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La présente invention se rapporte à un procédé et à un appareil perfectionnés pour la séparation à basse tempé- rature de mélanges de gaz à bas point d'ébullition tels que l'air, par exemple, en constituants à points d'ébullition plus hauts et plus bas, et elle concerne particulièrement des améliorations ayant pour résultat 1' enlèvement continu.
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d'impuretés à plus haut point d'ébullition séparées de ces appareils séparateurs par réfrigération.
Des mélanges de gaz contenant des impuretés à point d'ébullition plus élevé, tels que l'air qui contient de la vapeur d'eau et de l'anhydride carbonique, doivent être libérés de ces impuretés quand le mélange de gaz doit être séparé en ses constituants par rectification à basse température.
Un procédé économique pour éliminer ces impu- retés à points d'ébullition plus élevés tout en refroidis- sant efficacement le mélange de gaz, consiste à employer périodiquement des échangeurs de 'chaleur inversés ayant une voie par laquelle passe dans un sens le mélange de gaz qu'on est en train de refroidir, et par laquelle les pro- duits de séparation qui sont chauffés passent ensuite dans le sens opposé quand le mélange de gaz a cessé de s'y écou- ler, l'écoulement de mélange de gaz et l'écoulement des pro- duits de séparation étant périodiquement échangés pour ef- fectuer un dépôt alterné au long de la voie d'écoulement de la.majeure partie des impuretés à plus haut point d'ébul- lition du mélange de gaz, et la re-évaporation de ces impu- retés déposées dans le produit de séparation sortant.
Cela est particulièrement économique quand le mélange de gaz n'a pas besoin d'être comprimé sous de fortes pressions, ce qui entraîne une perte d'énergie excessive par la décompres- sion quand le courant est inversé. Cependant, une des diffi- cultés que l'on rencontre dans l'emploi de ces échangeurs de chaleur périodiquement inversés est que lorsque le mé- lange rentrant et le produit sortant s'équilibrent, ces im- puretés à plus haut point d'ébullition ne peuvent pas tiré enlevées normalement à la vitesse avec laquelle elles sont déposées dans la voie de l'échange de chaleur, de sor- te qu'elles s'accumulant graduellement et bloquant cette vola.
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On sait que dans ces systèmes, la différence de tempé- rature entre l'air entrant et le produit de séparation sor- tant augmente vers l'extrémité froide de l'échangeur de chaleur à cause de la plus grande chaleur spécifique de l'air comprimé aux plus basses températures.
Par suite de cette différence de température, la tension de la vapeur des impuretés pendant la condensation et la revaporisation présente une différence telle que les parties condensées ne peuvent pas être enlevées complètement par le produit sor- ' tant à la vitesse à laquelle elles ont été déposées. On peut remédier à cette condition indésirable en faisant pas- ser une masse de gaz froid sortant plus grande que celle de l'air entrant au. moins dans la partie la plus froide de l' échangeur de chaleur pour compenser la plus grande cha- leur spécifique de l'air comprimé et pour réduire la diffé- rence de température entre l'air et le gaz sortant dans la région du dépôt des impuretés.
De cette manière, la tempéra , ture du produit de séparation passant dans la voie réversi- ble d'échange de chaleur se rapprochera suffisamment de la température de l'air ayant passé précédemment par cette voie pour avoir une capacité suffisante pour revaporisar toutes les parties condensées qui y sont déposées.
L'échangeur de chaleur périodiquement réversible est généralement de deux types : un échangeur de chaleur à pas- sage réversible,' et un accumulateur ou régénérateur froid.
On entend ici par échangeur de chaleur un échangeur de cha- leur ou régénérateur à un seul passage réversible, ou deux ou plus de ces appareils qui forment ensemble un dispositif d'écoulement pour assurer l'échange de chaleur entre l'air qui entre et les produits qui sortent.
Le but général de cette invention est de fournir un procédé perfectionné pour déséquilibrer thermiquement des
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échangeurs de chaleur périodiquement Inversés, depurifica- tion et de refroidissement de l'air de systèmesde sépa- ration de l'air à basse température ; en utilisant la réfri- gération disponible dans une masse de liquide froid emmaga-. sinée et accessible à l'échangeur de chalet=.
