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Procédé de décomposition et de liquéfaction de mélanges gazeux, en particulier de l'air, en leurs parties constituantes. la présente invention a pour objet un procédé pour la décomposition de mélanges gazeux et en particulier de l'air,en leurs parties constituantes,caractérisé en ce que l'air comprimé à décomposer est subdivisé en deux parties dont l'une,partant de le température de l'atmosphère ,est détendue dans une machine de détente,est conduite, le cas échéant,au travers d'une partie de l'échangeur de températures, et est introduite dans la colonne de pression d'un appareil séparateur à deux eolonnes, tandis que l'autre partiede l'air frais comprimé, après passage au travers de l'échangeur de température,refroidi de l'azote sortant,et par le vaporisateur de la colonne de pression,
est détendue dans cette dernière par l'intermédiaire d'une soupape d'étranglement. la machine d'expansion amène alors l'air fraisde la température or- dinaire à une basse température ,et décharge ainsi l'échangeur de température de telle sorte que celui-ci ne doit pas céder de froid à la partie de l'air frais traitée dans la machine. La température de l'azote sortant de l'échangeur de températures est
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alors utilisée encore pour sécher et épurer l'air fris.
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Le principe de l'invention consiste ainsi en ce que le cou- rant d'airfraisest divisé d'une manière rationnelle de telle sorte qu'une partie refroidie à la température de l'atmosphère, va dans la machine à expansion,et de là,après avoir traversé l'é- changeur de températures, dans la colonne de pression de l'apparei à deux colonnes,tandis que l'autre partie,passant dans l'échangeux de températures et le vaporisateur,est amenée détendue,par une soupape d'étranglement,dans la colonne de pression de l'appareil à deux colonnes.
L'appareil a,suivant le dessin annexé, la eunfor mation suivante : la partie de l'air comprimé à décomposer détendes, en partent de la température de l'atmosphère dansune machine de détente,va de *1 par 2 dans une partie de l'échangeur de températures 7,après avoir,le cas échéant,traversé encore le serpentin 3 du vaporisateu 16,et arrive en 4 dans la colonne de pression 5 de l'appareil à deux colonnes,tandis que l'autre partie de l'air frais comprimé, après avoir passé par l'échangeur de températures '7,refroidi de l'azote sortant,et par le vaporisateur 3 de la colonne de pres- sion,est détendue dans cette dernière au moyen d'une soupape d'étranglement 8. En 9, cet air détendu arrive dans la colonne de pression 5.
Les gaz perdus froidsde la machine d'expansion sent introduits en 1,comme expliqué plus haut.
La marche ultérieure de l'exécution du procédé est la suivante
L'azote liquide qui se forme dans le condenseur 10 s'amasse dans la cuvette 11,passe ensuite par la conduite 12,la soupape 13 et la conduite 14,et est envoyé à la partie supérieure,en 15)dans la colonne à basse pression. De même,l'oxygène liquide à 40 % environ,qui s'amasse au fond du vaporisateur 16 est amené par la conduite 17 la soupape 18 et l'arrosoir 19, à un endroit approprié de la colonne supérieure.
On procède donc,suivant l'invention,de telle sorte qu'en uti- lisant l'expansion adiabatique des gaz,en maintient l'appareil séparateur d'une manière continue dans un état de froid en excès, de façon à pouvoir traiter directement, dans une machine d'ex-
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pansion,une partie de l'air comprimé nécessaire pour effectuer la
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séparation. On est ainsi à même d'amener à l'appareil séparateur, aussitôt après sa mise en service,de grandes quantités d'air forte ment refroidi,ce qui présente sur le procédé par étranglement généralement employé jusqu'ici, l'avantage d'arriver immédiatement et sans perte de temps, au point culminant du froid (par exemple de-209 à -140 ) ,qui n'est atteint sans cela que graduellement et très lentement.
Jusqu'ici,on n'employait des machines d'expansion travaillant de cette manière que pour la liquéfaction de l'air dans des appa- reils dits "à colonne unique" où il ne s'agissait pas d'obtenir de l'oxygène à haut pourcentage .Il est impossible de faire pas- ser dans la machine d'expansion la grande proportion de gaz né- @ cessaire pour l'obtention de cet effet avantageux de froid ou de liquéfaction, sans gêner considérablementla séparation des gaz qu'opta en vue.
