FR3059911A3 - SYSTEM FOR TREATING A FLUID COMPRISING AN ACTIVE VOLUME IN RADIAL CONFIGURATION - Google Patents

Abstract

Système de traitement d'un fluide comprenant un volume actif poreux en forme de cylindre creux placé dans une enveloppe cylindrique externe concentrique et des moyens pour faire circuler un fluide dans le volume libre interne du volume actif poreux, radialement à travers le milieu poreux, longitudinalement dans le volume libre entre l'enveloppe externe et le milieu poreux, caractérisé en ce que la section de passage Sf du fluide dans cette inter paroi externe est égale à avec D étant le diamètre externe du cylindre poreux actif, k la perméabilité longitudinale du milieu poreux, M le débit massique du fluide en circulation dans l'inter paroi, µ sa viscosité dynamique et C1 étant compris entre 11 et 35, préférentiellement entre 12,5 et 25.A fluid processing system comprising a porous hollow cylinder-shaped active volume placed in a concentric outer cylindrical shell and means for circulating fluid in the internal free volume of the porous active volume radially through the porous medium longitudinally in the free space between the outer shell and the porous medium, characterized in that the flow section Sf of the fluid in this outer wall is equal to with D being the outer diameter of the active porous cylinder, k the longitudinal permeability of the medium porous, M the mass flow rate of the fluid circulating in the inter wall, μ its dynamic viscosity and C1 being between 11 and 35, preferably between 12.5 and 25.

Description

La présente invention concerne un système comportant d'une part un volume actif poreux traversé par un fluide à traiter et d'autre part au moins un volume de distribution pour introduire ou extraire ledit fluide dudit volume actif, la circulation à travers le volume de distribution étant essentiellement perpendiculaire à la circulation dans le volume actif. Plus particulièrement, elle concerne les règles à respecter concernant le dimensionnement du volume de distribution afin d'obtenir une circulation uniforme dans le volume actif dès son interface avec la zone de distribution sans avoir à utiliser pour ce faire de système particulier de distribution. L'invention peut concerner la zone d'entrée dans le volume actif ou la zone de sortie selon la configuration du système. On notera qu'en parlant de zone d'entrée et de sortie, on fait référence au fluide principal qui traverse le système actif. Un second fluide peut circuler à d'autres moments à contre-courant du fluide principal, auquel cas les zones de distribution ont le rôle inverse. C'est souvent le cas en adsorption où le fluide de régénération circule généralement en sens opposé à l'alimentation.

Bien que le domaine potentiel d'application de l'invention -caractérisé essentiellement par le changement de direction que doit faire le fluide entre milieu actif et zone de distribution- soit vaste en termes de géométries possibles, on se limitera en pratique aux lits radiaux et plus précisément à l'écoulement des fluides dans la zone périphérique externe de ces lits radiaux, qu'il s'agisse d'une entrée ou d'une sortie du volume poreux. On verra en effet que c'est cette zone qui est la plus propice aux mal distributions et que par ailleurs, il n'existe pas de système simple pour remédier à ces défauts.

La Figure 1 explicite l'objet de l'invention à partir d'un exemple qui se veut non limitatif tant sur la géométrie du système que sur la nature du milieu poreux. Le volume actif (V) comporte à une de ces extrémités d'entrée ou de sortie, un lit poreux (A) constitué ici de particules de diamètre d et présentant un taux de vide inter granulaire e. Ce lit est directement adjacent au volume de distribution (Vf). A l'interface, les particules du lit (A) sont maintenues en place par une grille non repérée sur le schéma. Cette grille très poreuse n'offre pas de résistance particulière au fluide. Son taux d'ouverture est généralement de l'ordre de 40%. Sur ce schéma, elle est plane, rectangulaire de longueur L et de largeur I. Le volume de distribution, ici parallélépipédique, se poursuit vers le bas. Il a une section Sf (=l*h), h étant la distance entre la grille et la paroi opposé du volume de distribution.

En phase d'alimentation, le fluide M (Mi) circule de bas en haut dans le volume de distribution et pénètre dans le lit (A) au niveau de la grille circulant alors horizontalement de droite à gauche. Les circulations du fluide respectivement dans le volume de distribution et le volume actif se font donc à angle droit. On admettra que l'on reste dans le cadre de l'invention si l'angle entre les vitesses dans les deux volumes reste compris entre 80 et 100°. S'il s'agit non plus d'une entrée mais de la sortie du fluide M (Mo), on a un système équivalent avec les vitesses en sens opposés.

Par milieu poreux, on entend un milieu solide comportant des espaces vides (porosité) perméable à l'écoulement d'un fluide. La perméabilité caractérise l'aptitude du milieu poreux à être traversé par un écoulement. Il peut s'agir de façon non limitative d'une mousse, d'un empilement de particules de dimension et forme quelconques, d'un fritté (grains fixés entre eux), de tissé, d'empilement plus ou moins régulier de fibres...Dans le cadre de l'invention, on distinguera l'écoulement dans le sens principal, c'est-à-dire dans la direction entrée/ sortie du milieu actif de l'écoulement dans le sens transverse, c'est-à-dire perpendiculairement à la direction principale et en particulier de façon parallèle à l'écoulement dans la zone de distribution. L'écoulement dans le sens principal et l'écoulement dans le sens transverse sont régis par les lois des écoulements en milieu poreux. Pour l'écoulement principal, il peut s'agir de lois assez complexes comportant plusieurs termes faisant intervenir la vitesse débitante V du fluide à différentes puissances. La loi dite d'Ergun qui s'applique à un milieu particulaire est de ce type avec un terme proportionnel à V et un second à VA2. L'écoulement transverse quant à lui va être limité puisque le but de l'invention est justement d'obtenir un écoulement principal uniforme avec une composante transverse minimale. On admet que cet écoulement peut être représenté par une loi de Darcy du type v= k/p*[ gradient de pression] où v est la vitesse transverse du fluide, k la perméabilité transverse du milieu poreux, μ la viscosité dynamique du fluide. L'écoulement est provoqué par le gradient de pression existant dans le milieu poreux.

De même que la loi d'Ergun, la loi de Darcy est bien connue de l'Homme de l'Art et il n'y a pas lieu de commenter ces formules plus avant dans ce document. On notera cependant que le terme k (perméabilité) de la loi de Darcy est facile à obtenir expérimentalement. Il suffit de mesurer la vitesse de l'écoulement dans un échantillon de milieu poreux orienté de façon adéquate en fonction de la perte de charge entrée/ sortie du système. Pour les vitesses faibles, on obtient une droite dont la pente est k/μ. Connaissant la viscosité du fluide, on obtient directement la perméabilité k. On peut également trouver des valeurs de k dans la littérature pour des empilements de particules standards (billes, bâtonnets...).

Il convient de noter que le milieu poreux actif peut être isotrope ou anisotrope. Le principe de l'invention s'applique dans l'un ou l'autre cas dès lors qu'il y a une possibilité d'écoulement transverse dans le milieu poreux, c'est à dire dans le sens de circulation du fluide dans le volume de distribution et perpendiculairement à l'écoulement principal. C'est le cas de la majorité des milieux poreux. La principale exception concerne un milieu poreux constitué par un très grand nombre de canaux de faible diamètre, unidirectionnels, alignés entre entrée et sortie, et comportant une paroi étanche au fluide ; il n'existe alors pas de possibilité d'écoulement transverse et la dite invention est sans objet. Le comportement du fluide est alors facile à prévoir et des règles simples sur les ratios à respecter entre les pertes de charge dans les zones de distribution et à travers l'ensemble du milieu poreux peuvent être appliquer sans risques particuliers.

Le cas de milieu isotrope sera néanmoins le plus fréquent. Il correspond en particulier au cas d'empilement en vrac de particules. Comme on l'a dit précédemment, les écoulements sont alors régis par la loi d'Ergun. Dans ce cas, l'écoulement transverse est régi quant à lui par le seul terme proportionnel à la vitesse d'écoulement, appelé habituellement terme laminaire ou visqueux car c'est ce terme qui devient très prédominant à faible vitesse du fluide. L'écoulement principal est, quant à lui, généralement régi par la formulation complète. Le terme laminaire est du type loi de Darcy, c'est-à-dire de la forme v= k/p*[ gradient de pression] avec les notations précédentes.

La Figure 2 présente un système complet (volume actif et son enveloppe extérieure) correspondant à la description précédente. Le volume actif se présente sous la forme d'un cylindre creux 1 logé dans une enveloppe 2 comportant une entrée 3 et une sortie 4. Le fluide 5 descend verticalement dans la partie centrale 6, traverse radialement de façon centrifuge le volume actif 2 et ressort dans le volume libre périphérique 7 pour circuler dans ledit volume verticalement vers le bas et la sortie 4. Là également, l'écoulement dans les zones de distribution crée une variation de pression qui peut provoquer des défauts de distribution du fluide dans le milieu poreux au moins dans les tranches en contact direct avec les zones de distribution. Le fluide circule dans un volume libre, puis avec un angle de 90° traverse immédiatement le milieu actif, puis après un nouvel angle à 90° circule dans un second volume libre. Le principe de l'invention va alors s'appliquer ici au volume de distribution externe (de sortie dans l'exemple) pour limiter, voire supprimer, les écoulements transverses à l'écoulement principal qui sont susceptibles de se produire de façon préférentielle à cet endroit, comme expliqué plus bas.

Le volume actif peut être un lit de catalyseur ou plus généralement un matériau sur lequel se déroule une réaction chimique entre constituants du fluide ou entre constituants du fluide et matériau lui-même qui va par exemple s'oxyder ou se réduire au contact du fluide. L'enveloppe constitue alors un réacteur.

Le volume actif peut intervenir par sa capacité calorifique en stockant ou déstockant de l'énergie. Il y a alors échange thermique entre le fluide et le matériau. Il va s'agir par exemple dans ce cas là d'un régénérateur thermique.

Le volume actif peut être un lit d'adsorbant logé dans un adsorbeur. En pratique, les adsorbeurs radiaux représentent de loin la majorité des systèmes concernés par la présente invention.

En effet, l'adsorption est un procédé très couramment utilisé dans l'industrie et si les adsorbeurs les plus simples sont de forme cylindrique à axe vertical, on va utiliser dès que l'on passe à des débits supérieurs éventuellement des adsorbeurs à axe horizontal, puis au-delà d'un certain débit et/ou si on recherche de faibles pertes de charge et/ou si la vitesse du gaz peut dépasser la vitesse naturelle d'attrition, un adsorbeur radial du type de la Figure 2.

Il est effectivement connu d'utiliser, pour des débits atteignant des dizaines de milliers de m3 réels (comptés dans les conditions opératoires) de tels adsorbeurs ainsi qu'enseigné par exemple dans les documents US-A-4,541,851 ou EP 1638 669. En outre, FR 2 937 257 essentiellement relatif à la construction des adsorbeurs radiaux explique qu'ils sont particulièrement bien adaptés pour le séchage et la décarbonatation de l'air atmosphérique avant son fractionnement cryogénique, pour les VSA Oxygène, pour les VSA ou PSA C02...

Un des points commun à ses diverses unités est que le fluide à épurer ou à séparer doit être réparti uniformément dans le volume d'adsorbant afin de réaliser les performances escomptées. Sinon, il se produit une percée locale du constituant que l'on souhaite arrêter (eau, C02, N2..) conduisant à terminer plus tôt que prévu l'étape d'adsorption. Outre qu'un tel défaut implique un volume d'adsorbant mal ou non utilisé, c'est-à-dire investi pour rien, il a généralement des effets plus importants sur le rendement d'extraction, la consommation énergétique...

Ceci reste vrai pour les régénérateurs thermiques pour lesquels un défaut de distribution conduit à une perte d'efficacité. En outre, pour les catalyseurs des sous ou sur débits peuvent conduire, en plus des défauts déjà signalés, à des points chauds, à des emballement ou arrêts de réaction...

On notera que pour la filtration, le phénomène de mal distribution peut être de moindre conséquence, le milieu actif jouant un rôle d'auto régulation : la partie la plus alimentée se bouche plus vite et voit naturellement diminuer la fraction de débit qui la traverse, débit qui se répartit alors sur le reste du media filtrant. Par contre, si par filtration, on entend par exemple l'élimination d'aérosols entraînés par un gaz, une bonne répartition du gaz à travers le média est nécessaire pour obtenir une unité efficace. C'est le cas des coalesceurs.

