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BREVET D'IMPORTATION "Procédé de distillation fractionnée de l'air"
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La présente invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'une installation de séparation fractionnée de l'air et vise parti- culièrement un procède de mise en oeuvre grâce auquel on peut éviter que se produise une explosion provenant de l'accumulation d'éthane, cet éthane étant une impureté de l'air atmosphérique dans un conduit d'échangeur de chaleur obstrue.
Depuis longtemps on s'est trouve confronté avec le problème - des exploaions se produisant fortuitement dans l'ensemble bouilleur condenseur séparant les colonnes de rectification basse pression et haute pression des usines de séparation fractionnée de l'air-' On croit que--ces explosions sont provoquées par divers hydrocarbures contaminants qui se trouverit dàns l'air D'ALIMENTATION, par exemple l'acétylène, le méthane et léthane, qui se concentrent dans le li- quide enrichi en oxygène qui se trouve en ébullition et produisent -- des mélanges explosifs qui s'allument fortuitenent.
L'accumulation se produit habituellement dans un enduit bouche du bouilleur-con- denseur- cette obstruction provenant de matières solides qui péné trent fortuitement dans l'installation, ont tendance à se déposer par- gravite et se logent dans le-conduit. La matière solide peut par exem- ple être constituée par de la poudre isolante, de la, poudre adserbante ou de la poussière des garnitures du régénérateur,-ou peut-être ¯par des fragments de bioxyde de carbone et d'eau qui n'ont pas été com- plètement éliminés dans l'équipement d'enlèvement des -contaminants qui-est placé en amont de la colonne de -rectification.
La technique antérieure employait plusieurs procédés pour dominer ce risque d'explosion, comprenant : 1 ) un moyen de purifi- cation du courant d'air constituant l'alimentation, ce moyen étant composé-par exemple par des épurateurs d'hydrocarbures ou des piégas à adsorption, 2 ) un soutirage périodique d'une partie du liquide enrichi en oxygène, ce soutirage étant pratiqué à la partie inférieure du bouilleur-condenseur afin de réduire la quantité totale de matière hydrocarbonée explosive qui y est contenue, et 3 ) des installations de recircnlation d'oxygène enlevant sélectivement du liquide enrichi en oxygène la plus grande partie des hydrocarbures dangereux en utilisant l'adsorption dans des pièges à régénération.
Néanmoins, ces procédés de réglage de al contamination ne se sont pas révélés entièrement efficaces pour tous -les contaminants et particulièrement pour ceux qui ne sont que faiblement adsorbés, comme le-méthane etl'éthane.
On a proposé de désensibiliser les masses d'oxygène liquide
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en leur ajoutant un hydrocarbure halogène soluble inerte en quotité suffisante pour réduire la tendance explosive de ce liquide, par exemple en quantité comprise -entre 0,5 et 50 moles pour cent. Cette proposition présente des inconvénients sérieux, et par exemple une contamination importante du produit enrichir en -oxygène par le dés en-
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sibilisant f-luorocarbang qui peut ne pas être tolérable. pour de nom- breux usages, par exeaple pour 1-'oxygène destine à la respiration.
-En-la-..q.uan.-ti-te---du---dés.ensibilisant f'"1l1oroc.aroone très coûteux - -quL.6ùiperd -dans-Ie produit constitue une perte- trs&.mpoi'tan&e ?i#
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nalerfent, fadd3o de O'5 à 50L moles pour cent de 1'-luorocarbone-
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dans le liquide enrichi en oxygène élève le point à'ébuUifion de ce liquide d'une quantité apprécib2e et nécessite une augmentation tre? importante de la pression à l'adnission de ltâlimentatïon -air pour qu'on-puisse réaliser le refroidissement> le iractionnementT*t-3JT- rectification nécessaires.
Ceci se traduit à son tour par une augmen- talion sensible des frais de fonctionnement de l'installation.
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La présente invention-se-propose¯e9nséquence de fournir un procédé perfectionné permettant d'éviter le danger d'explosion dans les installations de séparation fractionnée de l'air 1 basse
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#trempe rature -; qui soit efficace contre l'accumulation d'éthane cons-
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-tituant une impureté faiblement adsorbée- contenue dans 1. 'aliJnentatYon en air et qui s'accumule dans le liquide enrichi en oxygéne-ûu5ouï- leur.
