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la Sp.A,, "VETROCOKE", résidant à TURIN (Italie) PROCEDE ET APPAREILLAGE POUR LA PREPARATION DE MELANGES H2 + N2 POUR
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LA SYNTHESE DE L'AMMONIAQUE.
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Dans 19îndustrîe de l9 ammoniaque synthétique, on prépare les mé- langes H- + N2 par différents procédés, parmi lesquels les plus répandus sont le procédé basé sur le fractionnement à basse température de mélanges gazeOE contenant de l9hydrogèneg et la purification finale par lavage par de l'azo-
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te liquide, et le procédé basé sur la conversion par de la vapeur d'eau de
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mélanges constitués principalement par H2' Caa N2 et purification finale par
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lavage par une solution cupro-ammonlacale.
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Le premier procédé offre 19 avantage de produire des mélanges d9 une pureté parfaite, mais présente l51 inconvénient de laisser inutilisées dans les gaz résidus des quantités considérables de 00 et N 2; le deuxième of-
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fre lui-même 1* avantage d'une production plus économique de 1? azote mais le mélange est contaminé par des gaz Inertes et d9autres impuretés; de plus la
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conversion du 00 entraîne une consommation considérable de vapeur à cause de la présence de H2 et 002 dans le mélange Initial.
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Suivant l'invention on combiné les méthodes de fractionnement
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et de conversion.9 le cas échéant, avec le lavage cupro-ammoniacal.9 de façon
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à en combiner les avantages et à éviter leurs désavantages.
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Diaprés l?inventions on fractionne à basse température un mélan- ge quelconque contenant H2' 009 N2 et d'autres gaz en vue d'en séparer, outre la fraction normale H 2 + N 2 pure et lavée à l9azote9 dautres fractions con- tenant GO et N 2 à l'état pur, notamment exemptes de CH4 et d9autres gaz iner- tes par rapport à la synthèse NH3
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On soumet ces fractions à la conversion, en vue d'obtenir un
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mélange gazeux constitué par H2 et IL à bas pourcentage de GO, que l'on utilise, après la séparation de 00- et autres Impuretés, de la manière connue, pour la production de NH3.
A cet effet, d'après un mode de réalisation de l'invention, on ramène le mélange susdit à l'appareil de fractionnement dans un circuit distinct, et on le traite en vue de séparer H2 d'un liquide se composant d'azote impur que l'on utilise pour le lavage préliminaire du mélange H2+
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2, d'après le procédé décrit dans une autre demande de brevet de la deman- deresse déposée le même jour.
Suivant un autre mode de réalisation de l'Invention, on purifie
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le mélange H2 et N , provenant de la conversion, de son contenu résiduel en CO et O2 par des procédés chimiques du type du lavage cupro-ammonia- cal et on l'envoie directement à la synthèse pour l'utilisation soit de H2
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soit de N 2.
Les avantages de ce procédé consistent en ce que l'on utilise, en vue de la production de NH3, non seulement IL, mais aussi CO et N2 conte- nus initialement dans les mélanges soumis au fractionnement, que l'on atteint, dans les deux mélanges H2 + N2 produits, une pureté élevée dérivant du fait que ces deux mélanges sont obtenus par une rectification et un lavage à bas- se température que l'on réalise dans la conversion de CO une économie sen- sible de vapeur, dérivant du fait que le mélange à convertir ne se compose
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que de GO et N 2 et ni COZ ni H2 ne sont présents initialement, ces derniers, en tant que produits de la réaction, exigeant l'emploi de quantités plus importantes de vapeur.
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Le dessin annexé contient deux schémas du procédé suivant l'In- vention, correspondant aux figures 1 et 2, ces schémas ayant une première partie commune.
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Le mélange de départ 1 se compose de H2, CO, N2et d'autres gaz, tels que, par exemple, gaz de fours à coke, gaz à l'eau, gaz de cracking, etc.. auxquels il peut être utile d'ajouter des gaz riches en N , dont le présent procédé permet l'utilisation. Le mélange est comprimé en 2, purifié de son contenu en 00- en 3 et envoyé à l'appareil de fractionnement 4.
