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PROCEDE. POUR DEPURATION DE MELANGES DE GAZ; AVANT LEUR FRACTIONNEMENT PAR REFRI GERAT IO N- A BASSE TEMPERATURE.
L'invention est relative à un procédé pour l'épuration de mélan- ges de gaz qui doivent être fractionnés par réfrigération à basse température.
Il est connu de¯soumettre le mélange de gaz comprimé à un lavage par un solvant liquide tel que par exemple le méthanol, après refroidisse- ment préliminaire à une température substantiellement inférieure à 0 dans le but d'éliminer les impuretés comme le CO2 1'H2S et le NO; après ce la- vage il ne peut rester que de très petites quantités d'impuretés dans le gaz purifié. Le lavage doit donc répondre à de très hautes exigences. Ce lavage nécessite l'emploi de très hautes colonnes de lavage, ou l'emploi d' une quantité excessive de produits de lavage, pour éliminer les impuretés jusqu'aux teneurs finales de 1/10000 % inoffensives pour la réfrigération.
La régénération des grandes quantités de solvants jusqu'à l'obtention d'une très haute pureté nécessite une très grande consommation d'énergie. L'objet de l'invention est de réduire cette consommation d'énergieo
Suivant l'invention, l'épuration du mélange de gaz, comprimé avant sa séparation par réfrigération, est effectuée de telle sorte que seule la plus grande partie des impuretés est éliminée d'une façon connue en soi par lavage avec un solvant à une température substantiellement infé- rieure à 0 et que le reste des impuretés est ensuite éliminé du mélange de gaz une température quelque peu supérieure à leur point de rosée, au moyen de produits absorbants. Le mélange de gaz préalablement purifié par lavage,
est refroidi dans ce but dans un échangeur de température à contre courant de gaz fractionnés jusqu'au voisinage du point de rosée de l'impureté résiduelle et entre, ensuite? dans une des deux tours d'adsorp- tion chargées de produits d'adsorption (charbon actif ou gel de silice).
Lorsque le produit d'adsorption est saturé, la tour d'adsorption utilisée est régénérée et pendant ce temps la seconde tour d'adsorption est mise
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en service pour l'épuration. Plusieurs formes d'exécution sont possibles pour la régénération à savoir
1) La régénération peut s'effectuer par le chauffage du gel à une température ambiante et efficacement par son lavage simultané au moyen d'un gaz exempt d'impuretés. Avant sa remise en marche la tour d'adsorp- tion régénérée doit être refroidie à la température à laquelle l'adsorp- tion doit s'effectuer. Le refroidissement nécessaire doit être réalisé à la température exigée par la condensation partielle et la.rectification qui suivent.
Etant donné que cette température est, dans la plupart des cas, inférieure à la température de fonctionnement de la tour d'adsorp- tion, cette méthode de refroidissement de la tour d'adsorption exige encore relativement beaucoup d'énergie.
2) Cette quantité de froid se réduit, si la tour d'adsorption est régénérée à la température de son fonctionnement en la faisant traver- ser par un gaz exempt d'impuretés. Le gaz de rinçage a une température à peu près égale à celle de la tour d'adsorption. Son volume est un multiple de celui du gaz comprimé traversant la tour pendant son fonctionnement
3) La tour d'adsorption peut être régénérée avec un minimum d'é- nergie et de gaz de rinçage, si une fraction provenant du séparateur est utilisée pour le rinçage de la tour d'adsorption sous la température de rinçage .
Un exemple précisera le traitement du gaz suivant le procédé décrit par l'invention.
Un mélange hydrogène-azote-oxyde de carbone-méthane sous une pression de 16 atmosphères et qui contient, en plus de l'eau, environ 30% de 00 et 2 % d'hydrogène sulfuré comme impureté principale, est refroidi préalablement jusqu'à environ - 45 d'une façon connue non représentée, par des refroidisseurs permutables fonctionnant de manière à échanger la température à contre-courant avec de l'ammoniaque, ce mélange est de cette façon débarrassé de la majeure partie de sa teneur en vapeur d'eau.