Un but spécial de l'Invention est de fournir un pro- cédé perfectionné pour déséquilibrer de tels échangeurs de chaleur de façon à obtenir une élimination à peu près complè' te de ces échangeurs des Impuretés à plus haut point d'ébul- lition qui sont précipitées, pendant tout le fonctionnement du système.
Spécialement, la présente invention concerne un pro- cédé pour la séparation à basse température d'un mélange de gaz par rectification, dans lequel ce mélange de gaza libère d'Impuretés à point d'ébullition plus élevé et à la température de condensation, est soumis à une rectification dans une zone rectifiante, dans laquelle un produit à pins haut point d'ébullition et un produit à plus bas point d'ébullition sont formés, et dans lequel un constituant liquide à plus haut point d'ébullition est revaporisé et la vapeur résultante est passée à travers la zone rectifiante cornue vapeur de rectification,
ces produits étant utilisés pour refroidir d'autres portions du mélange de gaz dans une zone d'échange de chaleur ayant une voie de circulation réversible à travers laquelle le courant de mélange de gaz et la courant de produit sortant sont périodiquement échan- gés en vue d'éliminer par la produit sortant les impuretés qui ont été précipitées et déposées dans cette voie lorsque le mélange de gaz la traversait. D'après la présente inven- tion, la réfrigération assurée par un liquide ou une vapeur retirés d'une masse de liquide à basse température emma- gasinée et provenaht d'une source séparée de la rectifica- tion est utilisée pour réduire la différence de température entre le mélange de gaz entrant et le produit de sépara-
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tion sortant.
Pour réaliser l'épuration automatique, la quantité de liquide ou de vapeur ajoutée doit *être suffisante pour com- penser la différence des chaleurs spécifiques de l'air en- trant et du produit sortant dans la région de l'échangeur de chaleur où l'anhydride carbonique se produit, et pour effectuer ainsi la réduction dans la différence de tempéra- ture de l'extrémité froide nécessaire pour l'épuration auto- matique; c'est-à-dire la revaporisation complète par la produit Sortant dans la voie réversible de l'échangeur de chaleur de l'anhydride carbonique précipité à partir de l'air entrant pendant son passage à travers cette voie.
Dans une application de la présente invention, on fait en sorte que la masse du gaz s'écoulant vers l'extérieur, qui passe au moins à travers l'extrémité froide de l'échan- geur de chaleur servant à refroidir et épurer l'air dans un ensemble de séparation d'air, soit supérieure à la masse de l'air entrant passant à travers le, même échangeur en ajou- tant à l'un des courants sortants une quantité de gaz froid autre-qu'un produit de la séparation 'immédiate mais ayant une composition analogue à celle du produit de séparation de ce courant.
Pour assurer l'épuration automatique, la masse du produit sortant peut être rendue supérieure à la masse d'air entrante continuellement ou cycliquement, pourvu que le dé- séquilibre moyen soit suffisant pour l'épuration automati- que. Dans une installation produisant de l'oxygène, la subs- tance froide est de préférence de l'oxygène et est consti- tuée en totalité ou en partie par de l'oxygène qui provient d'une réserve d'oxygène liquide fournie à l'installation par une grande installation centrale et prévue générale- ment pour fournir une partie de la demande en oxygène quand l'installation ne peut pas répondra à la demande,
et/ou
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si l'installation ne dispose pas d'appareils réfrigérateurs suffisants ou non mécaniques}pour fournir respectivement une partie ou la totalité de la réfrigération à basse tempé- rature requise par l'installation.
Dans un aspect de l'invention où une réserve d'oxygène liquide est utilisée pour la réfrigération de l'installa- tion, l'oxygène peut être mélangé avec l'oxygène liquide pro- venant de la rectification, pour être vaporisés ensemble en réfrigérant ainsi l'installation, et passé avec l'oxygène provenant de la séparation à travers un passage pour l'oxy- gène produit dans l'échangeur de chaleur de manière à aug- menter la masse de gaz sortante.
Il en résulte une masse de courant de gaz sortant plus grande que la masse d'air en- trante à travers l'extrémité la plus froide de l'échangeur de chaleur, La quantité d'oxygène liquide fourni pour la ré- frigération ne sera pas suffisante dans beaucoup de cas pour satisfaire les besoins de l'épuration automatique, et dans ces cas, de l'oxygène supplémentaire doit être fourni en plus des besoins de la réfrigération. L'oxygène supplémen- taire pour l'épuration automatique peut être ajouté sous forme de gaz ou de liquide, pourvu dans ce dernier cas qu'on puisse la chauffer pour évaporer le liquide.
