CH115399A - Procédé pour la séparation d'un mélange gazeux en ses constituants par liquéfaction et rectification, et installation pour l'exécution de ce procédé. - Google Patents

Description

  Procédé pour la séparation d'un mélange gazeux en ses constituants par liquéfaction  et rectification, et installation pour l'exécution de ce procédé.    La présente invention comprend un procédé  pour la séparation     d#un    mélange gazeux en  ses     constituants    par liquéfaction et rectification,  et une installation pour l'exécuter. Ce procédé  peut servir, par exemple, à l'obtention séparée  de     l'oxygène    et de l'azote de l'air, et être  mis en     ceuvre    comme indiqué .ci-après à l'aide  d'une installation du genre de celle représentée  schématiquement au dessin annexé.  



  Dans cet exemple d'exécution, l'air à trai  ter, convenablement     épuré,    passe dans un  compresseur à basse pression Ci     oii    il est  comprimé à une pression de peu d'atmosphères,  la chaleur développée par cette opération en  étant éliminée par de l'eau     qui    refroidit les  parois du cylindre du compresseur Ci et par  un refroidisseur extérieur si qui réduit la  température de l'air après ladite première  phase de compression, pour l'abaisser jusqu'à  ne     différer    que peu de la température du fluide  de refroidissement du refroidisseur.

   A sa  sortie du compresseur à basse pression, l'air  est divisé en deux parties: Une partie P de  l'air traverse le robinet Ri et passe à l'échan-         geur    thermique     Si    constitué par un serpentin  à deux tubes coaxiaux ou emboîtés. Cette  partie de l'air passe par le tube interne     du-          dit    serpentin, tandis que dans son tube externe  circule, comme on verra plus bas; en sens  inverse de la partie d'air P qui passe par le  tube interne, une certaine quantité     x    d'azote  qui a déjà été rectifiée et qui est très froide.  



  Dans le serpentin précité, la partie d'air  P se refroidit en maintenant presque constante  sa pression, jusqu'à une température très basse  et en sortant du serpentin     Si,    il est débité  à cette pression dans une colonne de liqué  faction et de rectification U par un tube<B>A</B>.  L'autre partie Pi, de l'air comprimé dans le  compresseur Ci passe au contraire par le  robinet     Ra    et par un second compresseur,<B>C:,</B>,  dans lequel elle est comprimée jusqu'à la  pression maximum atteinte au cours du tra  vail. De cette façon une partie seulement de  l'air traité est comprimée jusqu'à cette pression       maximum,    en vue d'une économie de travail.

    Dans le compresseur     C8,    aussi, la compression  a lieu avec élimination de la chaleur au      moyen d'eau de refroidissement. Après sa sortie  du compresseur     Cs,    la     quantité    d'air Pi tra  verse le refroidisseur à eau     s2    on, sa pression  restant presque constante, il prend environ  la     température    de l'eau de refroidissement,  après quoi il passe dans le tube intermédiaire  d'un serpentin à trois tubes coaxiaux ou  emboîtés     S_,,    dont le tube interne est traversé  en sens inverse par l'oxygène et par la quan  tité restante     J    d'azote qui sont déjà rectifiés  et froids.

   Dans le serpentin 82, la quantité  d'air Pi se refroidit à pression constante  jusqu'à une     température    beaucoup plus basse  que celle de     l'atmosphère    environnante.  A sa sortie de     SQ,    la quantité d'air Pi se  divise en deux portions.

   L'une traverse le  robinet Ris et va à un     détendeur-expanseur    e       oii    elle se détend et refroidit en accomplissant  un travail extérieur, après quoi cet air aussi  est amené dans la colonne de rectification  par le tube     9..    L'autre portion au contraire  est liquéfiée et     sur-refroidie    (environ à la  pression maximum atteinte dans le compresseur  CE) par un serpentin<B>83</B> à deux tubes emboîtés,  dont elle traverse le tube interne, tandis que  dans le tube externe de ce serpentin circule  la quantité     J    d'azote qui ensuite ira circuler  dans le tube externe du serpentin     Sz.     



  L'air liquéfié et très froid dans le ser  pentin     83,    aussitôt sorti de celui-ci, traverse       ni)    robinet     .R.4    en se détendant jusqu'à la  pression existant en C oit l'air est débité  dans la colonne de rectification U. Cette  pression en C est de 4     orr    5 atmosphères.  En haut de la colonne, la pression sera un  peu plus haute que la pression atmosphérique.  



  L'air qui a été ainsi introduit dans la  colonne par À est obligé de passer en mon  tant, entre des disques à bords relevés ou  cuvettes D, dont l'ensemble forme une espèce  de tampon interposé en vue d'obliger la plus  grande partie de l'oxygène à se condenser  en bas de la colonne. L'oxygène liquide débor  dant des cuvettes du tampon, descend au fond  de la colonne U, d'où il passe par la tubulure     E     au robinet     R,,    qui le laisse se détendre à la  pression existant au point     r    où il est ramené  dans la colonne. L'oxygène refroidi par cette    détente sans travail extérieur et ramené dans  la colonne en     F,    va remplir des cuvettes  supérieures G semblables à celles D.

   Le  liquide contenu     dans    ces cuvettes G, débar  rassé de plus en plus de l'azote qu'il peut  encore contenir,     ait    fur et à mesure qu'il       descend        _    par les bords de déversement des  cuvettes, remplit les bacs H et Hi ainsi que  la chambre entourant l'échangeur thermique  à faisceau tubulaire I prévu au-dessus des       cuvettes    D. En bas de celui-ci, l'oxygène  sera complètement exempt d'azote;     en    haut  par contre ou aura l'azote exempt     d'oxygène.     



