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Perfectionnements apportés à la séparation des constituants des gaz de distillation de charbon, et analogues.
La présente invention est relative à la séparation des constituants des gaz de distillation du charbon, et analogues. Plus particulièrement, l'invention vise à l'élimi- nation''' d'impuretés telles que le naphtalène et l'eau, et à la récupération de constituants possédant une valeur commer- ciale, comme le benzol, grâce à un processus de réfrigéra- tion à étapes successives.
Un objet de l'invention est de condenser les constituants à point de fusion élevé, comme le naphtalène et le benzol, soit sous forme de solutions liquides, soit de manière à éviter un encombrement rapide des réfrigérateurs
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afin de maintenir la contre-pression à une valeur aussi
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i asse que pOS81 ble et a assurer un fonctionnement régulier de l'installation.
Conformément e l'invention, les constituants des gaz do distillation du charbon, et analogues, sont separes
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pn refroidissant les caz en une pluralité de phases, la tem- perature de refroidissement a chaque étage étant choisie de manière à provoquer, dans le premier étage, la condensation du napht-alène sous forme d'une solution a haute concentration
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(1:::;-;8 ie second et8.ce, la condensation d'un solvant pour le
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1;éop?i:-alei,e , et dans le troisième étage la condensation suc- cessive de produits liquides et solides contenant le benzène, l'eau étant éliminée sous forme liquide, antérieurement au troisième etage.
Après la séparation de l'eau, le solvant pour la naphtalène obtenu dans le second étage, peut être reconduit
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jusque Q('r; le (jaz entrant le premier et8fe, avec ou sans ;< 1 <1i. ;; i o ii ci'une Quantité supplémentaire de solvant, provenant d'une s@urce quelconque' appropriée.
Jans le troisième étage, ou s'effectue la conden- sation du benzène et autres hydrocarbures aromatiques ou aliphatiques, l'opération peut être exécutée en deux parties.
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.>m.1.;> 1a première partie, le Eaz est refroidi jusqu'à une température intermédiaire, sinsi choisie que la quantité de ,
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71;7.,.ï,, condensée avec les "utren hydrocarbures qui agissent O('LI1P 001 VHllt,'1 ne dépasse pas la limite de solubilité du @enzene solide dans ces hydrocarbures; dans la seconde partie
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'-'J'f'" "J(\i.:("-:1,0j.,t (lU liquide COl]Üense dans la première partie, '.* "-T -. ,f""" t- } "",,-...,. ;.e ;
r. <li, j 1 C:.. , tewipératuie fir.ale, :::,t't.w f,e;', t::;-,.c,â re:'rdi JuH.'-jL'a la température finale, cette température étant choisie suivant le rendement en ben-
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l)Fj accire:. ;)1:llé, cette seconde partie, le benzène se
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condense à l'état solide. Les hydrocarbures qui pourraient agir comme solvants pour le benzène, sont séparés aussi complètement que possible, dans la première partie, afin d'obtenir au cours du refroidissement ultérieur une neige sèche et légère, consistant en benzène pratiquement pur.
Le refroidissement, dans la seconde partie, peut alors être effectué de telle manière que la neige de benzène sera dans une très large mesure entraînée par le gaz en circulation; de cette manière, on réduira considérablement le risque d'af- fecter la transmission du froid, et d'obstruer le passage du gaz. De préférence, les gaz circulent vers le bas en tra- versant une pluralité de tubes verticaux rectilignes, de dia- mètre comparativement grand. Comme moyens additionnels per- mettant d'enlever des dépôts de benzène sur les parois des tubes, on pourra prévoir des dispositifs mécaniques, tels que des racloirs.
Le froid nécessaire aux deux sections de refroidis- sement du troisième étage peut provenir de réfrigérants dont le point d'ébullition est situé à différentes températures, s'approchant respectivement des températures qui doivent être obtenues dans les deux sections. Avantageusement, un seul et même réfrigérant pourra être utilisé dans les deux maintenu
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sections, K&XEfrigjBxanx:ntsB3e'buM-tiK à des pressions qui correspondent respectivement aux températures désirées.