Dans un mode préféré de misa en oeuvre de l'invention où l'addition de liquide pour la réfrigération est insuffisante pour l'auto- épuration, le gaz sortant en excédent de l'équilibrage re- quis pour l'auto-épuration est obtenu en majeure partie comme oxygène produit retournant de l'extrémité chaude du dispositif échangeur de chaleur à la zone de revaporisation de la rectification après passage à travers le compresseur du conduit d'alimentation en oxygène et en quantité moindre comme liquide ajouté.
Selon une variante, de l'oxygène peut être ramené de l'extrémité chaude du dispositif échangeur de chaleur ou.
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d'un de ses points intermédiaires par une soufflerie ou un compresseur séparé.
Dans un autre aspect de la présente invention; le gaz froid sortant de déséquilibre est constitue complète- ment ou en partie par évaporation d'un liquide froid prove- . nant d'un réservoir. Le liquide du réservoir peu+ être tout liquide ayant le pouvoir de réfrigération voulu, tel que l'azote, l'air ou l'oxygène, mais plus couramment ce sera'de l'oxygène liquide en réserve dans un réservoir et utilisé en conjonction avec l'installation de séparation de gaz pourré- pondre aux demandes 'de gaz. De la vapeur provenant de l'a- morçage d'une pompe peut aussi être utilisée et peut être considérée comme faisant partie de la même source, c'est-à- dire, évaporation provenant du réservoir.
Le réservoir peut être utilisé pour fournir un gaz pendant les périodes de pointe quand l'installation de séparation fournit seulement une quantité de base stable, ou pour fournir du liquide qui réponde au moins à une partie des besoins extérieurs de réfrigération de l'ensemble de séparation, ou pour les deux,* La vapeur qui peut être fournie par le réservoir peut être l'évaporation normale résultant de fuites de chaleur ou bien elle peut provenir de l'évaporation normale avec la vapeur 'résultant de l'évaporation forcée, t elle que par exemple la vapeur résultant de l'introduction d'un gaz de la même composition, telle que, par exemple de l'oxygène comprimé de la ligne d'alimentation en oxygène, dans le liquide du ré- servoir.
Les Flgs. 1, 2, 3 et 4 des dessins joints sont des sché- mas de circuits illustrant des installations de séparation d'air données à titre d'exemples, deise en oeuvra de la présente invention. Les parties similaires des différentes figures sont désignées par les mêmes numéros de référence.
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En se référant maintenant à la Fig. 1, on voit que l'appareil comprend un compresseur 10 qui comprime de pré- férence l'air à une pression d'environ 4,9 Kg/cm2 au dessus de la pression atmosphérique et livre l'air dans un conduit
12 conduisant à l'extrémité' chaude d'un échangeur de chaleur s'inversant périodiquement.} qui est représenté ici comme un échangeur de chaleur à contre-courant, indiqué de façon générale par le numéro 14. Cet échangeur a une branche chaude 16 contenant des conduits 18,19 et 20 reliés à des conduits correspondants d'une branche froide 22. L'air com- primé entrant circulant dans un sens à travers l'échangeur de chaleur est refroidi sensiblement à sa température de condensation par l'azote et l'oxygène sortants, circulant dans l'échangeur de chaleur dans le sens opposé.
Les écou- lements à contre-courant de l'air comprimé et de l'azote sont alternés périodiquement entre les conduits 18 et 20 en inversant les soupapes R7 et les soupapes de retenue 15, de telle façon que les impuretés du courant d'air à plus haut point d'ébullition déposées par condensation et accu- mulées à l'état solide ou liquide sur la surface d'un con- duit dans lequel l'air circule sont régulièrement enlevées par l'azote sortant au cours de la période pendant laquelle il circule dans le même conduit. L'oxygène produit passe dans le conduit 19 dans la branche froide et la tranche chaude des échangeurs de chaleur 14 pour récupérer sa ré- frigération sans le contaminer avant qu'il soit déchargé pour être distribué aux consommateurs.
