Procédé pour liquéfier nu constituant corrosif d'un mélange gazeux contenant également des gaz qui sont beaucoup plus difficilement liquéfiables que ce constituant corrosif. La présente invention concerne un procédé pour la liquéfaction d'un constituant corrosif d'un mélange gazeux que -l'on ne peut mani puler dans des compresseurs ordinaires à cause de son action destructive sur les métaux et les lubrifiants dont on fait usage dans la construction et le fonctionnement de ces com presseurs.
Dans le procédé selon l'invention, on com prime le mélange â une pression n'excédant pas sensiblement deux atmosphères, refroidit le mélange comprimé, dans une zone de basse température, suffisamment pour liquéfier une forte proportion du constituant corrosif et ramène le liquide ainsi produit en contact, dans un appareil de rectification, avec du gaz relativement chaud allant à ladite zone de basse température, pour expulser du liquide les gaz dissous.
Comme exemples de mélanges de ce genre, on peut mentionner le chlore impur, les gaz de combustion contenant de l'anhydride sul fureux, avec plus ou moins d'acide sulfurique, et le mélange de réaction obtenu dans la chloruration de méthane, les constituants à liquéfier des mélanges cités étant, respective ment: le chlore,- l'anhydride sulfureux et des chlorures de carbone.
En ce qui concerne par exemple la pré paration de chlore liquide en partant de mé langes de gaz contenant du chlore, on sait que sa température et sa pression critiques sont telles que cette préparation ne présen terait pas de difficulté considérable, si ce n''était sa grande activité chimique. La diffi culté est grandement accrue si des impuretés gazeuses sont associées avec le gaz.
Le gaz chlore du commerce, même lors qu'il est produit électrolytiquement, n'a pas habituellement une grande pureté et il peut contenir jusqu'à 15 /o d'impuretés, principale ment de l'air et de l'hydrogène. Par l'appli cation de la loi de Dalton, on peut voir que, lorsqu'on soumet à une réfrigération un mé lange gazeux contenant du chlore et un ou plusieurs autres gaz, les gaz mélangés avec le chlore ne subissant pas de liquéfaction dans les conditions où l'on opère et étant sensiblement insolubles dans le chlore liquide,
le pourcentage du chlore présent qui échap pera à la liquéfaction est donné par l'expression
EMI0002.0003
dans laquelle<I>a</I> est le pourcentage d'inipui-etés contenues dans le mélange; P, la pression absolue à laquelle le mélange est sousmis et p la tension de vapeur du chlore à la témpérature existante.
C'est-à-dire que le pourcentage du chlore qui se liquéfiera est:
EMI0002.0010
II est évident que<B>Foi,</B> peut augmenter cette valeur soit en augmentant la pression sur le mélange, soit en refroidissant ce mé- lan ge (en réduisant 1ï). Si l'on suppose, pour le chlore impur, une pureté de 85 /o et si l'on se reporte à la, courbe de tension de vapeur du chlore, on voit que, pour assurer une liquéfaction sensiblement complète du chlore, il est nécessaire d'avoir recours soit à une haute pression, soit à une très basse température.
On fait usage concurremment, à l'heure actuelle, tant d'une réfrigération que d'une pression pour liquéfier le chlore du gaz impur ; niais, avec le degré de refroidissement employé, la pression nécessaire pour liquéfier même une proportion modérée du chlore est très élevée. Puisque l'on ne peut pas faire usage de compresseurs ordinaires, on rencontre beau coup de difficulté à assurer une pression d'où résulte un degré acceptable de liquéfaction. On emploie divers types de compresseurs compliqués, tels que ceux dans lesquels le chlore est déplacé par de l'acide sulfurique lequel est, à son tour, déplacé par un plon geur ou par de l'air.
On fait également usage de compresseurs dans lesquels le chlore impur est entraîné dans une colonne d'acide sulfurique tombant d'une grande hauteur. Tous ces appareils sont encombrants et cofi- teux à faire fonctionner, les difficultés de fonctionnement augmentant rapidement à me sure qu'augmente la pression à laquelle le chlore est livré.
:Avec les pressions que l'oii peut atteindre industriellement, la liquéfaction est loin d'ètre complète et l'on utilise généralement le chlore qui échappe à la liquéfaction cri en faisant du chlorure de chaux, forme sous laquelle le chlore a moins (le valeur qu'à l'état non combiné. De plus, les pressions que l'on en i ploie favorisent la contamination dit chlore liquide en déterminant la dissolution d'im puretés gazeuses dans celui-ci.
Le procédé selon l'invention fait usage de basses pressions pour la liquéfaction en abaissant la température pour obtenir l'effet liquéfiant voulu.
Pour en revenir à l'expression (1), on voit que, si l'on traite un mélange à 8.5 ;'o de chlore à une pression manométrique de Î03 grammes par centimètre carré (1.277 nim, pression absolue), la tension de vapeur du chlore ne peut pas dépasser 460 mm dans la zone réfrigérée finale si l'on veut liquéfier 90 /o du chlore. Ceci correspond à une température de - 4-1o C.