Si l'on veut aussi éliminer les composés organiques de soufre, ce résultat peut être atteint en traitant le gaz quittant le troisième étage à l'aide d'agents d'adsorption ou de lavage, dans une quatrième phase de traitement, à la température la plus basse susceptible d'être atteinte dans le système, savoir celle qui règne dans la seconde partie du troisième étage.
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Des appareils additionnels d'échange de tempera- ture, ou de refroidissement, peuvent être prévus au second et au troisième étage, afin de permettre un fonctionnement , alternatif, de manière connue en soi.
Ces appareils peuvent convenablement être construit en aluminium ou en alliages d'aluminium, se montrant spécialement résistants a la corrosion.
]jans la mise en pratique de l'invention, les gaz qui contiennent du naphtalene, de la vapeur d'eau, du ben- zene et d'autres hydrocarbures tant aromatiques qu'alipha- tiques, sont refoulés sous une pression assez élevée pour
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assurer le 11',ss8ce eleE saz dans l'installation. 3i la pres- sion a laquelle les gaz bruts sont disponibles est déjà
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suffin8J"r,lent élevée, on pourra supprimer 18 soufflerie.
Les gaz sont plus ou moins satures de naphtalene,
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!: 1-si 1;sJ"f'erbtur8 initiale, c'est a dire avant l'élévation / / ,<e 'ré)E3sior;, nais ;oTv.;e conséquence de celle-ci, la tempe- ratura se trouve élevée d'une quantité suffisante pour amener
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1 1: ,;1= rl <,tri; :'llr'C,ilBltf i E: , j;i¯1 rapport aux hydrocarbures.
On introduit dans ce gaz chaud la vapeur d'un solvant pour le
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)1',hthlf'1,r:" ut. ce 1,;<É+>:j¯;a de Fra:; et de vapeur est refroidi par l' \:'9:L1 ou pur le < #.z de retour débarrasse du benzol, jus- , '11). 'c' une t(;1-:1'2:' '.Ü;l'E; 2. laquelle au moins 90 du naphtalene se condf-jhsc, iIt;3j. qu'une quantité de solvant dépassant le-
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Jr:r:mEr.t la quantité requise pour maintenir le naphtalene en solution a la température a laquelle la fraction de naphta-
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lente est éliminée, et correspondent approxirmtiver'18nt la teneur en solvant du gaz brut.
Le condensat liquide conte-
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nant le naphtalene en haute concentree, est separe avec l'eau éventuellement condensée, alors que le gaz maintenant pratiquement exempt de naphtalene peut être refroidi a des plus basses temperatures sans aucun risque de dépôts de naphtalene solide.
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Le réfrigérateur du premier étage est de préférence construit comme de réfrigérateur a reflux, que le gaz traverse en se dirigeant de bas en haut. Par ce moyen, une solution contenant jusqu'a 40% en poids de naphtalene peut être obtenue.
Si la temperature du gaz, apres la compression ini- tiale, n'est pas suffisamment elevee pour permettre la vapori- sation du solvant admis avec le gaz, on pourra effectuer un chauffage additionnel du gaz ou du solvant, par exemple au moyen de vapeur.
/
Dans le second etage, le gaz qui entre sature du solvant pour le naphtalene, est amené a circuler verticale- ment vers le haut tout en subissant le refroidissenent, de préférence au moyen de gaz débarrasse de benzol qui revient du troisième étage. Le réfrigérateur, qui peut consister en un faisceau de 'tubes rectilignes, est de préférence construit de manière a permettre le retour en arriere du conden- sat forme au cours du refroidissement a contre-courant avec le gaz qui monte.
Dans le second étage, le gaz est refroidi jusqu'a / une temperature telle qu'une quantité suffisante de tels / hydrocarbures soit séparée du gaz, qui peuvent servir comme solvants pour le naphtalene dans le premier étage, mais la presence desquelles dans la fraction de benzol / déprécierait la valeur de cette fraction. Cette classe d'hydrocarbures comprend tous les constituants, à l'exception du naphtalene, contenus dans le gaz et possédant un point d'ébullition plus élevé que celui du xylene.