La présente invention se comprendra mieux à la-lecture -de la description suivante avec l'aide des dessins annexés qui repré-
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sententr-a titre illustratif mais nullement limitatif deux formes de réalisation selon l'invention-
Sur les dessins- : -- - ---- le- figure 1 est une coupe transversale longitudinale- d'un
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--conduit de bouilleur pour liquide enri-chi c'oxygéne fonctionnant 3ea*- malement (sans obstruction) et utilisant le principe fondamental de recyclage selon lequel la masse'liquide pénètre par l'extrémité infé- rieure ;
la figure 2 est une coupe transversale-longitudinale d'une - variante de réalisation.représentant un conduit de bouilleur pour liquide enrichi en oxygène fonctionnant normalement (sans obstruction) et dans lequel la masse liquide pénètre à l'extrémité- supérieure; la figure 3 est une coupe transversale longitudinale du
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conduit de la figure 1 représente obstrue par un bouchag-e -=qui =s-1.es"tc- produit à son intérieur ;
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la figure 4 est un graphique montrant la concentration du - monochlorotrifluorométhane diluant nécessaire pour éviter un danger d'explosion pour diverses concentrations d'éthane et diverses dif- férences de températures de part et d'autre du passage obstrué de la figure 3 ;et la figure 5 est un schéma d'un bouilleur d'oxygéne-conden- saur d'azote fonctionnant selon-la présente invention.
D'une manière particulière, la présente invention concerne un procédé de mise en oeuvre d'une installation de fractionnement de l'air dans laquelle un courant de liquide enrichi en oxygène est au soins partiellement débarrassé d'impuretés hydrocarbonées autres que l'éthane, ce courant étant envoyé en relation d'échange de cha- leur avec un fluide plus chaud provoquant une différence de tempéra- ture inférieure à 3,5 C, le procédé consistant à faire passer ce liquide dans une série de conduits en association thermique avec ce fluide plus chaud, ces passages étant disposés soit verticalement soit selon un certain angle entre la verticale et l'horizontale, de telle manière que le liquide soit partiellement vaporisé dans ces conduits et qu'un mélange liquide-vapeur soit déchargé à l'autre extrémité des conduits,
de telle façon que l'extrémité supérieure de ces conduits soit exposée à une masse de liquide enrichie en oxygène fournie à ces conduits ou emportée vers le haut dans ces conduits par la vapeur ascendante. Selon l'invention, on ajoute au courant de liquide enrichi en oxygène fourni à ces conduits une quantité de monochlorotrifluorométhane ou de tétrafluorométhane inférieure à 1000 parties pour un million de parties dudit liquide, mais suffisante pour empêcher l'ébullition dudit liquide dans un conduit dans lequel s'est formée une obstruction avant que la concentration en éthane dans le-conduit obstrué ait atteint la valeur de 4 moles pour cent.
En considérant qu'une proportion de 1000 parties pour un million de CClF3 ou de CF4 équivaut à 0,0306 mole pour cent ou
0,0364 mole pour cent, respectivement quand elles sont ajoutées à de l'oxygène liquide pur, et à 0,0172 mole- pour cent ou à 0,0204 mole pour cent, respectivement, quand elles sont ajoutées à de l'air liquide il est évident que l'invention permet d'utiliser une quan- tité d'additif bien plus réduite.¯que les procédés antérieurs qui nécessitaient une quantité allant de 0,5 à 50 moles pour cent;
En se reportant maintenant aux dessins, la figure 1 représente un conduit 10 d'un bouilleur à oxygène fonctionnant
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normalement, dont au moins la partie inférieure csj remplie-de-H# quide-provenant de la masse enrichie en oxygène 11 se trouvant en dessous de l'extrémité inférieure du conduit.. La masse 11 est re- foulée dans l'extrémité inférieure du conduit 10 par la pression
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hydrostatique, et est partîellenent-vaporisée par échange de chaleur avec un fluide 12 plus chaud qui se trouve dans l'espace 13 associe thermiquement au conduit 10. Ce fluide peut par exemple être une va- peur froide riche en azote provenant de la seçtion de rectification à haute pression de la colonne, cette vapeur étant condensée par l'échange de chaleur.