Bien qu'il n'y ait à priori pas de définition officielle, on entend généralement par le terme général de « bonne distribution » le fait qu'il n'y ait pas plus de 10% d'écart entre les flux maximum et minimum circulant dans des volumes élémentaires égaux du milieu actif et par « distribution uniforme » lorsqu'il n'y a nulle part nulle part plus de 5% d'écart entre ces flux maximum et minimum. Par souci de simplification, on définit souvent l'écart maximum / minimum à l'interface milieu actif / volume libre. C'est le cas par exemple du brevet US 8,313,561 (colonne 5) qui traite en partie du même sujet et sur lequel on aura l'occasion de revenir. Cet écart de 5% peut être quasiment linéaire comme sur la Figure 3.1 qui montre en coupe, un volume actif 1 et un volume libre de sortie 2. Par rapport à un flux moyen normé à 100, le flux en sortie du volume actif varie régulièrement de 97.5 à 102.5. Le défaut peut être aussi localisé comme dans la Figure 3.2. Le flux d'entrée dans le volume actif 1 est quasiment égal au flux moyen sauf en extrémité du volume libre de distribution 2 où il est égal très localement à 105.

Avec ces définitions, l'invention vise alors de dimensionner les volumes de distribution pour obtenir au minimum une distribution uniforme et préférentiellement une distribution uniforme améliorée, l'écart entre flux maximum et minimum étant alors inférieur à 2.5% sur 99% de la section d'entrée ou de sortie. On se limite à 99% des sections car "à la paroi même" l'écoulement n'est plus vraiment défini. On notera à ce sujet que généralement les programmes de simulation d'écoulement qui permettent de juger de cette distribution font apparaître des défauts très localisés aux parois, qui peuvent être des biais de calcul aux limites du système. Par la suite, on parle de « distribution uniforme» pour qualifier la qualité recherchée dans le cadre de l'invention que ce soit au sens du brevet US 8,313,561 ou qu'il s'agisse d'une distribution uniforme améliorée comme définie ci-dessus.

Un autre point important, lui aussi bien connu, pour espérer obtenir une circulation uniforme d'un fluide dans un volume actif est l'homogénéité du dit volume actif. Généralement le principe actif se présente sous forme de particules constituant un lit: billes, pastilles, bâtonnets...d'adsorbant, de catalyseur, de garnissage (régénérateur). Il convient alors de contrôler l'uniformité de la taille des particules et d'adopter un système de remplissage adéquat. Le remplissage de réacteur fait l'objet de nombreuses publications et n'est pas abordé dans le cadre de cette invention.

Ces points ayant été traités correctement, l'uniformité de la distribution du fluide à travers le principe actif est possible et va alors dépendre des conditions d'entrée et sortie dans ledit volume actif. Ceci est particulièrement vrai quand au moins l'entrée ou la sortie du fluide se fait perpendiculairement à la circulation dans le volume actif auquel cas un dimensionnement inadéquat peut provoquer d'importants défauts.

Le problème qui se pose alors va être explicité à l'aide de la Figure 4.a

Le volume actif 1 est tel qu'il présente au fluide des chemins égaux, par exemple en forme de parallélépipède rectangle (d'une face à la face opposée) ou de cylindre creux (du centre à la périphérie ou à l'inverse). Il est alimenté via un collecteur 2 dont une face perméable au fluide correspond à la surface libre du volume actif.

En supposant pour ce collecteur une section constante, la vitesse initiale vl va être maximale à l'entrée repérée A et correspondre évidement à la totalité du débit. Cette vitesse va diminuer au fur et à mesure que le fluide va alimenter le volume actif, avec par exemple au point médian vi = vl/2 et la vitesse vn va naturellement s'annuler à l'extrémité fermée repérée B du volume d'alimentation.

Cette circulation de A vers B s'accompagne d'une variation de pression due d'une part aux pertes de charge par friction aux parois du volume de distribution et d'autre part à la variation d'énergie cinétique Dans le cas d'une entrée, ces deux phénomènes ont des effets opposés et la pression statique en B peut être théoriquement inférieure ou supérieure à la pression en A. En général, les effets cinétiques sont supérieurs aux effets de la friction et la pression en B sera supérieure. Les chemins étant identiques, les flux entrant traversant le volume actif auront tendance à aller en augmentant, c'est-à-dire qu' au niveau des vitesses (verticales dans le schéma), on aura val<vai<van.

Plusieurs solutions ont été proposées pour éviter de tels défauts de distribution : - Mise en œuvre d'un système de distribution intermédiaire dans le volume d'alimentation ou de soutirage - Création de pertes de charge importantes au niveau de l'interface volume de distribution/volume actif - Modification de la section de passage du volume de distribution afin de supprimer ou du moins diminuer les variations de vitesse - Règles de dimensionnement adéquates afin de maintenir le défaut de distribution dans des limites acceptables

La présente invention est relative à cette dernière solution, néanmoins les 3 premières vont être décrites succinctement ci-dessous de manière à mettre en évidence les différences.

La Figure 2 de EP 759 320 illustre la première solution : un tube perforé central permet de distribuer le gaz tout au long du volume central de l'adsorbeur radial. Ce type de solution est représenté schématiquement sur la Figure 4.b. Le volume de distribution 2 est divisé en deux sous volumes 4 et 5 séparés par une surface perforée 3. Cette surface 3 permet d'alimenter de façon relativement homogène le sous volume libre 5. Une faible circulation de gaz dans ce dit sous volume permet alors d'alimenter de façon uniforme le volume actif 1. Ce sous volume libre 5 peut être rendu quasiment isobare en jouant sur les pertes de charge de la surface perforée 3 et sur les volumes 4 et 5. L'inconvénient par rapport à un simple volume de distribution correspond à l'ajout d'un équipement et aux pertes de charge additionnelles. Néanmoins, cette solution reste très employée dans le cas d'adsorbeurs ou de réacteurs cylindriques à axe horizontal et pour la distribution centrale des adsorbeurs, réacteurs ou régénérateurs radiaux. On notera qu'elle est d'emploi plus difficile pour la distribution en périphérie du fait de la géométrie d'un système radial (problème de dimension et de concentricité). FR 2 886 690 décrit un distributeur correspondant à la seconde des solutions évoquées plus haut. La Figure 4.c schématise un tel système : l'interface 3 entre le volume actif 1 et le volume libre de distribution 2 crée des pertes de charge importantes conduisant à des vitesses val, vai, van équivalentes quelque soit la zone considérée. La difficulté consiste ici à avoir à la fois suffisamment de perte de charge (ce qui signifie à priori petite section de passage) et diffusion au niveau de toute la surface du milieu actif. Cela conduit à des distributeurs un peu complexes comme décrit dans FR 2 886 690 par exemple et à des pertes de charge relativement élevées. Là encore, la surface de la grille externe étant supérieure à la surface de la grille interne, la création de pertes de charge est plus difficile (il faudrait des orifices plus petits et/ou plus espacés rendant plus difficile à l'aval une distribution immédiatement uniforme). US 5,759,242 montre dans ses figures 1 et 2 un adsorbeur radial dont la virole extérieure est conique. Cette géométrie particulière crée pour le gaz une section de passage décroissante. Ainsi, la vitesse du gaz le long de la zone de distribution varie moins que dans le cas général de section constante et les variations d'énergie cinétique sont alors moindres. La Figure 4.d schématise ce type de solution. Il est théoriquement possible de maintenir une vitesse constante et donc une énergie cinétique constante dans la zone de distribution 2 permettant une répartition homogène à l'interface du volume actif 1.

On notera comme représenté sur la Figure 4.e qu'un garnissage 3 placé dans le volume de distribution central 2 d'un adsorbeur radial de volume actif 1 conduit au même effet. Un tel garnissage a été placé parfois dans le tube perforé utilisé dans la première solution. Il permet alors d'améliorer la distribution primaire et par conséquent de diminuer les pertes de charge nécessaire à une bonne distribution. On notera également qu'un tel système est facile à installer dans le volume central d'un cylindre creux (simple cône) mais difficile d'utilisation à la périphérie compte tenu des dimensions.

Comme annoncé plus haut, la dernière solution consiste à ne pas rajouter de système particulier dans les volumes de distribution mais à respecter des règles de dimensionnement qui vont permettre la répartition uniforme du fluide dans le volume actif.

Il existe un certain nombre de documents et de brevets sur ce sujet qui fixent de façon plus ou moins précise des critères de dimensionnement, ou qui donnent des exemples de dimensionnement. A titre d'exemple, on peut citer Chang et al. (AlChE J., vol 29, n°6, 1039-1041, 1983)qui suggère pour un lit radial traversé par un fluide d'utiliser des volumes de distribution interne et externe de même section, et de section suffisante pour que la perte de charge correspondante soit très faible, par exemple moins de 20% de celle du lit. Ils examinent également l'effet du sens respectif des entrée /sortie, concluant comme connu par ailleurs qu'une circulation en U (vecteurs vitesse entrée/ sortie opposés) est meilleure qu'une circulation en Z (vecteurs vitesse entrée / sortie dans le même sens). FR 2 856 607 donne deux exemples de dimensionnement d'adsorbeurs radiaux destinés à sécher et décarbonater un débit de 860 000 Nm3/h d'air atmosphérique à 7.5 bar abs et 21°C. Les ratios des sections des volumes de distribution sont respectivement de 1.34 et 1.20 dans ces exemples et la perte de charge dans ces zones de distribution estimée à partir des données et en utilisant les caractéristiques des adsorbants fournies dans le brevet, est largement inférieure à 10% de la perte de charge dans le lit. Dans ce document aucune règle particulière n'est fournie pour transposer à d'autres géométries un tel dimensionnement. US 8,313,561, très proche des préoccupations développées ici, fournit quant à lui des critères à respecter pour avoir une distribution uniforme dans un adsorbeur radial. Il faut d'une part que la section de passage Ain du volume de distribution entrée pour le gaz d'alimentation de débit massique Min et la section de passage Août du volume de distribution de sortie pour le produit de débit massique Moût vérifient la relation : 0.70( Min/Mout )< Ain/Août < 1.40 (Min/Mout)

Et d'autre part que la perte de charge dans les zones de distribution entrée et sortie soit inférieure à 10% de la perte de charge dans le lit.

Cette formulation permet de prendre en compte les variations massiques de débit entre l'entrée et la sortie du fait de l'adsorption d'une partie des constituants.

Si, sur certaines unités, l'enseignement de US 8,313,561 reste parfaitement valable et correspond par exemple aux dimensionnements proposés par FR 2.856.607, dans d'autres cas, il peut ne pas être nécessaire à l'obtention d'une distribution uniforme, ou être au contraire insuffisant pour obtenir cette distribution uniforme en particulier du côté de l'inter paroi externe d'un lit radial.

La présente invention s'inscrit elle aussi dans ce dernier cadre consistant à donner des règles de dimensionnement des volumes de distribution permettant d'éviter des systèmes de distribution coûteux en investissement ou en énergie. Plus particulièrement, elle correspond au cas où : - L'interface entre le volume libre et le volume actif ne crée pas de pertes de charge significatives destinées à répartir le fluide, c'est-à-dire que la perte de charge d'un système éventuel de maintien, de type grille par exemple, est inférieure à la perte de charge à travers le milieu poreux lui-même. De préférence, elle sera nettement inférieure à cette dernière, par exemple inférieure à 10% de la perte de charge à travers le milieu poreux - Le milieu poreux actif est essentiellement en contact direct avec le volume de distribution (à la grille éventuelle de maintien près), c'est-à-dire qu'aucun système de distribution spécifique n'est prévu entre le volume de distribution et le volume poreux actif. En particulier, on ne met pas en œuvre un milieu poreux de distribution de plusieurs centimètres d'épaisseur, inactif vis-à-vis du fluide à traiter mais créant des pertes de charge et par là une diffusion homogène du fluide avant qu'il ne pénètre dans la partie active. - Le milieu poreux actif possède une perméabilité transverse non nulle qui suit une loi de Darcy pour les faibles vitesse, c'est-à-dire que la vitesse du fluide est proportionnelle au gradient de pression. On notera que c'est le cas de la majorité des milieux poreux - L'essentiel de la variation de pression, c'est-à-dire plus de 75%, dans le volume de distribution en contact avec l'interface avec le milieu poreux est du à la variation d'énergie cinétique du fluide et non aux pertes de charge par friction. On notera là aussi que c'est le cas dans la majorité des unités industrielles compte tenu des sections relativement importantes des zones de distribution.

Dans ces conditions, la présente invention concerne alors l'introduction de critères qui se veulent plus précis que ceux proposés jusqu'à présent. La distribution du gaz côté entrée dans le volume actif ou côté sortie du volume actif est examinées localement, à proximité immédiate de l'interface et non plus globalement. Seules des considérations locales (débit et propriétés physiques du fluide, propriétés du milieu poreux à l'interface) sont prises en compte. Bien que cela sorte du cadre des revendications qui se limitent aux flux principaux (alimentation, production), il serait possible sur ces mêmes bases de réaliser une distribution homogène (ou d'en vérifier l'homogénéité) pour ,si par exemple on se place dans le cas de l'adsorption, les étapes du cycle correspondant à une dépressurisation ou d'une repressurisation où il n'y a pas à proprement parler de circulation d'une entrée vers une sortie, le gaz étant généré -ou stocké-dans le milieu poreux lui-même..