Dans le second étage, l'eau contenue dans le gaz est condensée et drainee sous forme de liquide, mais une certaine partie de celle-ci peut être condensée sous t'orme de glace, susceptible de provoquer des obstructions, après un
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o-rtain temps de 1'onction{lePlE:nt...ii cette obstruction se produit, le réfrigérateur devra être chauffe de manière a faire fondre la galce, mais on pourra prévoir un réfrigéra-
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teur de 8ecour['., auquel cas il n'y aura pas d'interruption dans le fonctionnement de l'installation.
A la base du réfrigérateur du second étage, on peut prévoir une chambre collectrice, dans laquelle l'eau
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l',our1's..etre séparée de lu fraction du solvant. La totalité ou une partiede ce solvant pourra être reconduite par une pompe dans le gaz entrant le premier étage, ainsi qu'on l'a décrit plus haut.
Dans le troisième étage, le benzène ainsi que les autres hydrocarbures aromatiques et aliphatiques, comme le xylene, le toluène, les paraffineset les olefines, sont condenses du gaz par un refroidissement additionnel, la quantité de benzène laissée dans le caz dépendant de la température finale dans ce réfrigérateur. Normalement, cette température sera d'environ -45 C. , ce qui correspond a une teneur résiduelle de benzol dans le gaz d'environ 2 gr.
par mètre cube .
Alors qu'il y a a cote du benzène des hydrocarbures aromatiques et aliphatiques possédant des points de fusion ,
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tren b'.'[;, le pojnt tl8 fusion du benzene est situe a .5,5oC.
/ Sa w'] 1Jhi1i t.e dans les autres hydrocarbures présents decroit >i,-;<# la .t,<1;.;j#Ér;;ti>.i e , et en rerle générale la teneur initiale . i; - er. ].'('1'ocn;11:n;1'E'H, de ce conre est impropre a maintenir le 1.>er,;/,ài;1; en S0ll.ltjon sur toute l'échelle des températures,
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<;s;i-is: le troisième 8t,:[C.
On a trouve qu'environ 50% du benzene a éliminer
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pov-or<>15>nls être obtenus sous forme de solution dans les autres hydrocarbures présents, en séparant le condensat du gaz a une température intermédiaire, dans cet étage de refroidissement,
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dépendant de la proportion du benzene par rapport aux autres hydrocarbures, dans le gaz particulier a traiter.
Pour cette raison, le troisième étage est de pré- férence divise en deux parties: dans la première partie, le gaz est refroidi a une température qui doit extre suffisam- ment basse pour que les hydrocarbures d'accompagnement soient condenses sous forme d'une solution liquide saturée de ben- zene, mais pour qu'on ne précipite pas une quantité appre- ciable de benzène a l'état solide, cette température ne de- vant donc pas être trop basse.
Le condensât liquide est alors sépare des gaz résiduels, Grâce à ces moyens, la première partie reste entièrement exempte d'obstructions dues à des dépôts de benzène solide, et le réfrigérateur peut être construit d'une façon quelconque approprier par exemple corme serpentin ou faisceau tubulaire, c'est a dire choisi du point de vue d'un échange de température le plus efficace.
Attendu que les hydrocarbures d'accompagnement sont pratiquement complètement éliminés dans la première partie du troisième étage, le benzène qui se condense dans la se- conde partie présente un degré élevé de pureté. Du fait de sa pureté, le benzène se condense durant la poursuite du re- froidissement qui a lieu dans la seconde partie, sous forme d'une neige légère et sèche. En choisissant une construction convenable du réfrigérateur de,la seconde partie, et une vitesse appropriée de gaz, on peut tirer un avantage de l'état physique de la neige de benzène, pour assurer son éli- mination continue hors du réfrigérateur au moyen du gaz, évitant ainsi des obstructions.
