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Pour éviter des atmosphères grisouteuses détonnantes dans les installations modernes de mines d'extraction -de houille, on évacue fréquemment à la surface, à partir des couches de char- bon, un mélange qui, à côté de méthane, contient encore de l'air et également de l'acide carbonique ; on règle l'aspiration de / manière à produire un mélange de gaz non détonnant, aussi riche que possible en méthane, Une composition fréquemment observée varie environ entre les limites de 50 à 55 % de méthane, 35 à
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40 % d'air, 2 à 5 % d'acide carbonique, le reste consistant en gaz inertes, vapeur d'eau et gaz nobles. A une,mise en valeurs chimique du méthane, s'oppose tout d'abord sa teneur en impuretés.
Il est nécessaire, dans ce but, de séparer le méthane pur du mêlant ge. Si, après la séparation préalable des impuretés, on soumet le mélange de gaz à une séparation par refroidissement profond suivi de liquéfaction et de rectification, ou d'un lavage par des sol- vants fortement refroidis, on se heurte, dans le mode usuel d'ap- plication de ce procédé, à la difficulté que les composants con- tenant de l'air et devant être séparés, comprennent toute la g@@me des teneurs en méthane en descendant jusqu'à une teneur fi@@le d'un petit pourcentage en méthane, que ce soit au cours de la rectification, ou bien au cours du lavage.
On passe alors également par l'intervalle de concentration compris entre 5 et
15 % de méthane, qui représente le domaine des mélanges gaz-air détonants.
Pour cette raison, l'obtention de méthane pur à partir d'un mélange de gaz de ce genre, est d'ordinaire, abandonné, par ce que trop dangereux. En outre, un inconvénient résidé encore dans le fait qu'une fraction d'air dont la teneur en méthane est inférieure à la limite d'explosion, n'est plus combustible, et le méthane ainsi évacué est par conséquent économiquement perdu.
Le procédé de la présente invention a pour but de per- mettre une extraction industriellement plus sûre et économiquement avantagea, du méthane en partant d'un mélange de ce genre, en effectuant sa séparation, que ce soit par^lavage à l'état forte- ment refroidi ou par adsorption.
Conformément à l'invention, lors de la séparation d'un mélange riche en méthane en partant de méthane et d'air, on séparé de dernier sous forme d'une fraction, dont la teneur en méthane est supérieure à la limite d'explosion des mélanges de méthane et d'air, et dont le pouvoir calorifique permet sa mise en valeur économique, Il est ainsi possible, d'une part d'obtenir une fraction de méthane de pureté quelconque, d'autre part de
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satisfaire complètement aux nécessites de sécurité au cours de la sépara t,ion des gaz, et troisièmement, de séparer le mélange sans perte de pouvoir calorifique.
C'est sur ces deux derniers points de vue que repose le progrès technique et économique par rapport au mode opératoire appliqué d'habitude à la séparation de mélanges de gaz de ce genre..
Si la séparation s'effectue par refroidissement profond, liquéfaction partielle et rectification, conformément à l'inven- tion, on règle la pression et la température du mélange de gaz lors de sa liquéfaction partielle, de manière telle que la teneur en méthane de la portion restant à l'état gazeux, se situe au .dessus de la limite d'explosion du mélange d'oxygène- azote - méthane produit.
Si on effectue la séparation par lavage au moyen d'un solvant, suivant un procédé connu en soi, conformément à l'invention on ne dégage de l'agent de lavage enrichi en méthane, lors de sa régénération, que la quantité nécessaire de méthane pour que sa tension en méthane au sommet de la colonne de lavage commu- nique à la fraction d'air se trouvant au contact de l'agent de la- vage à cet endroit, une teneur en méthane qui se situe au-dessus de la limite d'explosion supérieure de ce mélange. Le lavage peut s'effectuer à la température ambiante. Un procédé mieux approprié consiste en un lavage à refroidissement'profond, par exemple à -90 C, en utilisant comme solvant du méthanol, par exemple suivant' le mode opératoire connu.
Si la séparation du mélange méthane-air s'effectue par adsorption, par exemple à température plus basse de façon analogue au procédé déjà connu,.conformément à l'invention, on ne dégage de l'agent d'adsorption chargé de gaz brut-méthane, que la quantité de méthane nécessaire pour que la tension' en méthane , de,l'agent d'adsorption communique à la fraction d'air qui quitte l'adsorbeur, une teneur en méthane qui se situe au delà de la limite d'explosion. Cette condition peut par exemple être réalisée si on libère par pompage l'adsorbant. chnrgé du méthane adsorbé, la pres- sion d'aspiration atteigant conformément à l'invention, 20 % de la pression que possède le gaz brut contenant du méthane au cours du chargement de l'adsorbant.
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Le principe de l'invention peut également s'appliquer à des mélangea d'autres gaz combustibles, par exemple d'éthane, de propane, de butane avec de l'air ou de l'oxygène.