Dans cette installa- tion, les impuretés résiduelles d'hydrocarbures et les par- ticules d'anhydride carbonique résiduel non déposées dans l'échangeur de chaleur sont enlevées du courant d'air par un filtre adsorbant 24 disposé dans un conduit 26 con- duisant de l'extrémité froide de l'échangeur de chaleur 14 à une colonne à haute pression 28 d'une colonne da rectifi-
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cation à deux étages indiquée d'une manière générale par la' numéro 30.
L'appareil de rectification d'air peut être .de cons- truction courante, et, en plus da la rectification à haute pression ou colonne inférieure 28, 'Il comprend une colonne supérieure 32 de rectification à basse pression ayant une section rectifiante 34 et une section de réébullition 36 à son extrémité inférieure qui ferme la colonne de haute pression 28 et 'la sépare de la colonne supérieure. Le bouil- leur de revaporisation 36 fonctionne d'une manière courante pour condenser lesvapeurs qui s'élèvent dans la colonne 28, en produisant un reflux pour la colonne de haute pression et aussi de l'azote liquide qui est collecté sur une gouttiè- re 38 qui se trouve directement sous le bouilleur de reva- porisation 36.
L'azote liquide de la gouttière 38 e st détends à une plus basse pression et envoyé 'sur le sommât'de la co- lonne supérieure par un conduit 40 ayant une soupape de décompression 42. Un liquide enrichi en oxygène collecté dans ¯une "chaudière" 37 de la colonne inférieure est trans- féré à une partie intermédiaire de la colonne supérieure 32 par un conduit 44, le liquide à haute pression étant réduit à une basse pression par une soupape de décompres- sion 46 montée dans le conduit 44 avant qu'il ne soit déchar gédans la colonne supérieure. Les liquides transférés dans la colonne supérieure produisent un reflux et sont encore rectifiés pour obtenir un azote gazeux et froid à sa partie supérieure et un oxygène de la pureté voulue à sa partie inférieure.
Un liquida enrichi en oxygène tombant du plateau inférieur de la colonne, supérieure passe dans un espace 48 collectant l'oxygène liquide du bouilleur de revaporisation 36 dans lequel il est vaporisé par échange de chaleur avec le fluide qui se condense sur la paroi des tubes de ce bouilleur. Une partie de cette vapeur est retirée de l'appa-
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roil cie rectification comme oxygène produit, par le conduit.
0 :3t le restées! passé dans la section rectifiante 3!:t pour servir de vapeur de reflux pour la rectification à basse pression. Le produit d'azote de la rectification est
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retiré de la colonne supérieure 2 par un conduit 2g qui livre le produit sortant gazeux et froid aux soupapes de retenue 15 à l'extrémité froide de l'échangeur de chaleur 14 à contre-courant.
L'azote produit peut être passé à tra- vers un échangeur de chaleur 54 disposé dans le conduit 52 pour surchauffer l'azote sortant et eh même temps refroidir davantage l'azote liquide des plateaux suffisamment pour ré- duire au minimum la vaporisation instantanée quand Il est ramené à une pression plus basse dans la soupape de décom-
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pression 2, Les chambres de rectification 28 et 3Li. peuvent être pourvues des surfaces de contact habituelles pour le gaz et le liquide, telles que les plateaux 58.
Le système de rectification de la Fig.l n'a pas d'app reil réfrigérant mécanique spécial, et la réfrigération à basse température qui est nécessaire pour le fonctionne-
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ment provient d'une masse de liquide a basse température, de préférence de l'oxygène liquide, qui est emmagasinée dans un réservoir efficacement isolé 60 et qui fournit du liquide l'installation de séparation d'air.
La présente invention est également applicable aux sys-
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t-es de rectification dans lesquels la basse température nécessaire est fourbie en partie par un équipement de ré- frigération mécanique, et en partie par réfrigération prove- nant d'une masse de liquide à basse température. L'oxygène liquide employé pour cet usage peut être envoyé à l'instal- lation sous forme liquide et être introduit dans le réser-
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voir bzz0 par un raccord d'entrée de liquide 62. Il est entendt. que tout l'oxygène liquide fourni à 1.'irr.fi,..,7afion est em- ployé pour fournir de l'oxygène gazeux.