Celui-ci se distingue, ainsi qu'on l'explique ci-dessous, des appareils connus jusqu'ici et est étudié et construit en vue de produire les fractions suivantes a) une fraction 5 de H2 + N2 lavée à l'azote liquide, suivant les méthodes connues;
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b) deux fractions différentes CO + Nz' la fraction 6 étant à la pression atmosphérique et la fraction 7, si on le désire, à la pression de travail de l'appareil.
A différence des appareils connus jusqu'Ici, on ob- tient ces fractions par la rectification; elles se trouvent dans un état ex-
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trêmement pur et exemptes de CH, , 0 H et d'autres gaz nuisibles à l'égard 4 2
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de la production de NH3; c) des fractions différentes de gaz résiduelo
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On prélève les fractions 6 et 7 à leurs pressions respectives à l'aide du compresseur 8, on les amené à la conversion 9, où le 00 est
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converti presque entièrement en H2, et on les purifie du CO2 en 10. SI on le désire, on peut mime opérer la conversion à pression ordinaire et non à pression majorée; on apportera alors une correction appropriée au schéma.
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A ce point, le mélange se compose de H2 + Nu avec un faible pourcentage de 00 résiduel de la conversion.
Diaprés le schéma de la figure 1, représentant un mode de réa-
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lisation de l'invention, on ramène le mélange à leapparell de fractionnement 4 dans un circuit séparé, et on le refroidit convenablement. On sépare H2 saturé ' 2' qui va se mélanger avec le mélange traité dans l'appareil, et
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un liquide, constitué par N2 avec un faible pourcentage de 00, que l'on uti- lise pour un lavage préalable du mélange dans l'appareil, d'après le procédé décrit dans un autre brevet de la demanderesse déposé à la même date.
Diaprés le schéma de la figure 2, représentant un deuxième mode de réalisation de l'invention, le mélange provenant de 10 est purifié de
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son contenu en 00 et 0 dans l'Installation cupro-ammonlacal e 11, de la ma- nière connue, et amené à la synthèse NH3 en mme temps que le mélange 5.
On expliquera maintenant le perfectionnement technique permettant
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â l9appareil de fractionnement 4 de produire les différentes fractions 6 et 7 00 + N dans les conditions de pureté requises pour l'utilisation des sché- mas des figures 1 et 2.
T1 consiste à soumettre le mélange à l'intérieur de 1* appareil et avant d'amorcer le lavage à 1? azote liquide, à une condensation progres- sive par reflux de liquides de haut en bas, de fagon à obtenir en définitive un mélange gazeux dépourvu de méthane et d'autres composés semblables, et
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un liquide contenant GEL, CO et N . dont on sépare le 00 et N à l'état pou-
4 dans une colonne de rectification appropriée.
La figure 3 représente schématiquement un exemple d'appareil appliquant les principes exposés ci-dessus.
On refroidit dans l'échangeur thermique 1 le mélange en cours
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de fractionnement par apport de froid 2 jusqu9à une température assez basse pour amorcer la liquéfaction du méthane. On lave le gaz dans la colonne de purification 3 par GO et N2 liquides, que le réfrigérant supérieur 4 conden- se à une température et en quantités suffisantes pour que le mélange sortant de 3 soit exempt de méthane. Le réfrigérant 4 est alimenté en azote liquide, mais on peut utiliser d'autres liquides d'effet équivalent.
Le mélange parvient successivement à l'échangeur de chaleur 5 et est refroidi par le circuit 6 alimenté en azote liquide ou liquides équi-
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valents jusqu'à la température normale de fonctionnement de la colonne de lavage à azote 7, au fond de laquelle on recueille, par conséquent, un li- quide de lavage fin, pur, exempt de méthane, et disponible sous pression.
La colonne 8 munie d'un circuit de chaudière 9 et d'un reflux en tête 10 sert pour récupérer du liquide, au fond de la colonne 3, son con-
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tenu en CO et Nz à l'état pure suivant les méthodes connues de la distilla- tion fractionnée. Comme reflux on peut utiliser une partie du liquide pur au fond de la colonne 7.
Dans le cas de gaz contenant des pourcentages faibles d'oxyde de carbone, tels que le gaz de fours à coke ou le gaz de conversion, on peut supprimer l'échangeur de chaleur 5.
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Sa fonction peut être remplie même par un circuit d'apport de froid, situé au bas de la colonne 7.
