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BREVET D' INVENTION Monsieur Pierre KAPITZA procéda et installation pour-la production d'oxygène liquide ou d'air liquide enrichi en oxygène . La présente invention a pour objet un procédé et une installation perfectionnés.pour la production d'oxygène liquide ou d'air liquide contenant une proportion accrue d'oxygène par séparation de l'oxygène et de ltazote contenus dans l'atmosphère grâce à la différence des températures auxquelles ces composants se vaporisent . Le procède suivant l'invention est remarquable notamment par l'utilisation de basses compressions, de l'ordre de 5 à 10 atmosphères, et de turbines à détente, qui créent les températures excessivement basses (refroidissement poussé) . nécessaires pour la liquéfaction d'une partie de l'air qui traverse l'appareil.
Le procédé suivant l'invention est particulièrement avantageux lorsqu'il est utilisé en combinaison avec le nouveau type de turbine à détente à rendement excessivement haute faisant l'objet du brevet français N 845565 du demandeur, turbine qui
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remplace la machine à détente ordinaire, pour lafquelle des pressions de l'ordre de 200 atmosphères sont nécessaires.
Dans tous les procédés connus jusqu'à présent, presque tout l'oxygène contenu dans 1?air traversant
1'installation est liquéfié, et pour obtenir un lxygène pur, au moins deux étages de rectification sont nécessaires.
Suivant la présente invention on prévoit une conden- sation dans les échangeurs de température de 4 à 7% seilement de l'oxygène contenu dans l'air traversant l'installation et refroidi au point qui correspond à la liquéfaction d'une fraction définie . Le reste -de l'oxygène est entraîné par la fraction d'air non-condensé qui est conduite vers une turbine à détente, après quoi, ayant traversé des échangeurs de température, il s'échappe de l'installation .
Etant donné que le procédé suivant l'invention prévoit l'usage de compressions de 5 à 10 atmosphères et que la phase liquide d'un mélange d'oxygène et d'azote qui se trouve en état d'équilibre avec la phase gazeuse contient de 35 à 45% d'oxygène le reste du mélange de gaz retient seulement de 14 à 17% de la proportion de l'oxygène présent dans de l'air de composition normale.
Un oxygène pur commercial peiit être extrait d'une phase liquide qui contient de 35 à 45% d'oxygène en une seule étape de rectification, et, par conséquent, le procédé et l'installation correspondante sont considérable- ment simplifiés , De plus, le prix de revient de l'oxygène liquide par le procédé selon l'invention est réduit en comparaison avec celui des procédés antérieurs, et ce malgré l'augmentation du volume d'air qui intervient dans le nouveau procédé*
Le dessin annexé représente le schéma d'une instal- lation pour la production d'oxygène liquide suivant l'invention.
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Suivant cet exemple d'exécution, l'installation com- porte trois échangeurs thermiques 1,3 et 6. Le premier d'entre aux 1 est de préférence constitué par un régénérateur et sert au refroidissement jusqu'à une température de 110 à 1300 Kg de l'air entrant dans le système et préalable- ,ment comprimé à 5 à 10 atmosphères . Le deuxième échangeur de température 3, auquel l'air refroidi dans le premier échangeur est amené par un tube 2, porte le refroidissement de l'air à un degré encore plus bas, tandis que le refroidis- sement final, aboutissant au point de 'rosée et à la production d'air liquide, est achevé dans les tubes 5 du troisième échangeur thermique 6. Ce dernier fonctionne simultanément comme condenseur .
Un tube 4 conduit l'air du deuxième échan-. geur thermique au troisième . Les tubes 5 subissent un refroidissement sous l'influence d'un flot d'air à basse température provenant d'une turbine à détente 10 et remon tent dans l'échangeur dans une direction inverse à celle de l'air soumis au refroidissement . la fraction liquéfiée dans les tubes 5 par suite de la différence de températures entre le milieu réfrigérant et l'air amené, contient de 35 à 45% d'oxygène et est collec- tée dans la partie inférieure 7 du troisième échangeur thermique .Après avoir quitté le récipient 7, la fraction liquide est conduite par un tube 14 muni d'une soupape 15 à un appareil de rectification 16,
qui peut être du type usuel à colonne à plateaux perforés ou d'un type spécial.
Le liquide, constitué d'oxygène liquide et rectifia passe de l'appareil de rectification 16 dans un vaporiseur 12. la rectification consiste dans la vaporisation d'une quantité définie de cet oxygène. Le gaz est conduit par un tube 19 en sens inverse à la direction du flot de flegmes dans le rectificateur 16 dans le but d'augmenter la teneur
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en oxygène de ces flegmes La Vaporisation de l'oxygène est due à la chaleur latente de Vaporisation du gaz qui est condensé dans les tubes 5 sous sa.pression initiale . Le condensat formé de cette manière est ajouté à la masse principale qui s'écoule dans le récipient 7.