Toutefois, on remédie à ces inconvénients en em- ployant le procédé de la présente invention,et il est démontré que l'emploi de la machine d'expansion,effectué en observant un cycle bien déterminé ,pour la séparation de l'air dans des appa- reils séparateurs à rectification multiple, est accompagné d'avan tages importants tant au point de vue économique qu'au point de vue thermo-dynamique, 'explication de ce phénomène réside en ce que l'air adiabatiquement dilaté dans une machine d'expansion, est soufflé dans la première colonne séparatrice (colonne d'épura tion préalable ou de distillation) et cela de telde sorte que l'air frais sous pression,sans aucun refroidissement préalable appréciable,
arrive directement dans la machine d'expansion.On obtient ainsi la meilleure liquéfaction possible de l'air et on obtient dans la première colonne,un avant-produit ayant une teneur en oxygène de 40 à 50 %. Partant dece fait que pour le refroidisse ment préalable del'air'dil até il ne faut que des quantités de chaleur moindres,on obtient par conséquent le produit liquide d'une manière beaucoup plus économique que précédemment.
En effet, c'est seulement ce liquide riche en oxygène qui,l'aide du procédé de l'invention,est obtenu d'une manière vraiment économique,
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sans comparaison avecles autres méthodes actuellement employées, que l'on amène à l'effet de rectification ultérieure,/ dans les
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les autres colonnes,pour être traité dans ces colonnes de manière à obtenir de l'oxygène pur à 99 % et plus,qui peut être également prélevé à l'appareil sous forme de liquide.
Les avantages de l'invention sont les suivants :
Le temps de mise en marche de l'appareil,séparateur, est sensi- blement réduit. Cette réduction est estimée à environ 50 %. L'éco- nomie de force motrice au cours de la mise en marche est également appréciable,d'autant plus que la machine à expansion donne de la force. L'économie de force motrice est estimée à 10 % de telle sorte qu'en dehors de la réduction du temps de mise en marche, on obtient encore une économie d'énergie.
Le procédé combiné décrit ci-dessus permet aussi de donner à l'échangeur de températures des dimensions beaucoup moindres que d'habitude ,cer cet échangeur ne doit pas être dimensionné pour la totalité de l'air traité,mais seulement pour une petite partie de cet air. Comme en outre, par suite des phénomènes isentropes qui se produisent,la quantité de froid produite est plus grande que celle qui est nécessaire pour le refroidissement du mélange gazeux! haute pression,il se produit dans l'appareil séparateur un excès de froid très considérable,qui est alors utilisé pour en- lever au mélange d'air frais sous pression toute son humidité et les autres impuretés (acide carbonique). Le froid en excès est employé pour d'autres'usages industriels secondaires,par exemple , pour la production de glace ou la réfrigération.
REVENDICATIONS.
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Process for the decomposition and liquefaction of gas mixtures, in particular air, into their constituent parts. the present invention relates to a process for the decomposition of gas mixtures and in particular of air, into their constituent parts, characterized in that the compressed air to be decomposed is subdivided into two parts, one of which, starting from the temperature of the atmosphere, is expanded in an expansion machine, is conducted, if necessary, through part of the temperature exchanger, and is introduced into the pressure column of a two-column separator , while the other leaves compressed fresh air, after passing through the temperature exchanger, cooled by the outgoing nitrogen, and through the vaporizer of the pressure column,
is relaxed in the latter by means of a throttle valve. the expansion machine then brings the fresh air from the ordinary temperature to a low temperature, and thus relieves the heat exchanger so that it does not have to give cold to the fresh air part processed in the machine. The temperature of the nitrogen leaving the heat exchanger is
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then used again to dry and purify fried air.
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The principle of the invention thus consists in that the flow of fresh air is divided in a rational manner so that a part cooled to the temperature of the atmosphere, goes into the expansion machine, and from there , after passing through the temperature exchanger, into the pressure column of the two-column apparatus, while the other part, passing through the temperature exchanger and the vaporizer, is brought relaxed, by a valve throttle, in the pressure column of the two-column device.