Les impuretés qui ne se séparent pas encore-du mélange à cette température, telles que l'acide carbonique et l'hydrogène sulfuré -sont} à la températu- re de sortie des refroidisseurs ? arrosés avec du méthanol refroidi préala- blement jusqu'à 45 et utilisé comme liquide de lavage dans la colonne de lavage 1 dans laquelle le gaz brut entre en 3, et le liquide de lavage en 2 Le gaz..
sortant en 4 et ayant encore une teneur de 0,1% de CO2 et de 0,01% de H2S, est refroidi jusqu'à environ -115 dans l'échangeur de température 5 à contre-courant d'un produit de fractionnement., et entre à cette température qui est quelque peu supérieure au point de rosée de l'im- pureté CO dans un des adsorbeurs 7 et 8 rempli de produits adsorbants de manière à être débarrassé de l'acide carbonique et de l'hydrogène sulfuré résiduels. Le gaz purifié contient par m3 moins de 1 à 3 cm3 d'acide car- bonique et moins de 0,1 cm3 d'hydrogène sulfuré et est conduit à un sépa- rateur non représenté, où il est séparé par condensation fractionnée,-et par rectification en mélanges binaires hydrogène-azote, oxyde de carbone- azote et méthane-azote.
Si l'adsorbeur 7 est saturé et si, en même temps l'adsorbeur 8 est régénéré, les deux adsorbeurs sont permutés. L'adsor- beur 7 est à titre d'exemple, chauffé à 047 et rincé et régénéré à cette température par la fraction oxyde de carbone-oxyde qui était puisée en 12 au côté chaud de l'échangeur de température 5 Dans ce but la vanne 16 est étranglée, la vanne 13 est fermée et les vannes 15 et 11 sont ouvertes.
Ensuite l'adsorbeur régénéré est refroidi à -115 par exemple en dérivant une fraction froide (la fraction oxyde de carbone-azote) avant l'extrémité froide 10 de l'échangeur de température 5 et en la conduisant par-la vanne 13 pendant un certain temps à travers l'adsorbeur d'où elle'est ramenée dans le circuit 12, par la vanne 15. Dans ce but, la vanne 14 est étranglée et la vanne 11 est fermée, par contre, les vannes 13, !5 et 16 sont ouver- tes. Cette consommation supplémentaire de froid est compensée par une plus forte compression et une plus forte détente de l'azote à ajouter au cir- cuit qui sert, de façon connue, comme apport de froid dans le procédé de fractionnement.
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Dans le cas où des vapeurs de méthanol sont entraînées par le gaz lavé, celles-ci peuvent être liquéfiées lors du refroidissement plus intense du gaz et être séparées avant l'adsorbeur ou, encore plus effica- cement, elles peuvent être recueillies par un adsorbeur de très longue durée intercalé immédiatement après le lavage.
REVENDICATIONS
1) Procédé pour l'épuration de mélanges de gaz avant leur frac- tionnement par compression et par réfrigération à basse température, carac- térisé en ce que seule la plus grande partie des impuretés est éliminée par un lavage avec un solvant à une température substantiellement inférieure à 0 et que le reste des impuretés est éliminé ensuite par des produits d'adsorption.
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PROCESS. FOR DEPURATION OF GAS MIXTURES; BEFORE THEIR FRACTIONATION BY REFRI GERAT IO N- AT LOW TEMPERATURE.
The invention relates to a process for the purification of gas mixtures which are to be fractionated by refrigeration at low temperature.
It is known practice to subject the compressed gas mixture to washing with a liquid solvent such as for example methanol, after preliminary cooling to a temperature substantially below 0 in order to remove impurities such as CO2 1 '. H2S and NO; after this washing, only very small amounts of impurities can remain in the purified gas. Washing must therefore meet very high requirements. This washing requires the use of very tall washing columns, or the use of an excessive amount of washing products, to remove impurities to final levels of 1/10000% safe for refrigeration.
The regeneration of large quantities of solvents until obtaining a very high purity requires a very large consumption of energy. The object of the invention is to reduce this energy consumption.
According to the invention, the purification of the gas mixture, compressed before its separation by refrigeration, is carried out so that only the majority of the impurities are removed in a manner known per se by washing with a solvent at a temperature substantially below 0 and the remainder of the impurities are then removed from the gas mixture at a temperature somewhat above their dew point by means of absorbents. The mixture of gas purified beforehand by washing,
is cooled for this purpose in a temperature exchanger against the flow of fractionated gases up to the vicinity of the dew point of the residual impurity and then between? in one of the two adsorption towers loaded with adsorption products (activated carbon or silica gel).