Enfin, l'appareillage suivant le schéma de la figure 3 peut va- rier suivant les différents types d'appareils de fractionnement existant dans l'Industrie.
L'Invention n'est donc aucunement liée à l'exemple d'appareil- lage décrit ci-dessus.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé pour la préparation de mélanges H2 + N2 pour la synthèse NH3, caractérisé en ce que l'on fractionne un mélange contenant H2,CO, N2 et d9autres gaz à basse température dans un appareil de frac- tionnement en produisant un mélange de H2 + N2 pur et lavé à l'azote li- quide et d9autres mélanges contenant 00 et N2 purs et exempts de méthane et d'autres gaz inertes, que l'on soumet à la conversion, on purifie et on ramé- ne à l'appareil de fractionnement dans un circuit séparé et l'on refroidit convenablement, de façon à séparer H2 et un liquide constitué par de l'azote Impur, et l'on utilise ce liquide pour un lavage préliminaire du mélange.
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the Sp.A ,, "VETROCOKE", residing in TURIN (Italy) PROCEDURE AND APPARATUS FOR THE PREPARATION OF H2 + N2 MIXTURES FOR
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THE SYNTHESIS OF AMMONIA.
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In the synthetic ammonia industry, the H- + N2 mixtures are prepared by different methods, among which the most popular are the method based on the low temperature fractionation of gazeOE mixtures containing hydrogen and the final purification by washing with hydrogen. azo-
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liquid, and the process based on the conversion by water vapor of
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mixtures consisting mainly of H2 'Caa N2 and final purification by
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washing with a cupro-ammonlacal solution.
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The first method offers the advantage of producing mixtures of perfect purity, but has the disadvantage of leaving considerable quantities of 00 and N 2 unused in the waste gases; the second of-
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fre itself 1 * advantage of more economical production of 1? nitrogen but the mixture is contaminated with inert gases and other impurities; moreover the
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conversion of 00 leads to a considerable consumption of steam due to the presence of H2 and 002 in the Initial mixture.
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According to the invention, the fractionation methods are combined
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and conversion. 9 if necessary, with the cupro-ammoniacal washing. 9 so
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to combine their advantages and avoid their disadvantages.
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According to the inventions, any mixture containing H2'009 N2 and other gases is fractionated at low temperature with a view to separating therefrom, in addition to the normal fraction H 2 + N 2 pure and washed with nitrogen, other fractions containing GO and N 2 in the pure state, in particular free of CH4 and other inert gases with respect to NH3 synthesis
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These fractions are subjected to conversion, in order to obtain a
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gas mixture consisting of H2 and IL with a low percentage of GO, which is used, after the separation of 00- and other impurities, in the known manner, for the production of NH3.
To this end, according to an embodiment of the invention, the aforesaid mixture is returned to the fractionation apparatus in a separate circuit, and it is treated with a view to separating H2 from a liquid consisting of nitrogen. impure that is used for the preliminary washing of the H2 + mixture
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2, according to the process described in another patent application by the applicant filed the same day.
According to another embodiment of the invention, the
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the H2 and N mixture, resulting from the conversion, of its residual content in CO and O2 by chemical processes of the type of cupro-ammonia washing and it is sent directly to the synthesis for the use of either H2
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or of N 2.
The advantages of this process consist in that, for the production of NH3, not only IL, but also CO and N2 initially contained in the mixtures subjected to the fractionation, which are achieved, are used. two H2 + N2 mixtures produced, a high purity deriving from the fact that these two mixtures are obtained by rectification and washing at low temperature which is achieved in the conversion of CO a significant saving of steam, deriving from the causes the mixture to be converted not to consist
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only GO and N 2 and neither COZ nor H2 are present initially, the latter, as reaction products, requiring the use of larger quantities of steam.
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The accompanying drawing contains two diagrams of the process according to the invention, corresponding to Figures 1 and 2, these diagrams having a first common part.
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The starting mixture 1 consists of H2, CO, N2 and other gases, such as, for example, coke oven gas, water gas, cracking gas, etc. to which it can be useful to adding gases rich in N, which the present process allows the use. The mixture is compressed in 2, purified of its 00- content in 3 and sent to the fractionation apparatus 4.