Etant donne que l'azote est plus volatil que l'oxygène à la pression atmosphérique (leurs points d'ébullition
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respectifs sont de -1 6 et -183*K) il est nécessaire de fournir le premier de ces-éléments à une pression nettement plus élevée que le liquide enrichi en oxygène pour obtenir la différence de tempé-
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ra nécessaire ( à T) entre les deux fluides, différence infé- rieure à environ 3,5 C, Par exemple, le .gaz froid riche en azote entrant dans l'espace 13 peut être à 5,27 kg/cm de pression rela-
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tive (au-dessus de 7.a-es.sion atmosphéràqae9s--eo à -18 C, et 1er- masse 11 peut contenir 99,5 % d'oxygène à -181 C et 0,35 kgfm2 de pression relative.
La vaporisation partielle du liquide dans le conduit 10 produit un mélange 14 de deux phases, à faible densité, qui s'élève rapidement et est déchargé à partir de la partie supérieure du con- duit et pénètre dans la chambre 15. La partie vaporisée 16 passe alors de préférence à travers une série de stades de rectification à contre-courant contre le liquide descendant et en s'enrichissant
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encore en oxygène. Dans la pratidue-normale a-partie non-vapori- sée du mélange qui sort à l'extrémité supérieure du conduit 10 est -' .de préférence retirée par un conduit 17, envoyée dans un piège à
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adsorption pour éliminer-encore davantage les irpur-et6s de lTair
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qui sbn dsobab2es, et est renvoyée dans la masse liquide 11 en- richie en oxygène.
Néanmoins, cette partie non vaporisée du liquide tombe vers le bas sur la plaque collectrice 18 qui relie les conduits adjacents. Une partie de ce liquide qui est tombée peut s'écouler à contre-courant par gravité dans tout conduit dans lequel
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il ne se produit pas dtébul1îtion.
Une autre source possible de li- quide enrichi cn oxygène susceptible de s'écouler à contre-courant dans le passage 11 est constitué par le soutirage de liquide pro- venant,des stades de rectification situés au-dessus (non représentes)* Dans la disposition de la figure 2, la masse liquide 11.
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enricBië en oxygène se trouva ëm-de$u::; -de-1.-a -p3qu- coectr'c.e..:1:±- des conduits du bouilleur à oxygéne, de telle façon que le liquide
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pénètre dans l'extrémité supérieure du conduit z.0 et que 1e ée- de deux phases qui se forme dans le conduit s'écoule vers le bas. Ce mélange est éjecté de l'extrémité inférieure du conduit 1D et pénètre dans la chambre 19.
La partie de vapeur enrichie en oxygène est re- tirée par la conduite 20 et la partie non vaporisée est retirée par la conduite 21 située au bas. La partie liquide est de préférence
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envoyée par pompage dans un 1D-iège-à a3sflrpti-en- pour retirer encore davantage d'impuretés de l'air et est renvoyée dans la masse-11 dans la chambre 15 à l'extrémité supérieure du conduit 10.
Dans la disposition représentée soit figure 1 soit figure 2 l'écoulement du fluide dans le conduit 10 est interrompu dans le cas où une obstruction solide se forme entre les extrémités du conduit. dans les deux agencements, il existe une source de liquide enrichi en oxygène disponible à l'extrémité supérieure du conduit, le liquide pouvant s'écouler par gravité le long de ces parois. Quand il y
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a une obstruction, les vapeurs engendrées a* partir du liquide s"é- coulant vers le bas, s'élèvent à contre-courant par rapport à ce liquide et il se produit une rectification. Par exemple, on a dé- terminé qu'il fallait moins de deux étages théoriques pour concentrer de l'éthane de 25 ppm jusqu'à la limita-explosive de 4 moles pour cent â l'intérieur du conduit.
On a également déterminé que la hau- teur d'un conduit typique équivalent à un étage théorique pouvait -- ne s'éleveR qu'à 10 ou 13 cm. . La figure 3 représente le phénomène qui se produit quand il se forme une obstruction solide 22 dans le conduit de la figure 1 et on utilise la présente invention pour éviter la formation d'un mélange explosif à partir de l'accumulation d'éthane qui en résulte.