When the adsorption product is saturated, the adsorption tower used is regenerated and during this time the second adsorption tower is switched on.
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in service for purification. Several embodiments are possible for regeneration, namely
1) Regeneration can be effected by heating the gel to room temperature and efficiently by washing it simultaneously with a gas free of impurities. Before restarting the regenerated adsorption tower must be cooled to the temperature at which the adsorption is to take place. The necessary cooling must be achieved at the temperature required by the partial condensation and rectification which follow.
Since this temperature is, in most cases, lower than the operating temperature of the adsorption tower, this method of cooling the adsorption tower is still relatively energy intensive.
2) This quantity of cold is reduced if the adsorption tower is regenerated at its operating temperature by passing it through a gas free of impurities. The flushing gas has a temperature approximately equal to that of the adsorption tower. Its volume is a multiple of that of the compressed gas passing through the tower during its operation.
3) The adsorption tower can be regenerated with a minimum of energy and flushing gas, if a fraction from the separator is used for flushing the adsorption tower below the flushing temperature.
An example will specify the treatment of the gas according to the process described by the invention.
A hydrogen-nitrogen-carbon monoxide-methane mixture at a pressure of 16 atmospheres and which contains, in addition to water, about 30% of 00 and 2% of hydrogen sulphide as the main impurity, is pre-cooled to approximately - 45 in a known manner not shown, by switchable coolers operating so as to exchange the temperature against the current with ammonia, this mixture is in this way freed of the major part of its vapor content of water.
Impurities which do not yet separate from the mixture at this temperature, such as carbonic acid and hydrogen sulfide, are at the outlet temperature of the coolers? sprayed with methanol pre-cooled to 45 and used as washing liquid in washing column 1 in which the raw gas enters in 3, and the washing liquid in 2 The gas ..
exiting at 4 and still having a content of 0.1% CO2 and 0.01% H2S, is cooled to about -115 in the temperature exchanger 5 against the current of a fractionation product. , and enters at this temperature which is somewhat higher than the dew point of the CO impurity in one of the adsorbers 7 and 8 filled with adsorbent products so as to be free of the residual carbonic acid and hydrogen sulphide . The purified gas contains per m3 less than 1 to 3 cm3 of carbonic acid and less than 0.1 cm3 of hydrogen sulphide and is led to a separator not shown, where it is separated by fractional condensation, -and by rectification in binary mixtures of hydrogen-nitrogen, carbon monoxide-nitrogen and methane-nitrogen.
If the adsorber 7 is saturated and if at the same time the adsorber 8 is regenerated, the two adsorbers are switched. The adsorber 7 is, by way of example, heated to 047 and rinsed and regenerated at this temperature by the carbon monoxide-oxide fraction which was pulsed at 12 from the hot side of the temperature exchanger 5. valve 16 is throttled, valve 13 is closed and valves 15 and 11 are open.
Then the regenerated adsorber is cooled to -115 for example by diverting a cold fraction (the carbon monoxide-nitrogen fraction) before the cold end 10 of the temperature exchanger 5 and by driving it through the valve 13 for a period of time. a certain time through the adsorber from which it is returned to the circuit 12, by the valve 15. For this purpose, the valve 14 is throttled and the valve 11 is closed, on the other hand, the valves 13,! 5 and 16 are open. This additional consumption of cold is compensated for by greater compression and greater expansion of the nitrogen to be added to the circuit which serves, in a known manner, as a supply of cold in the fractionation process.
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In the case where methanol vapors are entrained by the washed gas, these can be liquefied during the more intense cooling of the gas and be separated before the adsorber or, even more efficiently, they can be collected by an adsorber. very long lasting inserted immediately after washing.
CLAIMS
1) Process for the purification of gas mixtures before their fractionation by compression and refrigeration at low temperature, characterized in that only the major part of the impurities is removed by washing with a solvent at a temperature substantially less than 0 and that the rest of the impurities is then removed by adsorption products.