Procédé d'épuration de mélanges de gaz
La présente invention concerne des processus d'épuration de mélanges de gaz et de préparation de gaz purs,
et peut être utilisée dans l'industrie chimique, pétrolière, des constructions mécaniques, électrotechnique, automobile, métallurgique et dans d'autres branches de l'industrie où une épuration visant à libérer les gaz de l'oxyde de carbone, du dioxyde de carbone et de l'eau, ou de chacune
de ces impuretés séparément, est nécessaire.
On connaît actuellement divers procédés d'épuration des mélanges de gaz, visant à les libérer de l'oxyde de carbone, du dioxyde de carbone et de l'eau, fondés sur des processus s'effectuant en plusieurs étapes, ne garantissant pas une épuration assez efficace et de bonne qualité
à partir de chacune des impuretés présentes, particulièrement de l'oxyde de carbone.
.On connaît déjà un procédé d'épuration du courant d'hydrogène gazeux,consistant en une épuration en trois étapes , sous pression de 5,3 atm. eff. des produits de combustion du combustible hydrocarboné, visant à libérer ces produits de l'oxyde de carbone, du dioxyde de carbone et de l'eau, par une conversion de vapeur de l'oxyde de carbone en dioxyde de carbone, par adsorption de l'eau et du dioxyde de carbone sur la zéolithe 13X, dont la formule
<EMI ID=1.1> tion complémentaire ultérieure destinée à éliminer l'oxyde de carbone sur la zéolithe 4A, dont la formule générale
<EMI ID=2.1>
à une température de -1[deg.]C. Les concentrations résiduelles en gaz purifié sont: 0,001% vol. d'oxyde de carbone, 0,01% vol. de dioxyde de carbone.
On connaît en outre un procédé de préparation de l'hydrogène pur par son épuration en trois étapes. A la première étape, on réduit la concentration de départ en
<EMI ID=3.1>
qu'à l'état d'équilibre. A la seconde étape , on effectue un assèchement visant à éliminer l'humidité et son épuration visant à le libérer du dioxyde de carbone, du méthane et partiellement de l'oxyde de carbone et de l'azote sur un mélange de trois adsorbants - l'alumine activée, le charbon activé et la zéolithe 4A. On réalise ensuite la troisième étape d'épuration complémentaire destinée à éliminer l'oxyde de carbone et l'azote sur la zéolithe 4A. Les processus d'épuration par adsorption (2e et 3e étapes d'épuration )sont réalisés à une température normale et sous une pression de 15,3 atm. eff. La régénération de l'adsorbant se fait en réduisant la pression jusqu'à 1 mm de Hg. la concentration résiduelle en oxyde de carbone du gaz purifié est de 0,001% vol.
Les inconvénients majeurs des procédés connus d'épuration des gaz, visant à les libérer de l'oxyde de carbone, du dioxyde de carbone et de l'eau sont les suivants: le fait que le processus s'effectue en plusieurs étapes, la nécessité de diminuer préalablement la concentration ini-tiale en oxyde de carbone dans un appareil spécial, par exemple dans un convertisseur, une épuration séparée du
gaz, destinée à le débarrasser de l'humidité et de l'oxyde de carbone, une pression élevée du gaz au cours de l'adsorption, un degré d'épuration insuffisant du gaz à partir des impuretés, en particulier de l'oxyde de carbone.
Le but de la présente invention consiste à éliminer les inconvénients susdits.
On s'est donc proposé, dans le procédé d'épuration des mélanges de gaz, contenant de l'azote ou de l'hydrogène ou de l'argon ou un mélange d'azote et d'hydrogène ou d'oxygène, renfermant des impuretés d'oxyde de carbone, de dioxyde de carbone et d'eau, d'élever le degré d'épuration des mélanges de gaz à partir des impuretés et de simplifier
la procédure technologique.
