Procédé pour la préparation de l'hydrogène par liquéfaction partielle<B>de</B> gaz contenant, outre l'hydrogène, de l'azote,<B>de</B> loxyde <B>de</B> carbone et<B>du</B> méthane. Dans le brevet antérieur no <B>93092</B> on a décrit un procédé pour l'extraction de<B>l'hy-</B> drogène d'un mélange de deux gaz très dif féremment volatils comme par exemple,<B>l'hy-</B> drogène et l'oxyde de carbone du gaz<B>à</B> l'eau. La présente invention est relative au cas plus complexe du gaz de ville, du gaz de fours<B>à</B> coke ou autres gaz analogues, trans formés par un traitement épuratoire préala ble en un mélange pur d'hydrogène, d'azote, d'oxyde<B>de</B> carbone et de méthane.
Elle re pose sur<B>la</B> découverte faite que les trois derniers gaz de ce mélange, c'est-à-dire le méthane, l'oxyde de carbone et l'azote sont, dans une large mesure, miscibles les uns dans les autres lorsqu'ils sont réduits sous la forme liquide. Ce fait, convenablement exploité, permet de surmonter les graves dif ficultés que causerait la congélation<B>du</B> mé thane, et même celle de l'oxyde de carbone au cas où on veut obtenir de l'hydrogène totalement débarrassé de ce gaz, comme il est important, en particulier pour la synthèse de l'ammoniaque.
Suivant ce procédé, on soumet le gaz traité, comprimé et préalablement refroidi par les gaz séparés, en le faisant circuler dans un appareil,<B>à</B> des températures pro- giessivement décroissantes depuis la tem pérature d'ébullition du méthane sous la pression atmosphérique jusqu'au voisinage de la<B>-</B>température de congélation de l'azote, dans des conditions telles que le-liquide ainsi produit reflue en sens inverse du déplacement du gaz.
Ce procédé peut être exécuté, par exem ple, comme suit: Un courant ascensionnel du mélange ga zeux considéré, préalablement refroidi par circulation en sens in-verse des gaz séparés, est soumis pendant son ascension, soit dans les tubes d'un faisceau, soit<B>à</B> travers les plateaux d'une colonne,<B>à</B> l'action d'une tem pérature régulièrement décroissante depuis la température d'ébullition du méthane- pur jusqu'au voisinage de la température de con gélation du plus réfractaire des trois gaz ci- dessus, c'est-à-dire de l'azote.
Il résulte du fait énoncé plus haut que, dans ces condi tions, le méthane, l'oxyde de carbone et l'a zote se condenseront successivement en mé langes liquides refluents renfermant de moins en moins de méthane et de plus en plus d'oxyde de carbone, puis d'azote et par suite de moins en moins congelables.
Il restera donc finalement de l'hydrogène gazeux seule ment souillé par la très petite quantité d'a zote qui peut subsister<B>à,</B> -une telle tempéra ture, Mais, comme il<B>y</B> a une très grande différence entre les points d'ébullition et de congélation extrêmes de ces liquides (-2910,5 <B>' C</B> et<B>-195,5 '</B> pour l'azote, -184' et<B>-</B> 164<B>'</B> pour CH,), on obtient les meil leurs résultats en collectant et utilisant sé parément en deux ou trois fractions les liquides successivement formés pendant Pas- cension, au lieu de recueillir en une seule masse le liquide refluent.
Ainsi, il restera finalement de l'hydro gène gazeux, comme il a été dit plus haut et cet hydrogène, qui est encore<B>à</B> l'état com primé, pourra fournir par sa détente avec production de travail extérieur, la basse tem pérature nécessaire<B>à</B> l'exécution du procédé. De préférence, pour que cette détente s'ef fectue en produisant le plus de froid possi ble, on réchauffera l'hydrogène comprimé avant sa détente et ce réchauffement pourra avoir lieu d'après les procédés connus.
