WO2017042490A1 - Method and apparatus for purifying air by means of an enthalpy wheel and an adsorption wheel - Google Patents

Method and apparatus for purifying air by means of an enthalpy wheel and an adsorption wheel Download PDF

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Benoît DAVIDIAN
Erwan LE GULUDEC
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L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude
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Definitions

  • the present invention relates to a device and a method for purifying air by means of adsorbent wheels.
  • Air is generally purified using an adsorption process, where 13X alumina and zeolite are used to capture water and CO 2, respectively.
  • This process is discontinuous because the adsorbent must be regenerated periodically.
  • the operating conditions of the process are as follows: air and CO 2 are adsorbed at a pressure of 5-6 bar and at a temperature of between 5 and 15 ° C. Then the adsorbent is regenerated by heating at 150 ° C and a decrease in pressure to atmospheric pressure. In the case where it is desired to purify the air at low pressure, that is to say at a pressure of between 1 and 2 bars, there is then a drastic increase in the adsorbent volumes and the regeneration flow rate.
  • the adsorption processes are effective for purifying gases, but because of the discontinuous nature of the process, it is necessary to double equipment (bottle, adsorbent) and to have a complex inversion system.
  • the invention proposes to simplify the process for purifying air by adsorption.
  • a solution of the present invention is a device for purifying an air flow having a relative humidity greater than 50% comprising in the flow direction of the air flow: at least one rotary enthalpic wheel comprising a first adsorbent distributed in at least one first sector capable of receiving the airflow having a relative humidity greater than 50% and at least one second sector capable of receiving a regeneration gas,
  • At least one rotary adsorption wheel comprising a second adsorbent distributed in an adsorption sector, a regeneration sector, and a purge sector, and
  • the adsorption wheel rotatable so that the portion of the second adsorbent in the adsorption sector passes into the regeneration sector, the part of the second adsorbent in the regeneration sector passes into the regeneration sector the purge sector, and the part of the second adsorbent in the purge sector passes into the adsorption sector.
  • first and the second adsorbent may be identical.
  • the regeneration in the regeneration sector is generally carried out by heating.
  • the enthalpy wheel is a wheel that allows the transfer of frigories from a dry regeneration gas to a wet process gas.
  • the enthalpy wheel is cooled by the desorption of the adsorbed water using the regeneration gas which is dry and unheated.
  • the regeneration gas heats up.
  • the cooled wheel turns and cools the process air when it comes in contact with it.
  • the moisture of the process gas is also partially adsorbed. This type of wheel thus makes it possible to cool and pre-dry the process air.
  • the device according to the invention may have one or more of the following characteristics:
  • the purge sector of the adsorption wheel is adapted to receive the regeneration gas and the regeneration sector of the adsorption wheel is adapted to receive the regeneration gas leaving the purge sector after passing through a heater.
  • said device comprises a duct between the distillation unit and the adsorption wheel so as to be able to use the residual gas of the distillation unit as a regeneration gas for the second adsorbent,
  • said device comprises a compressor upstream of the enthalpy wheel or between the enthalpy wheel and the adsorption wheel or between the adsorption wheel and the air distillation unit.
  • said device comprises a first fan for the circulation of the air flow and a second fan for the circulation of a regeneration flow.
  • said device comprises a fan allowing both the circulation of the air flow and the circulation of a regeneration flow.
  • the enthalpy wheel and the adsorption wheel are assembled in a single module.
  • the subject of the present invention is also a process for purifying an air stream comprising, as impurities, water and CO 2, implementing a purification device as defined in the invention, comprising the following steps: :
  • the method according to the invention may have one or more of the following characteristics:
  • said method comprises the passage of a first regeneration gas in the regeneration sector of the adsorption wheel and the passage of a second regeneration gas in the second sector of the enthalpy wheel.
  • the first regeneration gas is chosen from the air resulting from stage b), the residual nitrogen recovered at the outlet of the air distillation unit, a mixture of air and residual nitrogen, or second regeneration gas leaving the second sector of the enthalpic wheel.
  • the first regeneration gas is heated, before it passes through the regeneration sector of the adsorption wheel, at a temperature of between 100 and 250 ° C.
  • the second regeneration gas is chosen from the residual nitrogen recovered at the outlet of the air distillation unit and the air resulting from stage b). .
  • the second regeneration gas enters the second sector of the enthalpy wheel at a temperature below 30 ° C so as to cool the flow of air passing through the first sector of the enthalpy wheel by heat exchange.
  • the adsorbent is discharged into water so that the desorption of the water cools the flow of air passing through the first sector of the enthalpy wheel; .
  • said method uses a first and a second adsorption wheel placed in series on the circulation of the air flow and the first regeneration gas passes successively in the purge sectors of the first and second adsorption wheels; then successively in the regeneration sectors of the second and the first adsorption wheel ( Figure 8).
  • the process according to the invention could implement first, second and third adsorption wheels placed in series and the first regeneration gas passes successively in the purge sectors of the first, second and second the third adsorption wheel and then successively in the regeneration sectors of the third, the second and the first adsorption wheel ( Figure 9).
  • the regeneration gas can be cooled or heated before it enters the adsorption wheel.
  • the flow of air is cooled before the actual adsorption stage in order to improve the performance of the adsorption stage.