Dans des conditions similaires, avec une température de - 75' C, au point le plus froid, on peut liquéfier pres que 99 0'o du chlore. On ne peut obtenir d'aussi basses températures avec les réfrigé- rants ordinaires comme l'anhydride carbonique, l'ammoniaque et l'anhydride sulfureux ; mais on peut les produire facilement par d'autres réfrigérants: par exemple, l'éthane ou dimétlivle.
Il est évident que 1'o11 petit facilement obtenir, en faisant usage d'un réfrigérant, à bas point d'ébullition, de ce genre une tem- purature de, - 75' C, à laquelle on peut liqué- fier sensiblement 99 % du chlore contenu dans un mélange à 85 /o.
Le chlore de mélanges gazeux petit donc être liquéfié avec des températures telles, dans la zone la plus froide, qu'il ne faut que des pressions de l'ordre de deux atmosphères, pression absolue, pour condenser 95 0,l,, ou davantage, du chlore présent lorsqu'on traite des mélanges chlorés d'une pureté telle que celle dont il a été question ci-dessus.
On peut en exécutant le procédé selon l'invention appliquer des températures similaires à la liquéfaction de chlore en partant de mélanges d'une pureté moindre, ce qui permet d'obtenir un avantage correspondant .bien que, dans ce dernier cas, le pourcentage du chlore liquéfié soit moindre. Le procédé selon l'invention permet la liquéfaction, en partant de mé langes corrosifs, de gaz autres que le chlore qui exigent un refroidissement final à des températures de l'ordre de celles dont il a été question, si l'on veut obtenir une ex traction acceptable sans dépasser certaines pressions très modérées telles que celles que l'on peut obtenir avec un appareil simple et efficace, en dépit de la nature corrosive du mélange traité.
Les températures envisagées sont inférieures à celles que l'on peut obtenir avec l'anhydride carbonique et permettent la liquéfaction industrielle du chlore de mélanges qui sont trop dilués pour être traités par les procédés actuels; mais la principale appli cation du procédé faisant l'objet de l'inventicn sera probablement celle qu'on en fera à des mélanges chlorés de pureté relativement élevée, le rendement en chlore à l'état liquide pou vant être augmenté à volonté jusqu'à sen- siblement 100 %.
On va maintenant décrire une forme de réalisation de l'invention, en se reportant pour cela au dessin schématique ci-joint, en sup posant, à titre d'exemple, qu'on fait usage d'éthane en guise de réfrigérant et que le constituant à liquéfier est du chlore.
Le chlore impur, arrivant en<B>A</B>, pénètre dans l'appareil à travers le serpentin 20 où il est refroidi à une température d'environ - 250 C. Dans ce serpentin, il peut se produire une certaine liquéfaction et Je liquide et le gaz combinés passent de là, par le tuyau 3, à la colonne de rectification 2, dans laquelle la pression peut être de 700 à 1.050 grammes (pression manométrique). Le chlore déjà liquéfié retombe à travers la colonne 2 sur les tamis de rectification inférieurs 22, tandis que le chlore gazeux et ses impuretés gazeuses s'élèvent à travers d'autres des tamis de rectification supérieurs 22 où ils sont ren contrés par le chlore liquide surrefroidi re tombant du condenseur à reflux 1.
Ce liquide surrefroidi condense davantage de chlore du mélange gazeux jusqu'à ce que sa propre température se trouve élevée à son point d'ébullition dans les conditions de pression existantes. Il s'effectue ainsi, là, une nouvelle liquéfaction de chlore à une température bien supérieure à la température minimum régnant dans le condenseur 1 et, simultanément, un réchauffage du chlore condensé à une tem pérature où son pouvoir dissolvant à l'égard des gaz dissous est beaucoup réduit.
Le mélange gazeux contenant encore du chlore non condensé passe au condenseur à reflux 1, qui est maintenu à une température d'environ - 750 C, comme ce sera décrit ci- dessous. Là, le dernier restant de chlore condensable est enlevé et les impuretés ga zeuses, avec la petite quantité de chlore qui peut rester encore, sortent et sont déchargées en 21. Le chlore liquide venant du conden- seur 1 retombe, comme cela a été décrit ci- dessus, sur les tamis 22 de la colonne de rectification 2 et est réchauffé et perd les impuretés gazeuses y dissoutes.
Le liquide descendant s'augmente de cette quantité con densée du courant de gaz ascendant et de la quantité pénétrant par le tuyau ou conduite 3 et déjà liquéfiée dans le serpentin 20. La totalité du liquide descendant au delà du point d'entrée de la conduite 3 tombe sur les tamis de rectification de la colonne, où ce liquide .est de nouveau rectifié par les vapeurs ascen dantes s'élevant du chlore liquide qui se rassemble au bas de la colonne 2 où, finale ment, tout le liquide est rassemblé en B. Le liquide ainsi rassemblé est du chlore sen siblement pur et existe à la température correspondant au point d'ébullition du chlore liquide pur, à la pression régnant dans la colonne de rectification. On peut alors, à volonté, le tirer ou le charger, en 23, dans les récipients destinés à le recevoir.