Ce réchauffement de l'hydrogène comprimé pourra aussi être effectué en faisant circuler celui-ci dans un liquéfacteur alimenté par une partie du gaz comprim6 froid qui arrive <B>à</B> l'appareil de séparation; dans cette circu lation, l'hydrogène provoque par son froid la liquéfaction partielle de cette partie du gaz traité, et-, par conséquent-, sa, tempéra ture s'élève. Le liquide formé par cette liqué faction est envoyé<B>à</B> l'appareil de séparation du mélange gazeux. Ce n7est qu'après ce ré chauffement que l'hydrogène comprimé se défend et l'hydrogène détendu, donc très froid, se, rend<B>à</B> l'appareil de séparation pour <B>y</B> provoquer, par sa très basse température, la séparation finale du gaz traité.
La figure ci-jointe représente schéma tiquement,<B>à</B> titre d'exemple, un appareil pour l'exécution du présent procédé. Dans cette figure on n'a pas représenté les échangeurs de températures dans lesquels<B>le</B> mélange gazeux comprimé<B>à</B> traiter est refroidi par des dispositifs connus par les gaz froids sor tant de l'appareil de séparation.
Le mélange comprimé, purifié préalable ment comme il a été, dit précédemment,, et formé, par conséquent, d'hydrogène, d'azote, d'oxyde (le carbone et de méthane, arrive par le tuyau<B>A</B> et la plus grande partie pas sant par le robinet B pénètre dans l'appareil de séparation proprement dit; cet appareil, est constitué, par une colonne<B>C</B> renfermant deux faisceaux tubulaires de liquéfaction super <I>posés<B>D Y</B></I> munis<B>de</B> collecteurs<B><I>E E'.</I></B>
Le gaz arrivant par B s'élève, donc d'a bord dans les tubes du faisceau<B>D,</B> puis, après avoir traversé le second collecteur<B>E,</B> il s'élève dans les tubes du faisceau<B>Y.</B> Dans cette ascension le gaz passe successivement, Zn comme il sera expliqué, en des points de tem pérature de plus cri plus basse atteignant finalement en haut<B>de Y</B> une température voisine de la température de congélation de l'azote saturé d'hydrogène; dans ces condi tions la liquéfaction du méthane, de l'oxyde de carbone et clé l'azote se produit successive ment comme il a<B>été</B> expliqué plus haut, et les liquides refluent vers le bas<B>à</B> mesure<B>de</B> leur production pour s'écouler dans les col lecteurs<B>E</B> et<B>E.</B>
En<B>E,</B> c'est<B>du</B> méthane liquide contenant surtout un peu d'oxyde de carbone qui est collecté. Ce liquide est déversé par le tuyau F muni d'un robinet vers le milieu<B>de</B> la co lonne<B>C</B> dans laquelle règne une pression voi sine de la, pression atmosphérique.<B>Il</B> descend sur les plateaux successifs<B><I>0</I></B> G' G" etc. en s'évaporant du fait de la liquéfaction interne, perdant d'abord l'oxydé de carbone qu'il cou- tient et provoquant ainsi, autour du faisceau D, une gradation de température;
c'est du méthane<B>à</B> peu près pur qui se vaporise en H au bas de la colonne et pourra être recueilli. En<B>E',</B> c'est essentiellement un mélange d'oxyde de carbone et d'azote qui est collop-té: ce liquide, qui est beaucoup plus froid que le précédent, est déversé par I muni d'un ro binet, sur les plateaux supérieurs<B><I>J</I></B> J' J" etc. de la colonne<B>C. Il</B> descend de plateau eii plateau en perdant d'abord surtout, de l'a zote, puis. de l'oxyde (le carbone et provo quant autour du faisceau<B>Y</B> la gradation de température; il se joint sur le plateau<B>G</B> au liquide venu clé<B>E.</B>
Les liquides ainsi déversés peuvent être refroidis sous pression par le passage clés tubes (le remontée respectifs<B>à</B> l'intérieur de la colonne C.
Les gaz évaporés dans la colonne<B>C</B> se dégagent par les tubes<I>K K\</I> et L et peuvent être collectés en un mélange d'azote, oxyde de carbone et méthane vers l'un des coin- partiments internes d'un échangeur pour être ramenés<B>à</B> la température ambiante et être utilisés. On peut aussi conduire le méthane du tube K dans un compartiment<B>à</B> part de l'échangeur pour le recueillir séparément.