Cependant, en utili-
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sant la réfrigération disponible dans le inquide pour faire fonctionner l'installation de séparation d'air, on peut pro- duire une quantité d'oxygène beaucoup plus grande que la quantité produite en évaporant simplement l'oxygène liquide dans le réservoir 60.
Le réservoir 60 est placé de préférence à un niveau plus élevé que la colonne rectifiante, comme représenté sur la Fig. 1, de sorte qu'on peut utiliser l'écoulement par gravite pour soutirer le liquida à travers le fond du ré- servoir jusqu'à la colonne de rectification. Cela évite une pompe à liquide. Le liquide du réservoir est déchargé par un conduit 64 muni d'un robinet de commande 66, allant du réservoir 60 jusqu'au réservoir ou espace.collecteur 48 de la chambre de revaporisation, où. il e st revaporisé en même temps que le liquide riche en oxygène qui se trouve dans cet espace. On peut aussi adopter différentes autres solutions pour transférer .l'oxygène liquide du réservoir à la chambre de revaporisation.
Par exemple, la réservoir 60 peut être placé à un niveau inférieur à celui de la chambra de reva- 'porlsation 36 pourvu qu'une différence de pression suffi- sante soit maintenue entre le réservoir et la chambre de revaporisation pour effectuer la transfert du liquida de l'un à l'autre.
L'oxygène produit dans la séparation et l'addition d'oxygène liquida provenant du réservoir 60, qui se vapôri sent tous deux dans l'espace de revaporisation 48, produi- sent un oxygène gazeux froid qui est transporté par la con- duit 50 au conduit non réversible 19 qui traverse les branches froide et chaude de l'échangeur de chaleur 14. De cette façon, le froid de l'oxygène produit et du gaz oxygè- ne résultant de l'addition du liquide est récupéré par l'air entrant passant à travers l'échangeur de chaleur à contre-
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épurant du courant d'oxygène, sans contaminer l'oxygène.Une . soupape 19a règle la quantité d'oxygène retirée de l'en- semble de l'installation..
Pour pouvoir purifier complètement les impuretés pré- cipitées par le gaz entrant et déposées dans une voie réver- sible de l'échangeur de chaleur 14, on a constaté qu'il est nécessaire de fournir à son extrémité froide une masse totale de gaz sortant plus grande que la masse du gaz entrant. Par exemple, dans une rectification d'air fonctionnant avec de l'air à 4,9 Kg/cm2 au dessus de la pression atmosphérique, le courant sortant par l'extrémité froide de l'échangeur de chaleur, quand il consiste en un échangeur de chaleur réver- sible comme celui qui est représenté sur la Fig. 1, doit être de 7% à 10% plus grand que le courant entrant pour as- surer un fonctionnement sur pendant une longue période de temps.
Dans le procédé de la présente invention, la masse des produits sortants peut être augmentée sans augmenter simultanément la masse de l'air entrant, en faisant passer l'oxygène, qui est ajouté sous forme liquide pour la réfri- gération, avec l'oxygène provenant de la séparation à tra- vers l'échangeur de chaleur. Cela se fait, par exemple, en admettant l'addition de liquide directement dans le reva- poriseur 36 où il est mélangé et vaporisé avec le liquide produit par la rectification.
La vapeur provenant de cette addition de liquide est ensuite passée avec la vapeur pro- venant du produit liquide de la séparation à travers le conduit 50 de l'oxygène produit et la voie non réversible 19 de l'échangeur de chaleur . Le degré de déséquilibre thermique fourni par l'oxygène ajouté pour la réfrigéra- tion peut ne pas être suffisant pour obtenir une condition d'auto-épuration pendant de longues périodes de fonctionne- ment et l'on doit fournir une quantité supplémentaire de produit sortant en plus des produits de séparation et de
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l'oxygène ajouté pour la réfrigération,
La Fig. 1, représente un schéma préféré pour fournir, la quantité nécessaire de produit en excès de ceux qui sont nécessaires à la réfrigération.