Sans rentrer dans des calculs complexes, on peut montrer que la relation préconisée dans l'Art Antérieur le plus proche: 0.70( Min/Mout )< Ain/Aout < 1.40 (Min/Mout) [ formulel] ou sa variante : 0.85( Min/Mout )< Ain/Aout < 1.20 (Min/Mout) [formule 2] - dans lesquelles Ain est la section de passage du volume de distribution entrée pour le gaz d'alimentation de débit massique Min et Août la section de passage du volume de distribution de sortie pour le produit de débit massique Moût- peut ne pas être respectée tout en ayant une bonne distribution du fluide à travers l'adsorbant mais également tout en améliorant cette distribution par rapport à un dimensionnement respectant au contraire cette contrainte.

Prenons le cas de l'adsorbeur radial de la Figure 5 dans laquelle 1 est le milieu actif, ici un adsorbant, maintenu en place par le système de grilles interne 6 et externe 5, le tout logé dans la virole 2. L'enveloppe comporte également une ouverture supérieure 3 et une ouverture inférieure 4 en liaison avec les volumes de distribution du centre 7 et de la périphérie 8.

Le schéma a correspond à une circulation centripète du fluide et le schéma b à une circulation centrifuge. Il peut s'agir par exemple respectivement d'une phase d'adsorption et d'une phase de régénération de l'adsorbant à contre-courant comme c'est très généralement le cas.

Comme usuellement, on fait l'hypothèse que l'adsorbant et le remplissage sont homogènes, que les grilles de maintien ont une perte de charge négligeable par rapport à la perte de charge du lit d'adsorbant et que l'énergie cinétique est prépondérante par rapport à la friction dans les volumes de distribution dont les sections vérifient la relation proposée dans l'art antérieur.

La circulation du fluide dans un tel système est dite en Z, c'est-à-dire que les effets cinétiques dans les volumes de distribution s'ajoutent au lieu éventuellement de se compenser pour une circulation en U.

En pratique pour le cas de la Figure a, cela signifie que le fluide du fait de sa vitesse a tendance à passer préférentiellement par la partie supérieure. A l'inverse, à cause de la mise en vitesse dans la partie centrale du fluide épuré, la partie supérieure du volume de distribution à tendance à aspirer le débit provenant de l'adsorbant (c'est l'effet bien connu de la trompe à eau). Ainsi le débit en 10 sera supérieur au débit en 11. Si les vitesses sont suffisamment faibles ou si la perte de charge dans le lit est élevée, ce défaut de distribution pourra rester modéré et acceptable.

Il en est exactement de même pour la Figure b dans laquelle le fluide passera préférentiellement en 12 plutôt qu'en 13.

Le fait d'augmenter la section Août du volume de sortie 8 et de passer outre la contrainte de ratio entre sections va conduire à diminuer la vitesse du fluide et par là la variation d'énergie cinétique : cela ne peut qu'améliorer la distribution du fluide à travers le milieu actif. Ceci est vrai aussi bien dans le cas de la circulation centripète que dans le cas de la circulation centrifuge où l'on peut supprimer de la sorte l'effet aspiration en partie basse.

En pratique, et bien que non revendiqué, le ratio voisin de 1 entre les sections des canaux d'entrée et de sortie n'a éventuellement d'importance que pour une circulation en U où les effets de pression d'arrêt d'une part et d'aspiration d'autre part, situés à des extrémités opposés, se compensent. Pour une circulation en Z et généralement pour une circulation quelconque, augmenter la section de la zone de distribution améliore l'uniformité de l'écoulement du fluide.

Cet effet de compensation dans le cas de la circulation en U, bien connu de l'homme de l'art, n'est pas toujours facile à réaliser et il est nécessaire d'avoir une méthode permettant de s'en affranchir et de réaliser le niveau d'uniformité souhaité au meilleur coût dans d'autres configuration d'écoulement..

On remarquera également que la section d'au moins un des deux volumes d'entrée ou de sortie peut être fixé pour des raisons tout autres que la distribution du fluide dans le volume actif. Il peut être nécessaire de rentrer dans l'adsorbeur pour des raisons d'inspection, réglementaire ou volontaire, ou de réparation des grilles par exemple. La section strictement nécessaire peut alors être augmentée pour cette raison. La construction de gros adsorbeurs à l'horizontale impose une distance minimum entre grille externe et virole pour prendre en compte la flèche de la grille lors de l'enfilage. De simples contraintes de construction, comme le fait de pouvoir effectuer une soudure selon les règles de l'Art, peuvent également conduire à prévoir des sections de passage pour les distributeurs supérieures à ce que demanderait un dimensionnement uniquement basé sur les écoulements. La présente invention prend en compte ces autres contraintes en excluant de son champ d'application les dimensionnements qui ne résultent visiblement plus de la simple distribution des fluides. On notera que ce n'est généralement pas le cas dans la littérature où l'on préconise des sections de passage supérieures à une valeur sans proposer de bornes supérieures, ce qui incite à retenir le dimensionnement minimum.

Si on peut ou pas vérifier le premier critère et avoir une distribution uniforme du fluide à travers le milieu actif, le second critère quant à lui - qui précise que la perte de charge dans les zones de distribution entrée et sortie doit être inférieure à 10% de la perte de charge dans le lit- est généralement nécessaire pour assurer une bonne distribution mais n'étant pas suffisant, il peut conduire à des défauts non négligeables dans certains cas.

On choisit un premier cas extrême pour illustrer les applications où le second critère, répandu dans la littérature avec éventuellement des valeurs différentes de celles proposées par US 8 ,313,561 , est totalement justifié. Le milieu poreux consiste en des canaux rectilignes entre l'entrée et la sortie. Les parois sont imperméables au fluide qui ne peut donc passer en cours de route d'un canal à un autre. Le débit de fluide passant dans chaque canal va donc être seulement fonction de la différence de pression entrée/ sortie. Fixer les variations de pression maximale dans les zones de distribution revient à fixer automatiquement la variation de débit d'un canal à l'autre. La connaissance de la loi de l'écoulement dans un canal permet de calculer les écarts de débit entre les points de pression extrêmes. A titre d'exemple, une différence de 10% dans le gradient utile de pression (entrée/ sortie des canaux) va conduire à une variation de 5 à 10% sur le débit suivant que la loi de perte de charge est du type en VA2 (turbulent) ou en V (laminaire), V étant la vitesse du fluide dans le canal. On notera qu'il s'agit là d'un cas où la perméabilité transverse à l'écoulement principal est nulle : il n'y a pas de possibilité pour le fluide de changer de direction.

On prend à présent l'exemple d'un adsorbeur radial comportant, comme décrit par exemple dans EP 743877 Bl, 3 couches concentriques d'adsorbants différents A, B, C. La Figure 6 montre cet adsorbeur en coupe avec l'adsorbant 2 -avec les couches A, B, C- maintenu entre les grilles externe 5 et interne 6. Les volumes de distribution sont référencés 7 et 8, le repère 3 correspondant à la virole de l'adsorbeur. S'agissant d'une épuration d'air les adsorbants sont de l'amont vers l'aval : A, de l'alumine activée standard en bille de 3mm destinée à arrêter l'essentiel de l'humidité atmosphérique ; B, de la zéolite de type NaX ou NaLSX en bille de 2mm destinée essentiellement à arrêter le C02 ; C une zéolite échangée au calcium et/ou au baryum destinée à arrêter les impuretés secondaires (éthylène, propane...)et le résiduel de C02, en bille de petit diamètre, ici supposé égal à 1mm, car situé dans la zone frontale.

Un tel arrangement avec à l'aval des adsorbants de petites dimensions pour avoir une cinétique améliorée dans la zone de transfert de masse finale est bien connu de l'Homme de l'Art.

Par rapport au volume total d'adsorbant, l'alumine représente environ 50% et chacune des zéolites 25% Pour une unité d'épuration de taille moyenne, les dia mètres caractéristiques pourront être respectivement de 1.0 m pour la grille interne, 3.0 m pour la grille externe et 3.15 m pour la virole.

La section du volume interne de distribution est alors de 0.785 m2 et la section du volume externe de 0.724 m2. S'agissant d'une épuration d'air, le débit sortant est pratiquement le même que le débit entrant, on est au milieu du critère concernant les sections de passage entrée/sortie avec un ratio de 1.08 ou 0.92 suivant le sens.

Sans avoir besoin de faire de calcul, on sait qu'il existe une hauteur d'adsorbant et un débit pour lequel la perte de charge dans la couronne périphérique vaut 10% de la perte de charge à travers le lit, la perte de charge de la partie centrale étant alors de l'ordre de 8 à 9 % de cette même perte de charge à travers le lit. Cela vient du fait que la vitesse maximale du fluide est un peu inférieure au centre par rapport à la périphérie du fait des sections de passage respectives. En effet, pour obtenir cette valeur de 10%, il suffit d'augmenter la hauteur du lit proportionnellement au débit d'air. On conserve alors la même perte de charge à travers les adsorbants quel que soit le débit global (car le débit local est inchangé) alors que la perte de charge dans les zones de distribution augmente avec le débit, comme le carré du débit en première approximation.

Bien que cela puisse paraître surprenant de prime abord, la circulation dans une telle unité d'épuration d'air atmosphérique est d'ordinaire centripète, c'est-à-dire que l'air atmosphérique est introduit à la périphérie et l'air sec et décarbonaté est récupéré au centre. Ceci est expliqué dans un des brevets fondateurs de l'utilisation des lits radiaux pour des unités de type TSA (Température Swing Adsorption), FR 118349 page 3, à partir de la ligne 10...

La perte de charge dans un milieu particulaire est très bien représentée par l'équation dite d'Ergun comme déjà dit précédemment. La formule adaptée à la configuration radiale est donnée par exemple dans US 8,313,561 B2 colonne 12. On retiendra que la perte de charge comprend deux termes, un terme dynamique ou turbulent proportionnel au carré de la vitesse du fluide V et inversement proportionnel au diamètre d de la particule et un terme laminaire ou visqueux proportionnel à la vitesse V du fluide et inversement proportionnel au carré du diamètre d de la particule. Ainsi localement peut on écrire que : DP/DL = AVA2 /d + B V/dA2, A et B contenant des constantes, des valeurs caractéristiques du fluide (viscosité, masse volumique),, valeurs que l'on peut considérer comme inchangées dans la traversée du lit , les taux de vide des lits d'adsorbants voisins ou égaux pour des particules de forme proche. Comparons à présent les pertes de charge à l'entrée de l'adsorbant, c'est-à-dire à la périphérie et en sortie, c'est-à-dire au centre. La vitesse à la périphérie est trois fois plus faible qu'au centre. En effet, la hauteur d'adsorbant étant identique à la périphérie et au centre, la section de passage du fluide est alors proportionnelle au diamètre.

La circulation étant centripète pour des raisons de procédé, la zone finale de transfert de masse située bien sûr en sortie se trouve dans la partie centrale au contact de la grille interne .Il s'agit alors du lit de cinétique élevée, de petite granulométrie. L'adsorbant au centre présente également un facteur 3 sur le diamètre par rapport à l'alumine située en périphérie (1mm et 3mm respectivement).

On voit que chacun des termes constituant la perte de charge à travers le milieu particulaire varie d'un facteur 27 entre la zone d'entrée et la zone de sortie. Cela signifie que la perte de charge n'est pas du tout répartie à travers le lit d'adsorbant mais est très localisée vers son centre. A contrario, cela signifie que la perte de charge dans la zone périphérique est très faible. Le résultat est que compte tenu des pertes de charge retenues pour les zones de distribution (respectivement 10% et environ 9% de celle du lit), la distribution du fluide dans l'alumine activée est mauvaise alors que le fluide est très homogène en sortie, au centre. Cela signifie simplement que la résistance dans l'alumine est beaucoup trop faible pour imposer rapidement une circulation uniforme au fluide dont la tendance naturelle est de privilégier la partie haute dans le cas d'une alimentation par le bas (et à l'inverse la partie basse dans le cas d'une alimentation par le haut)t, et qu'il faut attendre des zones de résistance plus élevée en allant vers le centre pour se rapprocher d'une circulation radiale homogène. Compte tenu des calculs précédents, on se rend compte que la perte de charge au niveau de la grille externe représente moins de 4% de celle au niveau de la grille interne. Une règle globale sur la distribution ne prenant pas en compte dans un lit radial la différence de perte de charge locale entre entrée et sortie ne peut être de ce fait qu'approximative.

En phase de régénération qui est alors centrifuge, c'est l'effet d'aspiration en sortie qui incline les lignes de flux. On conçoit qu' avec ces deux effets inverses, le lit d'alumine soit globalement mal utilisé avec le risque d'entraînement d'eau sur la zéolite, la rendant inefficace pour l'arrêt du C02. En pratique dans un tel cas, il faudrait agrandir la section de passage externe en adoptant par exemple un diamètre de virole de 3.5 m au lieu des 3.15m selon l'enseignement de l'art antérieur.