A titre d'exemple d'application du procédé, on décrira la séparation de 1000 N3/h d'un mélange de gaz contenant 55 % de méthane, 40 % d'air, 5 % d'acide carbonique, par refroidisse- ment profond, liquéfaction partielle et rectification, en se, référant à la figure 1.
Le gaz brut est comprimé à 6,5 atmosphères et est en- suite refroidi à environ 1202 absolus dans des régénérateurs 1 et 2 fonctionnant alternativement, de manière telle que la vapeur .d'eau et l'acide carbonique se précipitent dans les régénérateurs.
On prélève environ 20 % du gaz brut partiellement pré-épuré sur le coté des régénérateurs, en 3 ou en 4, on le libère du.restant de l'acide carbonique dans des adsorbeurs 16 et 17 fonctionnant . alternativement, et on les utilise dans des appareils à contre- courant 5, au réchauffage de la fraction d'air sortant du sépara- teur 6, qui est détendue dans la turbine 7 pour la production de froid. Le courant de gaz brut sortant de l'appareil à contre- courant 5, réuni à celui venant du régénérateur, passe par le serpentin de refroidissement 8. Celui-ci est disposé dans un bain 9 de méthane pur bouillant, ayant une pression de 1,2 atm., et ayant été formé dans la colonne de rectification 10.
Le liquide formé dans le serpentin de refroidissement 8 se sépare dans le séparateur 6 de la fraction d'air contenant du méthane, renfer- mant 20 % de méthane et 80 % d'un mélange.d'oxygène, d'azote et de gaz nobles. On refroidit davantage la fraction liquide, contenant 69 % de méthane, 9 % d'oxygène et 22 % d'azote,'dans l'échangeur 11, à l'aide de gaz résiduel de la colonne de recti- fication, on le détend dans la soupape 12 à la pression régnant en tête de la colonne et on le fait passer dans la colonne de rectification. Le mélange méthane-air qui se dégage en tête de celle-ci, possède de nouveau une teneur en méthane d'environ 21 % qui se situe au-dessus de la limite d'explosion.
On la réunit
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en 13 à la portion de gaz provenant de la turbine 7, et elle quitte le régénérateur 2 en entraînant avec elle l'acide carbonique et l'eau qui s'y sont déposés. Le méthane pur produit dans la colonne de rectification 10 quitte les régénérateurs par les @erpentins tubulaires 14 et 15 ; il a une pureté de 99,9 % de CH4.Le rendement en méthane pur atteint, dans ce mode opératoire, 82 %. La fraction d'air a un pouvoir calorifique de 1610 Kcal/Nm3, qui s'applique avantageusement à de nombreux buts. La perte en calories de l'opéra- tion de séparation, est pratiquement nulle.
REVENDICATIONS
1.- .Procédé de séparation du méthane de ses mélanges, avec l'air, riches en méthane, caractérisé en ce qu'on sépare une fraction d'air contenant du méthane, dont la teneur en méthane se situe au delà de la limite d'explosion de mélanges ;de méthane-air, et dont le pouvoir calorifique permet son, utilisation économique.
2.- Procédé de séparation du méthane de ses mélanges, avec l'air, riches en méthane, par refroidissement profond, liqué- faction partielle et rectification, caractérisé en ce que, lors de sa liquéfaction partielle, on règle la pression et la température du mélange de gaz de telle sorte que la teneur en méthane de la por- tion demeurant à l'état de gaz se situe au delà de la limite d'ex- plosion du mélange d'oxygène-azote-méthane produit.
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In order to avoid explosive gassy atmospheres in modern coal mining installations, a mixture which, alongside methane, still contains air, is frequently evacuated on the surface from the layers of coal. and also carbonic acid; the suction is adjusted / so as to produce a mixture of non-explosive gas, as rich as possible in methane. A frequently observed composition varies approximately between the limits of 50 to 55% methane, 35 to
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40% air, 2 to 5% carbonic acid, the rest consisting of inert gases, water vapor and noble gases. First of all, the chemical value of methane is opposed to its content of impurities.
It is necessary, for this purpose, to separate the pure methane from the mixture. If, after the prior separation of the impurities, the gas mixture is subjected to a separation by deep cooling followed by liquefaction and rectification, or by washing with strongly cooled solvents, in the usual way we come up against The application of this method, with the difficulty that the components containing air and to be separated, comprise the whole range of methane contents down to a fine content of methane. a small percentage of methane, whether during grinding, or during washing.
We then also go through the concentration interval between 5 and
15% methane, which represents the field of detonating gas-air mixtures.
For this reason, obtaining pure methane from a mixture of gases of this kind is usually abandoned, as too dangerous. In addition, a drawback also resides in the fact that a fraction of air whose methane content is below the explosion limit is no longer combustible, and the methane thus discharged is consequently economically lost.
