Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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)
-
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.
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Critères de dimensionnement d'un adsorbeur
En anglais
5. Performances types des PSA cinétique azote
Comparativement aux PSA H2 travaillant principalement à l'équilibre d'adsorption, les PSA N2 sont des unités de purification valorisant les différences de vitesses de diffusion entre les molécules d'oxygène (rapides), et les molécules d'azote (plus lentes) . Un tamis moléculaire carboné (CMS), à taille de pores calibrés, est généralement employé pour cette séparation. Ainsi, par rapport à un charbon actif standard dont la structure poreuse est organisée autour de 1 nm, les CMS sont caractérisés par une forte proportion de pores dans la plage des 0,1 à 0,4 nm. Alors, même si les isothermes d'adsorption à l'équilibre des molécules de l'air sont à peu de chose près identiques, il est possible de séparer ces molécules du fait de leur forte différence de cinétique d'adsorption (figure 13). En effet, au cours de la première minute, l'adsorption de l'oxygène est significativement supérieure à celle de l'azote et la différence semble maximale entre la première et la deuxième minute (figure 13). Cela indique qu'il est nécessaire d'arrêter cette phase d'adsorption après une ou deux minutes car, si elle était poursuivie, de plus en plus d'azote serait adsorbé, devenant prédominant du fait de sa pression partielle (0,78) quatre fois plus élevée que celle de l'oxygène (0,21).
Ces unités PSA sont en général constituées d'un adsorbeur, muni de deux ou trois capacités, ou de deux adsorbeurs, munis d'une ou deux capacités. De l'air, comprimé à 0,7 ou 0,8 MPa absolus est envoyé à un adsorbeur adsorbant l'oxygène tandis que l'azote traversant est produit à la pureté choisie (jusqu'au ppm) grâce à un simple contrôle du débit traversant. Ainsi, un débit traversant plus élevé entraîne une pureté d'azote plus faible et un rendement azote plus élevé (et inversement).
Les cycles de ces PSA sont, quant à eux, très « déséquilibrés » entre la phase d'adsorption, relativement...
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Performances types des PSA cinétique azote
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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