Ces ré cipients, qui peuvent avantageusement être des cylindres en acier, sont de préférence refroidis à une température de - 250 C, avant qu'on y fasse couler le chlore liquide. Comme cette température est inférieure au point d'ébullition, à la pression régnant à l'intérieur de la colonne, il n'en résulte aucune vapori- cation du chlore liquide. On ferme ensuite les valves existant sur les cylindres de chlore liquide et ceux-ci sont prêts pour l'expédition.
A mesure que la température dit cylindre et de son contenu s'élève à celle de l'atmosphère, la pression augmente, bien entendu, dans ce cylindre, mais reste bien en dedans des limites permises dans l'emmagasinage et l'expédition des gaz liquéfié. Le bain de refroidissement 19 petit avantageusement être de dimensions telles et être situé de telle sorte que l'on puisse placer les cylindres dedans pour les refroidir et les y laisser durant le remplissage.
La basse température du condenseur 1 est maintenue par de l'éthane liquide qui est produit de la façon suivante : L'éthane est pris à la conduite 5 par le coinpresseiir < 1 et est déchargé dans la conduite 6 à une pression d'environ 56 kilogrammes par centimètre carré, par exemple. L'éthane à haute pression passe ensuite au refroidisseur 7, oit sa température est ramenée à peu près à celle de l'atmos phère. Durant cette phase de l'opération un peu d'éthane peut se liquéfier.
L'éthane re froidi passe après cela à l'échangeur de cha leur S où il est soumis à la température de l'éthane à basse pression, vaporisé dans le condenseur 1, l'éthane à haute pression passant à travers la chambre 9 et l'éthane à basse pression, froid, passant, à contre-courant, à travers l'enveloppe 10. Tout éthane non liquéfié dans le refroidisseur 7 est liquéfiï: dans l'échangeur de chaleur S et refroidi au dessous cle sa température de condensation.
Le réfrigérant est ensuite détendu en 12, dans l'espace entourant le condenseur 1, la pression qui règne dans cet espace étant de préférence maintenue à environ 1.050 grammes (au manomètre). L'éthane liquide bout, à cette pression, en raison de la chaleur qu'il enlève aux gaz pénétrant dans les tubes du condenseur, et l'éthane gazeux ainsi produit s'échappe en 13 pour se rendre à l'enveloppe 10 de l'échangeur de chaleur S.
De l'enveloppe 10, l'éthane gazeux, à basse pression, passe à henveloppe 14 de l'échangeur de chaleur 15 où il refroidit une saumure susceptible de rester liquide à une température de ---- 25" et au-dessous. L'éthane gazeux est ensuite déchargé, par le tuyau 5, au côté aspiration du compresseur 4, ce qui complète le cycle. Un branchement 11, prévu dans le circuit de l'éthane, permet de remplir le système, ou de le vider, et de remplacer ce qui a pu s'échapper par des fuites.
La saumure dont il vient d'être question est mise en circulation à travers le passage 16 de l'échangeur (le chaleur 15 par la pompe 17. Après avoir été refroidie dans l'échangeur de chaleur 15, la saumure passe, par le tuyau<B>18,</B> au re froidisseur 19 dans lequel est immergé le serpentin refroidisseur de chlore, 20, et elle est ensuite ramenée à. l'échangeur de chaleur 15.
On notera que, dans le procédé décrit, une réfrigération est appliquée au chlore en deux point, à savoir : dans le serpentin 20 et dans le condenseur 1, étant entendu qu'une grande partie de la condensation est effectuée par le liquide surrefroidi tombant du con- denseur et rencontrant les gaz ascendants.
Cette disposition est suceptible d'être modifiée de diverses faons, par exemple en changeant le degré de réfrigération dans le serpentin 20, ou en supprimant la réfrigération en ce point, ou en introduisant une ou plusieurs autres sources moins intenses de réfrigération dans la colonne, au-dessous du condenseur final.
Comme le chlore pénétrant dans l'appareil contient un peu d'eau et d'autres impuretés, qui seront liquéfiées ou solidifiées dans le serpentin 20, le bain 19 et le serpentin 20 sont doublés en 19-l et 20-1 de façon qu'un des refroidisseurs de chlore soit toujours dis ponible s'il est nécessaire d'en mettre un hors d'action dans le but d'enlever toutes im puretés qui ont pu s'y rassembler.
La tuyau terie est disposée de telle sorte qu'on peut introduire, en 24, un gaz tel que l'air et le faire passer à travers le serpentin 20, ou le serpentin '220-1, pour faire fondre, ou dégeler, toutes impuretés qui peuvent s'être congelées dedans, la saumure entourant le serpentin à dégeler ayant été. au préalable, transférée à l'autre bain. Le produit du dégèlement est évacué chi serpentin en 25 et on en dispose d'une manière convenable quelconque.