aux conditions de température, à la com- position des gaz et aux masses d'économiseurs utilisées. A côté des avanta- ges techniques, on réalise par le mode opératoire correspondant à l'inven- tion l'avantage économique d'une réduction générale de la consommation d' énergie, car ôn peut éventuellement effectuer le chargement à la températu- re ordinaire ou à une température qui n'est que peu réduite. On peut par con- séquent utiliser des sources de froid bon marché.
Le balayage peut également s'effectuer, de façon suffisante, déjà à des températures modérément élevées.
Dans le cas d'application de réfrigération et de chauffage, on ef- fectue le chargement, suivant l'invention, en refroidissant au préalable le gaz frais à décomposer à travers un réfrigérant, puis en l'amenant dans un appareil de réfrigération à sa température la plus basse et en le faisant passer sous cet état sur l'adsorbant servant simultanément d'économiseur de froid et de chaleur, de manière à ce qu'il refroidisse l'adsorbant mais qu' il a-échauffe lui-même. Au delà de l'adsorbant9 on le chauffe dans un appa- reil de chauffage et on le porte à nouveau à la température ordinaire dans l'économiseur de chaleur qui y fait suite.
Dans l'autre branche de l'adsor- beur,, on effectue simultanément dans l'économiseurde chaleur le préchauffa- ge du gaz de balayage qui s'écoule en sens inverse, on le chauffe à sa tem- pérature la plus élevée en le faisant passer dans l'appareil de chauffage qui y fait suite, on le fait passer sous cet état à travers l'adsorbant qu'on chauffe et qu'on décharge pendant que le gaz lui-même se refroidit, puis on le refroidit ensuite à basse température dans un appareil de réfri- gération et on le porte à nouveau dans l'économiseur de froid qui@y fait suite à peu près à la température ordinaire.
L'adsorbant placé entre le chauffage et le refroidissement, ou entre les économiseurs qui s'y rattachent de l' autre côté, sert donc d'économiseur de chaleur à son extrémité située du côté du chauffage, et d'économiseur de froid à son extrémité située du cô-- té du refroidissement. Lors du chargement, il se produit une chute de tem- pérature le long de toute la couche d'adsorbant et un abaissement du niveau de température moyen en maintenant une chute de température dans le sens di- rigé vers le refroidissement, c'est-à-dire qu'on ne refroidit pas complète- ment l'adsorbant mais qu'on décale la zône d'élévation de température du côté du chauffage, En même temps, lors du balayage, on ne chauffe pas com- plètement l'adsorbant, mais on décale la zône de chute de température du côté du refroidissement.
Les portions de l'adsorbant situées du côté du chauffage ne sont que peu chargées. Pendant la période de déchargement, la partie de l'adsorbant située du côté du refroidissement, n'estpas déchargée.
Le front de chargement se déplace par conséquent essentiellement dans les zônes médianes, suivant les conditions de marche, dans la direction du chauf- fage (lors du chargement) ou dans la direction du refroidissement lors du balayage. Dans le mode opératoire décrit, on utilise au mieux le gaz de ba- layage et les quantités de chaleur consommées lors du balayage ou respecti- vement les quantités de froid consommées lors du chargement.
L'application du procédé est décrit en s'appuyant sur un exemple.
L'appareil pour l'application du procédé comprend, suivant l'in- vention, deux couches d'adsorbants 1, 11, montées en parallèle, munies de
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serpentin de refroidissement 49 14, d'économiseurs de froid 2, 12, d'un cô- té, ainsi que d'appareils de chauffage 5, 15 et d'économiseurs de chaleur 39 13 de l'autre côté, et d'un dispositif d'inversion 8 du gaz frais et du gaz de balayage chargé d'un côté, et dispositif 9 d'inversion de gaz rési- duel et de gaz de balayage non chargé de l'autre côté.
Le chauffage peut être effectué par exemple par de la sapeur ou par l'électricité,
Suivant une autre caractéristique de l'invention, on peut com- biner le chauffage et le refroidissement de manière à effectuer un cycle de réfrigération d'un réfrigérant dans un système;, comprenant le compresseur, 6, les liquéfacteurs 5, 15, la soupape de détente 7, les évaporateurs 4, 14. Le liquéfacteur sert de source de chaleur, l'évaporateur sert de sour- ce de froid.
La marche du procédé de purification ou de séparation dans 1' appareil décrit, est donc la suivante : le gaz frais à séparer entre en 10 par l'inverseur 8 et le tube d'entrée 16 dans l'adsorbeur de gauche A qui doit être chargée il traversé l'économiseur 2 qui s'est refroidi pen- dant la période qui précède, puis le refroidisseur 4 qui y fait suite, 1' adsorbant 1, l'appareil de chauffage 5, l'économiseur 3, et sort par 19 et l'inverseur 9 en 21. Pendant le même temps, un gaz de balayage s'écoule de 20 par l'inverseur 9, le tube 17, l'économiseur 13, l'appareil de chauf- fage 15, l'adsorbant 11, le refroidisseur 14 et l'économiseur 12, le tube 18 et l'inverseur 8 en 22 à l'air libre ou vers son utilisation ultérieu- re.