  • This makes it possible to increase the adsorption capacity of the wheel since the quantity of adsorbed gas is increased at low temperatures.
  • the quantity of water to be adsorbed by the adsorption wheels is less important, which makes it possible to avoid excessive heating of the wheels and the process gas during the adsorption phase, which is detrimental to the performance of the adsorption wheels.
  • adsorption The enthalpy wheel cools (and pre-dries) the air flow before purification.
  • the adsorption wheel adsorbs only water: it also adsorbs CO 2 and secondary impurities from the process air. These impurities can be stopped completely or partially by the addition of several adsorption wheels placed in series.
  • the particularity of the adsorption system used in the context of the invention lies in the shaping of the adsorbent wheel but also in its regeneration system: the wheel has a sector used for regeneration (R), the rest the being to treat air (A) ( Figure 1).
  • the air stream to be purified and the first regeneration gas circulate in counter-current and the first hot regeneration gas, that is to say at a temperature between 100 ° C and 250 ° C, is used to regenerate the adsorbent of the wheel.
  • the wheel turns on itself to move from one sector to another.
  • this device makes it possible to continuously produce dried air.
  • This system does not require doubling equipment such as conventional adsorption processes.
  • the adsorption wheel is composed of a matrix of composite material or of cellulose or fiberglass or metal, for example aluminum or stainless steel on which the desiccant material is deposited, such as silica gel, alumina or zeolites such as 13X zeolite.
  • the first regeneration gas leaving the adsorption wheel can be sent to the enthalpy wheel to desorb the water.
  • the second regeneration gas leaving the enthalpy wheel can be used to regenerate the adsorbent of the adsorption wheel. This will be detailed later with the aid of FIGS. 9 and 10.
  • the fans of the adsorption wheel and enthalpy systems can be pooled. Thus a single fan can be sufficient for each type of gas (supply air flow and regeneration gas) to circulate this gas through the adsorption and enthalpy wheels.
  • the pressure of the process air is between 1 and 1.5 bar. Compression can take place before or after purging and drying. Note that when the air is compressed it is not mandatory to have fans to circulate the flow of supply air and gases of regeneration used for regeneration and purge through the adsorption and enthalpic wheels.
  • the different enthalpic and adsorption wheels can be assembled in the same module.
  • a refrigeration unit and / or an exchanger may be interposed between the (or) enthalpy wheel (s) and (or) adsorption wheel, to cool further before air. Similarly, one can have a purge between 2 wheels of the same function (enthalpic or adsorption).
  • FIGS. 2 to 10 The different configurations of the device according to the invention will now be described in more detail using FIGS. 2 to 10.
  • the enthalpy wheel is sometimes called “cooling system with wheel” or “cooling wheel” and the adsorption wheel is sometimes called “purification system with wheel” or “wheel purification”.
  • Figure 2 describes a device according to the invention.
  • the compression of the air takes place after purification.
  • the regeneration gas is nitrogen.
  • Regeneration gas circuits are in parallel.
  • Figure 3 describes a device according to the invention.
  • the compression of the air takes place before purification.
  • the regeneration gas is waste nitrogen. Regeneration gas circuits are in parallel.
  • Figure 4 describes a device according to the invention.
  • the regeneration gas is residual nitrogen and passes in series in the adsorption wheel and then in the enthalpy wheel.
  • Figure 5 describes a device according to the invention.
  • the regeneration gas is residual nitrogen and passes in series in the enthalpy wheel and then in the adsorption wheel.
  • FIG. 6 describes a variant of the invention in which it is possible to introduce regeneration gas between the wheel bleed system and the gas purification system.
  • FIG. 7 describes a device according to the invention in which two gas passages of
  • a first regeneration gas which is air that passes into the adsorption wheel and the second regeneration gas is residual nitrogen that passes into the enthalpy wheel.
  • FIG. 8 describes a device according to the invention in which two gas passages of
  • a first regeneration gas which is air that passes into the adsorption wheel and the second regeneration gas is residual nitrogen that passes into the enthalpy wheel.

Abstract

The invention relates to a device for purifying a flow of air having a relative humidity of greater than 50%, including in the direction of the air flow: at least one rotary enthalpy wheel including a first adsorbent distributed in at least one first segment suitable for receiving the flow of air having a relative humidity of greater than 0% and at least one second segment suitable for receiving a regeneration gas; at least one rotary adsorption wheel including a second adsorbent distributed in one adsorption segment, one regeneration segment, and one purge segment; and an air distillation unit.

Description

Procédé et installation d'épuration d'air au moyen d'une roue enthalpique et d'une roue d'adsorption  Method and installation for purifying air by means of an enthalpy wheel and an adsorption wheel
La présente invention a pour objet un dispositif et un procédé de purification d'air au moyen de roues d'adsorbant. The present invention relates to a device and a method for purifying air by means of adsorbent wheels.