La section de la couronne extérieure serait alors de 2.55 m2 soit plus de trois fois la section interne et la perte de charge dans ce collecteur ne représenterait plus que de l'ordre de 1% de la perte de charge du fluide à travers le lit d'adsorbant, un ordre de grandeur inférieur à la recommandation de l'enseignement de l'art antérieur.

Dans l'exemple, on a retenu un facteur 3 sur le diamètre respectif des particules du lit externe et du lit interne, qui étant le même que le ratio des vitesses permettait d'avoir d'obtenir des résultats très simples. On pourra objecter que généralement ce ratio est de plutôt de 2 voire de 1.5 (alumine 3mm, zéolite 2mm) et que l'exemple choisi est arbitrairement défavorable à l'enseignement de l'art antérieur.

Il n'en reste pas moins vrai que les pertes de charge à la périphérie sont très sensiblement plus faibles qu'au centre et qu'une règle globale se limitant aux pertes de charge à travers le lit reste généralement insuffisante.

Pour des adsorbeurs plus allongés, c'est-à-dire avec des viroles de diamètre inférieur à celui de l'exemple, pour des raisons de coût ou d'implantation, le seul effet sur les vitesses respectives dans l'adsorbant au centre et à la périphérie peut conduire également à des défauts importants si l'on ne surdimensionne pas la section de la zone de distribution externe. En effet, pour une grille interne de diamètre 0.5m et une couche d'adsorbant d'épaisseur lm, on a déjà un facteur 5 sur les vitesses entrée/sortie de l'adsorbant soit un facteur 25 sur le terme turbulent de la perte de charge et globalement d'au moins un ordre de grandeur entre pertes de charge locales pour la majorité des procédés d'épuration utilisant une telle géométrie.

Outre le fait que la distribution soit naturellement plus critique côté virole qu'au centre du fait de la géométrie, on a vu que pour la partie centrale, il existait plusieurs solutions relativement faciles à mettre en œuvre pour réaliser une bonne distribution (tube perforé, garnissage en forme de cônes... ) contrairement à la partie externe pour laquelle le même type de solution est beaucoup moins aisé à mettre en œuvre.

Une solution de la présente invention est un système de traitement d'un fluide comprenant un volume actif poreux en forme de cylindre creux placé dans une enveloppe cylindrique externe concentrique et des moyens pour faire circuler un fluide dans le volume libre interne du volume actif poreux, radialement à travers le milieu poreux, longitudinalement dans le volume libre entre l'enveloppe externe et le milieu poreux, caractérisé en ce que la section de passage Sf du fluide dans cette inter paroi externe est égale à

avec D étant le diamètre externe du cylindre poreux actif, k la perméabilité longitudinale du milieu poreux, M le débit massique du fluide en circulation dans l'inter paroi, μ sa viscosité dynamique et Cl étant compris entre 11 et 35, préférentiellement entre 12,5 et 25.

Selon le cas le système de traitement selon l'invention peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous : - le diamètre de l'enveloppe externe est inférieur à 5 mètres, préférentiellement inférieur à 4mètres. - le ratio des diamètres grille externe / grille interne est supérieur à 2.5 et préférentiellement supérieur à 3. - le milieu actif poreux est sous forme d'une mousse, d'un matériau aggloméré, d'un matériau bobiné ou de particules maintenus en place par des grilles perméables au fluide - le milieu actif poreux est constitué par N lits concentriques adjacents, chacun des lits pouvant être de composition, forme et/ou dimension différentes, N étant généralement compris entre 1 et 5. - le milieu poreux comprend un lit au moins constitué par des particules de forme quelconque, en particulier et de façon non exclusive en forme de billes, de bâtonnets, de pastilles, de concassés, de granulés, de copeaux, de cylindres pleins ou percés, d' anneaux, de selles ou de particules plus complexes telles des bilobes ou trilobés, des roues ....de dimension caractéristique allant de 0.1 à 25 mm, d'un type unique ou en mélange. - le lit situé à la périphérie est un milieu particulaire essentiellement isotrope défini par un diamètre équivalent d et un taux de vide e au sens de la formule d'Ergun, et en ce que la section de passage dans l'inter paroi externe Sf est égale à

C2 étant compris entre 0.94 et 2.9 et préférentiellement entre 1.02 et 2.05. - le milieu actif poreux est un milieu réactif, adsorbant et/ ou capable de stocker de l'énergie et en ce qu'il s'agisse d'un réacteur catalytique, d'un adsorbeur ou d'un régénérateur thermique de type à lit radial. - le milieu actif se présente sous forme de particules de catalyseur, d'adsorbants, et/ou de matériau de stockage de l'énergie thermique.

Les unités utilisées sont celles du Système International (m, kg, s...)

La relation

a été déterminée par des études de distribution gazeuse sur un modèle volume poreux/ volume de distribution simplifié, sur une analyse théorique du rôle des différents paramètres appliquée à cette géométrie, analyse qui a permis de retrouver les effets observés et de les quantifier qualitativement via des ratios de vitesse et par une validation effectuée sur plus d'une dizaine d'unités en fonctionnement permettant de situer la plage de dimensionnement (section de passage du fluide) pour laquelle on obtient des performances totalement en ligne avec celles attendues permettant ainsi de savoir que dans ces cas aucun défaut de distribution ne vient impacter le bon fonctionnement.

La distribution d'un fluide (gaz) a donc été étudiée dans la configuration représentée sur la Figure 1 dans le cas d'une sortie, c'est à dire fluide circulant horizontalement de gauche à droite dans le milieu actif puis verticalement, vers le bas, dans le volume de distribution. Volume actif et volume de distribution sont parallélépipédiques afin de réduire les variables. Le milieu poreux est supposé de type isotrope et suivre la loi d'Ergun avec un terme laminaire et un terme turbulent.

Comme décrit plus haut, les lignes de courant dans le milieu actif sont horizontales jusqu'à l'interface quand la distribution est parfaite mais s'incurvent vers le bas à l'approche de l'inter paroi dès lors que l'on modifie certains paramètres relatifs au fluide, au milieu poreux ou à la géométrie ; En particulier, la distribution est dégradée dès lors que l'on augmente la perméabilité du volume poreux. Cela correspond aux explications données plus haut : le milieu particulaire offrant peu de résistance au gaz dans toutes les directions, l'effet d'aspiration vers le bas devient important .Les effets du débit massique, de la section de la grille, de la longueur L... sont moins évidents.

Une analyse théorique simplifiée permet cependant non seulement de relier les paramètres sensibles pour la distribution et de rendre compte qualitativement de l'importance plus ou moins grande des défauts créés mais de quantifier un écart à la distribution parfaite. Si une telle quantification n'est pas forcément juste en valeur absolue et ne permet pas d'obtenir directement une image de la distribution réelle dans le système, elle permet de comparer en valeur relative diverses solutions et en particulier de reproduire par exemple une distribution déjà expérimentée et dont on sait qu'elle a donné satisfaction. Elle s'appuie sur le fait que c'est le gradient de pression dans le volume de distribution, le long de la zone de sortie, crée par la circulation du fluide sorti du milieu actif qui génère une circulation parasite verticale, de haut en bas, dans le milieu poreux. A un endroit donné, cette circulation parasite peut se représenter par une vitesse Vv à comparer à la vitesse horizontale principale Vh. On conçoit bien que le rapport Vv/Vh puisse caractériser l'uniformité de la distribution. Plus ce ratio sera petit et plus les lignes de courant principales seront rectilignes.

Cette approche peut se faire avec le gradient de pression moyen dans la zone de sortie DeltaP/L ou plus localement, par exemple là où le gradient local est le plus élevée.

Afin d'arriver à des résultats exploitables simplement, il convient de faire des hypothèses simplificatrices mais néanmoins justifiées compte tenu des conditions opératoires et du résultat que l'on cherche à obtenir.

Comme on cherche en définitive à dimensionner un système bien distribué et de taille industrielle, on peut faire par exemple sans fausser les conclusions , les hypothèses que la vitesse du fluide croît linéairement dans le volume de distribution le long de la grille, que la vitesse Vv est suffisamment faible pour que le terme visqueux (ou laminaire) de la perte de charge dans le milieu poreux soit prépondérant^ et donc pour utiliser une formulation du type loi de Darcy), que le terme de friction dans le volume de distribution soit négligeable devant la variation d'énergie cinétique .

Si on définit la qualité de la distribution par X= (Vv/Vh) max, on obtient en définitive

avec k perméabilité transverse (ici verticale) en régime laminaire, M débit massique, S surface de la zone de sortie, Sf section de passage du fluide dans le volume de distribution, L longueur de la section de sortie dans le sens de l'écoulement du fluide dans le volume de distribution, μ viscosité dynamique du fluide. On peut vérifier aisément que dans un système homogène, en particulier le système international, cette expression correspond à un nombre sans dimension

Comme dit précédemment, on a le choix pour définir le gradient de pression caractéristique : gradient moyen sur la longueur de la zone de distribution, gradient local maximum, gradient local médian...on peut de la sorte obtenir une image d'un défaut de distribution moyen, maximal, médian...On a retenu ici à priori le choix le plus contraignant. Il suffit ensuite d'être homogène dans les comparaisons. L'étude a été réalisée dans le cas d'une sortie de fluide mais les résultats se généralisent à une entrée, les différentes équations étant indépendantes du sens de circulation compte tenu des hypothèses. L'examen détaillée d'unités industrielles d'adsorption à lit radial montre qu'à partir du moment où X est inférieur à 2 ou 3%, les performances de ces unités sont directement extrapolables à partir des résultats d'unité de laboratoire pour lesquelles toutes dispositions ont été prises pour éviter d'éventuels biais. En deçà d'une valeur de X de l'ordre de 0.2%, on ne voit pratiquement plus de changement avec une distribution sans défaut apparent (pas de courbure des lignes d'écoulement). On en retient que pour X au delà de 2 à 3%, par exemple 5%, on peut avoir une bonne distribution mais qui présentera quelques défauts acceptables pour un certain nombre de procédé mais qu'il convient d'éviter dans les procédés très sensibles de ce point de vue, en particulier dans les procédés d'épuration avec un seuil d'impuretés résiduaires très bas dans la production. Ce sera le cas par exemple de PSA H2 pour lesquels les impuretés résiduelles dans l'hydrogène peuvent être de l'ordre de 1PPM, d'épuration d'air où on vise souvent 0.1 ppm d'impuretés résiduelles, de certains réacteurs qui doivent impérativement éliminer des produits dangereux pour les unités aval...Les surdimensionnement du volume actif nécessaire pour compenser ces défauts peuvent coûter chers en investissement (par exemple catalyseur avec des métaux nobles) ou en performances ( perte de rendement à cause d'un volume non utilisé pour les PSA). On retient également qu'en deçà d'environ 0.2% pour X, la mal distribution locale résiduelle ne joue plus de rôle. De ce point de vue, la répartition ne peut qu' être améliorée mais le dimensionnement de la zone de distribution n'est plus basé alors sur des considérations de distribution mais sur d'autres contraintes déjà évoquées plus haut.

En pratique, une alimentation ou une extraction de fluide se pratiquant à 90° de la circulation dans le milieu actif poreux va correspondre en très large majorité au fonctionnement d'un lit radial , principalement comme on l'a déjà montré à la distribution dans l'inter paroi externe entre grille externe et paroi interne de l'enveloppe. On rappelle que la distribution interne est déjà très bonne par nature et qu'il existe des moyens simples de l'améliorer si nécessaire.

Cette limitation dans l'application des principes énoncés plus haut permet de simplifier la formule initiale via de simples considérations géométriques (S = Pi. D.L) et d'en arriver en définitive à ce que pour réaliser une distribution uniforme à la périphérie, la section de passage Sf du fluide dans cette inter paroi externe doit être égale à

(1)

Cl étant compris entre 11 et 35, préférentiellement entre 12.5 et 25, sachant qu'au-delà de 35 on surdimensionne l'unité du point de vue de la distribution, ce qui peut être nécessaire par ailleurs.

Cette méthode de dimensionnement sera particulièrement utile pour les volumes poreux élancés, en particulier avec des diamètres internes relativement faibles, en particulier pour des lits radiaux dont le diamètre de la virole sera inférieur à 4 ou 5 mètres ou dont le ratio des diamètres grille externe / grille interne sera supérieur à 2.5 ou même à 3. Ces particularités géométriques favorisent les défauts de distribution à la périphérie en causant de larges écarts entre les pertes de charge locales entrée/sortie. On peut utiliser des milieux poreux de différente nature suivant les procédés. Préférentiellement, Il s'agira de mousse avec généralement des taux de vide élevée, de 50 à 80% par exemple, de matériau de dimension millimétrique aggloméré par des liants ou par frittage, de matériau de type fibres ou tissu bobiné par exemple sur un mandrin central, de particules ordonnées ou en vrac maintenues en place par des grilles perméables au fluide.