Le reste de la fraction liquide de l'air refroidie qui, dans l'état d'équilibre du liquide et des phases gazeuses régnant dans la chambre 7, contient seulement de
14 à 17% de la quantité normale d'oxygène contenu dans l'atmosphère s'échappe par un tube 8 dans l'espace qui entoura les tubes de l'échangeur thermique 3 et, après que sa température a atteint à peu près la même valeur que la température de l'air qui quitte le régénérateur 1 (près de 110-130 K) - phénomène expliqué par l'échange de chaleur - ce reste est conduit à la turbine à détente la
Dans cette machine, la fraction gazeuse est détendue à une pression qui surpasse de peu la valeur de la pression atmosphérique (1,1 atm .).
En même temps, la température s'abaisse à 94 K (-179 C) comme résultat de l'énergie dé- pensée sur l'arbre de la turbine à détente .L'air qui s'échappe de la turbine, et qui possède la température et la pression déjà mentionnées, est conduit par un tube 11 dans l'espace qui entoure les tubes 5 de l'échangeur thermique ou de condensation 6. Le gaz froid refroidit l'air entrant, afin de créer la phase liquide désirée et passe ensuite par un tube 18 dans le régénérateur 1 où il cède encore une partie de son froid et est finalement déchargé dans l'atmosphère .
La quantité d'oxygène vapo.risé dans le récipient 12 et, par conséquent la production d'oxygène liquide au degré désiré de pureté dépendent de la surface des tubes 5 du vaporiseur qui est en contact avec la phase liquide faisant varier le niveau du liquide dans la chambre 12 par
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un réglage de la quantité d'oxygène liquide .purifié, soutiré par une, soupape 13,cotte production peut être aisément contrôlée , De cette façon, il est possible d'obtenir un oxygène liquide pur ,
Le sens de circulation du flot d'air comprimée conduit par les tubes 5 peut être renversée c'est-à-dire , que cet air peut être déplacé de bas en haut .
Etant donnée la déflegmation partielle, le pourcentage d'oxygène dans le condensat qui s'écoule dans le récipient 7 peut être quelque peu augmenté et l'opération de l'ensemble de l'instal lation améliorée. Cependant, une pareille augmentation de rendement amènerait une complication considérable de l'ensemble de l'appareillage ,et, notamment, le nombre de tubes 5 devrait être augmenté afin de réduire la vitesse du flot d'air dans le flux ascendant et d'éviter un entraîne- ment avec l'air comprimé conduit vers la turbine à détente . des particules du condensat ;
étant données ces considéra** tiona,. l'installation d'un pareil dispositif de déflegmation est peu désirable ,
Il convient de mentionner que, en plus des avantages cités, l'installation entière est aisément contrôlée,, ce contrôle étant pratiquement réduit à la commande des- deux soupapes'15 et 13 ;
la première 15, règle le niveau du condensat dans le récipient 7 et l'amenée des flegmes à l'appareil rectificateur 16, tandis que la seconde, 13, règle le niveau du récipient 12 et par conséquent règle aussi la quantité d'oxygène gazeux qui retourne à l'appa- reil rectificateur
Due autre caractéristique de l'installation proposée réside dans le fait que l'air passant dans la turbine à détente est préalablement refroidi à une basse température à laquelle de la neige carbonique ne peut être déposée sur les parois intérieures de la turbine et la boucher @
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Toute trace de gaz carbonique traversant le régénérateur 1 est condensée dans les tubes de l'échangeur thermique 3 et du condenseur ô et
c'est ainsi que l'air qui entre dans la turbine 10 est pratiquement pur de toutes traces d'acide carbonique ,
Naturellement l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution représenté et décrit qui n'a été choisi qu'à titre d'exemple .
Des dispositifs de rectification et des turbines à détente à haut rendement sont cités ici simplement pour expliquer le procédé grâce auquel de l'oxygène liquide et de l'air liquide à pourcentage élevé en oxygène sont obtenus .
REVENDICATIONS 1-Un procédé de production d'oxygène liquide ou d'air liquide enrichi en oxygène au degré désiré, caractérisé en ce que la phase gazeuse restante, qui se trouve en état d'équilibre avec la phase liquide enrichie en oxygène, est employée au refroidissement et à la condensation de l'air comprimé, qui est fractionné après avoir été détendu adiabatiquement avec une réduction correspondante de tempé- rature, la rectification est accomplie en une étape et pour la production de la phase liquide on utilise des compressions du même ordre que celles utilisées dans la rectification.
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