On doit comprendre que le conduit 10 doit avoir une partie verticale pour que l'accumulation d'éthane SE produise ; c'est-à-dire il faut que le conduit soit, ou vertical, ou disposé selon un certain angle-- entre la-verticale et l'horizontale de façon que le liquide enrichi
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..e3r oxygène qui pénètre à une extr5mit-é- du-c-onduit puisse descendre
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pai*.ravité dans.-:Ié-C---anduit jusqu'au moment où il est arrêté- par -- -- -- --
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1'obstruction..¯ ¯r¯ - .feztantie fônctionnemen' normal, le liquide enrichi en -oxygène et la vapeur formée par là. chaleur introduite dans ce li- quide---par te5-s--du conduit lo' s '¯ '1"eàt dans 3+nêàe sens.
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--te senspec-êtresoit le sens ascendant (figure 1) soit lé sens
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aescenâa1ît-t:rigure 2}... XéJnmdns> lorsqu.t.il -se ferme ;me--ebs-tru"Ct3.-on-- 22 dans le conduit 10, les deux phases s1coulent dans des sens op- posés. De-èae; -ean't le fonctionnement normal, seule une petite partie du liquide enrichi en oxygène se vaporise, tandis que dans le conduit obstrué c'est la plus grande partie du liquide qui se vaporise-
En se référant à nouveau à la figure 3,
du -1-1-qui-de enrichi en oxygène contenant peut-être 15 ppm d'éthane dans la chambre 15 s'écoule vers le bas en passant à travers l'extrémité supérieure du
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conduit obstrué 10 et est rectifié par les vapeurs quï-zeén-v-ent
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dans la section 23 du conduit située au-dessus de l1obstruction 22 L'éthane est moins volatil que-l'oxygène, et tend ainsi à s'accumuler
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dans la sect-ion de conduit 24 immédiatement au-dessus àe-1*obstr;c- tison-22. C'-est-à-dire que la section supérieure 23 du conduit -18 tend à remplir le rôle de colonne d'épuration ou de "tour à paroi humide".
La vapeur d'oxygène privée dréthane (contenant encore d'autres composants à point d'ébullition plus bas, tels que l'azote) s'élève à partir de l'extrémité supérieure du conduit 10 pour tra- verser la chambre 15 sous forme d'un courant 16. S'il y a suffisamment d'étages théoriques de-rectification dans la-section supérieure 23, l'enrichissement en éthane à son extrémité -inférieure se poursuit jusqd'à ce qu'il se produise l'un des deux phénomènes suivants : 1 ) la limite inférieure d'explosion pour l'éthane dans 1'oxygène (40.000 ppm ou 4 %) est atteinte ou dépassée ou, 2 ) la différence
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locale*3ë température A T) entre le-liquide enrichi en oxygène en ébullition et le fluide plus chaud 12 tombe à zéro et l'ébullition cesse dans le conduit obstrué.
Cette dernière circonstance peut se produire du fait que le point d'ébullition du liquide dans -la sec-
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tion supérieure 23 du-conduit YO augmente progressivement a mesure qu'augmente la concentration de l'éthane et des autres constituants
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solubles. En supposant alors que la différence initiale -de -tempg-ra- ture est inférieure à environ--5,-5-C-cette différence de température diminue progressivement et 1'ébul3iion cesse quand le à T dispa- raît. Il est -év-i-dent d'après précédent qu'il est pi-6-fi5rable que ce soit le phénomèn qui se. produise,- ce qui -empêche ainsi le phénomène 1 de se produire-.
Si le liquide enrichi en oxygène et bouillant dans la sec- tion supérieure 23 du conduit 10 contient également d'autres compo-
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sants ayant des points deBullitioh supérieurs à celui de l'oxygène et¯qui soient inertes (non-....oexplosirs} ils aident I'éthane-à réduire .
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le A T..Le xénon est un de ces composants, et la teneur normale en xénon dans l'air atmosphérique aide à réduire le ¯ T avant qu'on atteigne la concentration de 4 % d'éthane dans le liquide bouillant enrichi en oxygène. Le xénon ne peut pas élever suffisamment le point
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d-t-ebullition du liquide pour éliminer le à T avant que la concen- tration en éthane atteigne 4% du fait de la faible solubilité du xénon dans le liquide enrichi en oxygène.