Le réfrigérateur sera de préférence établi sous forme d'un faisceau vertical de tubes de section relativement grande, par lesquels le gaz circulera de haut en bas. Le dépôt solide peut être recueilli dans un séparateur à la sortie du réfrigérateur, et ce
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séparateur peut être pourvu d'un serpentin de chauffage, en vue de permettre un drainage continu du condensat sous forme liquide.
En aépit des précautions ci-dessus indiquées, une certaine quantité de benzène solide peut s'accumuler dans le réfrigérateur, et quand un tel dépôt commence à présenter une résistance substantielle à l'écoulement du gaz, un ré- frigérateur auxiliaire est mis en action, le réfrigérateur obstrué étant chauffé jusqu'au point de fusion du dépôt.
Au lieu de prévoir un réfrigérateur auxiliaire, en vue d'un fonctionnement éventuel, on peut utiliser un unique réfrigérateur dans lequel on prévoit des dispositifs mécaniques tels que des racloirs rotatifs ou à mouvement alternatif, maintenant les parois intérieures des tubes exemptes de dépôts.
Le froid nécessaire peut être fourni soit par des machines réfrigéra triées à compression, soit par des mac@ine à absorption. Dans ce dernier cas, le ventilateur destiné à assurer la compression initiale du gaz peut être commanné par une turbine à vapeur, la vapeur d'échappement étant utilisée pour chauffer l'évaporateur ou les évapora- teurs, ou bien le machine d'absorption à simple effet ou à multiple effet.
Le froid peut être fourni par exemple par une mactine de compression à ueux étages, donnant deux tempéra- tures différentes correspondent approximativement aux tempé- ratures à obtenir dans les deux parties. Le premier étage compressera les vapeurs de réfrigérant formées dans la se- cono,e partie, lesquelles sont alors mélangées aux vapeurs provenant du réfrigérateur de la première partie, et le mélange est comprimé dans le second étage de compression, jusqu'à la pression nécessaire pour liquéfier à nouveau le réfrigérant.
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Si on doit également assurer l'élimination des -composes organiques de soufre du gaz, on peut ajouter un quatrième étage, fonctionnant a la température finale, c'est à dire à la plus basse température susceptible d'être atteinte dans le procède. L'élimination du soufre peut etre realisee soit par adsorption, soit a l'aide d'un agent de lavage agissant comme un solvant pour le soufre organique qui a été préalablement refroidi jusq'à la tempe- rature plus basse possible ; raison de la basse température d'opération, une quantité exceptionnellement faible ' d'adsorbant de lavage est seulement requise.
La régéné- ration de l'agent d'adsorption ou de lavage peut etre realisee de manière connue en soi, de préférence à une température plus élevée, en réduisant la consommation de chaleur et de froid par la provision d'échangeurs de température.
L'invention sera maintenant décrite a titre d' exem- ple en se référant aux dessins annexés, qui montrent un schéma d'une installation réalisée suivant l'invention.
Cette installation comprend essentiellement quatre unités, savoir un réfrigérateur à reflux 1 destiné à la sé- paration de la fraction de naphtalène dans le premier étage du procède; un autre réfrigérateur à reflux 8 destine a condenser le solvant de naphtalene dans le second étage du procédé; un réfrigérateur 3a destine a assurer la condensa- tion des hydrocarbures aromatiques et aliphatiques ainsi que d'une partie du benzène dans la première partie du troi- sième étage; un réfrigérateur 3b assurant la condensation du benzene dans la seconde partie du troisième étage; et eventuellement une installation d'élimination de soufre 4 en vue de l'élimination finale des composes de soufre rési- duels .
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En fonctionnement, le gaz à traiter, après avoir été comprimé dans le ventilateur ou dans la soufflerie 10, et après avoir été imprégné de solvant pour le naphtalène, est refoulé par le canalisation 11 jusque dans le réfrigé- rateur à reflux 1, dans lequel la fraction de naphtalène 13 et la fraction d'eau 13 se condensent sous forme liquide. Un fluide de refroidissement comme l'eau par exemple est in- troduit à la partie supérieure du condenseur à reflux 1, par l'intermédiaire de la canalisation 14, et est éloigné par l'intermédiaire de la canalisation d'évacuation 15.
