BE530006A

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Publication number: BE530006A
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Description


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   L'invention déarite ci-après est relative à un procédé et à un dispositif pour la liquéfaction de gaz par compression et   à   basse température en utilisant la détente avec travail extérieur des gaz pour ¯production du froid : la quantité principale du gaz n'étant   compri-   mée qu'à une pression relativement basse. 



   Dans les installations du type connu, la liquéfaction est généralement réalisée sous une pression élevée. A cette fin la totalité de la quantité du gaz à traiter est amenée à une pression élevée et est liquéfiée sous cette pression. En outre, on utilise généralement un circuit dans lequel une partie du gaz fortement comprimé est détendue à une pression moyenne et est ramenée à nouveau dans le circuit en exploitant le froid obtenu de cette façon et qui est transmis au gaz   Fortement   comprimé à liquéfier. 



   L'invention vise à liquéfier les gaz en consommant un minimum d'énergie et en utilisant des gaz beaucoup moins comprimés, à savoir, soit des gaz amenés à une pression moyenne uniforme de   6-40   atm., soit essentiellement des gaz à basse pression et une faible quantité de gaz fortement comprimé. 



   Dans le premier des cas, la liquéfaction partielle de mélanges de gaz par compression et à basse température est obtenue du fait que la totalité du gaz à traiter est amenée à une pression uniforme de   6-40   atm. en enrichissant les parties constitutives plus difficiles à amener à ébullition,ensuite le gaz est refroidi à basse température dans des échangeurs de température, en outre, après un réchauffage   intemé-   diaire, une partie du gaz est détendue avec travail extérieur et est e-   vaouée   par les échangeurs.

   Une autre partie du gaz, refroidie à basse température dans les échangeurs et purifiée de ce fait des impuretés par la congélation de celles-ci, est réchauffée dans des serpetins disposés dans les échangeurs, ensuite détendue par une soupape à l'état liquéfié pendant son échange avec le gaz froid,   prérefroidi   dans les échangeurs, et la partie non-liquéfiée est réunie avec le gaz détendu avec travail extérieur,est réchauffée par l'échange de température avec du gaz frais et est évacuée, tandis que la partie liquéfiée est amenée à l'u-   tilisation.   



   Dans le second cas,   la.   quantité principale du gaz, comprimée à une basse pression d'environ 5 atm., est   prérefroidie   par échange de température avec le restant du gaz - non-liquéfié, ou bien avec une partie du gaz débarrassé par condensation de l'acide carbonique ou d'autres impuretés et guidée dans des serpentins disposés à l'intérieur des échangeurs et la partie principale   de 'ce'   gaz est détendue avec travail extérieur après un réchauffage intermédiaire par l'échange de sa température   avec'* celle'   du gaz à liquéfier et ce gaz est ensuite évacué de la liquéfaction, ensemble avec le gaz qui reste, par un des échangeurs. 



  La partie de ce gaz de nouveau réchauffée dans les échangeurs est ensuite comprimée, refroidie et puis détendue avec travail extérieur et est refroidie par échange avec le gaz à basse pression refroidi à basse température, immédiatement avant la détente avec travail extérieur ; cette partie étant liquéfiée pendant ce processus et détendue. Après la séparation du liquide et de la partie gazeuse, le restant de gaz est évacué à l'extérieur avec la quantité partielle détendue avec travail extérieur en échangeant sa température avec celle du gaz brut. 



   L'invention est expliquée en détail au moyen d'un exemple d'exécution pour le premier des cas ( voir fig. 1). 



   L'air à traiter,dont une partie doit être liquéfiée par l'enrichissement de son oxygène, est comprimé dans le compresseur 1 à environ   6-40   atm. et est refroidi à basse température dans l'échangeur 2. Après l'échangeur, la quantité principale de l'air est partiellement 

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 réchauffée par échange de température avec une part-Le d'air à liquéfier dans le liquéfacteur 4 avant d'être détendu avec travail extérieur dans un détendeur 5, exécuté sous la forme d'une turbine. La partie détendue de l'air est évacuée par l'échangeur 3. De manière connue, les échangeurs sont périodiquement inversés.