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-Selon..Ja..¯presente ¯inyeni.n..7n introduit une très petite quantité d'un diluant inerte consistant en monochlorctrifluorométhane ou en tétra.f1..u rométhane à une concentration inférieure à 1000 ppm par rapport à la masse de liquide enrichie en oxygène.#Cn-peut par * exemple introduire ce diluant inerte dans le liquide sur le dispo- sitif 18'de ferseture des conduits par une conduite 25, et il passe ainsi vers le bas en traversant la section supérieure 23 du conduit en semé temps que le liquide enrichi en oxygène.
A titre de- variante;, -on peut introduire le diluant inerte dans n'importe quel courant-- pénétrant dans l'équipement de rectification- Chacun de ces diluants est le) ncn explosif en mélange avec l'oxygène, 2 ) soluble dans l'oxygène liquide dans une proportion supérieure à 10 moles pour cent dans les conditions de fonctionnement qui règnent dans l'ins-
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tallation considérée, et 3 ) moins volatil que 1 Qxygène* Le tableau A suivant résume ces caractéristiques.
TABLEAU A
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<tb> Matière <SEP> Solubilité <SEP> dans <SEP> Volatilité <SEP> relative
<tb>
<tb>
<tb> O2 <SEP> liquide <SEP> approximative <SEP> par
<tb>
<tb> rapport <SEP> à <SEP> o2
<tb>
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CCIF3 > 10 moles % 1/35-000 CF4 ¯ J>10 moles ? ¯¯ 1/75
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<tb> Ethane <SEP> environ <SEP> 12 <SEP> noies <SEP> % <SEP> 1/1000
<tb>
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D'autres hydrocarbures halogènes ne ionvsennent pas comme diluants de la présente invention en raison de leur faible solubilité dans' dans les conditions qui règnent dans.le fonc- tionnement considérée c'est-à-dire moins de 10 moles pour cent- Une autre cause pour laquelle d'autres hydrocarbures halogènes ne con- viennent pas est-leur point de congélation relativement élevé
et
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leur tendance à se congeler dans la conduite d'aligentation abou- tissant à l'équipement de fractionnement à froid. Ces composés à faible solubilité accéléreraient en outre-.l*obstruction du conduit si on les ajoutait en concentration supérieure à leur limite de ' solubilité-
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Le liquide enrichi en oxygéne contenant le diluant inerte et descendant dans la section supérieure 23 du conduit 18 est rec- trifé par les vapeurs ascendantes riches en oxygène et le diluant
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soluble à point d'ébullition plus élevé se concentre progressive-
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ment à l*extrémité inférieure 24 de la section supérieure 23 en même temps que l'éthane.
Le point d'ébullition de ce liquide aug- -. ménte du fait que les concentrations en diluant soluble inerte xénon
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(s'il est présent), et éthane augmqnfent et en raison du fait que la concentration 'ën*'oxygêne (insinue.. :La petite masse liquide résul-
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txnte 26 5'accumule dans-1-i-sectÏon 24 immédiatement au-dessus de
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ltobstruction 22. On a constaté que le point (Pébul1ition de la masse liquide 26 s'élève suffisamment pour empêcher son ébullition avant que la concentration en éthane n*atteigne 4 %. Autrement dit¯, la mise en oeuvre de la présente invention" élimine réellement le. danger d'explosion en-empêchant: que la -concentration en éthane n'at- niveau dangereux.
Ceci fait-contraste avec de nombreux procédés et- dans lesquels la con-
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centration en hydrocarbure ne 3a masse dToxygéne Iiqu3.de est l'ob- jet d'une surveillance, et où l'on prend des mesures appropriées
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quand la concentration en éthane augmente. lléanmoins, la- présente invention reconnaît que le danger d'explosion ne se produit pas- habituellement dans la masse de l'oxygène liquide, mais plutôt dans un conduit obstrué non décelable dans lequel s'accumule du liquide enrichi en oxygène et contenant de 1*éthane en ébullition. ---
On doit comprendre que la présente invention n'élimine pas en elle-mène le danger d'explosion dû a 1'accumulation d'hydrocar- bure dans un conduit a liquide enrichi en oxygène obstrué.