Il comprend le prélèvement d'oxygène chaud du conduit d'alimentation en oxygène 19b, et le retour de cet oxygène au revaporiseur 36 au moyen d'u- ne soufflerie 13b, par un conduit 13 muni d'une soupape de réglage 13a. Selon une variante) on pourrait ramener l'oxy- gène à partir d'un point intermédiaire de l'échangeur de chaleur ou d'un point en aval ..d'au moins un premier étage du, compresseur 17 de l'oxygène produit.. Cela ajoute de la cha- leur au r evaporiseur et permet un prélèvement plus élevé d'oxygène sans sacrifier sa pureté. On obtient une réfrigé- ration supplémentaire en augmentant la quantité de liquide ajouté au vaporiseur et provenant'du réservoir 60.
De cette façon) le liquide du revaporiseur est maintenu à un niveau suffisant et un excédent suffisant de gaz froid est rendu disponible pour le faire passer à- travers l'échangeur de chaleur Il+ pour obtenir l'auto-épuration. L'évaporation ré- sultant de fuites de chaleur dans le réservoir 60 passe aus si par le conduit 61 au conduit 22. d'oxygène produit, pour passer avec cet oxygène daxs l'échangeur de chaleur 14.
Cela réduit d'une quantité correspondante la quantité de produit qui est nécessaire en plus de celle qui est ajoutée pour la réfrigération.
L'installation des Figs. 2 et 3 est similaire à celle de la Fig. 1 en ce qui concerne les éléments désignés par les mêmes numéros de référence, mais elle en diffère en plusieurs points sa rapportant à la façon dont l'excédent de produit sortant de déséquilibre est prévu pour effectuer l'auto- épuration. Sur la Fig. 2, une paire de régénérateurs 100 et 102 pouvant être commutés sont employés à la place des
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échangeurs de chaleur réversibles pour refroidir l'air entrant avec les produits sortants. L'air comprimé dans la conduite d'alimentation 12 passe alternativement, en inver- sant les soupapes RV, à travers les régénérateurs 100 et 102, le régénérateur de courant sortant étant purgé et refroi-- di par l'azote produit sortant.
Da préférence, l'oxygène sortant est divisé et passé d'une manière continue à tra- versles deux régénérateursdans des conduits incorporés 106 et 108. L'air qui a été libéré d'humidité et d'anhydride carbonique dans les régénérateurs est transporté par le conduit 26 à traver un collecteur adsorbant 2 dans lequel les impuretésrésiduelles d'hydrocarbures et las particules d'anhydride carbonique sont enlevées, et de là à l'extré- mité inférieure de la colonne de rectification à haute pression 28
La rectification des Figs.
2 et 3 est similaire à celle de la Fil-, 1 et est supposée être clairement exposée dans la description précédente L'azote produit sortant est envoyé du somnet de la colonne de rectification 32 à travers un échangeur de chaleur 54, et est dirigépar les soupapes de retenue 15 à l'extrémité froide des régénérateurs 100. et 102 alternativement. L'oxygène produit est soutiré de la colonne 32 par le conduit 50 qui le délivre à l'extrémité froide des régénérateurs pour le faire passer dans les con- duits 106 et 108 et ensuite dans la conduite d'alimentation 110 de l'oxygène produit dans laquelle un compresseur 112 est intercalé pour élever la pression de l'oxygène gazeux livré à la conduite d'utilisation.
Quoiqu'il ait été décritque le courant d'oxygène sortant est divisé et passe simultanément à travers les deux régénérateurs, il est bien entendu qua tout l'oxygène sortant peut être pasé en un seul courant, alternativement
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à travers un régénérateur et ensuite à travers l'autre, soit en phasa avec le cycle commutant de l'azote et de l'air) soit hors de phase. Par exemple, le,courant d'oxygène sor- tant peut être passé à travers chaque régénérateur pendant la dernière moitié du demi-cycle d'admission du courant d'air et pendant,la première moitié du demi-cycle du courant d'azote sortant.
On prévoit dans ce but des soupapes de com- mande 106a et 108a dont les temps d'ouverture et de farmetu- re pouvant être réglés pour effectuer tout courant d'oxygè- ne désiré.
Les besoins de'réfrigération à basse température de l'installation de la Fig. 2 sont, comma dans la Fige 1, as- surés par l'addition d'oxygène liquide provenant d'un ré- servoir 160 qui, dans ce mode de réalisation, sert aussi à fournir directement de l'oxygène gazeux à la conduite 110 des utilisateurs. On adopte ce type d'installation, quand l'installation de séparateur d'air peut alimenter une char- ge de base stable mais ne peut pas répondre d'elle-même aux demandes de pointes. Si la pression de la conduite est fai- ble, le liquide du réservoir 160 est fourni par un tuyau 161,réglé par une soupape 162, à une pompe 163.