  L'azote totalement liquéfié dans les tubes  <I>L</I> logés à l'intérieur du bac<I>H</I>     au-dessous     des cuvettes G et dont l'extrémité supérieure  est fermée, remplit les cuvettes<I>JI</I> disposées       a,    l'intérieur du bac H au-dessous des tubes  L et dont la supérieure contiendra de l'azote  presque pur à une pression sensiblement égale  à celle de la partie inférieure de la colonne.

    Cet azote liquide     traverse    le robinet R, en  se détendant     jrisqu'à    la pression qui règne  dans la partie supérieure de la     colonne,    et  revient par     l'entrée        T'    dans la colonne de  rectification     U,    remplit les cuvettes supérieures  de la colonne U     oii    il est rectifié, l'azote  gazeux s'en     dégageant,    tandis que l'oxygène  encore contenu     dans    l'azote, et tout oxygène  venant des plateaux     q    descendent liquides  vers le bas.

       Ii    est la prise des vapeurs  d'azote qui descendent jusqu'en 1, où elles se  divisent en deux courants: La partie d'azote  x circule dans le tube externe du serpentin  <B>Si;</B> la partie     d*azote    y, par contre, circule  dans le tube externe du serpentin     S3    pour  refroidir l'air qui parcourt les deux serpentins       À5'     et     83.     



  La partie d'azote y, après avoir traversé  le serpentin Si. passe dans le tube externe  du serpentin , où il cède ses frigories à  l'air y circulant en sens inverse. Les vapeurs  d'oxygène sortant par z sont amenées par le  tube 2 au tube interne du serpentin     Sr    et en  semble avec la partie d'azote y circulant dans  le tube externe de ce serpentin, elles refroi  dissent l'air à la pression maximum; dans la pre  mière partie de son parcours de refroidissement.

Claims (1)

1. REVENDICATION I: Procédé pour la séparatiôn d'un mélange gazeux en ses constituants par liquéfaction et rectification, caractérisé en ce qu'une partie du mélange à séparer est comprimée seulement à, basse pression et refroidie environ à cette pression jusqu'à une température très basse sans lui faire subir aucune détente, que l'autre ' partie du mélange est au contraire comprimée jusqu'à la pression maximum de compression, et refroidie environ à cette pression jusqu'à une température plus basse que celle de l'atmosphère environnante, après quoi elle est divisée en deux fractions,

   dont une se détend avec production de travail extérieur jusqu'à la même pression que la partie du mélange qui a été comprimée et refroidie à basse pression, avec laquelle elle est amenée au-dessous des plateaux inférieurs d'une colonne de rectification, tandis que l'autre fraction du mélange, comprimée jusqu'à la pression maximum, après avoir été liquéfiée environ sous cette pression, est détendue sans travail extérieur presque jusqu'à la pression à laquelle les deux autres portions du mélange ont été introduites dans la colonne, et est amenée au-dessus des plateaux inférieurs de la colonne rectificatrice, cette disposition ayant pour effet de produire une première séparation des constituants du mélange.

   SOUS-RE VEND ICATIONS 1 Procédé. suivant la revendication I, carac térisé en ce que le détendeur travaille entre la pression maximum et une pression intermédiaire supérieure à celle atmos- phériqu e. 2 Procédé selon la sous-revendication 1, dans lequel le gaz liquéfié au bas de la colonne est amené à une partie plus haute de la colonne, oie. la pression est moins forte; et où, par sa vaporisation, il provoque la liquéfaction du reste du mélange.

   3 Procédé selon la sous-revendication 2, pour la séparation de .l'oxygène et de l'azote de l'air, dans lequel l'oxygène liquide obtenu au bas de la colonne, à une pression intermédiaire entre celle maximum et la .:pression atmosph.ériqLïe, est amené à une partie- plis haiito de la colonne, oii règne une "pression plus faible, et -où il traverse d'abord une. série de plateaux de rectifi cation pour arriver ensuite à un échangeur de température, oïl, par sa vaporisation, il provoque la liquéfaction de l'azote à la pression intermédiaire. 4.

   Procédé selon la sous-revendication 3, dans lequel l'azote liquéfié est amené tout en haut de la colonne, sur une série de pla teaux de rectification disposés au-dessus de ceux sur lesquels se. déverse l'oxygène liquide.

   REVENDICATION II: Installation pour la mise en ceuvre du procédé selon la revendication -I, comportant un compresseur pour aspirer et comprimer la totalité du mélange gazeux à traiter, des moyens pour diviser le mélange gazeux ainsi comprimé en deux portions, un second com presseur destiné à poursuivre la compression jusqu'à la pression maximum du cycle sur une de ces portions seulement du mélange comprimé, des échangeurs thermiques à ser pentins formés d'éléments emboîtés les uns dans les autres et servant à produire un re froidissement des portions de mélange gazeux comprimé par échange de température entre les fluides circulant dans les éléments de ces serpentins, un détendeur dans lequel agit seulement une partie du mélange comprimé dans le second compresseur,

   et une colonne de liquéfaction et de rectification renfermant dans sa partie inférieure un groupe de pla teaux de rectification auquel sont amenées les deux dites portions du mélange gazeux. SOUS-REVENDICATIONS 5 Installation selon la revendication II, dans laquelle la colonne de liquéfaction et rec tification renferme trois groupes différents de plateaux de rectification et deux dis positifs d'échange thermique alternant avec lesdits groupes de plateaux, dont le groupe intermédiaire est disposé au-dessous du dispositif d'échange thermique produisant la liquéfaction de l'azote, pour recevoir l'azote presque exempt d'oxygène, que l'on fait revenir dans la partie supérieure de la colonne de rectification.

   6 Installation suivant la revendication II, telle que décrite ci-dessus en regard du dessin annexé.