L'air est généralement purifié à l'aide d'un procédé d'adsorption, où de l'alumine et de la zéolite 13X sont utilisées pour capter respectivement de l'eau et de C02. Ce procédé est discontinu car l'adsorbant doit être régénéré périodiquement. Ainsi, afin de produire de manière continue de l'air purifié, il est nécessaire d'avoir 2 bouteilles. Elles sont alternativement en production et en régénération : pendant qu'une bouteille est en production, c'est à dire qu'elle purifie l'air, la deuxième bouteille est en cours de régénération. Les conditions opératoires du procédé sont les suivantes : l'air et le C02 sont adsorbés à une pression de 5-6 bars et à une température comprise entre 5 et 15 °C. Puis l'adsorbant est régénéré par chauffage à 150 °C et par une diminution de la pression jusqu'à la pression atmosphérique. Dans le cas où l'on souhaite épurer l'air à basse pression, c'est à dire à une pression comprise entre 1 et 2 bars il y a alors une augmentation drastique des volumes d'adsorbant et du débit de régénération.  Air is generally purified using an adsorption process, where 13X alumina and zeolite are used to capture water and CO 2, respectively. This process is discontinuous because the adsorbent must be regenerated periodically. Thus, in order to continuously produce purified air, it is necessary to have 2 bottles. They are alternately in production and regeneration: while a bottle is in production, ie it purifies the air, the second bottle is being regenerated. The operating conditions of the process are as follows: air and CO 2 are adsorbed at a pressure of 5-6 bar and at a temperature of between 5 and 15 ° C. Then the adsorbent is regenerated by heating at 150 ° C and a decrease in pressure to atmospheric pressure. In the case where it is desired to purify the air at low pressure, that is to say at a pressure of between 1 and 2 bars, there is then a drastic increase in the adsorbent volumes and the regeneration flow rate.
En plus des deux bouteilles, il est également nécessaire d'avoir un système d'inversion qui permet de diriger les différents flux dans l'une ou l'autre bouteille selon qu'elles sont en phase d'adsorption ou de régénération. Ces systèmes d'inversion sont constitués d'un nombre important de vannes et s'avèrent onéreux. Ces systèmes d'inversion sont aussi sources de défaillance du système.  In addition to the two bottles, it is also necessary to have an inversion system that directs the different flows in one or the other bottle depending on whether they are in the adsorption or regeneration phase. These inversion systems consist of a large number of valves and are expensive. These inversion systems are also sources of system failure.
Ainsi, les procédés d'adsorption sont efficaces pour purifier des gaz, mais en raison du caractère discontinu du procédé, il est nécessaire de doubler les équipements (bouteille, adsorbant) et d'avoir un système d'inversion complexe.  Thus, the adsorption processes are effective for purifying gases, but because of the discontinuous nature of the process, it is necessary to double equipment (bottle, adsorbent) and to have a complex inversion system.
L'invention propose de simplifier le procédé de purification de l'air par adsorption.  The invention proposes to simplify the process for purifying air by adsorption.
Une solution de la présente invention est un dispositif d'épuration d'un flux d'air présentant une humidité relative supérieure à 50% comprenant dans le sens de circulation du flux d'air: - au moins une roue enthalpique rotative comprenant un premier adsorbant réparti en au moins un premier secteur apte à recevoir le flux d'air présentant une humidité relative supérieure à 50%et au moins un deuxième secteur apte à recevoir un gaz de régénération, A solution of the present invention is a device for purifying an air flow having a relative humidity greater than 50% comprising in the flow direction of the air flow: at least one rotary enthalpic wheel comprising a first adsorbent distributed in at least one first sector capable of receiving the airflow having a relative humidity greater than 50% and at least one second sector capable of receiving a regeneration gas,
- au moins une roue d'adsorption rotative comprenant un deuxième adsorbant réparti en un secteur d'adsorption, un secteur de régénération, et un secteur de purge, et  at least one rotary adsorption wheel comprising a second adsorbent distributed in an adsorption sector, a regeneration sector, and a purge sector, and
- une unité de distillation d'air  - an air distillation unit
avec : with:
- la roue enthalpique apte à subir une rotation de manière à ce que la partie du premier adsorbant se trouvant dans le premier secteur passe dans le deuxième secteur et la partie du premier adsorbant se trouvant dans le deuxième secteur passe dans le premier secteur, et - the enthalpy wheel rotatable so that the portion of the first adsorbent in the first sector passes into the second sector and the portion of the first adsorbent in the second sector passes into the first sector, and
- la roue d'adsorption apte à subir une rotation de manière à ce que la partie du deuxième adsorbant se trouvant dans le secteur d'adsorption passe dans le secteur de régénération, la partie du deuxième adsorbant se trouvant dans le secteur de régénération passe dans le secteur de purge, et la partie du deuxième adsorbant se trouvant dans le secteur de purge passe dans le secteur d'adsorption. - the adsorption wheel rotatable so that the portion of the second adsorbent in the adsorption sector passes into the regeneration sector, the part of the second adsorbent in the regeneration sector passes into the regeneration sector the purge sector, and the part of the second adsorbent in the purge sector passes into the adsorption sector.
Notons que le premier et le deuxième adsorbant peuvent être identiques.  Note that the first and the second adsorbent may be identical.
Notons également que la régénération dans le secteur de régénération s'effectue généralement par chauffage.  It should also be noted that the regeneration in the regeneration sector is generally carried out by heating.