Il faut prévoir d'autres moyens tels que des pièges à adsorption pour éli- miner la masse d'acétylène contenue dans l'alimentation en air-
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En l'absence de ces autres dispositifs, llacgtylène¯se concentrera rapidement dans le liquide enrichi en oxygène (mené sans qu'il y ait obstruction des conduits) jusqu'à une concentration supérieure à 1,2 ppm ou davantage- Dans un conduit obstrué, l'acétylène n'a
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besoin de se concentrer dans le liquide enrichî-en oxygène que jusqu'à une teneur de quelques ppm pour commencer à former une phase solide détonant facilement. Il est nécessaire d'ajouter une quantité bien plus considérable de diluant inerte que celle que prévoit la présente invention pour empêcher la formation d'une phase solide d'acétylène.
D'un autre côté, quand la totalité de l'alimentation en air est nettoyée par adsorption et qu'en outre
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le liquide enrichi en oxygène est pour la plus grande partie nettoyé par adsorption, la concentration en acétylène dans ce liquide sera d'environ 1 à 2 parties pour un milliard. A un tel .faible niveau de
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concentration., l* acétylène ne représente, pas un danger d'explosion même dans un conduit obstrué du bouilleur à oxygène liquide.
La présente invention ne désensibilise pas le liquide en- richi en oxygène et qui se présente à l'extrémité supérieure du con- duit obstrué ni la massé de liquide enrichi en oxygène pénétrant à l'extrémité inférieure de ce conduit cbstrué. Autrement dit, une concentration inférieure à environ 1000 ppm de diluant soluble est très en dessous de la concentration nécessaire pour affecter d'une manière notable la propension ou caractéristique de tendance explo-
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sive du liquide enrichi en oxygène mélangé d'éthane.
Il est néces- saire d'avoir une concentration en diluant d'au moins 5000 ppm
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(0,5 p3 et de préférence d'au moins 20 % pour dêsensibiYiser use#-:¯¯ -¯passe de liquide enrichi en oxygène.
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La concentration spécifique en diluant soluble 4-nerte--né- cessaire pour éviter un danger d'explosion dans un échangeur de chaleur-bouilleur à liquide enrichi en oxygène lorsqu'un conduit est obstrué ne dépend pas seulement de la- concentration en éthane de ce liquide, mais également de la différence de température entre
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le liquide bouillant et le fluide chaud échangeant de 1a-chaleur.
Il existe un rapport minimum nécessaire entre la matière totale de diluant inerte (par exemple du monochlorotrifluoronéthane et du xénon atmosphérique) et l'éthane présent, si bien que pour des quantités d'éthane de plus en plus grandes dans le liquide enrichi en oxygène il sera nécessaire qu'il y ait une quantité de plus en plus grande de matière diluante inerte introduite extérieurement..' Il s'ensuit également qu'un , T relativement grand nécessitera une concentration plus importante de diluant¯pour élever-le point
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a"ébullition du liquide enrichi en oxygène d'une quantité suffisante pour surmonter l'effet du (3¯ T, éliminer l'ébullition et la conti- nuation de la concentration de l'éthane Jusqu'au niveau de 4 %.
La figure 4 illustre d'une manière graphique ces relations; elle représente une famille de courbes pour diverses valeurs de A T
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entre 1,5 C et 3,5 C, la concentration en nonochlorotriiluorométhàne étant portée en abscisse et la concentration en éthane en ordonnées.
Les courbes indiquent la concentration de monochlorotrifluorométhane nécessaire dans de l'oxygéne liquide pratiquement pur pour éliminer la différence de température et l'ébullition de l'oxygène liquide
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pour une concentration donnée d'éthane dans ce liquide. Par exemple, si la différence de température est de 2,0 C, et que l'oxygène li- quide en ébullition a une teneur en éthane de 200 ppm, il faut une
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concentration de monochionotriiiuorométhane de 600 ppm dans ce
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liquide pour éliminer l'ébullition. De même, pour la même concentra-
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tien à'éthane mais pour un.