This differs, as explained below, from the apparatuses known hitherto and is designed and constructed with a view to producing the following fractions a) a fraction 5 of H2 + N2 washed with liquid nitrogen , according to known methods;
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b) two different fractions CO + Nz ', fraction 6 being at atmospheric pressure and fraction 7, if desired, at the working pressure of the apparatus.
Unlike the devices known hitherto, these fractions are obtained by rectification; they are in an ex-
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extremely pure and free from CH,, 0 H and other gases harmful to 4 2
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the production of NH3; c) different fractions of residual gas
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Fractions 6 and 7 are taken at their respective pressures using the compressor 8, they are brought to conversion 9, where 00 is
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converted almost entirely to H2, and purified from CO2 to 10. If desired, the conversion can be mimicked at ordinary pressure and not at increased pressure; an appropriate correction will then be made to the diagram.
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At this point the mixture consists of H2 + Nu with a small percentage of 00 residual from the conversion.
Diaprés the diagram of figure 1, representing a mode of realization
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In carrying out the invention, the mixture is returned to the fractionation apparatus 4 in a separate circuit, and it is suitably cooled. We separate saturated H2 '2' which will mix with the mixture treated in the device, and
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a liquid, constituted by N2 with a small percentage of 00, which is used for a preliminary washing of the mixture in the apparatus, according to the process described in another patent of the applicant filed on the same date.
According to the diagram of FIG. 2, showing a second embodiment of the invention, the mixture from 10 is purified from
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its content in 00 and 0 in the cupro-ammonlacal installation 11, in the known manner, and brought to the NH3 synthesis at the same time as the mixture 5.
We will now explain the technical improvement allowing
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with the fractionation apparatus 4 to produce the various fractions 6 and 700 + N under the conditions of purity required for the use of the diagrams of Figures 1 and 2.
T1 consists in subjecting the mixture inside 1 * apparatus and before starting the washing to 1? liquid nitrogen, to a gradual condensation by refluxing liquids from top to bottom, in order to finally obtain a gaseous mixture devoid of methane and other similar compounds, and
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a liquid containing GEL, CO and N. of which we separate the 00 and N in the state for
4 in an appropriate rectification column.
FIG. 3 diagrammatically represents an example of an apparatus applying the principles set out above.
The current mixture is cooled in heat exchanger 1
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fractionation by adding cold 2 to a temperature low enough to initiate liquefaction of methane. The gas in the purification column 3 is washed with liquid GO and N2, which the upper condenser 4 condenses at a temperature and in amounts sufficient so that the mixture leaving 3 is free of methane. The refrigerant 4 is supplied with liquid nitrogen, but other liquids of equivalent effect can be used.
The mixture arrives successively at the heat exchanger 5 and is cooled by the circuit 6 supplied with liquid nitrogen or equivalent liquids.
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valid up to the normal operating temperature of the nitrogen washing column 7, at the bottom of which, consequently, a fine washing liquid, pure, free of methane, and available under pressure, is collected.
Column 8 provided with a boiler circuit 9 and an overhead reflux 10 serves to recover liquid, at the bottom of column 3, its con-
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held in CO and Nz in the pure state according to known methods of fractional distillation. As reflux, part of the pure liquid at the bottom of column 7 can be used.
In the case of gases containing low percentages of carbon monoxide, such as coke oven gas or conversion gas, heat exchanger 5 can be omitted.
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Its function can be fulfilled even by a cold supply circuit, located at the bottom of column 7.
Finally, the apparatus according to the diagram in FIG. 3 may vary according to the different types of fractionation apparatus existing in the industry.
The invention is therefore in no way related to the example of the apparatus described above.
CLAIMS.
1 - Process for the preparation of H2 + N2 mixtures for NH3 synthesis, characterized in that a mixture containing H2, CO, N2 and other gases is fractionated at low temperature in a fractionation apparatus, producing a mixture of H2 + N2 pure and washed with liquid nitrogen and other mixtures containing 00 and pure N2 and free of methane and other inert gases, which are subjected to conversion, purified and brought back to The fractionation apparatus is in a separate circuit and it is suitably cooled, so as to separate H2 and a liquid consisting of impure nitrogen, and this liquid is used for a preliminary washing of the mixture.