La roue enthalpique est une roue qui permet de transférer des frigories d'un gaz de régénération sec à un gaz procédé humide. La roue enthalpique est refroidie par la désorption de l'eau adsorbée à l'aide du gaz de régénération qui est sec et non chauffé. Le gaz de régénération se réchauffe. La roue refroidie tourne et refroidit l'air procédé lorsqu'elle entre en contact avec lui. L'humidité du gaz procédé est également partiellement adsorbée. Ce type de roue permet donc de refroidir et pré-sécher l'air procédé.  The enthalpy wheel is a wheel that allows the transfer of frigories from a dry regeneration gas to a wet process gas. The enthalpy wheel is cooled by the desorption of the adsorbed water using the regeneration gas which is dry and unheated. The regeneration gas heats up. The cooled wheel turns and cools the process air when it comes in contact with it. The moisture of the process gas is also partially adsorbed. This type of wheel thus makes it possible to cool and pre-dry the process air.
Selon le cas, le dispositif selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : Depending on the case, the device according to the invention may have one or more of the following characteristics:
- le secteur de purge de la roue d'adsorption est apte à recevoir le gaz de régénération et le secteur de régénération de la roue d'adsorption est apte à recevoir le gaz de régénération sortant du secteur de purge après passage dans un réchauffeur. - ledit dispositif comprend un conduit entre l'u nité de distillation et la roue d'adsorption de manière à pouvoir utiliser le gaz résiduaire de l'unité de distillation comme gaz de régénération du deuxième adsorbant, - The purge sector of the adsorption wheel is adapted to receive the regeneration gas and the regeneration sector of the adsorption wheel is adapted to receive the regeneration gas leaving the purge sector after passing through a heater. said device comprises a duct between the distillation unit and the adsorption wheel so as to be able to use the residual gas of the distillation unit as a regeneration gas for the second adsorbent,
- ledit dispositif comprend un compresseur en amont de la roue enthalpique ou entre la roue enthalpique et la roue d'adsorption ou entre la roue d'adsorption et l'unité de distillation d'air. said device comprises a compressor upstream of the enthalpy wheel or between the enthalpy wheel and the adsorption wheel or between the adsorption wheel and the air distillation unit.
- ledit dispositif comprend un premier ventilateur pour la circulation du flux d'air et un second ventilateur pour la circulation d'un flux de régénération. said device comprises a first fan for the circulation of the air flow and a second fan for the circulation of a regeneration flow.
- ledit dispositif comprend un ventilateur permettant à la fois la circulation du flux d'air et la circulation d'un flux de régénération.  said device comprises a fan allowing both the circulation of the air flow and the circulation of a regeneration flow.
- la roue enthalpique et la roue d'adsorption sont assemblées dans un seul module. the enthalpy wheel and the adsorption wheel are assembled in a single module.
La présente invention a également pour objet un procédé d'épuration d'un flux d'air comprenant comme impuretés de l'eau et du C02, mettant en uvre un dispositif d'épuration tel que défini dans l'invention, comprenant les étapes suivantes :  The subject of the present invention is also a process for purifying an air stream comprising, as impurities, water and CO 2, implementing a purification device as defined in the invention, comprising the following steps: :
a) passage du flux d'air à travers le secteur de purge de la roue enthalpique dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la roue enthalpique de manière à refroidir le flux d'air à une température inférieure à 30 °C a) passage of the air flow through the purge sector of the enthalpy wheel in a direction parallel to the axis of rotation of the enthalpy wheel so as to cool the air flow to a temperature below 30 ° C.
b) passage du flux d'air refroidi à travers le secteur d'adsorption de la roue d'adsorption de manière à éliminer au moins une partie de l'eau du flux d'air, b) passing the cooled air stream through the adsorption wheel adsorption sector so as to remove at least a portion of the water from the air stream,
c) passage du flux d'air séché dans l'unité de distillation d'air, et c) passage of the dried air stream into the air distillation unit, and
d) récupération d'un flux d'oxygène et/ou d'azote. d) recovering a stream of oxygen and / or nitrogen.
Selon le cas le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :  Depending on the case, the method according to the invention may have one or more of the following characteristics:
- ledit procédé comprend le passage d'un premier gaz de régénération dans le secteur de régénération de la roue d'adsorption et le passage d'un second gaz de régénération dans le deuxième secteur de la roue enthalpique.  said method comprises the passage of a first regeneration gas in the regeneration sector of the adsorption wheel and the passage of a second regeneration gas in the second sector of the enthalpy wheel.
- le premier gaz de régénération est choisi parmi l'air issu de l'étape b), l'azote résiduaire récupéré en sortie de l'unité de distillation d'air, un mélange d'air et de l'azote résiduaire ou le second gaz de régénération sortant du deuxième secteur de la roue enthalpique. - le premier gaz de régénération est chauffé, avant son passage dans le secteur de régénération de la roue d'adsorption, à une température comprise entre 100 et 250°C. the first regeneration gas is chosen from the air resulting from stage b), the residual nitrogen recovered at the outlet of the air distillation unit, a mixture of air and residual nitrogen, or second regeneration gas leaving the second sector of the enthalpic wheel. the first regeneration gas is heated, before it passes through the regeneration sector of the adsorption wheel, at a temperature of between 100 and 250 ° C.
- le second gaz de régénération est choisi parmi l'azote résiduaire récupéré en sortie de l'unité de distillation d'air et l'air issu de l'étape b). .  the second regeneration gas is chosen from the residual nitrogen recovered at the outlet of the air distillation unit and the air resulting from stage b). .
