Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Réglementation oblige, la purification des gaz est devenue incontournable pour tout industriel employant au moins un gaz dans son procédé de production. Le procédé par PSA compte au nombre des technologies utilisées à ce jour pour purifier les gaz, chaque technologie possédant ses spécificités et performances. La détermination des critères de dimensionnement d’une unité PSA impose la connaissance entre autres des paramètres de calcul, de l’influence des niveaux de pression, des principes de dimensionnement des adsorbeurs et des principes de conception d’un schéma de vannes. À ce jour, la purification des gaz par PSA a largement démontré ses avantages, tant en coût qu’en énergie spécifique de séparation.
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Due to regulation requirements, gas purification has become essential for any industrialist using at least one gas in their production process. The PSA process is included in the currently used technologies of gas purification, each of them offering its own characteristics and performances. The determination of the design criteria of a PSA unit requires, amongst other factors, a sound knowledge of calculation parameters, the influence of pressure levels, design principles of absorbers and valve diagrams. To date, the PSA gas purification has clearly demonstrated its advantages, in terms of cost and specific separation energy.
Auteur(s)
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Guillaume de SOUZA : Ingénieur ENSTA (École nationale supérieure de techniques avancées – Paris) - Licence et Mastère en Mécanique de l'Université Pierre et Marie Curie – Paris - Entrepreneur et consultant - Expert en procédés d'adsorption à modulation de pression
INTRODUCTION
Ce dossier, relatif à la « Purification des gaz par le procédé PSA (Pressure Swing Adsorption) – Dimensionnement et perspectives » [J 3 607], est une suite logique du dossier « Purification des gaz par le procédé PSA (Pressure Swing Adsorption) – Fondamentaux et cycles en pression » [J 3 606].
Également, suite spécifique du dossier « Adsorption – Procédés et applications » [J 2 731], ce dossier a pour objectif d'apporter au lecteur des informations complémentaires concrètes nécessaires à une bonne compréhension des spécificités et critères de dimensionnement d'une unité PSA, ainsi que des perspectives de développements technologiques et applicatifs de ces systèmes.
Ainsi, après lecture, le lecteur sera à même d'évaluer les performances associées à l'emploi de la technologie de purification par PSA, ainsi que de donner un dimensionnement préliminaire de PSA via une connaissance :
-
des paramètres de calcul de ses performances ;
-
de l'influence des niveaux de pression du cycle PSA sur ses performances ;
-
de la méthodologie du « tout linéaire » de calcul d'un PSA ;
-
des principes de dimensionnement des adsorbeurs ;
-
des principes de conception et de dimensionnement d'un schéma de vannes.
Une illustration de certains de ces fondamentaux est également proposée à travers des exemples de mise en œuvre d'unités VSA (Vaccum Swing Adsorption) et PSA de purification d'oxygène, d'azote et d'hydrogène. Enfin, certaines évolutions en cours et prévisibles de la technologie PSA sont présentées.
Les connaissances fondamentales relatives aux choix des adsorbants et à la construction de cycles PSA étant supposées acquises après la lecture du dossier [J 3 606], on s'intéresse maintenant aux aspects plus « économiques » du procédé à travers son niveau de performance et son dimensionnement, éléments fondateurs de l'intérêt économique de l'emploi d'un PSA.
L'expertise technique et scientifique de référence
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Exemples de schémas de vannes7. Conception du schéma de vannes associé à un cycle PSA
7.1 Vannes d'interface adsorbeur
Pour mettre en œuvre un cycle PSA, il faut développer un schéma de vannes qui permette la réalisation du cycle en minimisant, si possible, le nombre de vannes. Pour ce faire, on présente ci-après une procédure d'optimisation du nombre de vannes à installer qui peut s'appliquer à tout type de procédé d'adsorption.
Les vannes d'interfaçage avec un adsorbeur peuvent être nombreuses et de types « vannes Tout ou Rien » (TOR) ou de type « vannes de contrôle » (Cv) suivant la nécessité ou non de contrôler un débit d'entrée/sortie ou une variation de pression pour éviter tout risque de détériorer l'adsorbant par la mise en mouvement des lits.
On montre, figure 18, un adsorbeur relié à six vannes différentes (3 vannes TOR (#1, #2, #3) et 3 vannes de contrôle (#4, #5, #6)). Un si grand nombre de vannes est souvent nécessaire lorsque l'on a installé un très grand nombre d'équilibrages (3 à 4) pour obtenir de très bons taux de récupération à ratio de pression PADS/PREG élevé.
HAUT DE PAGE7.2 Lignes transversales et lignes directes
-
Ainsi, la mise en œuvre d'un PSA à N adsorbeurs implique de relier ces adsorbeurs par autant de lignes transversales qu'il y a de vannes d'interface par adsorbeur (figure 19).
Mais cette configuration peut être facteur d'optimisation dans le cas où plusieurs étapes ont lieu simultanément dans des adsorbeurs différents. Ainsi, par exemple, si un 1er équilibrage a lieu entre adsorbeurs de même parité – pairs – en même temps qu'un 3e équilibrage entre adsorbeurs impairs, il suffit de placer judicieusement les adsorbeurs de même parité de chaque côté d'une vanne de séparation placée en milieu de ligne transversale. Alors, on économise l'installation d'une nouvelle ligne transversale et ses vannes d'interface associées (figures 20 et 21).
De plus, si ces étapes ont lieu dans une partie d'un temps de phase (disons, par exemple, pendant sa 1re moitié),...
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Conception du schéma de vannes associé à un cycle PSA
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - YANG (R.T.) - Gas separation by adsorption processes. - Butterworths, Boston (1987).
-
(2) - BIRD (R.B.), STEWART (W.E.), LIGHTFOOT (E.N.) - Transport phenomena. - John Wiley & sons (1960).
-
(3) - FUDERED (A.) - Two-feed pressure swing adsorption process. - US 4333744 (1981).
-
(4) - DE SOUZA (G.), TROMEUR (P.) - Procédé et installation d'enrichissement d'un mélange gazeux combustible en au moins un de ses composants. - EP 1485189 (2002).
-
(5) - DE SOUZA (G.), HAULLE (F.X.) - Procédé de purification d'un gaz par CPSA à deux paliers de régénération et unité de purification permettant la mise en œuvre de ce procédé. - FR 2916363, 33 p. (2007).
-
(6) - GEMMINGEN (U.) - Pressure Swing Adsorption Processes – Design and Simulation. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
http://www.industrie.gouv.fr/portail/pratique/index_reglementation.html
Réglementation gaz
Réglementation des appareils sous pression
Réglementation des appareils à pression
Réglementation relative aux canalisations
Réglementation ATEX (Atmosphères explosives)
Réglementation instruments de mesure et métrologie
HAUT DE PAGE2.1 Constructeurs – Fournisseurs (liste non exhaustive)
Grands gaziers http://www.airliquide.com http://www.linde-gas.fr http://www.airproducts.com http://www.praxair.com
Équipementiers http://www.uop.com http://nitrocraft.free.fr http://www.carbotech.info http://www.questair.com http://www.mahler-ags.com...
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