Le gaz quittant le réfrigérateur à reflux 1, saturé de solvants de naphtalène, arrive au second étage par l'intermédiaire du tube 16, pour parvenir au réfrigérateur à reflux 2 dans le- quel il est encore"refroidi par un contre-courant de gaz exempt de benzol, arrivant par la canalisation 17 et s'éloi- gnant par la canalisation 18. A cet étage, une quantité additionnelle d'eau et du résidu de solvant de naphtalène sont, condensées pour former deux fractions 19 et 20 respecti- vement. La fraction 20 peut être évacuée par le tube 21, pour arriver à la canalisation 11, en vue d'une ré-utilisa- tion comme solvant pour le naphtalène dans le réfrigérateur à reflux 1, pour le gaz pénétrant dans celui-ci.
Le gaz sort au réfrigérateur 2 pratiquement exempt de naphtalène et ce solvants, mais contenant presque la to- talité de sa teneur originale en xylène, toluène, benzène et autres hydrocarbures de cette zône d'ébullition.
Le gaz arrive alors dans le troisième étage, en passant par l'intermédiaire de La banalisation 22 jusque dans le réfrigérateur 3a, qui constitue la première partie de ce troisième étage. Celle-ci peut être refroidie au moyen de réfrigérant en ébullition arrivant sous forme liquide par la canalisation 23, et sortant sous forme de vapeur par la
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canalisation 24. Une solution liquide contenant pratique- ment la totalité du xylène, du toluène et des autres hydro- carbures à point d'ébullition relativement élevé, presque saturée de benzène, est obtenus comme résultat de ce refroid- dissement, et est séparée du gaz dans le séparateur 25.
Le gaz contenant maintenant du benzène pratiquement pur comme seul hydrocarbure condensable passe dans la seconde section de ce troisième étage,constituée par le réfrigérateur 3b, lequel est traversé par le gaz, de haut en bas. Dans ce ré- frigérateur, on condense sous forme de neige du benzène pra- tiquement pur, le réfrigérateur étant alimenté en réfrigérant dont le point d'ébullition est situé à-une température infé- rieure à celle qui règne dans le réfrigérateur 3a.. Le ré- frigérant sous forme liquide est admis dans le réfrigérateur 3b, par l'intermédiaire du tube 26, et en sort sous forme de vapeur par le tube 27.
La majeure partie du benzène sec sous forme de neige, condensé dans les tubes,est entraînée par le gaz, et recueillie dans une chambre disposée à la base du réfrigéra- teur. Un serpentin de chauffage 28 est disposé dans cette chambre, pour provoquer la fusion du benzène, et l'on prévoit un robinet 29, pour éloigner le benzène fondu.
Le gaz sort du réfrigérateur 3b par le tube 17, afin de refroidir les gaz dans le réfrigérateur 2, ainsi qu'on l'a mentionné plus haut. En variante, si l'on veut éloigner les composés de soufre du gaz exempt de benzol quit- tant le réfrigérateur 3b, le gaz avant d'arriver dans la ca- nalisation 17 peut être conduit à l'installation d'élimination de soufre 4, constituant le quatrième étage du procédé. L'ins- tallation 4 peut comprendre une tour de lavage 30 à laquelle le gaz est amené par la canalisation 31 et dont il sort après
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élimination des composés de soufre, en empruntant la cana- lisation 32, pour parvenir jusque dans la canalisation 17.
La liqueur froide de lavage est conduite jusqu'à la tour 30 par la canalisation 33, et la liqueur usée sort à la base de la tour par l'intermédiaire d'un échangeur de tem- pérature 34, puis est régénérée dans le dispositif 35, de manière connue en soi. Après avoir traversé l'échangeur 34 à contre-courant avec la liqueur usée, et après avoir encore été refroidie dans le. réfrigérateur 36, la liqueur régénérée retourne à la tour 30, par la canalisation 33.