A T de 3,0 C, la concentration en monochlorotrl.fluorométhane devrait être .dnviron 800 ppm. - T17-J---a-une relation analogue lorsqu'on emploie comme diluant inerte du tétra- fluorométhane, à cette différence près qu'il faut relativement plus
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de diluant en raison de -point- drébul.lition moins élevé et de sa.volatilité relative plus grande par rapport à l'oxygène (voir tableau A).Une relation-analogue existe également quand le liquide en ébullition contient des quantités importantes d'azote, par exemple
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50 % 2 le restant étant constitué par ²2 et. par des gaz atmosphë- riques inertes.
Il est entendu que la présente invention ne sattache pas aux types spécifiques d'appareillage de conditionnement d'air, de
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condensation partielle d-4air et de fraetionnenent d'air, à cettoex- ception près que cet appareillage doit enlever la majeure-partie des
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,autres impuretés ¯h3rdroc2cb.oa.ées telles que l-racetylene et fournir 'un liquide enrichi en oxygène devant être soumis à l'ébullition dans des conduits multiples.
La figure 5 représente un échangeur 30 condensant de la
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vapeur d-lazote et faisant bouillir de l'oxyéne liquide, cet échan- geur 30 comprenant une série de conduits à oxygène 31 alternant suc-
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cessîvement avec des conduits à azote 32 et liés à ceux-ci pour échange de chaleur-par -conduction solide entre les parois des con-
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duits- Chaque conduit d'oxygène 31 est associé thermiquement avec des conduits d'azote adjacents et séparés dans un ensemble du genre sandwich. Les conduits d'axote sont reliés ensemble par un collecteur
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(par des moyens non représentés) à la fois a leur extrénîté supérieure d'admission en communication avec la conduite d'admission 33,
et à
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leur extrémité de décharge inférieure en corunication avec le con- duit de décharge 34. Les conduits a oxygène 31 sont ouverts à la
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fois leurs extrémités supérieures et ir-férieures, les premières
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communiquant avec la chambre inférieure 35 copportant un dispositif' d'admission d'oxygène liquide comprenant un tuyau descendant 36 à partir-d'une série de stades de rectification.
Les extrémités supé-
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rie11T" ÙPS -cpndui ts E..oxygène j1 sont jointes par -le dispositif de fermeture 18 des conduits d'azote 32, formant ainsi la base de
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la chambre supérieure j,5-- Le c3iluant soluble inerte est introduit dans la chambre inférieure 35 par la conduite 37 et par la vanne de réglage 38 qui y est disposée. ---
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De l'oxygène lîquide à environ -1810C et 0,35 kg/cri de pression relative est refoule par pression hydrostatique dans
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l'extrémité inférieure des conduits 31 j usqu 1 à un niveau de préf-é- rence égal à au moins les deux-tiers de- la distance entre les extrémités inférieure et supérieure.
On introduit de la vapeur d'azote
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froid à environ -1780C et 5,7 kg/cr::..2 de pression relative par la.
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conduite d'admission 33 à l'extrémité supérieure de I'échangeur de chaleur 30, et elle s'écoule vers le bas dans les conduits 32. La ¯çhaleur est transférée de la vapeur d'azote 3 l'oxygène liquide
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par les conduits 31 et 32 thersiqueaent associés, par la différence de température de 3 C pour provoquer l'ébullition de l'oxygène li- quide et la condensation de la vapeur d'azote,
cette dernière étant retirée par la conduite de décharge 34. Le mélange résultant de vapeur et d'oxygène liquide sort des extrémités supérieures des conduits 31 et la vapeur peut être retirée conne produit par la conduite 39 ou bien elle peut être renvoyée vers le haut dans une série de stades de rectification (non représentés) en communication avec la chambre supérieure 15 pour être mise-en contact avec un liquide s'écoulant vers le bas.
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Pendant ce 1'-onclTi.-o-nnement normal de 1*échangeur de cha- leur 30, la concentration en éthane de la masse d'oxygène liquide
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11 dans la chambre inférieure 35 -tait-.1'oëjet d'une surveillance.
Cette surveillance peut seeffectuer par exemple par un conduit i0 d'échantillonnage de phase liquide communiquant avec un analyseur %1, comprenant par exemple un chrojsatographe a gaz et un détecteur d'ionisation de fiasse. La concentration en diluant soluble inerte introduit par la conduite 37 et la vanne de réglage 38 est sur- veillée de la même manière- On supposera maintenant qu'il se torse une obstruction ou' un bouchon 22 dans au moins un conduit à oxygène 10 entre ses ex- trémités supérieure et inférieure, et on supposera que -1-1-oxygène liquide descendant dans ce conduit est rectifié par les vapeurs
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ascendantes.
