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Les Cycles PSA et leur représentation pratique sous forme de tableaux

IP.com Disclosure Number: IPCOM000117896D
Publication Date: 2005-Mar-31

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Les Cycles PSA et leur  représentation pratique sous forme de tableaux

Parmi les procédés de séparation ou d’épuration des gaz, les procédés par adsorption et plus particulièrement les procédés de type PSA connaissent un succès croissant : épuration d’hydrogène, séparation des gaz de l’air, extraction du CO2 de gaz de combustion, séparation du gaz de synthèse, de coupes d’hydrocarbures…..

De nombreux ouvrages et articles traitent de ce sujet et on pourra se référer utilement  par exemple à « Pressure Swing Adsorption » de D.M.Ruthven, S.Farooq, K.S.Knaebel….

De façon générale, dans une unité de ce type, un gaz de charge traverse à la haute pression du cycle – ou pression d’adsorption- des couches de matériaux adsorbants qui retiennent préférentiellement le ou les composés les plus adsorbables. Ces composés sont ensuite extraits de ces mêmes adsorbants en baissant la pression  - jusqu’à la pression de régénération-. Le principe même du PSA est d’enchaîner cycliquement ces phases d’adsorption et de désorption.

En pratique, les PSA actuels comportent différents types d’étapes élémentaires permettant d’effectuer le cycle complet de pression avec une efficacité accrue :

  • Etapes d’équilibrage de pression ( côté dépressurisation ) : elles permettent de récupérer une partie du gaz le moins adsorbable contenu dans les adsorbants et les volumes morts en fin d’adsorption et de valoriser sa pression en comprimant un adsorbeur préalablement régénéré et à une plus basse pression.
  • Etape de production de gaz d’élution : une fraction de ce même gaz contenu dans l’adsorbeur après sa phase de production est extrait et utilisé pour faciliter l’extraction des composés adsorbés dans l’adsorbeur en cours de régénération.
  • Etape de décompression : elle permet d’évacuer une partie des composés les plus adsorbables par simple baisse de pression
  • Etape d’élution : le balayage de l’adsorbant par une fraction riche en gaz le moins adsorbable aide l’évacuation des composés les plus adsorbés.
  •  Etapes d’équilibrage de pression ( côté re pressurisation) : à partir du gaz obtenu par dépressurisation comme cité plus haut
  • Etapes de re pressurisation finale : pour remonter de la pression d’équilibrage jusqu’à la pression d’adsorption.

Les PSA les plus performants ou ceux traitant de gros débits comportent un nombre élevé d’adsorbeurs fonctionnant de manière cyclique. Afin de suivre le principe de fonctionnement, on a rapidement besoin de disposer d’une représentation graphique. Plusieurs systèmes existent, plus ou moins sophistiqués. Un des plus utilisé consiste à représenter l’évolution de la pression dans les adsorbeurs sur un temps de cycle complet.

A un temps donné t, on peut alors voir la situation des N adsorbeurs et visualiser les échanges entre eux. Une simplification consiste à ne représenter l’évolution de pressi...