L'invention sera maintenant décrite en se référant l'exemple spécifique de réalisation suivant :
500 m3 par heure de gaz de four à coke à une tem- pérature de 23 C., saturé d'eau et de naphtalène, et conte- nant 30 grammes e benzène, 6 grammes de toluène, 2 grammes de xylène, 0,4 gramme de naphtalène et 1,6 gramme de solvant sont refoulés par le ventilateur 10, à une pression de 0,1 atm., grâce à quoi la température est portée à 29,5 C.
On injecte dans le gaz compressé 1,3 kilogramme de vapeur par heure, fournie par le tube 38, et 6,4 kilogrammes de solvants par heure, arrivant par la canalisation 37, le solvant étant pulvérisé au moyen d'une tuyère, de manière à assurer une vaporisation rapide et complète.
Le gaz pénètre alors à une température de 29 C. dans le réfrigérateur à reflux 1, dans lequel il est refroidi au moyen d'un mètre cube d'eau par heure à 19 C. jusqu'à une température de 21 C., grâce à quoi 3,6 kilogrammes et 0,5 kilogramme a'une fraction de naphtalène contenant 40% en poids de naphtalène sont concensés sous forme liquide.
Depuis cette fraction de naphtalène, environ 60% d# naphtalène à un degré élevé de pureté peuvent être obtenus en refroidissant cette fraction à une température de 0 C.
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la liqueur mère restante peut alors être reutilisee, si on le désire, comme solvant.
Le gaz sature de solvants est alors conduit au réfrigérateur à reflux 2, dans lequel il est refroidi jus- qu'à une température de -7 C, par du gaz débenzolé qui circule a contre-courant. 7,4 kilogrammes d'eau et 6,4 kilogrammes de solvant sont ainsi condenses, la derniere fraction retournant comme indique jusqu'a la canalisation 11.
Le gaz pratiquement ,exempt de naphtalène et de solvant, mais contenant la presque totalite de sa teneur originale en xylene, toluene, benzene et autres hydrocarbures de cette marge de points d'ébullition, pénètre alors dans le réfrigérateur 3a, dans lequel il est refroidi jusqu'a une température de -17 C., par de l'ammoniaque dont le point / d'ebullition correspond a une pression de 1,8 e.tr.i, On ob- tient ainsi 7,7 kilogrammes d'une solution liquide contenant 66,5% en poids de benzol.
Le gaz pénètre alors dans le réfrigérateur 3b ou il est refroidi jusqu'a une température de -45 C., par de l'ammoniaque bouillant a une pression de 0,4 atn. abs.
A cet étage, 8,9 kilogrammes de benzène pratiquement pur sont condenses sous forme de neige.
Le gaz dont 95% des hydrocarbures condensables ont étéelimines dans les étages précédents retourne alors au réfrigérateur 2, ou ses frigories sont récupérées de la manière décrite plus haut. Le gaz quitte le réfrigérateur z a +160C., pratiquement sec, et exempt de benzol, de naphtalène et d'autres hydrocarbures condensables.
Si le gaz doit être encore traite dans l'instal- lation d'extraction de soufre 4, le gaz sortant du réfrigé- rateur 3b pénètre dans la tour de lavage 30, alimentée en une huile appropriée, pre-refroidie jusqu'àune température
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de -45 C. Le gaz sort de l'extrémité supérieure de la tour de lavage 30 exempt de soufre, et retourne au réfri- gérateur 2.
Le caare de l'invention n'est pas limité à l'ex- emple spécifique de réalisation ci-dessus; tout gaz autre que le gaz ae fours à coke, contenant plus ou moins de benzol peut être traité. On comprendra que si le gaz est déjà disponible à une tepréssion@ suffisante pour surmonter la contre-pression de l'installation, on pourra supprimer le ventilateur ou la soufflerie.
En vue de l'élimination des composés de soufre, on peut utiliser tout autre agent de lavage convenable, et au lieu du processus de lavage, on peut adopter un processus d'adsorption, ou un procédé chimique.
L'échange de température à l'intérieur de l'ins- tallation n'est pas restreint au procédé ci-dessus décrit, et peut être effectué en transférant les frigories du gaz non pas au gaz frais, mais bien en totalité ou en partie ,au réfrigérant fournissant le froid.