- le second gaz de régénération entre dans le deuxième secteur de la roue enthalpique à une température inférieure à 30 °C de manière à refroidir le flux d'air passant dans le premier secteur de la roue enthalpique par échange thermique. - The second regeneration gas enters the second sector of the enthalpy wheel at a temperature below 30 ° C so as to cool the flow of air passing through the first sector of the enthalpy wheel by heat exchange.
- lors du passage du second gaz de régénération dans le deuxième secteur de la roue enthalpique l'adsorbant se décharge en eau de manière à ce que la désorption de l'eau refroidisse le flux d'air passant dans le premier secteur de la roue enthalpique.  during the passage of the second regeneration gas in the second sector of the enthalpy wheel, the adsorbent is discharged into water so that the desorption of the water cools the flow of air passing through the first sector of the enthalpy wheel; .
- ledit procédé met en uvre une première et une deuxième roue d'adsorptions placées en série sur la circulation du flux d'air et le premier gaz de régénération passe successivement dans les secteurs de purge de la première et de la deuxième roue d'adsorption puis successivement dans les secteurs de régénération de la deuxième et de la première roue d'adsorption (figure 8). De même le procédé selon l'invention pourrait mettre en uvre une première, une deuxième et une troisième roues d'adsorption s placées en série et le premier gaz de régénération passe successivement dans les secteurs de purge de la première, de la deuxième et de la troisième roue d'adsorption puis successivement dans les secteurs de régénération de la troisième, de la deuxième et de la première roue d'adsorption (figure 9).  said method uses a first and a second adsorption wheel placed in series on the circulation of the air flow and the first regeneration gas passes successively in the purge sectors of the first and second adsorption wheels; then successively in the regeneration sectors of the second and the first adsorption wheel (Figure 8). Similarly, the process according to the invention could implement first, second and third adsorption wheels placed in series and the first regeneration gas passes successively in the purge sectors of the first, second and second the third adsorption wheel and then successively in the regeneration sectors of the third, the second and the first adsorption wheel (Figure 9).
Notons que l'on peut refroidir ou chauffer le gaz de régénération avant qu'il n'entre dans la roue d'adsorption. Note that the regeneration gas can be cooled or heated before it enters the adsorption wheel.
Ainsi dans le cadre de l'invention le flux d'air est refroidi avant l'étape proprement dite d'adsorption afin d'améliorer les performances de l'étape d'adsorption. Cela permet d'augmenter la capacité d'adsorption de la roue puisque la quantité de gaz adsorbée est augmentée aux basses températures. Par ailleurs, la quantité d'eau à adsorber par les roues d'adsorption est moins importante ce qui permet d'éviter un réchauffement trop important des roues et du gaz procédé lors de la phase d'adsorption ce qui est préjudiciable aux performances d'adsorption. La roue enthalpique refroidit (et pré-sèche) le flux d'air avant épuration. La roue d'adsorption n'adsorbe pas que l'eau : elle adsorbe également le C02 et les impuretés secondaires de l'air procédé. Ces impuretés peuvent être arrêtées complètement ou partiellement par l'ajout de plusieurs roues d'adsorption placées en série. Thus, in the context of the invention, the flow of air is cooled before the actual adsorption stage in order to improve the performance of the adsorption stage. This makes it possible to increase the adsorption capacity of the wheel since the quantity of adsorbed gas is increased at low temperatures. Moreover, the quantity of water to be adsorbed by the adsorption wheels is less important, which makes it possible to avoid excessive heating of the wheels and the process gas during the adsorption phase, which is detrimental to the performance of the adsorption wheels. adsorption. The enthalpy wheel cools (and pre-dries) the air flow before purification. The adsorption wheel adsorbs only water: it also adsorbs CO 2 and secondary impurities from the process air. These impurities can be stopped completely or partially by the addition of several adsorption wheels placed in series.
La particularité du système d'adsorption utilisé dans le cadre de l'invention réside dans la mise en forme de l'adsorbant en roue mais aussi dans son système de régénération : la roue comporte un secteur utilisé pour la régénération (R), le reste l'étant pour traiter l'air (A) (figure 1). Le flux d'air à purifier et le premier gaz de régénération circulent à contre-courant et le premier gaz de régénération chaud, c'est-à-dire à une température comprise entre 100°C et 250°C, est utilisé pour régénérer l'adsorbant de la roue. La roue tourne sur elle-même afin de passer d'un secteur à l'autre. Ainsi ce dispositif permet de produire de manière continue de l'air séché. Ce système ne nécessite pas de doubler les équipements comme les procédés classiques d'adsorption. A noter qu'avant de chauffer le gaz de régénération, celui-ci peut traverser le secteur « de purge » (P). Cela permet de refroidir la roue d'adsorption et de préchauffer le gaz de régénération. The particularity of the adsorption system used in the context of the invention lies in the shaping of the adsorbent wheel but also in its regeneration system: the wheel has a sector used for regeneration (R), the rest the being to treat air (A) (Figure 1). The air stream to be purified and the first regeneration gas circulate in counter-current and the first hot regeneration gas, that is to say at a temperature between 100 ° C and 250 ° C, is used to regenerate the adsorbent of the wheel. The wheel turns on itself to move from one sector to another. Thus, this device makes it possible to continuously produce dried air. This system does not require doubling equipment such as conventional adsorption processes. Note that before heating the regeneration gas, it can pass through the "purge" sector (P). This makes it possible to cool the adsorption wheel and to preheat the regeneration gas.