The object of the process of the present invention is to allow an industrially safer and economically advantageous extraction of methane starting from a mixture of this kind, by effecting its separation, whether by washing in the strong state. - ment cooled or by adsorption.
In accordance with the invention, during the separation of a mixture rich in methane starting from methane and air, the latter is separated in the form of a fraction, the methane content of which is greater than the explosion limit. mixtures of methane and air, and whose calorific value allows its economic development, It is thus possible, on the one hand to obtain a fraction of methane of any purity, on the other hand to
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completely satisfy the safety requirements during gas separation, and thirdly, to separate the mixture without loss of calorific value.
It is on these last two points of view that the technical and economic progress is based on the procedure usually applied to the separation of gas mixtures of this kind.
If the separation is carried out by deep cooling, partial liquefaction and rectification, in accordance with the invention, the pressure and temperature of the gas mixture during its partial liquefaction are regulated in such a way that the methane content of the gas. portion remaining in the gaseous state, is above the explosion limit of the oxygen-nitrogen-methane mixture produced.
If the separation is carried out by washing with a solvent, according to a process known per se, in accordance with the invention, only the necessary quantity of methane is released from the washing agent enriched in methane, during its regeneration. so that its methane tension at the top of the washing column communicates to the air fraction which is in contact with the washing agent at this point, a methane content which is above the upper explosion limit of this mixture. Washing can take place at room temperature. A more suitable method is washing under deep cooling, for example at -90 ° C., using methanol as a solvent, for example according to the known procedure.
If the separation of the methane-air mixture is carried out by adsorption, for example at a lower temperature in a manner analogous to the already known process, in accordance with the invention, no adsorption agent loaded with crude gas is released. methane, that the quantity of methane necessary for the tension 'in methane, of, the adsorption agent communicates to the fraction of air which leaves the adsorber, a methane content which lies beyond the limit d 'explosion. This condition can for example be achieved if the adsorbent is released by pumping. absorbed with methane adsorbed, the suction pressure reaching in accordance with the invention 20% of the pressure possessed by the raw gas containing methane during loading of the adsorbent.
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The principle of the invention can also be applied to mixtures of other combustible gases, for example ethane, propane, butane with air or oxygen.
As an example of application of the process, the separation of 1000 N3 / h from a gas mixture containing 55% methane, 40% air, 5% carbonic acid, by deep cooling will be described. , partial liquefaction and rectification, with reference to figure 1.
The raw gas is compressed to 6.5 atmospheres and is then cooled to about 1202 absolute in alternately operating regenerators 1 and 2, so that water vapor and carbonic acid precipitate in the regenerators.
About 20% of the partially pre-purified raw gas is taken from the side of the regenerators, in 3 or 4, it is released from the remainder of the carbonic acid in the adsorbers 16 and 17 operating. alternatively, and they are used in countercurrent apparatus 5, for heating the fraction of air leaving the separator 6, which is expanded in the turbine 7 for the production of cold. The stream of raw gas leaving the counter-current apparatus 5, combined with that coming from the regenerator, passes through the cooling coil 8. The latter is placed in a bath 9 of boiling pure methane, having a pressure of 1. , 2 atm., And having been formed in the rectification column 10.
The liquid formed in the cooling coil 8 separates in the separator 6 from the fraction of air containing methane, containing 20% methane and 80% of a mixture of oxygen, nitrogen and gas. noble. The liquid fraction, containing 69% methane, 9% oxygen and 22% nitrogen, is further cooled in exchanger 11 with the aid of residual gas from the rectification column, it is expanded. in the valve 12 at the pressure prevailing at the head of the column and it is passed into the rectification column. The methane-air mixture which emerges at the top of the latter again has a methane content of about 21% which is above the explosion limit.
We reunite it
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at 13 to the portion of gas coming from the turbine 7, and it leaves the regenerator 2, carrying with it the carbonic acid and the water which are deposited there. The pure methane produced in the rectification column 10 leaves the regenerators through the tubular rams 14 and 15; it has a purity of 99.9% of CH4. The yield of pure methane reaches, in this procedure, 82%. The air fraction has a calorific value of 1610 Kcal / Nm3, which is advantageously applicable for many purposes. The loss in calories from the separation operation is practically zero.
CLAIMS
1.-. Process for separating methane from its mixtures, with air, rich in methane, characterized in that a fraction of air containing methane is separated, the methane content of which is beyond the limit explosion of mixtures of methane-air, the calorific value of which allows its economical use.
2.- Process for separating methane from its mixtures, with air, rich in methane, by deep cooling, partial liquefaction and rectification, characterized in that, during its partial liquefaction, the pressure and temperature are regulated. of the gas mixture such that the methane content of the portion remaining in the gas state is beyond the explosion limit of the oxygen-nitrogen-methane mixture produced.
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