Le milieu actif poreux pourra être constitué par N lits concentriques adjacents, chacun des lits pouvant être de composition, forme et/ou dimension différentes, N étant généralement compris entre 1 et 5. Généralement, le volume poreux comporte au moins un lit constitué de particules qui peuvent être de forme quelconque, en particulier et de façon non limitative en forme de billes, de bâtonnets, de pastilles, de concassés, de granulés, de copeaux, de cylindres pleins ou percés, de selles ou de particules plus complexes telles des bilobes ou trilobés (2 ou 3 bâtonnets accolés sur leur longueur), des roues (cylindres creux comportant des ailettes internes, formant en particulier mais non exclusivement des rayons), des anneaux éventuellement échancrés ....de dimension caractéristique allant généralement de 0.1 à 25 mm, d'un type unique ou en mélange. En pratique de telles particules ont été développées - et commercialisées- en raison des diverses caractéristiques recherchées en fonction des applications : faible perte de charge, grande surface de contact avec le fluide, forte densité de remplissage, cinétique élevée, facilité de réalisation (faible coût)... Ces demandes diverses ont conduit à des particules de forme et dimensions variées . En lit, elles peuvent former des milieux poreux isotropes ou anisotropes mais présentant tous une perméabilité transverse k non nulle, connue ou facilement mesurable.

Le lit situé à la périphérie sera le plus souvent un milieu particulaire essentiellement isotrope qui peut être défini par un diamètre équivalent d et présentant un taux de vide e au sens de la formule d'Ergun. La relation précédente est alors équivalente à la formulation ci-dessous

Sf=

(2) C2 étant compris entre 0.94 et 2.9 et préférentiellement entre 1.02 et 2.05.

On aura remarqué en effet que le terme d2e3/(150 * (1 — e)2) de la formule d'Ergun n'est autre que la perméabilité laminaire du milieu poreux au sens de Darcy, c’est-à-dire avec nos notations : k

Le milieu actif poreux relatif à l'invention est essentiellement un milieu réactif, adsorbant et/ ou capable de stocker de l'énergie. Il peut également s'agir d'un milieu de type coalesceur à travers lequel de très fines gouttelettes (aérosols) vont former par impact des gouttes de dimension supérieure plus faciles à arrêter à l'aval. Le domaine de grande efficacité concernant la vitesse de traversée est généralement restreint et donc une très bonne répartition du fluide est souhaitable. La filtration de poussières avec des bouchages partiels et évolutifs n’est à priori pas dans le domaine d'application de l'invention.

Le milieu actif se présente donc généralement sous forme de particules de catalyseur, d'adsorbants, et/ou de matériau de stockage de l'énergie utilisés dans un réacteur catalytique, un adsorbeur ou un régénérateur thermique de type radial.

La présente invention a également pour objet : - un procédé traitement d'un fluide par catalyse mettant en œuvre au moins un système de traitement selon l'invention, caractérisé en ce que le fluide en circulation dans l’inter paroi et déterminant sa section de passage Sf est soit le débit de charge soit le débit issu de la réaction, suivant le sens de circulation adopté, - un procédé de traitement d'un fluide par adsorption mettant en œuvre au moins un système de traitement selon l'invention, caractérisé en ce que le fluide en circulation dans l'inter-paroi externe et déterminant sa section de passage Sf est soit le débit d'alimentation, soit le débit de production, et - un procédé d’échange thermique entre un ou plusieurs fluides mettant en œuvre au moins un système de traitement selon l'invention, caractérisé en ce que le fluide en circulation dans l'inter paroi externe et déterminant sa section de passage Sf est soit le fluide cédant de l'énergie soit le fluide recevant de l'énergie.

Suivant le type d'application, le procédé et par là, la circulation des fluides peuvent être différent.

Le cas le plus simple est celui d'un réacteur catalytique. Il y a généralement un fluide d'alimentation contenant les différents constituants de la charge, une ou des réactions qui se produisent dans le ou les lits de catalyseurs et des produits de réaction qui sont évacués. Le sens de circulation peut être centripète ou centrifuge selon les conditions opératoires (température, volume de gaz...). Le fluide circulant dans l'inter paroi externe et déterminant sa section de passage pourra être soit le débit de charge soit le débit issu de la réaction, suivant le sens de circulation adopté.

Dans le cas d'un procédé de traitement d'un fluide par adsorption mettant en œuvre au moins un adsorbeur radial, le fluide en circulation dans l'inter paroi externe et déterminant sa section de passage Sf est soit le débit d'alimentation, soit le débit de production, suivant que la circulation soit centripète ou centrifuge. L'étape d'adsorption est l'étape que l'on privilégie au niveau distribution car elle détermine les principales performances. On notera cependant que l'on peut se retrouver dans le cas ou le facteur Cl de la formule (1) est supérieur à 35 (ou C2 de la formule (2) supérieur à 2.9) car une autre étape peut imposer une section de passage supérieure (par exemple pour éviter de trop grandes vitesses en basse pression pendant une étape de décompression, pour limiter les pertes de charge sur un fluide de régénération). La distribution du fluide dans l'étape d'adsorption sera alors très bonne avec un volume de distribution surdimensionné par rapport aux présentes préconisations.

Dans le cas d'un régénérateur radial, deux fluides vont circuler très généralement à contre-courant pour céder ou recevoir de l'énergie. L'inter paroi externe va voir successivement ces deux fluides respectivement en entrée et sortie. Pour obtenir des performances élevées, la distribution doit être homogène pour les deux fluides. La section de passage sera dimensionnée sur le fluide le plus contraignant. On notera cependant que les débits sont souvent assez proches et que les deux fluides pourront se trouver dans la plage préconisée.

The present invention relates to a system comprising on the one hand a porous active volume traversed by a fluid to be treated and on the other hand at least one distribution volume for introducing or extracting said fluid from said active volume, circulation through the distribution volume being essentially perpendicular to the circulation in the active volume. More particularly, it relates to the rules to be respected concerning the sizing of the distribution volume in order to obtain a uniform circulation in the active volume from its interface with the distribution zone without having to use a particular distribution system for this purpose. The invention may relate to the input area in the active volume or the output area according to the configuration of the system. It will be noted that speaking of an input and output zone, reference is made to the main fluid which passes through the active system. A second fluid can flow at other times against the flow of the main fluid, in which case the distribution zones have the opposite role. This is often the case in adsorption where the regeneration fluid generally flows in the opposite direction to the feed.

Although the potential field of application of the invention -characterized essentially by the change of direction that the fluid must make between the active medium and the distribution zone-is vast in terms of possible geometries, it will be limited in practice to radial beds and more specifically to the flow of fluids in the outer peripheral zone of these radial beds, whether an inlet or an outlet of the pore volume. It will be seen that it is this area that is most conducive to poor distribution and that, moreover, there is no simple system to remedy these defects.

Figure 1 explains the object of the invention from an example which is intended to be non-limiting both on the geometry of the system as on the nature of the porous medium. The active volume (V) comprises at one of these inlet or outlet ends, a porous bed (A) consisting here of particles of diameter d and having an intergranular vacuum rate e. This bed is directly adjacent to the volume of distribution (Vf). At the interface, the particles of the bed (A) are held in place by a grid not marked in the diagram. This very porous grid does not offer any particular resistance to the fluid. Its opening rate is generally around 40%. In this diagram, it is flat, rectangular length L and width I. The distribution volume, here parallelepipedic, continues downwards. It has a section Sf (= l * h), h being the distance between the grid and the opposite wall of the distribution volume.

In the feed phase, the fluid M (Mi) flows from bottom to top in the dispensing volume and enters the bed (A) at the level of the grid then running horizontally from right to left. The circulations of the fluid respectively in the volume of distribution and the active volume are therefore at right angles. It will be admitted that it remains within the scope of the invention if the angle between the speeds in the two volumes remains between 80 and 100 °. If it is not an input but the output of the fluid M (Mo), we have an equivalent system with the speeds in opposite directions.

By porous medium is meant a solid medium having voids (porosity) permeable to the flow of a fluid. Permeability characterizes the ability of the porous medium to be traversed by a flow. It may be in a non-limiting manner a foam, a stack of particles of any size and shape, a sinter (grains fixed together), woven, more or less regular stack of fibers. .. Within the scope of the invention, the flow will be distinguished in the main direction, that is to say in the direction of entry / exit of the active medium of the flow in the transverse direction, that is to say ie perpendicular to the main direction and in particular parallel to the flow in the distribution zone. The flow in the main direction and the flow in the transverse direction are governed by the laws of flow in a porous medium. For the main flow, these may be relatively complex laws with several terms involving the flow rate V of the fluid at different powers. The so-called Ergun law that applies to a particulate medium is of this type with a term proportional to V and a second to VA2. The transverse flow meanwhile will be limited since the object of the invention is precisely to obtain a uniform main flow with a minimum transverse component. It is assumed that this flow can be represented by a Darcy law of the type v = k / p * [pressure gradient] where v is the transverse velocity of the fluid, k the transverse permeability of the porous medium, μ the dynamic viscosity of the fluid. The flow is caused by the pressure gradient existing in the porous medium.

Like the law of Ergun, Darcy's law is well known to those skilled in the art and there is no need to comment on these formulas further in this document. Note, however, that the term k (permeability) of Darcy's law is easy to obtain experimentally. It is sufficient to measure the flow velocity in a suitably oriented porous medium sample as a function of the system inlet / outlet pressure drop. For low speeds, we obtain a line whose slope is k / μ. Knowing the viscosity of the fluid, the permeability k is obtained directly. One can also find values of k in the literature for stacks of standard particles (balls, sticks ...).

It should be noted that the active porous medium may be isotropic or anisotropic. The principle of the invention applies in one or the other case since there is a possibility of transverse flow in the porous medium, that is to say in the direction of circulation of the fluid in the volume of distribution and perpendicular to the main flow. This is the case for the majority of porous media. The main exception is a porous medium consisting of a very large number of unidirectional, small diameter channels, aligned between inlet and outlet, and having a fluid-tight wall; then there is no possibility of transverse flow and the said invention is not applicable. The behavior of the fluid is then easy to predict and simple rules on the ratios to be respected between the pressure losses in the distribution zones and across the entire porous medium can be applied without particular risks.

The case of isotropic medium will nevertheless be the most frequent. It corresponds in particular to the case of bulk stacking of particles. As was said before, the flows are then governed by the law of Ergun. In this case, the transverse flow is governed by the only term proportional to the flow velocity, usually called laminar or viscous term because it is this term that becomes very predominant at low fluid velocity. The main flow is, in turn, generally governed by the complete formulation. The laminar term is of the Darcy law type, that is to say of the form v = k / p * [pressure gradient] with the preceding notations.

Figure 2 shows a complete system (active volume and its outer envelope) corresponding to the previous description. The active volume is in the form of a hollow cylinder 1 housed in an envelope 2 having an inlet 3 and an outlet 4. The fluid 5 descends vertically in the central portion 6, radially through the centrifugal volume of the active volume 2 and spring in the peripheral free volume 7 to flow in said volume vertically downwardly and the outlet 4. Also there, the flow in the distribution zones creates a pressure variation which can cause fluid distribution defects in the porous medium at less in the slices in direct contact with the distribution areas. The fluid circulates in a free volume, then with an angle of 90 ° immediately through the active medium, then after a new angle at 90 ° circulates in a second free volume. The principle of the invention will then apply here to the external distribution volume (output in the example) to limit or even eliminate the transverse flows to the main flow that are likely to occur preferentially to this place, as explained below.

The active volume may be a catalyst bed or more generally a material on which a chemical reaction takes place between components of the fluid or between constituents of the fluid and the material itself which will for example oxidize or be reduced in contact with the fluid. The envelope then constitutes a reactor.

The active volume can intervene by its heat capacity by storing or destocking energy. There is then heat exchange between the fluid and the material. It will be for example in this case a thermal regenerator.

The active volume may be an adsorbent bed housed in an adsorber. In practice, radial adsorbers represent by far the majority of the systems concerned by the present invention.

Indeed, adsorption is a process very commonly used in industry and if the simplest adsorbers are of cylindrical shape with a vertical axis, we will use as soon as we move to higher flow rates possibly horizontal axis adsorbers , then beyond a certain flow rate and / or if one seeks low pressure drops and / or if the speed of the gas can exceed the natural rate of attrition, a radial adsorber of the type of FIG. 2.

It is actually known to use, for flow rates up to tens of thousands of actual m3 (counted under the operating conditions) of such adsorbers as taught for example in US-A-4,541,851 or EP 1638,669. , FR 2 937 257 essentially relating to the construction of radial adsorbers explains that they are particularly well suited for the drying and decarbonation of atmospheric air prior to cryogenic fractionation, for VSA Oxygen, for VSA or PSA C02. .

One of the points common to its various units is that the fluid to be purified or separated must be distributed uniformly in the adsorbent volume in order to achieve the expected performance. Otherwise, there is a local breakthrough of the constituent that it is desired to stop (water, CO2, N2 ..) leading to completion earlier than expected adsorption step. Apart from the fact that such a defect involves an adsorbent volume that is poorly used or not used, ie invested for nothing, it generally has greater effects on extraction efficiency, energy consumption, etc.