La roue d'adsorption est composée d'une matrice en matériau composite ou en cellulose ou en fibre de verre ou en métal, par exemple de l'aluminium ou de l'inox sur laquelle est déposé le matériau dessicant comme le gel de silice, l'alumine ou des zéolites tel que la zéolite 13X.  The adsorption wheel is composed of a matrix of composite material or of cellulose or fiberglass or metal, for example aluminum or stainless steel on which the desiccant material is deposited, such as silica gel, alumina or zeolites such as 13X zeolite.
Le premier gaz de régénération sortant de la roue d'adsorption peut être envoyé à la roue enthalpique afin de désorber l'eau. Inversement et préférentiellement, le second gaz de régénération sortant de la roue enthalpique peut être utilisé pour régénérer l'adsorbant de la roue d'adsorption. Ceci sera détaillé par la suite à l'aide des figures 9 et 10. Les ventilateurs des systèmes de roue d'adsorption et enthalpique peuvent être mis en commun. Ainsi un seul ventilateur peut suffire par type de gaz (flux d'air d'alimentation et gaz de régénération) pour faire circuler ce gaz à travers les roues d'adsorption et enthalpique. The first regeneration gas leaving the adsorption wheel can be sent to the enthalpy wheel to desorb the water. Conversely, and preferably, the second regeneration gas leaving the enthalpy wheel can be used to regenerate the adsorbent of the adsorption wheel. This will be detailed later with the aid of FIGS. 9 and 10. The fans of the adsorption wheel and enthalpy systems can be pooled. Thus a single fan can be sufficient for each type of gas (supply air flow and regeneration gas) to circulate this gas through the adsorption and enthalpy wheels.
La pression de l'air procédé est comprise entre 1 et 1.5 bar. La compression peut avoir lieu avant ou après la purge et le séchage. Notons que lorsque l'air est comprimé il n'est pas obligatoire d'avoir des ventilateurs pour faire circuler le flux d'air d'alimentation et les gaz de régénération utilisés pour la régénération et le purge à travers les roues d'adsorption et enthalpiques. The pressure of the process air is between 1 and 1.5 bar. Compression can take place before or after purging and drying. Note that when the air is compressed it is not mandatory to have fans to circulate the flow of supply air and gases of regeneration used for regeneration and purge through the adsorption and enthalpic wheels.
Les différentes roues enthalpiques et d'adsorption peuvent être assemblées dans un même module.  The different enthalpic and adsorption wheels can be assembled in the same module.
Un groupe frigorifique et/ou un échangeur peut être intercalé entre la (ou les) roue enthalpique et la (ou les) roue d'adsorption, pour refroidir plus avant l'air. De même, on peut avoir une purge entre 2 roues de même fonction (enthalpique ou d'adsorption).  A refrigeration unit and / or an exchanger may be interposed between the (or) enthalpy wheel (s) and (or) adsorption wheel, to cool further before air. Similarly, one can have a purge between 2 wheels of the same function (enthalpic or adsorption).
Les différentes configurations du dispositif selon l'invention vont à présent être décrites plus en détail à l'aide des figures 2 à 10.  The different configurations of the device according to the invention will now be described in more detail using FIGS. 2 to 10.
Notons que dans ces figures la roue enthalpique est parfois appelée « Système refroidissement avec roue » ou « Roue refroidissement » et la roue d'adsorption est parfois appelée « Système épuration avec roue » ou « Roue purification ».  Note that in these figures the enthalpy wheel is sometimes called "cooling system with wheel" or "cooling wheel" and the adsorption wheel is sometimes called "purification system with wheel" or "wheel purification".
La figure 2 décrit un dispositif selon l'invention. Dans ce cas de figure la compression de l'air a lieu après épuration. Le gaz de régénération est de l'azote. Les circuits du gaz de régénération sont en parallèle.  Figure 2 describes a device according to the invention. In this case, the compression of the air takes place after purification. The regeneration gas is nitrogen. Regeneration gas circuits are in parallel.
La figure 3 décrit un dispositif selon l'invention. Dans ce cas de figure la compression de l'air a lieu avant épuration. Le gaz de régénération est de l'azote résiduaire. Les circuits du gaz de régénération sont en parallèle.  Figure 3 describes a device according to the invention. In this case, the compression of the air takes place before purification. The regeneration gas is waste nitrogen. Regeneration gas circuits are in parallel.
La figure 4 décrit un dispositif selon l'invention. Dans ce cas de figure le gaz de régénération est de l'azote résiduaire et passe en série dans la roue d'adsorption puis dans la roue enthalpique. La figure 5 décrit un dispositif selon l'invention. Dans ce cas de figure le gaz de régénération est de l'azote résiduaire et passe en série dans la roue enthalpique puis dans la roue d'adsorption. La figure 6 décrit une variante de l'invention dans laquelle il est possible d'introduire du gaz de régénération entre le système de purge à roue et le système de purification du gaz.  Figure 4 describes a device according to the invention. In this case, the regeneration gas is residual nitrogen and passes in series in the adsorption wheel and then in the enthalpy wheel. Figure 5 describes a device according to the invention. In this case, the regeneration gas is residual nitrogen and passes in series in the enthalpy wheel and then in the adsorption wheel. FIG. 6 describes a variant of the invention in which it is possible to introduce regeneration gas between the wheel bleed system and the gas purification system.