La variation approximative de la température d'une particule de gaz au début de la période de chargement, est représentée sur la figure schématique 2 par la ligne de température 16, 19, et la variation de tempé- rature d'une particule de gaz de balayage au début du balayage par l'autre ligne de température 17, 18. La ligne pointillée représente la variation de température des masses d'économiseurs, etc.. Lors du refroidissement du gaz, cette ligne se trouve en-dessous, et lors du chauffage du gaz, au- dessus de la ligne de température du gaz. D'après l'échelle de température qui se trouve du côté gauche de la figure, on peut lire la variation de la température en degrés Celsius.
La ligne horizontale caractérise la lon- gueur de l'adsorbeur du point 16 à 19, ou du point 18 à 170 Les chiffres qui ne sont pas entre parenthèses se rapportent au gaz frais ou au gaz ré- siduel, les chiffres entre parenthèses, au gaz de balayage. On voit d'après la figure qu'une particule de gaz subit la variation de température repré- sentée par la ligne tombante en traits pleins dans le sens de la flèche indiquée en 16, d'abord'dans l'économiseur 2 puis dans le réfrigérateur 4. Par le*pas- ' sage qui y fait suite sur la masse d'adsorption 1, il se produit une augmen- tation de la température qui se poursuit dans l'appareil de chauffage 5 jusqu'à l'extrémité de ce dernier. Il se produit ensuite à nouveau une chu- te de la température dans l'économiseur 3 jusqu'à quelques degrés au-dessus de la température ambiante.
Une particule de gaz de balayage, qui se dépla- ce en sens inverse au point 17 dans la seconde branche de l'adsorbeur, subit de façon correspondante-d'abord une élévation de température dans l'écono- miseur 3, qui se poursuit dans l'appareil de chauffage 5, tandis qu'il se produit à travers la couche d'adsorbant 11 qui y fait suite, une chute de température qui se poursuit jusqu'au point le plus bas dans le refroidis- seur 14, et est ensuite d'une élévation de température dans l'économisêur jusqu'à quelques degrés en-dessous de la température ambiante. La ligne - de température de la masse d'économiseur représentée en pointillés, varie , entre les lignes en traits ¯pleins 16 à 19 ou respectivement 17 à 18.
Le mode opératoire varie suivant les buts à atteindreoSi on envisage @ impure- tés sont @ valeur, le balayage peut s'effectuer au moyen d'un gaz de balayage quelconque. Il est avantageux d'utiliser des gaz de balayage qui sont exempts de constituants qui ont été adsorbés dans la période précédenteo L'application de pressions élevées au chargement n'est éventuellement pas nécessaire, mais avantageuse au cas où le gaz à purifier doit être utili- sé sous pression dans la suite.
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Si on soumet le gaz à une nouvelle séparation et s'il se produit dés pro- duits de décompositions, qui ne doivent trouver leur emploi sous aucune forme,on peut utiliser chaque fois ce gaz de balayage du récipient à décharger. Si l'on a en vue l'obtention des constituants adsorbables, suivant une autre caractéristique de l'invention, on rend la chose pos- - sible en chauffant de façon intense une quantité réduite de gaz de balay- age, et on enrichit ainsi dans un petit volume de gaz de balayage l'ad- sorbat qui a été dégagé par chauffage et balayage.
On peut enrichir ou séparer davantage le gaz de balayage en- richi, par un procédé connu, par exemple par condensation fractiônnée ou par un nouvel étage d'adsorption du genre décrit plus haut. En utilisant un refroidissement intense, il est également possible d'enrichir les cons- tituants dans une mesure telle qu'ils se condensent déjà lors du refroidis- sement prévu dans l'installation et qu'ils puissent y être enlevés de fa- çon continue. Dans ce cas, il y a lieu de prévoir, en plaçant des coupes collectrices appropriées, que les condensats qui s'écoulent goutte à gout- te soient recueillis et enlevés au voisinage de leur lieu de formation.
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1.- Procédé et appareil pour la purification ou la séparation de mélange de gaz contenant des constituants adsorbables dans deux adsor- beurs montés en parallèle, dont l'un est périodiquement chargé et l'autre déchargé, caractérisé en ce qu'on refroidit par du gaz frais un adsorbant servant d'économiseur de froid pendant une période, et d'économiseur de chaleur pendant une autre période, et qu'on le charge simultanément des constituants adsorbables du gaz, pendant qu'on chauffe l'autre adsorbeur en sens inverse par un gaz de balayage chauffé au préalable pour qu'il cède en même temps au gaz de balayage les constituants adsorbés pendant la période précédente.