This remains true for thermal regenerators for which a distribution fault leads to a loss of efficiency. In addition, for the catalysts of the under or over flow can lead, in addition to the already reported defects, to hot spots, to runaway or reaction stops ...

It should be noted that for filtration, the phenomenon of poor distribution may be of less consequence, the active medium playing a role of self-regulation: the most fueled part closes faster and sees naturally reduce the fraction of flow that passes through it, flow then spread over the rest of the filter media. On the other hand, if by filtration is meant, for example, the elimination of aerosols entrained by a gas, a good distribution of the gas through the medium is necessary to obtain an efficient unit. This is the case of coalescers.

Although there is no prior official definition, the general term "good distribution" generally means that there is no more than 10% difference between maximum and minimum flows. circulating in equal elementary volumes of the active medium and by "uniform distribution" when there is nowhere more than 5% of difference between these maximum and minimum fluxes anywhere. For the sake of simplicity, the maximum / minimum deviation at the active medium / free volume interface is often defined. This is the case, for example, of US Pat. No. 8,313,561 (column 5) which deals in part with the same subject and on which we will have the opportunity to return. This difference of 5% can be almost linear as in Figure 3.1 which shows in section, an active volume 1 and a free volume of output 2. Compared to an average flow normalized to 100, the output flow of the active volume varies regularly from 97.5 to 102.5. The defect can also be located as in Figure 3.2. The input flow in the active volume 1 is almost equal to the average flow except at the end of the free volume of distribution 2 where it is very locally equal to 105.

With these definitions, the invention then aims to size the distribution volumes to obtain at least a uniform distribution and preferably an improved uniform distribution, the difference between maximum and minimum flow then being less than 2.5% over 99% of the distribution section. entry or exit. It is limited to 99% of sections because "the wall itself" the flow is not really defined. It should be noted in this regard that generally the flow simulation programs that make it possible to judge this distribution make appear defects very localized to the walls, which can be calculating biases at the limits of the system. Subsequently, we speak of "uniform distribution" to qualify the quality sought in the context of the invention whether within the meaning of US Pat. No. 8,313,561 or whether it is an improved uniform distribution as defined above. .

Another important point, also known to him, to hope to obtain a uniform circulation of a fluid in an active volume is the homogeneity of said active volume. Generally the active ingredient is in the form of particles forming a bed: balls, pellets, rods ... adsorbent, catalyst, packing (regenerator). It is then necessary to control the uniformity of the particle size and to adopt an adequate filling system. Reactor filler is the subject of many publications and is not discussed in the context of this invention.

These points having been correctly treated, the uniformity of the distribution of the fluid through the active principle is possible and will then depend on the conditions of entry and exit into said active volume. This is particularly true when at least the fluid inlet or outlet is perpendicular to the circulation in the active volume, in which case inadequate sizing can cause significant defects.

The problem that arises then will be explained using Figure 4.a

The active volume 1 is such that it presents the fluid with equal paths, for example in the form of a rectangular parallelepiped (from one face to the opposite face) or hollow cylinder (from the center to the periphery or vice versa). It is fed via a collector 2, a face permeable to the fluid corresponds to the free surface of the active volume.

Assuming for this collector a constant section, the initial velocity vl will be maximum at the entry marked A and obviously correspond to the entire flow. This speed will decrease as the fluid will supply the active volume, for example at the midpoint vi = vl / 2 and the speed vn will naturally cancel at the closed end marked B of the supply volume. .

This circulation from A to B is accompanied by a pressure variation due firstly to friction losses at the walls of the volume of distribution and secondly to the variation of kinetic energy. At the entrance, these two phenomena have opposite effects and the static pressure in B can be theoretically lower or higher than the pressure in A. In general, the kinetic effects are greater than the effects of the friction and the pressure in B will be greater. Since the paths are identical, the incoming flows crossing the active volume will tend to increase, that is to say that at the speeds (vertical in the diagram), we will have <vai <Van.

Several solutions have been proposed to avoid such distribution faults: - Implementation of an intermediate distribution system in the volume of supply or withdrawal - Creation of significant pressure losses at the level of the distribution volume interface / active volume - Changing the volume distribution section to eliminate or at least reduce speed variations - Adequate sizing rules to keep distribution failure within acceptable limits

The present invention relates to the latter solution, however the first 3 will be described succinctly below so as to highlight the differences.

Figure 2 of EP 759 320 illustrates the first solution: a central perforated tube distributes the gas throughout the central volume of the radial adsorber. This type of solution is shown schematically in Figure 4.b. The volume of distribution 2 is divided into two sub-volumes 4 and 5 separated by a perforated surface 3. This surface 3 makes it possible to supply the free sub-volume 5 relatively homogeneously. A low circulation of gas in this sub-volume then makes it possible to to supply uniformly the active volume 1. This free sub-volume 5 can be made almost isobaric by playing on the pressure losses of the perforated surface 3 and on the volumes 4 and 5. The disadvantage compared to a simple volume distribution is the addition of equipment and additional head losses. Nevertheless, this solution is still widely used in the case of adsorbers or cylindrical reactors with horizontal axis and for the central distribution of the adsorbers, reactors or radial regenerators. It will be noted that it is more difficult to use for the periphery distribution because of the geometry of a radial system (size and concentricity problem). FR 2 886 690 describes a distributor corresponding to the second of the solutions mentioned above. Figure 4.c schematizes such a system: the interface 3 between the active volume 1 and the free volume of distribution 2 creates significant pressure drops leading to val, vai, van equivalent speeds regardless of the area considered. The difficulty here is to have both sufficient pressure drop (which means a small passage section a priori) and diffusion at the entire surface of the active medium. This leads to somewhat complex distributors as described in FR 2 886 690 for example and relatively high pressure drops. Again, the surface of the outer gate being greater than the surface of the internal grid, the creation of pressure losses is more difficult (it would require smaller and / or more spaced orifices making it more difficult to downstream a distribution immediately uniform). No. 5,759,242 shows in FIGS. 1 and 2 a radial adsorber whose outer shell is conical. This particular geometry creates for the gas a decreasing passage section. Thus, the velocity of the gas along the distribution zone varies less than in the general case of constant section and the variations in kinetic energy are then less. Figure 4.d schematizes this type of solution. It is theoretically possible to maintain a constant speed and thus a constant kinetic energy in the distribution zone 2 allowing a homogeneous distribution at the interface of the active volume 1.

It will be noted as shown in FIG. 4.e that a lining 3 placed in the central distribution volume 2 of a radial adsorber of active volume 1 leads to the same effect. Such packing has sometimes been placed in the perforated tube used in the first solution. It then makes it possible to improve the primary distribution and consequently to reduce the pressure drops necessary for a good distribution. Note also that such a system is easy to install in the central volume of a hollow cylinder (single cone) but difficult to use at the periphery given the dimensions.

As announced above, the last solution is not to add a particular system in the distribution volumes but to respect sizing rules that will allow the uniform distribution of the fluid in the active volume.

There are a number of documents and patents on this subject that set more or less precise sizing criteria, or give examples of sizing. By way of example, mention may be made of Chang et al. (AlChE J., Vol 29, No. 6, 1039-1041, 1983) which suggests for a radial bed traversed by a fluid to use internal and external distribution volumes of the same section, and of sufficient section for the loss corresponding load is very low, for example less than 20% of that of the bed. They also examine the effect of the respective direction of the input / output, concluding as known moreover that a U-shaped circulation (input / output velocity vectors opposed) is better than a Z-shaped circulation (input / output velocity vectors in the same direction). meaning). FR 2 856 607 gives two examples of sizing radial adsorbers intended to dry and decarbonate a flow rate of 860 000 Nm3 / h of atmospheric air at 7.5 bar abs and 21 ° C. The ratios of the distribution volume sections are respectively 1.34 and 1.20 in these examples and the pressure loss in these distribution zones estimated from the data and using the characteristics of the adsorbents provided in the patent, is much less than 10%. of the pressure drop in the bed. In this document no particular rule is provided for transposing such dimensioning to other geometries. US Pat. No. 8,313,561, very close to the concerns developed here, provides, for its part, criteria for maintaining a uniform distribution in a radial adsorber. It is necessary on the one hand that the passage section Ain of the distribution volume entered for the mass flow feed gas Min and the passage section August of the output distribution volume for the mass flow product Moist satisfy the relation: 0.70 (Min / Mout) <Ain / August <1.40 (Min / Mout)

And secondly that the pressure drop in the input and output distribution areas is less than 10% of the pressure drop in the bed.

This formulation makes it possible to take into account the mass flow variations between the inlet and the outlet due to the adsorption of a part of the constituents.

If, on certain units, the teaching of US 8,313,561 remains perfectly valid and corresponds for example to the dimensions proposed by FR 2,856,607, in other cases, it may not be necessary to obtain a uniform distribution, or on the contrary, be insufficient to obtain this uniform distribution, in particular on the side of the outer wall of a radial bed.

The present invention is also part of the latter framework of providing rules for sizing distribution volumes to avoid expensive distribution systems investment or energy. More particularly, it corresponds to the case where: the interface between the free volume and the active volume does not create significant pressure drops intended to distribute the fluid, that is to say that the pressure drop of a Possible maintenance system, of grid type for example, is lower than the pressure drop across the porous medium itself. Preferably, it will be significantly lower than the latter, for example less than 10% of the pressure drop across the porous medium - The active porous medium is essentially in direct contact with the volume of distribution (at the possible gate of maintenance near ), that is to say that no specific distribution system is provided between the volume of distribution and the active pore volume. In particular, it does not implement a porous distribution medium several centimeters thick, inactive vis-à-vis the fluid to be treated but creating pressure losses and thereby a homogeneous distribution of the fluid before it enters the active part. The active porous medium has a non-zero transverse permeability which follows a Darcy law for low velocity, that is to say that the velocity of the fluid is proportional to the pressure gradient. It should be noted that this is the case for the majority of porous media - most of the variation in pressure, that is to say more than 75%, in the volume of distribution in contact with the interface with the medium porous is due to the variation of kinetic energy of the fluid and not to friction losses. It should also be noted that this is the case in the majority of industrial units given the relatively large sections of the distribution zones.

Under these conditions, the present invention thus relates to the introduction of criteria which are intended to be more precise than those proposed hitherto. The input-side gas distribution in the active volume or output side of the active volume is examined locally, in the immediate vicinity of the interface and no longer globally. Only local considerations (flow rate and physical properties of the fluid, properties of the porous medium at the interface) are taken into account. Although this is outside the scope of the claims that are limited to the main flows (food, production), it would be possible on these same bases to achieve a homogeneous distribution (or to verify the homogeneity) for, if for example one places in the case of adsorption, the stages of the cycle corresponding to a depressurization or a repressurization where there is not, strictly speaking, flow from an inlet to an outlet, the gas being generated or stored in the porous medium itself ..

Without going into complex calculations, we can show that the relationship advocated in the closest prior art: 0.70 (Min / Mout) <Ain / August <1.40 (Min / Mout) [formel] or its variant: 0.85 (Min / Mout) <Ain / August <1.20 (Min / Mout) [formula 2] - in which Ain is the passage section of the dispensing volume entered for the mass flow feed gas Min and August the outlet volume distribution section for the product Mass flow rate must - may not be respected while having a good distribution of the fluid through the adsorbent but also while improving this distribution with respect to a design respecting this constraint.

Take the case of the radial adsorber of Figure 5 wherein 1 is the active medium, here an adsorbent, held in place by the internal grid system 6 and external 5, all housed in the shell 2. The envelope comprises also an upper opening 3 and a lower opening 4 in connection with the distribution volumes of the center 7 and the periphery 8.

Scheme a corresponds to a centripetal circulation of the fluid and diagram b to a centrifugal circulation. It may be for example respectively an adsorption phase and a regeneration phase of the adsorbent against the current as is very generally the case.

As usual, it is assumed that the adsorbent and the filling are homogeneous, that the holding grids have a negligible pressure drop with respect to the pressure drop of the adsorbent bed and that the kinetic energy is preponderant by relation to the friction in the distribution volumes whose sections verify the relationship proposed in the prior art.

The circulation of the fluid in such a system is called Z, that is to say that the kinetic effects in the distribution volumes are added instead to possibly compensate for a circulation in U.

In practice for the case of Figure a, this means that the fluid due to its speed tends to preferentially pass through the upper part. Conversely, because of the speed in the central portion of the purified fluid, the upper portion of the dispensing volume tends to suck the flow from the adsorbent (this is the well known effect of the trunk water). Thus the flow rate at 10 will be greater than the flow rate at 11. If the speeds are sufficiently low or if the pressure drop in the bed is high, this distribution fault may remain moderate and acceptable.

It is exactly the same for Figure b in which the fluid will preferentially pass in 12 rather than 13.

Increasing the August section of the outlet volume 8 and overcoming the ratio constraint between sections will lead to decrease the velocity of the fluid and thereby the variation of kinetic energy: this can only improve the distribution of the fluid through the active medium. This is true both in the case of the centripetal circulation and in the case of the centrifugal circulation where one can suppress in this way the suction effect in the lower part.