Inversement, il est possible d'extraire une partie du gaz de régénération. Cette variante peut bien entendu s'appliquer aux autres schémas procédés proposés. Conversely, it is possible to extract a portion of the regeneration gas. This variant can of course be applied to other proposed process schemes.
La figure 7 décrit un dispositif selon l'invention dans lequel deux passages de gaz de FIG. 7 describes a device according to the invention in which two gas passages of
régénération sont observés : un premier gaz de régénération qui est de l'air qui passe dans la roue d'adsorption et le deuxième gaz de régénération est de l'azote résiduaire qui passe dans la roue enthalpique. regeneration are observed: a first regeneration gas which is air that passes into the adsorption wheel and the second regeneration gas is residual nitrogen that passes into the enthalpy wheel.
La figure 8 décrit un dispositif selon l'invention dans lequel deux passages de gaz de  FIG. 8 describes a device according to the invention in which two gas passages of
régénération sont observés : un premier gaz de régénération qui est de l'air qui passe dans la roue d'adsorption et le deuxième gaz de régénération est de l'azote résiduaire qui passe dans la roue enthalpique. regeneration are observed: a first regeneration gas which is air that passes into the adsorption wheel and the second regeneration gas is residual nitrogen that passes into the enthalpy wheel.

Claims

Revendications claims
1. Dispositif d'épuration d'un flux d'air présentant une humidité relative supérieure à 50% comprenant dans le sens de circulation du flux d'air: 1. Device for purifying an air flow having a relative humidity greater than 50% comprising in the flow direction of the air flow:
- au moins une roue enthalpique rotative comprenant un premier adsorbant réparti en au moins un premier secteur apte à recevoir le flux d'air présentant une humidité relative supérieure à 50%et au moins un deuxième secteur apte à recevoir un gaz de régénération,  at least one rotary enthalpic wheel comprising a first adsorbent distributed in at least one first sector capable of receiving the airflow having a relative humidity greater than 50% and at least one second sector capable of receiving a regeneration gas,
- au moins une roue d'adsorption rotative comprenant un deuxième adsorbant réparti en un secteur d'adsorption, un secteur de régénération, et un secteur de purge, et  at least one rotary adsorption wheel comprising a second adsorbent distributed in an adsorption sector, a regeneration sector, and a purge sector, and
- une unité de distillation d'air  - an air distillation unit
avec : with:
- la roue enthalpique apte à subir une rotation de manière à ce que la partie du premier adsorbant se trouvant dans le premier secteur passe dans le deuxième secteur et la partie du premier adsorbant se trouvant dans le deuxième secteur passe dans le premier secteur, et - the enthalpy wheel rotatable so that the portion of the first adsorbent in the first sector passes into the second sector and the portion of the first adsorbent in the second sector passes into the first sector, and
- la roue d'adsorption apte à subir une rotation de manière à ce que la partie du deuxième adsorbant se trouvant dans le secteur d'adsorption passe dans le secteur de régénération, la partie du deuxième adsorbant se trouvant dans le secteur de régénération passe dans le secteur de purge, et la partie du deuxième adsorbant se trouvant dans le secteur de purge passe dans le secteur d'adsorption. - the adsorption wheel rotatable so that the portion of the second adsorbent in the adsorption sector passes into the regeneration sector, the part of the second adsorbent in the regeneration sector passes into the regeneration sector the purge sector, and the part of the second adsorbent in the purge sector passes into the adsorption sector.
- Le secteur de purge de la roue d'adsorption apte à recevoir le gaz de régénération et le secteur de régénération de la roue d'adsorption apte à recevoir le gaz de régénération sortant du secteur de purge après passage dans un réchauffeur.  - The purge sector of the adsorption wheel adapted to receive the regeneration gas and the regeneration sector of the adsorption wheel adapted to receive the regeneration gas leaving the purge sector after passing through a heater.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un conduit entre l'unité de distillation et la roue d'adsorption de manière à pouvoir utiliser le gaz résiduaire de l'unité de distillation comme gaz de régénération du deuxième adsorbant. 2. Device according to claim 1, characterized in that said device comprises a conduit between the distillation unit and the adsorption wheel so as to be able to use the residual gas of the distillation unit as regeneration gas of the second adsorbent .
3. Dispositif d'épuration d'un flux d'air selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un compresseur en amont de la roue enthalpique ou entre la roue enthalpique et la roue d'adsorption ou entre la roue d'adsorption et l'unité de distillation d'air. 3. Device for purifying an air flow according to one of claims 1 or 2, characterized in that said device comprises a compressor upstream of the enthalpy wheel or between the enthalpy wheel and the adsorption wheel or between the adsorption wheel and the air distillation unit.
4. Dispositif d'épuration d'un flux d'air selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un premier ventilateur pour la circulation du flux d'air et un second ventilateur pour la circulation d'un flux de régénération. 4. Apparatus for purifying an air flow according to one of claims 1 to 3, characterized in that said device comprises a first fan for the circulation of the air flow and a second fan for the circulation of air. a regeneration flow.
5. Dispositif d'épuration d'un flux d'air selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un ventilateur permettant à la fois la circulation du flux d'air et la circulation d'un flux de régénération. 5. Device for purifying an air flow according to one of claims 1 to 3, characterized in that said device comprises a fan for both the circulation of the air flow and the flow of a flow. regeneration.