De la pompe 163, le liquide peut être envoyé dans un vaporiseur 164 approprié, chauffé par un fluide chaud circulant dans un serpentin 165 et le gaz résultant envoyé dans la conduite 110 d'utilisation de l'oxygène.
Dans le fonctionnement du mode de réalisation de la Fig. 2, le gaz sortant froid de déséquilibre est constitué par de l'oxygène gazeux résultant de la vaporisation du liquide ajouté à la rectification par le conduit 64 pour les besoins de réfrigération à basse température. Le gaz utilisé pour déséquilibrer peut être augmenté par évapora- tion d'oxygène liquide dans le réservoir 160. Le liquide é-
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vaporé est prélevé par le conduit 166 et délivré dans la conduite d'oxygène produit 50,la liaison 166 prévue dans ce but étant commandée par la soupape 167. La quantité d'é- vaporation. obtenue dans la réservoir est augmentée par le gaz produit en amorçant la pompe 163. Ce gaz est renvoyé de la pompe au réservoir par le conduit 168 et peut être envoyé dans la conduite 50 d'oxygène produit.
Le mode de réalisationde la Fig. 3 est similaire à celui de la Fige 2, sauf qu'une partie de l'oxygène compri- mé chaud est renvoyé suivant les besoins soit au revapori- seur d'oxygène 36, soit au réservoir 160 pour fournir suffi- samment de gaz oxygène froid pour satisfaire les besoins de déséquilibre de l'échange de chaleur de l'installation.
Dans ce but, il est prévu un conduit 170 commande par une soupape 121, dans lequel une partie de l'oxygène chaud est prélevé du conduit d'alimentation d'oxygène 110 après pas- sage à travers le compresseur 112 de l'oxygène produit.
Le gaz prélevé passe en échange de chaleur avec le courant d'oxygène produit avant la compression dans un échangeur de chaleur 172 et il est ensuite partiellement refroidi en tra- versant des serpentins 174 et 176 montés respectivement dans l'extrémité chaude des régénérateurs 100 et 102, l'oxy- gène chaud traversant ces extrémités chaudes dans le même sens que le courant d'air. Les courants traversant les ré- générateurs peuvent être en parallèle comme représenté, ou bien ils peuvent traverser alternativement un régénérateur et ensuite l'autre.
L'oxygène gazeux épuré partiellement refroidi est ensuite envoya soit dans le r evaporiseur d'oxy- gène 136 par le conduit 173a muni d'une soupape de commande 173b, soit dans la réservoir 60 par le conduit 173 qui se termine au dessous du niveau du liquida du réservoir pour que le gaz relativement chaud barbotte à travers la liquide
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du réservoir et par suite augmente sa vitesse d'évaporation.
Quand le courant de retour de l'oxygène va au revaporiseur, la soupape 173c du conduit 173 est fermée. L'évaporation dans le réservoir, ainsi que le gaz oxygène produit qui circule dans le réservoir, est ajouté aux produits de la sé- paration en passant directement dans'le conduit 50 d'oxy- gène produit, comme dans la Fig.. 2, ou par décharge dans la chambre à gaz du revaporiseur d'oxygène 36, comme représenta On obtient ainsi une fourniture positive de gaz de déséquili- bre en excédent de l'oxygène utilisé pour fournir la réfri- gération à basse température, pour satisfaire aux besoins de déséquilibre du système séparateur.
En faisant barbotter l'oxygène comprimé chaud à travers l'oxygène liquide froid dans le réservoir, on réduit au minimum la quantité de ré- frigération perdue pour obtenir le déséquilibre car le gaz froid en excès qui est nécessaire est fourni pour une petite partie par le liquide évaporé, et en grande partie par le gaz comprime chaud qui est refroidi à saturation par l'évaporation du liquide.
Dans le mode de réalisation de la Fig. 3, le liquide du réservoir 160 est envoyé dans le revaporiseur de rectifi- cation 36 pour servir à la réfrigération, par uns pompe 176.