In practice, and although not claimed, the ratio close to 1 between the sections of the inlet and outlet channels may be of importance only for a U-shaped circulation where the stopping pressure effects on the one hand and suction on the other hand, located at opposite ends, compensate each other. For Z-flow and generally for any traffic, increasing the section of the distribution area improves the uniformity of the fluid flow.

This compensation effect in the case of U-shaped traffic, well known to those skilled in the art, is not always easy to achieve and it is necessary to have a method to overcome it and achieve the desired uniformity level at the best cost in other flow configurations.

Note also that the section of at least one of the two input or output volumes can be set for reasons other than the distribution of the fluid in the active volume. It may be necessary to enter the adsorber for inspection reasons, regulatory or voluntary, or grids repair for example. The strictly necessary section can then be increased for this reason. The construction of large adsorbers horizontally imposes a minimum distance between external grid and ferrule to take into account the arrow of the grid during threading. Simple construction constraints, such as being able to perform a welding according to the rules of the art, can also lead to the provision of passage sections for the distributors greater than what would require a design based solely on the flows. The present invention takes into account these other constraints by excluding from its scope the sizing which does not result visibly from the mere distribution of fluids. Note that this is generally not the case in the literature where it is recommended passage sections greater than a value without providing upper bounds, which encourages the retention of minimum sizing.

Whether or not we can check the first criterion and have a uniform distribution of the fluid through the active medium, the second criterion meanwhile - which specifies that the pressure drop in the input and output distribution areas must be less than 10% the pressure drop in the bed is generally necessary to ensure a good distribution but is not sufficient, it can lead to significant defects in some cases.

A first extreme case is chosen to illustrate the applications where the second criterion, widely used in the literature with possibly different values from those proposed by US Pat. No. 8,313,561, is fully justified. The porous medium consists of straight channels between the inlet and the outlet. The walls are impervious to fluid that can not pass en route from one channel to another. The flow rate of fluid passing through each channel will therefore depend solely on the input / output pressure difference. Fixing the maximum pressure variations in the distribution zones amounts to automatically setting the flow variation from one channel to another. The knowledge of the law of flow in a channel makes it possible to calculate the flow differences between the extreme pressure points. By way of example, a difference of 10% in the useful gradient of pressure (inlet / outlet of the channels) will lead to a variation of 5 to 10% on the following flow rate that the law of pressure loss is of the type in VA2 (turbulent) or V (laminar), where V is the velocity of the fluid in the channel. Note that this is a case where the transverse permeability to the main flow is zero: there is no possibility for the fluid to change direction.

We now take the example of a radial adsorber comprising, as described for example in EP 743877 B1, 3 concentric layers of different adsorbents A, B, C. Figure 6 shows this adsorber in section with the adsorbent 2 - with the layers A, B, C- maintained between the outer 5 and inner 6 grids. The distribution volumes are referenced 7 and 8, the mark 3 corresponding to the ferrule of the adsorber. In the case of air purification, the adsorbents are from upstream to downstream: A, standard activated alumina in a 3mm ball designed to stop most of the atmospheric moisture; B, zeolite NaX or NaLSX 2mm ball essentially for stopping CO 2; C a zeolite exchanged with calcium and / or barium to stop secondary impurities (ethylene, propane ...) and the residual C02, small diameter ball, here assumed to be equal to 1mm, because located in the frontal area.

Such an arrangement with downstream adsorbents of small dimensions to have improved kinetics in the final mass transfer zone is well known to those skilled in the art.

With respect to the total volume of adsorbent, alumina represents approximately 50% and each of the zeolites 25%. For a medium-sized purification unit, the characteristic diameters can be respectively 1.0 m for the internal grid, 3.0 m for the outer grille and 3.15 m for the ferrule.

The section of the internal volume of distribution is then of 0.785 m2 and the section of the external volume of 0.724 m2. As for air cleaning, the outflow is almost the same as the inflow, it is in the middle of the criterion for entry / exit sections with a ratio of 1.08 or 0.92 depending on the direction.

Without the need for calculation, it is known that there is an adsorbent height and a flow rate at which the pressure drop in the peripheral ring is equal to 10% of the pressure drop across the bed. the central part then being of the order of 8 to 9% of this same pressure drop across the bed. This is because the maximum velocity of the fluid is a little less than the center with respect to the periphery due to the respective passage sections. Indeed, to obtain this value of 10%, simply increase the height of the bed proportionally to the air flow. The same pressure drop is then maintained through the adsorbents whatever the overall flow rate (because the local flow is unchanged) whereas the pressure loss in the distribution zones increases with the flow, as the square of the flow in first approximation .

Although it may appear surprising at first sight, the circulation in such an atmospheric air cleaning unit is usually centripetal, that is to say that the atmospheric air is introduced to the periphery and the air dry and decarbonated is recovered in the center. This is explained in one of the founding patents for the use of radial beds for TSA type units (Temperature Swing Adsorption), FR 118349 page 3, starting from line 10 ...

The pressure drop in a particulate medium is very well represented by the so-called Ergun equation as already mentioned above. The formula adapted to the radial configuration is given, for example, in US Pat. No. 8,313,561 B2. It should be noted that the pressure drop comprises two terms, a dynamic or turbulent term proportional to the square of the fluid velocity V and inversely proportional to the diameter d. the particle and a laminar or viscous term proportional to the velocity V of the fluid and inversely proportional to the square of the diameter d of the particle. Thus locally can be written that: DP / DL = AVA2 / d + BV / dA2, A and B containing constants, characteristic values of the fluid (viscosity, density), values that can be considered as unchanged in the passing through the bed, the vacuum rates of adjacent or equal adsorbent beds for near-shaped particles. Let us now compare the pressure drops at the inlet of the adsorbent, that is to say at the periphery and at the outlet, that is to say at the center. The speed at the periphery is three times lower than in the center. Indeed, the adsorbent height being identical to the periphery and the center, the passage section of the fluid is then proportional to the diameter.

Since the circulation is centripetal for process reasons, the final zone of mass transfer, of course at the outlet, lies in the central part in contact with the internal grid. It is then the high kinetic bed of small particle size. The adsorbent in the center also has a factor 3 on the diameter relative to the alumina located at the periphery (1mm and 3mm respectively).

It can be seen that each of the terms constituting the pressure drop across the particulate medium varies by a factor of 27 between the inlet zone and the exit zone. This means that the pressure drop is not distributed at all through the adsorbent bed but is very localized towards its center. On the contrary, this means that the pressure drop in the peripheral zone is very low. The result is that, considering the pressure losses retained for the distribution zones (respectively 10% and around 9% of that of the bed), the distribution of the fluid in the activated alumina is poor while the fluid is very homogeneous in the outlet , In the center. This simply means that the resistance in the alumina is much too low to rapidly impose a uniform circulation to the fluid whose natural tendency is to favor the upper part in the case of a feed from the bottom (and conversely the part low in the case of a feed from the top), and that it is necessary to wait for zones of higher resistance while going towards the center to get closer to a homogeneous radial circulation. Given the previous calculations, we realize that the pressure drop at the external grid is less than 4% of that at the internal grid. An overall rule on the distribution not taking into account in a radial bed the difference in local pressure drop between input and output can only be approximate.

In the regeneration phase which is then centrifugal, it is the suction effect at the outlet which inclines the flow lines. It is conceivable that with these two opposite effects, the alumina bed is globally poorly used with the risk of water entrainment on the zeolite, rendering it ineffective for stopping C02. In practice in such a case, it would be necessary to enlarge the outer passage section by adopting for example a ferrule diameter of 3.5 m instead of 3.15 m according to the teaching of the prior art.

The section of the outer ring would then be 2.55 m2 or more than three times the internal section and the pressure drop in this collector would represent only about 1% of the pressure drop of the fluid through the bed. adsorbent, an order of magnitude lower than the recommendation of the teaching of the prior art.

In the example, we have retained a factor 3 on the respective diameter of the particles of the outer bed and the inner bed, which being the same as the speed ratio allowed to obtain very simple results. It may be objected that this ratio is generally of 2 or even 1.5 (3mm alumina, 2mm zeolite) and that the example chosen is arbitrarily unfavorable to the teaching of the prior art.

It is nonetheless true that the pressure drops at the periphery are very significantly lower than at the center and that a global rule limited to the pressure drop across the bed generally remains insufficient.

For more elongated adsorbers, that is to say with ferrules of diameter smaller than that of the example, for reasons of cost or implantation, the only effect on the respective speeds in the adsorbent in the center and at the periphery can also lead to significant defects if the section of the external distribution area is not oversized. Indeed, for an internal grid of diameter 0.5m and an adsorbent layer of thickness lm, we already have a factor 5 on the inlet / outlet velocities of the adsorbent is a factor 25 on the turbulent term of the loss of charge and globally at least an order of magnitude between local pressure drops for the majority of purification processes using such a geometry.

In addition to the fact that the distribution is naturally more critical on ferrule side than in the center because of the geometry, we saw that for the central part, there were several solutions relatively easy to implement to achieve a good distribution (perforated tube, packing in the form of cones ...) contrary to the external part for which the same type of solution is much less easy to implement.

A solution of the present invention is a fluid treatment system comprising a hollow cylinder-shaped active volume placed in a concentric outer cylindrical envelope and means for circulating a fluid in the internal free volume of the porous active volume, radially through the porous medium, longitudinally in the free space between the outer shell and the porous medium, characterized in that the flow section Sf of the fluid in this outer wall is equal to

with D being the external diameter of the active porous cylinder, k the longitudinal permeability of the porous medium, M the mass flow rate of the circulating fluid in the inter-wall, μ its dynamic viscosity and Cl being between 11 and 35, preferably between 12, 5 and 25.

Depending on the case, the treatment system according to the invention may have one or more of the following characteristics: the diameter of the outer envelope is less than 5 meters, preferably less than 4 meters. the ratio of the external grid / internal grid diameters is greater than 2.5 and preferably greater than 3. the porous active medium is in the form of a foam, an agglomerated material, a wound material or particles held in place by fluid permeable grids - the porous active medium consists of N concentric adjacent beds, each of the beds can be of different composition, shape and / or dimension, N being generally between 1 and 5. - the porous medium comprises a bed at least consisting of particles of any shape, particularly and not exclusively in the form of balls, rods, pellets, crushed, granules, chips, solid or drilled cylinders, rings, stools or more complex particles such as bilobes or trilobed, wheels .... of characteristic dimension ranging from 0.1 to 25 mm, of a single type or mixed. the bed situated at the periphery is an essentially isotropic particulate medium defined by an equivalent diameter d and a void fraction e in the sense of the Ergun formula, and in that the passage section in the outer interwall Sf is equal to

C2 being between 0.94 and 2.9 and preferably between 1.02 and 2.05. the porous active medium is a reactive medium, adsorbent and / or capable of storing energy, and in the case of a catalytic reactor, an adsorber or a bed-type thermal regenerator radial. the active medium is in the form of catalyst particles, adsorbents, and / or thermal energy storage material.

The units used are those of the International System (m, kg, s ...)

The relationship

was determined by gaseous distribution studies on a porous volume / simplified distribution volume model, on a theoretical analysis of the role of the various parameters applied to this geometry, analysis which made it possible to find the observed effects and to quantify them qualitatively via speed ratios and a validation performed on more than ten units in operation to locate the sizing range (fluid passage section) for which performances are completely in line with those expected, thus making it possible to know that in these cases, no distribution faults affect the proper functioning.

The distribution of a fluid (gas) has therefore been studied in the configuration shown in FIG. 1 in the case of an outlet, ie fluid flowing horizontally from left to right in the active medium and then vertically towards the down, in the volume of distribution. Active volume and volume of distribution are parallelepipedic in order to reduce the variables. The porous medium is assumed to be of the isotropic type and to follow the Ergun law with a laminar term and a turbulent term.

As described above, the current lines in the active medium are horizontal up to the interface when the distribution is perfect but curl down towards the inter-wall when certain modifications are made. parameters relating to the fluid, the porous medium or the geometry; In particular, the distribution is degraded as soon as the permeability of the pore volume is increased. This corresponds to the explanations given above: the particulate medium offering little resistance to gas in all directions, the suction effect towards the bottom becomes important. The effects of the mass flow, the section of the grid, the length L ... are less obvious.

A simplified theoretical analysis, however, not only makes it possible to link the sensitive parameters for the distribution and to give a qualitative account of the greater or lesser importance of the defects created, but to quantify a difference to the perfect distribution. If such a quantification is not necessarily fair in absolute value and does not make it possible to obtain directly an image of the real distribution in the system, it makes it possible to compare in relative value various solutions and in particular to reproduce for example a distribution already experienced and which we know has given satisfaction. It is based on the fact that it is the pressure gradient in the volume of distribution, along the exit zone, created by the circulation of the fluid leaving the active medium which generates a vertical parasitic circulation, from top to bottom in the porous medium. At a given place, this parasitic circulation can be represented by a speed Vv to be compared with the main horizontal velocity Vh. It is understandable that the ratio Vv / Vh can characterize the uniformity of the distribution. The smaller the ratio, the more straight lines will be straight.