Comme il est très important de récluire au minimum les pertes de froid, on peut pro fiter de la, circulation plus faible des liquides <B>et</B> (les gaz dans la partie supérieure de l'ap pareil, pour diminuer<B>le</B> diamètre (le la par- tic de la, colonne C au-dessus clé<B>E',</B> ainsi que <B>le</B> diamètre ou le nombre des tubes dit faisceau<B>Y.</B>
Au delà du compartiment supérieur<B>d'é-</B> vaporation de la colonne C, garni clés<B>pla-</B> teaux<B>J,</B> le faisceau<B><I>Y</I></B><I> se</I> prolonge dans un a-Litre, compartiment<B>01</B> clé cette colonne où il est soumis, toujours sous sa pression initiale, <B>à</B> l'action d'une température obtenue, comme il va être dif, encore plus basse que celle de l'azote bouillant sous la pression atmosphé rique, de manière<B>à</B> parachever l'élimination clé l'oxyde de carbone.
<B>A</B> cet effet les gaz résiduels arrivant au haut<B>de D',</B> constitués par de l'hydrogène pratiquement pur sont conduits d'abord par P autour des tubes du liquéfacteur <B>Q</B> alimen tés par<B>B</B> d'une partie des gaz<B>à</B> traiter. L'hydrogène est ensuite détendu avec travail extérieur en<B>N.</B> Dans tout ceci, la vanne fi gurée en<B>8</B> est fermée. Le liquide formé dans ce liquéfacteur <B>Q</B> est évacué avec de l'hydro gène non liquéfié vers le collecteur<B>E</B> par T muni d'un robinet. Mais pour que cette cir culation soit suffisante, il faut, grâce<B>à</B> -un réglage convenable<U>de</U> la vanne B, qu'une quantité convenable du gaz<B>à</B> traiter, au lieu du trajet par B, suive le trajet<B>B<I>Q</I></B><I> T.</I>
Pour la mise en route et le remplissage initial on ferme les vannes T'<I>et</I> B, on ouvre <B>8</B> et on met le détendeur en route.
Le mélange gazeux comprimé venant <B>A</B> passe par<B>8;</B> de<B>là</B> une partie se détend dans le détendeur<B>N</B> et le gaz détendu passe par<B>0</B> dans le compartiment<B>AI</B> autour des tubes du faisceau<B>Y</B> pour sortir en V. L'au tre partie du gaz comprimé venant de<B>8</B> passe par<B>U,</B> par l'extérieur des tubes du liquéfacteur <B>Q</B> et par le tuyau P pour abou tir<B>à</B> l'intérieur des faisceaux -tubulaires<B>Y</B> et<B>D.</B> Sous l'action du froid du gaz détendu en<B><I>N</I></B> et circulant autour du faisceau<B>Y</B> comme dit ci-dessus, la partie du gaz com primé qui se trouve<B>à</B> l'intérieur cl-Lu faisceau <B>Y</B> se liquéfié au bout d'un certain temps de fonctionnement;
le liquide produit dans le haut de<B>Y</B> s'écoule dans<B>E',</B> d'où il est dé-- versé par I dans la colonne. Quand celle-ci est remplie, on ferme<B>8,</B> on ouvre B, on règle T\ au débit voulu et la fabrication commence. L'hydrocène détendu sort par V vers l'échan geur, on règle la pression<B>à</B> la valeur néces- saire pour que la quantité de liquide en jeu demeure constante.
On peut aussi effectuer ce remplissage initial en fermant B et T, ouvrant<B>8</B> et en- -ffiyant dans la colonne<B>C</B> par le robinet X le liquide formé en fin de détente qui s'é coule au bas de<B>M.</B>
Pour augmenter le rendement ftigori- fique de la détente on pourra faire passer non seulement l'hydrogène, maïs l'azote et l'oxyde de carbone au sortir<B>de</B> la colonne, <B>à</B> travers (les liquéfacieurs appropriés alimen tés aussi par une partie dit gaz<B>à</B> traiter.