Il est bien entendu que la réfrigération à basse températu- re fournie par le liquide du réservoir à la rectification ne répond pas nécessairement à tous les besoins de réfrigé- ration à basse température.de l'installation, mais qu'elle peut constituer seulement une partie de ces besoins, comme dans le cas où un appareil produisant une réfrigération mé- canique est également présent dans l'installation pour ré- pondre. à une partie des besoins de la réfrigération.
La Fig. 4 montre l'application du procédé de l'inven- tion à une installation de gaz oxygène à faible degré de pureté. L'air comprimé par un compresseur 10 est refroidi
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presque jusqu'à sa température de condensation en traversant alternativement des paires inversées de régénérateurs 200 tel 202, la paire de régénérateurs 200 étant refroidie par l'oxygène produit sortant. L'air est conduit aux extrémités chaudes des régénérateurs par le conduit 12 divisé en branches 12a et 12b qui sont reliées respectivement aux sou- papas inverseuses 204 et 206 aux extrémités chaudes- des ré- générateurs 200 et 202 respectivement.
Des groupes de soupa- pes de retenue 208 et 210 aux extrémités froides des régéné- rateurs 200 et 202 déchargent l'air froid qui a été libère de l'humidité et de l'anhydride carbonique dans les régéné- rateurs, dans les branchements 26a et 26b conduisant au conduit 26 qui envoie l'air à travers un collecteur 24 et de là dans la colonne de rectification inférieure 28.
La réfrigération à basse température est assurée par un liquide froid qui est fourni par un réservoir 60 de la même nanière qu'il a été décrit à propos de la Fig.l.
Le gaz résultant du liquide ajouté au dispositif est envoyé aux régénérateurs avec les produits de la séparation. Dans une installation à faible degré de pureté comme celle qui est représentée à la Fig. 4, la totalité du gaz sortant est utilisée pour revaporiser les impuretés déposées dans les régénérateurs, et le degré de déséquilibre nécessaire pour obtenir l'auto-épuration n'est pas aussi grand que celui qui est nécessaire dans les installations à haute pureté où tout ou partie de l'oxygène passe dans une voie d'échange de chaleur non réversible et non contaminée.
Par conséquent, si le gaz résultant de l'addition de liquide destiné à la réfrigération passe ') travers les ré- générateurs d'une installation à faible degré de pureté, il peut fournir tout ou presque tout le déséquilibre requis pour l'auto-épuration, pourvu que le courant d'air entrant soit correctement proportionné entre les deux paires de
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régénérateurs. Par exemple, si l'on emploie l'oxygène liqui- de, les régénérateurs à azote sont déséquilibrés en faisant passer moins que le pourcentage d'azote de l'air à travers les régénérateurs d'azote 200 et en augmentant d'une manière correspondante le pourcentage d'air passant à travers les régénérateurs d'oxygène.
De cette manière, la masse d'azote séparé qui passe à travers les régénérateurs 200 est plus grande' que la masse d'air entrant qui les traverse, et l'o- xygène séparé, avec le gaz résultant de l'addition de liquide traversant les régénérateurs! d'oxygène, surpassera la masse d'air entrant traversant les régénérateurs d'oxy- gène.
De l'azote liquidé ou de l'air liquide pourraient aussi âtre employés alternativement pour fournir les gaz de réfrigération et de déséquilibre. Par exemple, on pourrait ajouter de l'azote liquide sur le plateau d'azote de la colonne de rectification inférieure (indiquée en 38, dans la Fig. 1) ou au sommet de la colonne de rectification supérieure. L'air liquide pourrait être introduit dans la ' chaudière 37 de la colonne inférieure.
Il doit être aussi bien entendu que le liquide en ré- serve qui est fourni pour répondre en partie ou en totalité à la réfrigération à basse température nécessaire par la rectification ne doit pas être nécessairement emmagasiné dans le même réservoir que celui qui fournit le gaz en excé- dant pour répondre aux demandes de pointes. Par suite, le terme "réservoir d'emmagasinage" employé ici comprend les deux réservoirs si l'on emploie des réservoirs séparés. Ce terme s'entend également d'un revaporiseur de plus grande dimension pour qu'un liquide froid provenant d'une source séparée puisse y être introduit directement et conservé dans ce revaporiseur.