The apparatus has, according to the appended drawing, the following eunformation: the part of the compressed air to be decomposed expansions, starting from the temperature of the atmosphere in an expansion machine, ranges from * 1 by 2 in a part of the temperature exchanger 7, after having, if necessary, still crossed the coil 3 of the vaporizer 16, and arrives at 4 in the pressure column 5 of the two-column apparatus, while the other part of the fresh compressed air, after passing through the temperature exchanger 7, cooled by the outgoing nitrogen, and through the vaporizer 3 of the pressure column, is expanded in the latter by means of a throttle valve 8. At 9, this relaxed air arrives in the pressure column 5.
The cold waste gases from the expansion machine feel introduced at 1, as explained above.
The subsequent course of the execution of the process is as follows
The liquid nitrogen which forms in the condenser 10 collects in the bowl 11, then passes through the line 12, the valve 13 and the line 14, and is sent to the upper part, at 15) in the low column. pressure. Likewise, the approximately 40% liquid oxygen which collects at the bottom of the vaporizer 16 is brought through line 17, the valve 18 and the watering can 19, to a suitable location in the upper column.
According to the invention, therefore, one proceeds in such a way that by using the adiabatic expansion of the gases, the separating apparatus is kept continuously in a state of excess cold, so as to be able to treat directly. , in a former machine
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expansion, part of the compressed air required to perform the
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separation. It is thus possible to bring to the separator apparatus, immediately after it has been put into service, large quantities of strongly cooled air, which has the advantage of the throttling process generally employed hitherto. to arrive immediately and without loss of time, at the climax of the cold (for example from -209 to -140), which is otherwise only reached gradually and very slowly.
Hitherto, expansion machines working in this way have only been used for the liquefaction of air in so-called "single column" apparatus where it is not a matter of obtaining oxygen. It is impossible to pass through the expansion machine the large proportion of gas required to obtain this advantageous cold or liquefaction effect without considerably hampering the separation of the gases which may be opted for. in sight.
However, these drawbacks are overcome by employing the process of the present invention, and it is shown that the use of the expansion machine, carried out by observing a well-defined cycle, for the separation of air in Multiple grinding separators, is accompanied by important advantages both from an economic point of view and from a thermodynamic point of view, the explanation of this phenomenon lies in that the adiabatically dilated air in a machine of expansion, is blown into the first separating column (prior purification or distillation column) and this so that the fresh air under pressure, without any appreciable prior cooling,
arrives directly in the expansion machine, thus obtaining the best possible liquefaction of the air and obtaining in the first column a pre-product with an oxygen content of 40 to 50%. On the basis of the fact that for the pre-cooling of the air, only smaller quantities of heat are required, the liquid product is consequently obtained in a much more economical manner than before.
Indeed, it is only this oxygen-rich liquid which, using the process of the invention, is obtained in a truly economical manner,
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without comparison with other methods currently employed, which lead to the effect of subsequent rectification, / in
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the other columns, to be treated in these columns so as to obtain pure oxygen at 99% and more, which can also be taken from the apparatus in the form of a liquid.
The advantages of the invention are as follows:
The switch-on time of the separator device is significantly reduced. This reduction is estimated at around 50%. The saving in driving force during start-up is also appreciable, the more so as the expansion machine gives force. The driving force saving is estimated at 10% so that apart from the reduction in the start-up time, energy savings are still obtained.
The combined process described above also makes it possible to give the temperature exchanger dimensions much smaller than usual, this exchanger must not be sized for all of the treated air, but only for a small part of it. that air. As moreover, as a result of the isentropic phenomena which occur, the quantity of cold produced is greater than that which is necessary for the cooling of the gas mixture! At high pressure, a very considerable excess of cold is produced in the separator apparatus, which is then used to remove all its moisture and other impurities (carbonic acid) from the mixture of pressurized fresh air. The excess cold is used for other secondary industrial uses, for example, for ice making or refrigeration.
CLAIMS.
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