   La partie d'air mentionnée plus haut, puri- fiée à basse température, dérivée en 16 et répartie sur les échangeurs 2 et 3, est réchauffée à nouveau dans les serpentins 8 et 9, est amenée au liquéfacteur   4   par l'intérmédiaire de la canalisation   15,   est liqué- fiée à cet endroit par l'échange avec la partie principale de l'air refroidie dans l'échangeur et, après détente dans la soupape 11, cette partie d'air est amenée dans le séparateur 12 et séparée dans celui-ci en une phase liquide et en une phase gazeuse.

   La partie   13,  liquéfiée et enrichie en oxygène, est évacuée par l'intermédiaire de la soupape   14.   La partie gazeuse est réunie en 17 avec la partie principale déten- due avec travail-extérieur et est évacuée par l'intemédiaire de l'échangeur   3.   Le froid nécessaire à la liquéfaction est obtenu essen-   tiellement   dans le détendeur 5.Par comparaison le refroidissement par la détente dans la soupape 11 est relativement faible. 



   Au lieu de comprimer la totalité de la quantité d'air à une pression plus élevée (par exemple à   6-.0     atm.),   cette quantité peut d'abord etre comprimée à environ 5 atm. dans le compresseur à basse pression 18 (fig. 2) et la' partie   d'air   à liquéfier,   débar-   rassée dans les échangeurs des impuretés et réchauffée dans lés   serpen-     tins 8 et 9. peut être comprimée à 200 atm.

   au moyen du compresseur à pression élevée 7 et péut etre détendue avec travail extérieur, éven-   tuellement après un prérefroidissement dans le refroidisseur 10, ( par exemple l'évaporateur d'une machine réfrigérante non représentée) dans une machine d'expansion 6 à une pression suffisante pour la li- quéfaction dans le liquéfacteur 4 par échange avec un gaz plus froid. 



  Ainsi que décrit plus haut, cette partie est séparée en 12 en une phase liquide enrichie en oxygène et en une phase gazeuse. Le liquide est amené   à   l'utilisation et la phase gazeuse est réunie avec la par- tie principale de l'air, détendue dans -le détendeur 5 et est à nouveau réchauffée avec cette dernière partie dans le deuxième échangeur (par exemple 3.) L'air purifié par la condensation des impuretés dans l'échangeur refroidi-par soufflage, est refroidi dans ce dernier à un degré tel que cet air puisse liquéfier dans le liquéfacteur 4 par un échange de température indirect une partie essentielle de l'air détendue à la pression de liquéfaction dans la machine d'expansion 6. 



  Le froid obtenu lors de l'expansion avec travail extérieur de l'air fortement comprimé, déjà prérefroidi par un froid étranger, procure donc un refroidissement ultérieur de l'air détendu dont la liquéfaction est cependant obtenue, comme dans l'exemple précédent, par le gaz,froid v enant des échangeurs. Les besoins en froid nécessaires à cet effet dont couverts essentiellement par la détente de la partie principale de l'air dans le détendeur 5. A cette fin, le froid produit par cette machine est d'abord transmis à l'échangeur 3 qui doit être refroidi par soufflage et est accumulé.

   Après inversion des échangeurs, le froid accumulé est transmis à du gaz frais qui est refroidi de ce fait approximativement jusqu'au point de rosée et qui liquéfie la partie plus fortement compri- mée de l'air dans le   liquéfac.teur   4 par transmission indirecte du froid. 



   A la place d'une turbine   à   un étage 5 il est également pos- sible d'utiliser une turbine à deux étages 5a et 5b (voir fig. 3). 



  Le gaz détendu dans le premier étage 5a n'est amené au second étage 5b qu'après un réchauffage intermédiaire dans le liquéfacteur 4 et le gaz détendu dans le dit second étage est évacué par l'échangeur..- 
La production de froid de cette installation est évidement plus élevée que lorsqu'il s'agit d'une détente en un étage. 

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   L'avantage du procédé décrit par rapport aux procédés connus réside dans sa faible consommation d'énergie par unité quantitative du liquide produit, tout en permettant une exploitation simple et sûre. 



   REVENDICATIONS. 