6. Dispositif d'épuration d'un flux d'air selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la roue enthalpique et la roue d'adsorption sont assemblées dans un seul module. 6. Apparatus for purifying an air flow according to one of claims 1 to 5, characterized in that the enthalpy wheel and the adsorption wheel are assembled in a single module.
7. Procédé d'épuration d'un flux d'air comprenant comme impuretés de l'eau et du C02, mettant en uvre un dispositif d'épuration tel que défini dans l'une des revendications 1 à 6, comprenant les étapes suivantes : 7. A method of purifying an air flow comprising as impurities water and CO2, implementing a purification device as defined in one of claims 1 to 6, comprising the following steps:
a) passage du flux d'air à travers le premier secteur de la roue enthalpique dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la roue enthalpique de manière à refroidir le flux d'air à une température inférieure à 30 °C a) passage of the air flow through the first sector of the enthalpy wheel in a direction parallel to the axis of rotation of the enthalpy wheel so as to cool the air flow to a temperature below 30 ° C.
b) passage du flux d'air refroidi à travers le secteur d'adsorption de la roue d'adsorption de manière à éliminer au moins une partie de l'eau du flux d'air, b) passing the cooled air stream through the adsorption wheel adsorption sector so as to remove at least a portion of the water from the air stream,
c) passage du flux d'air séché dans l'unité de distillation d'air, et c) passage of the dried air stream into the air distillation unit, and
d) récupération d'un flux d'oxygène et/ou d'azote. d) recovering a stream of oxygen and / or nitrogen.
8. Procédé d'épuration d'un flux d'air selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit procédé comprend le passage d'un premier gaz de régénération dans le secteur de régénération de la roue d'adsorption et le passage d'un second gaz de régénération dans le deuxième secteur de la roue enthalpique. 8. A process for purifying an air stream according to claim 8, characterized in that said method comprises the passage of a first regeneration gas in the regeneration sector. of the adsorption wheel and the passage of a second regeneration gas in the second sector of the enthalpy wheel.
9. Procédé d'épuration d'un flux d'air selon la revendication 9, caractérisé en ce que le premier gaz de régénération est choisi parmi l'air issu de l'étape b), l'azote résiduaire récupéré en sortie de l'unité de distillation d'air, un mélange d'air et de l'azote résiduaire ou le second gaz de régénération sortant du deuxième secteur de la roue enthalpique. 9. A method of purifying an air flow according to claim 9, characterized in that the first regeneration gas is selected from the air from step b), the residual nitrogen recovered at the outlet of the air distillation unit, a mixture of air and waste nitrogen or the second regeneration gas leaving the second sector of the enthalpy wheel.
10. Procédé d'épuration d'un flux d'air selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que le premier gaz de régénération est chauffé, avant son passage dans le secteur de régénération de la roue d'adsorption, à une température comprise entre 100 et 250°C. 10. Process for purifying an air flow according to one of claims 9 or 10, characterized in that the first regeneration gas is heated, before it passes through the regeneration sector of the adsorption wheel, at a temperature between 100 and 250 ° C.
11. Procédé d'épuration d'un flux d'air selon la revendication 9, caractérisé en ce que le second gaz de régénération est choisi parmi l'azote résiduaire récupéré en sortie de l'unité de distillation d'air et l'air issu de l'étape b). . 11. A process for purifying an air flow according to claim 9, characterized in that the second regeneration gas is selected from the residual nitrogen recovered at the outlet of the air distillation unit and the air from step b). .
12. Procédé d'épuration d'un flux d'air selon la revendication 12, caractérisé en ce que le second gaz de régénération entre dans le deuxième secteur de la roue enthalpique à une température inférieure à 30 °C de manière à refroidir le flux d'air passant dans le premier secteur de la roue enthalpique par échange thermique. 12. A method of purifying an air flow according to claim 12, characterized in that the second regeneration gas enters the second sector of the enthalpy wheel at a temperature below 30 ° C so as to cool the flow of air passing through the first sector of the enthalpy wheel by heat exchange.
13. Procédé d'épuration d'un flux d'air selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que lors du passage du second gaz de régénération dans le deuxième secteur de la roue enthalpique l'adsorbant se décharge en eau de manière à ce que la désorption de l'eau refroidisse le flux d'air passant dans le premier secteur de la roue enthalpique. 13. A method of purifying an air flow according to one of claims 9 to 13, characterized in that during the passage of the second regeneration gas in the second sector of the enthalpy wheel the adsorbent is discharged into water in such a way that the desorption of the water cools the flow of air passing through the first sector of the enthalpy wheel.
14 Procédé d'épuration d'un flux d'air selon l'une des revendications 7 à 13, caractérisé en ce que ledit procédé met en uvre une première et une deuxième roues d'adsorption placées en série sur la circulation du flux d'air et le premier gaz de régénération passe successivement dans les secteurs de purge de la première et de la deuxième roue d'adsorption puis successivement dans les secteurs de régénération de la deuxième et de la première roue d'adsorption. 14. Process for purifying an air stream according to one of claims 7 to 13, characterized in that said method uses a first and a second adsorption wheel placed in series on the circulation of the flow of air. air and the first regeneration gas successively passes into the purge sectors of the first and second adsorption wheel and successively in the regeneration sectors of the second and the first adsorption wheel.
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