Comme on 1. t'a. p!e.cédemment décrit à propos de la f!Zw-e 3, la co%}centrat.iOn--en--éthane 1iquide iédiateert au-dessus, du , bouchon se ,ne$ :t:. augroente:'
La concentration en diluant inerte *soluble dans la section supérieure du conduit obstrué 10 est suffisante pour supprimer le
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¯ T d'une extrémité à l'autre de ce conduit particulier et :raire cesser l'ébullition de l'oxygène liquide qui s'y produit.
Les con- duits 31 qui restent non obstrués continuent à fonctionner de la manière normale et ne sont pratiquement pas- affectés par le fait que le conduit 10 est rendu inactif- Les concentrations en éthane et en diluant inerte soluble dans les conduits restants 31 restent constantes du fait que ces conduits-ne sont pas bouchés-
On a précédemment énoncé que les avantages de la présente invention par rapport aux schémas de la technique antérieure con- sistant à introduire suffisamment de diluant soluble inerte pour aesensioiiiser toute la niasse, et qui sont les suivants : i-j ces
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pertes e-xtrérer,-ent faibles de diluant dans l'oxygène produit, 20) une contamination extrêmement faible par le diluant de l'oxygène produit, et 3 ) une augmentation négligeable-de la pression d'ali- mentation en air.
Le tableau suivant met en évidence ces avantages.-
TABLEAU B
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Diluant . dans viiuanr dans uonsoz-.mazi-on AUg'ffierH;;a;;On ue 02 liquide ----0-2 produit de diluant pression dans ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ (en ppm) ¯¯¯¯¯¯¯¯¯ la colonne inférieure #.#####-### ##########- -#
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Mole % ppm k/100 kgl cm-
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<tb> tonnes <SEP> 02
<tb>
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400 3,8 1,21 00023 700 6,6 2.15 0,0033 0,1 1000 9,4 z06 0,005:
L ---- ----
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<tb> 0,5 <SEP> 5000 <SEP> 41 <SEP> 15,3- <SEP> 0,028
<tb> 20 <SEP> 1900 <SEP> 620 <SEP> 1,61
<tb>
<tb> 50 <SEP> 4700 <SEP> 1535 <SEP> 4,35
<tb>
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Le diluant est du monochlorotrifluoromfithane- --- ¯¯¯ ¯ Bien qu'on ait décrit dlune-rane--Zre particulière l'inven- ¯tion à propos- de 1*ébulÙtîon 4'Loxygène liquide ne contenant prati- que ment pas d'azote, elle peut également s'appliquer pour éviter les dangers à]explosion dans..-D'importe quel Iïqu3-de-eni.rr-oxygêne obtenu à partir à"une usine de séparation fractionnée de 1 air.
Tel qu'il est employé dans le présent texte le terme "liquide enrichi
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en oxyginel-3e réfère â un liquide. -contenant plus que la concentra- tion normale, d'oxygène dans 1*air, c'est-à-dire 21 =¯A. itra d'e-xsrple, le liquide slaccumu lant dans la. cuve ou extrémité inférieure d'une colonne de rectification contient environ 50 % de o2 et constitue ainsi un liquide enrichi en oxygène- On fait souvent bouillir
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ce liquide dans un échangeur de chaleur pour retirer de la chaleur de la vapeur d'azote, et le liquide s'enrichit davantage en oxygène à mesure qu'il bout.
La rectification du liquide encore davantage ¯enrichi dans un conduit obstrué de l'échangeur. de chaleur augmente encore la concentration en oxygène en même temps qu'en impureté d'éthane provenant de l'atmosphère. Cette concentration est suffi- sante pour créer un fluide explosif et ôn peut employer efficacement la présente invention pour éviter ce danger.
Comme autre variante, on peut condenser au moins partiel- lement de l'air à pression plus élevée et l'utiliser comme fluide chaud en échange de chaleur avec le liquide enrichi en oxygène en ébullition.