   I. - Procédé pour la liquéfaction partielle de mélanges de gaz par compression et à basse température en enrichissant les parties consti-   tutives   plus difficiles à amener à ébullition en utilisant la détente avec travail extérieur des gaz comprimés comme source de froids caractérisé en ce que la quantité de gaz à traiter, amenée à une pression d'environ   6-40   atm., est refroidie à basse température par échange de température avec   les gaz   détendus dans un des échangeurs périodiquement inversés, est partiellement réchauffée et détendue avec travail extérieur après dérivation d'une partie de la quantité de gaz et est évacuée par le second échangeur,

   tandis que la partie dérivée du gaz comprimé à basse température dans l'échangeur est réchauffée environ à la température ambiante dans les serpentins disposés dans les deux échangeurs, est ensuite liquéfiée dans un liquéfacteur par l'échange de température avec la partie principale du gaz froid, prérefroidi dans les échangeurs, est ensuite détendue par une soupape et la partie liquide est séparéetandis que la partie non-liquéfiée est réunie au gaz détendu avec travail extérieur et est évacuée par l'échangeur refroidi par soufflage et est réchauffée . 



   2. - Procédé pour la liquéfaction partielle demélanges de ¯gaz par compression et à basse température en enrichissant les parties constitutives plus difficiles à amener à ébullition en utilisant les gaz comprimés, détendus avec travail extérieur comme source de froide caractérisé en ce que la totalité du mélange de gaz n'est comprimée d'abord qu'à une pression basse et est refroidie dans les échangeurs, la partie principale est détendue dans-la turbine avec travail extérieur et en produisant le froid après réchauffage intermédiaire dans le liquéfacteur, tandis qu'une partie dérivée du gaz comprimé à basse pres-   sion,   refroidi et débarrassé des impuretés,, est à nouveau réchauffée dans les serpentins disposés dans les deux échangeurs approximativement à la température ambiante,

   est comprimée ultérieurement à haute pression dans un compresseur à haute pression, est détendue avec travail extérieur dans une machine d'expansion, éventuellement après un prérefroidissement, est liquéfiée par échange avec la partie principale du gaz à basse pression refroidi à basse température et devant être réchauffée partiellement, est détendue par une soupape.. le restant du gaz est séparé de la partie liquéfiée et est évacué et réchauffé avec les gaz détendus avec travail extérieur dans une turbine par   1-'intermédiaire   de l'échangeur envisagé et qui doit être refroidi par soufflage ; la partie liquéfiée étant amenée à l'utilisation.

Claims

3. - Dispositif pour Inexécution du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par un compresseur, par des échangeurs périodiquement inversés pour l'échange de température entre le gaz frais et le gaz détendu, par un dispositif de réchauffage pour une partie des gaz refroidie à basse température dans les échangeurs, par une turbine d'expansion avec installation de préchauffage pour le gaz à détendre par le gaz à liquéfier-,qui est détendu par une soupape et qui est séparé dans le séparateur des parties non-liquéfiées qui sont réunies avec le gaz détendu dans la turbine et évacuées par les échangeurs.

4. - Dispositif pour l'exécution du procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il est constitué par un compresseur à basse pression, par des échangeurs pour l'échange de température entre le gaz frais et le gaz détendu, par un dispositif ae réchauffage pour une partie du gaz refroidi à basse température dans les échangeurs, par <Desc/Clms Page number 4> un compresseur servant à comprimer cette partie à liquéfier à haute pression, par le prérefroidisseur dans lequel cette partie est prérefroidie par du froid étranger, par une machine d'expansion dans laquelle cette partie est détendue et par un liquéfacteur dans lequel la partie est liquéfiée, par une soupape dans laquelle la partie est détendue et par le séparateur dans lequel la partie liquéfiée est séparée de la partie non-liquéfiée,

par une turbine d'expansion, par une installation de préchauffage pour le gaz à détendre par l'intermédiaire du gaz à liquéfier.

5 . - Dispositif pour Inexécution du procédé suivant les reven- dications 1 et 2 et suivant les revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'il est constitué par une turbine d'expansion à deux étages dans laquelle le gaz, détendu dans le premier étage, n'est amené au second étage qu'après un réchauffage intermédiaire dans le liquéfacteur. En annexe 1 dessin.