This approach can be done with the average pressure gradient in the DeltaP / L output zone or more locally, for example where the local gradient is the highest.

In order to arrive at simply exploitable results, it is necessary to make simplifying assumptions but nevertheless justified in view of the operating conditions and the result that one seeks to obtain.

As we are ultimately trying to size a well-distributed and industrial-size system, we can, for example, without distorting the conclusions, the hypotheses that the fluid velocity increases linearly in the volume of distribution along the grid, that the velocity Vv is sufficiently weak that the viscous (or laminar) term of the pressure drop in the porous medium is preponderant ^ and therefore to use a formulation of the type of Darcy's law), that the term of friction in the volume of distribution is negligible before the variation of kinetic energy.

If we define the quality of the distribution by X = (Vv / Vh) max, we finally obtain

with k transverse permeability (here vertical) in laminar flow, M mass flow, S surface of the outlet zone, Sf section of fluid passage in the volume of distribution, L length of the outlet section in the direction of flow fluid in the volume of distribution, μ dynamic viscosity of the fluid. It can easily be verified that in a homogeneous system, in particular the international system, this expression corresponds to a dimensionless number

As said before, one has the choice to define the characteristic pressure gradient: average gradient over the length of the distribution zone, maximum local gradient, median local gradient ... one can thus obtain an image of a defect of average, maximum, median distribution ... The most restrictive choice was chosen here a priori. It is then sufficient to be homogeneous in the comparisons. The study was carried out in the case of a fluid outlet but the results are generalized to one input, the different equations being independent of the direction of circulation given the assumptions. The detailed examination of industrial units with radial bed adsorption shows that from the moment X is less than 2 or 3%, the performances of these units can be directly extrapolated from the laboratory unit results for which all steps have been taken to avoid possible bias. Below a value of X of the order of 0.2%, there is practically no change with a distribution without apparent defects (no curvature of the flow lines). It is retained that for X beyond 2 to 3%, for example 5%, one can have a good distribution but which will have some acceptable defects for a certain number of processes but should be avoided in very sensitive processes from this point of view, especially in the purification processes with a threshold of very low residual impurities in the production. This will be the case, for example, with PSA H2 for which the residual impurities in hydrogen may be of the order of 1PPM, of air purification where 0.1 ppm of residual impurities are often targeted, of certain reactors which must imperatively eliminate dangerous products for downstream units ... Oversizing the active volume required to compensate for these defects can be expensive in investment (for example catalyst with noble metals) or in performance (loss of efficiency due to an unused volume for PSA). It is also retained that below 0.2% for X, the residual local residual distribution no longer plays a role. From this point of view, the distribution can only be improved but the dimensioning of the distribution area is no longer based then on distribution considerations but on other constraints already mentioned above.

In practice, a supply or extraction of fluid occurring at 90 ° of the circulation in the porous active medium will correspond in very large majority to the operation of a radial bed, mainly as has already been shown in FIG. external wall between the outer gate and the inner wall of the casing. It is recalled that the internal distribution is already very good by nature and that there are simple ways to improve it if necessary.

This limitation in the application of the principles stated above makes it possible to simplify the initial formula via simple geometrical considerations (S = Pi. DL) and to arrive finally at the fact that to achieve a uniform distribution at the periphery, the section Sf passage of the fluid in this outer wall must be equal to

(1)

Cl being between 11 and 35, preferably between 12.5 and 25, knowing that beyond 35 one oversizes the unit from the point of view of the distribution, which may be necessary elsewhere.

This sizing method will be particularly useful for slender porous volumes, in particular with relatively small internal diameters, in particular for radial beds with a ferrule diameter of less than 4 or 5 meters or a ratio of external grid diameters. internal grid will be greater than 2.5 or even 3. These geometrical features favor distribution faults at the periphery by causing large gaps between local input / output losses. Porous media of different types may be used depending on the methods. Preferably, it will be foam with generally high void content, for example 50 to 80%, millimeter-sized material sintered by binders or by sintering, of fiber-type material or fabric wound on a mandrel, for example central, ordered or loose particles held in place by grids permeable to the fluid.

The porous active medium may consist of N adjacent concentric beds, each of the beds possibly being of different composition, shape and / or dimension, N being generally between 1 and 5. Generally, the pore volume comprises at least one bed consisting of particles which may be of any shape, in particular and in a nonlimiting manner in the form of beads, rods, pellets, crushed, granules, chips, solid or drilled cylinders, stool or more complex particles such as bilobes or trilobes (2 or 3 sticks contiguous along their length), wheels (hollow cylinders having internal fins, forming in particular but not exclusively spokes), optionally indented rings .... of characteristic dimension generally ranging from 0.1 to 25 mm, of a single type or in a mixture. In practice, such particles have been developed - and commercialized - because of the various characteristics sought according to the applications: low pressure drop, large contact surface with the fluid, high filling density, high kinetics, ease of production (low cost ) ... These various demands have led to particles of various shapes and sizes. In bed, they can form isotropic or anisotropic porous media but all having a transverse permeability k non-zero, known or easily measurable.

The bed located on the periphery will most often be an essentially isotropic particulate medium which can be defined by an equivalent diameter d and having a void fraction e in the sense of the Ergun formula. The previous relationship is equivalent to the wording below

sf =

(2) C2 being between 0.94 and 2.9 and preferentially between 1.02 and 2.05.

It will indeed be noted that the term d2e3 / (150 * (1 - e) 2) of the Ergun formula is none other than the laminar permeability of the porous medium in the Darcy sense, that is to say with our ratings: k

The porous active medium relating to the invention is essentially a reactive, adsorbent medium and / or capable of storing energy. It may also be a coalescer-like medium through which very fine droplets (aerosols) will form by impact drops of larger size easier to stop downstream. The field of high efficiency concerning the crossing speed is generally restricted and therefore a very good distribution of the fluid is desirable. The filtration of dust with partial and evolutive blockages is not a priori in the field of application of the invention.

The active medium is therefore generally in the form of catalyst particles, adsorbents, and / or energy storage material used in a catalytic reactor, a adsorber or a radial-type thermal regenerator.

The subject of the present invention is also: a process for treating a fluid by catalysis using at least one treatment system according to the invention, characterized in that the fluid circulates in the inter-wall and determines its cross-section; Sf passage is either the charge flow rate or the flow rate resulting from the reaction, according to the flow direction adopted, - a process for treating an adsorption fluid using at least one treatment system according to the invention, characterized in the fluid circulating in the outer inter-wall and determining its passage section Sf is either the feed rate or the production flow, and - a heat exchange process between one or more fluids implementing at least one treatment system according to the invention, characterized in that the fluid circulating in the outer wall and determining its passage section Sf is either the fluid yielding energy or the fluid receiving energy.

Depending on the type of application, the process and thereby the circulation of the fluids may be different.

The simplest case is that of a catalytic reactor. There is generally a feed fluid containing the various constituents of the feedstock, one or more reactions that occur in the catalyst bed (s) and reaction products that are removed. The direction of circulation can be centripetal or centrifugal depending on the operating conditions (temperature, gas volume ...). The fluid flowing in the outer wall and determining its passage section may be either the load flow or the flow from the reaction, according to the direction of circulation adopted.

In the case of a process for treating a fluid by adsorption using at least one radial adsorber, the fluid circulating in the outer wall and determining its flow section Sf is either the feed rate or the production rate, depending on whether the circulation is centripetal or centrifugal. The adsorption step is the step that is preferred at the distribution level because it determines the main performance. It will be noted, however, that one can find itself in the case where the factor C1 of the formula (1) is greater than 35 (or C2 of the formula (2) greater than 2.9) because another step may impose a passage section higher (for example to avoid too high speeds at low pressure during a decompression step, to limit the pressure losses on a regeneration fluid). The distribution of the fluid in the adsorption stage will then be very good with an oversized distribution volume compared with the present recommendations.

In the case of a radial regenerator, two fluids will circulate very generally against the current to yield or receive energy. The outer wall will successively see these two fluids respectively input and output. For high performance, the distribution must be homogeneous for both fluids. The passage section will be dimensioned on the most constraining fluid. It should be noted, however, that flow rates are often quite close and that the two fluids may be within the recommended range.

Claims (9)

Revendicationsclaims 1. Système de traitement d'un fluide comprenant un volume actif poreux en forme de cylindre creux placé dans une enveloppe cylindrique externe concentrique et des moyens pour faire circuler un fluide dans le volume libre interne du volume actif poreux, radialement à travers le milieu poreux, longitudinalement dans le volume libre entre l'enveloppe externe et le milieu poreux, caractérisé en ce que la section de passage Sf du fluide dans cette inter paroi externe est égale àA fluid treatment system comprising a hollow hollow-cylinder active volume disposed in a concentric outer cylindrical shell and means for circulating a fluid in the internal free volume of the porous active volume radially through the porous medium , longitudinally in the free space between the outer shell and the porous medium, characterized in that the flow section Sf of the fluid in this outer wall is equal to avec D étant le diamètre externe du cylindre poreux actif, k la perméabilité longitudinale du milieu poreux, M le débit massique du fluide en circulation dans l'inter paroi, μ sa viscosité dynamique et Cl étant compris entre 11 et 35, préférentiellement entre 12,5 et 25.with D being the external diameter of the active porous cylinder, k the longitudinal permeability of the porous medium, M the mass flow rate of the circulating fluid in the inter-wall, μ its dynamic viscosity and Cl being between 11 and 35, preferably between 12, 5 and 25. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diamètre de l'enveloppe externe est inférieur à 5 mètres, préférentiellement inférieur à 4mètres.2. System according to claim 1, characterized in that the diameter of the outer casing is less than 5 meters, preferably less than 4 meters. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ratio des diamètres grille externe / grille interne est supérieur à 2,5 et préférentiellement supérieur à 3.3. System according to claim 1, characterized in that the ratio of the outer gate / internal gate diameters is greater than 2.5 and preferably greater than 3. 4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le milieu actif poreux est sous forme d'une mousse, d'un matériau aggloméré, d'un matériau bobiné ou de particules maintenus en place par des grilles perméables au fluide.4. System according to claim 1, characterized in that the porous active medium is in the form of a foam, an agglomerated material, a wound material or particles held in place by grids permeable to the fluid. 5. Système selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu actif poreux est constitué par N lits concentriques adjacents, chacun des lits pouvant être de composition, forme et/ou dimension différentes, N étant généralement compris entre 1 et 5.5. System according to one of the preceding claims, characterized in that the porous active medium consists of N concentric adjacent beds, each of the beds can be of different composition, shape and / or dimension, N being generally between 1 and 5. 6. Système selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu poreux comprend un lit au moins constitué par des particules de forme quelconque, en particulier et de façon non exclusive en forme de billes, de bâtonnets, de pastilles, de concassés, de granulés, de copeaux, de cylindres pleins ou percés, d'anneaux, de selles ou de particules plus complexes telles des bilobes ou trilobés, des roues ....de dimension caractéristique allant de 0.1 à 25 mm, d'un type unique ou en mélange.6. System according to one of the preceding claims, characterized in that the porous medium comprises at least one bed consisting of particles of any shape, in particular and not exclusively in the form of beads, rods, pellets, crushed, granules, chips, solid or drilled cylinders, rings, saddles or more complex particles such as bilobia or trilobed, wheels .... with a characteristic dimension ranging from 0.1 to 25 mm, of a single type or in mixture. 7. Procédé de traitement d'un fluide par catalyse mettant en œuvre au moins un système de traitement selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide en circulation dans l'inter paroi et déterminant sa section de passage Sf est soit le débit de charge soit le débit issu de la réaction, suivant le sens de circulation adopté.7. Method of treating a fluid by catalysis implementing at least one treatment system according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid circulating in the inter wall and determining its passage section Sf is either the flow rate. charge either the flow rate resulting from the reaction, according to the direction of circulation adopted. 8. Procédé de traitement d'un fluide par adsorption mettant en œuvre au moins un système de traitement selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide en circulation dans l'inter-paroi externe et déterminant sa section de passage Sf est soit le débit d'alimentation, soit le débit de production.8. A method for treating an adsorption fluid implementing at least one treatment system according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid circulating in the outer inter-wall and determining its passage section Sf is either the feed rate, the production rate. 9. Procédé d'échange thermique entre un ou plusieurs fluides mettant en œuvre au moins un système de traitement selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide en circulation dans l'inter paroi externe et déterminant sa section de passage Sf est soit le fluide cédant de l'énergie soit le fluide recevant de l'énergie.9. A method of heat exchange between one or more fluids implementing at least one treatment system according to one of the preceding claims, characterized in that the fluid circulating in the outer wall and determining its passage section Sf is either the fluid yielding energy is the fluid receiving energy.