La solution consiste en ce que, dans le procédé d'épuration des mélanges gazeux, contenant de l'azote, ou de l'hydrogène ou de l'argon ou un mélange d'azote et d'hy- drogène ou d'oxygène, renfermant des impuretés d'oxyde de carbone, de dioxyde de carbone, d'eau, par adsorption de
ces impuretés sur des zéolithes du type A ou X, avec une régénération ultérieure de la zéolithe, on effectue, conformément à l'invention, l'adsorption des impuretés sur
la zéolithe, en une seule étape, à une température de -40[deg.]C
<EMI ID=4.1>
inférieure à la température de la zéolithe, de conduire l'adsorption jusqu'au passage de l'oxyde de carbone audelà de la couche de zéolithe, et de réaliser la régénéra-tion à une température constante égale à celle de la zéolithe pendant l'adsorption, en réduisant la pression de la zéolithe jusqu'à (1,5).10' mm de Hg. Il est rationnel en outre d'effectuer l'adsorption à une température de la zéolithe égale à (-40[deg.]) - (-10[deg.]C) , jusqu'à une augmentation de 2 à 10 fois la résistance hydraulique de la couche de zéolithe et d'effectuer la régénération par chauffage
de la zéolithe jusqu'à une température de 120[deg.]C à 600[deg.]C. Dans le cas où la température de la zéolithe est de --10[deg.]C
à 0[deg.]C et où le rapport entre l'oxyde de carbone et l'eau dans le gaz de départ est de 0,1 à 2,0, on conduit l'adsorption jusqu'à une augmentation de 2 à 10 fois la résistance hydraulique de la couche de zéolithe; et dans le cas où
le rapport entre l'oxyde de carbone et l'eau dans le gaz
de départ dépasse 2,0, on conduit l'adsorption jusqu'au passage de l'oxyde de carbone derrière la couche de zéolithe. Il est avantageux d'utiliser en qualité de zéolithe des zéolithes de la composition suivante:
<EMI ID=5.1>
<EMI ID=6.1>
zéolithe naturelle du type clinoptylolite (Na,K)4Ca
(A16Si30072).20H20.
Il est avantageux de conduire l'adsorption à une température de -20[deg.]C à -5[deg.]C.
Le procédé en question d'épuration des mélanges gazeux est mis en oeuvre de la manière suivante. Un mélange gazeux, contenant de l'azote ou de l'oxygène, ou de l'argon , ou un mélange d'azote et d'hydrogène ou d'oxygène et renfermant des impuretés d'oxyde de carbone, de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau, est amené sur une zéolithe du type A ou X pour être libéré de ces impuretés. On conduit le processus d'adsorption en une étape, à la pression normale et à une température de -40[deg.]C à +4[deg.]C. Cela simplifie le processus d'épuration, augmente la capacité d'adsorption
<EMI ID=7.1>
à partir des impuretés.
Diverses variantes de la réalisation des processus d'adsorption et de régénération sont possibles au cours de la mise en oeuvre du procédé d'épuration.
Dans le cas de la régénération sans chauffage de
la zéolithe, le gaz admis à l'adsorption est préalablement refroidi jusqu'à une température de 4 à 8 degrés inférieure à celle de la zéolithe. On réalise alors l'adsorption jusqu'au passage de l'oxyde de carbone au-delà de la couche de zéolithe, et on effectue la régénération subséquente à une température constante égale à la température de la zéolithe au cours de l'adsorption, en réduisant la pression de la zéolithe jusqu'à (1-5).10-<1>mm de Hg. Cela permet de conduire le processus d'épuration sans diminution préalable de la concentration initiale en oxyde de carbone, et réduit les dépenses d'énergie pour la régénération.
Dans le cas de la régénération thermique de la zéolithe par son chauffage jusqu'à une température de 120[deg.]C à 600[deg.]C, on réalise l'adsorption sans refroidissement préalable du gaz. La température de la zéolithe étant de -40[deg.]C
à -10[deg.]C, on conduit l'adsorption jusqu'à une augmentation de 2 à 10 fois la résistance hydraulique de la couche de zéolithe, qui se passe au cours de la congélation de l'humidité dans la couche.
D'une façon analogue, on conduit l'adsorption à une température de la zéolithe de -10[deg.]C à 0[deg.]C, si le rapport entre l'oxyde de carbone et l'eau dans le gaz de départ
est de 0,1 à 2,0. Lorsque le rapport entre l'oxyde de carbone et l'eau dans le gaz de départ à cette température dépasse 2,0, on effectue l'adsorption jusqu'au passage de l'oxyde de carbone au-delà de la couche de zéolithe.
Ce procédé de la mise en oeuvre du processus d'adsorption permet de réaliser l'épuration à des températures négatives sans séchage préalable du gaz dans des appareils spéciaux.
On utilise en qualité d'adsorbant la zéolithe CaA dont la composition correspond à la formule suivante:
<EMI ID=8.1> une zéolithe naturelle du type clinoptylolite:
<EMI ID=9.1>
Il est avantageux de conduire l'adsorption à une température de -20[deg.]C à -5[deg.]C, étant donné que ces températures assurent une capacité d'adsorption assez élevée de
la zéolithe et un degré d'épuration suffisamment élevé du gaz et sont assez faciles à réaliser du point de vue technique.
La présente invention permet de réduire le nombre
de stades d'épuration des mélanges gazeux, de trois à un stade. Le processus d'épuration des mélanges gazeux n'exige pas une diminution préalable de la concentration initiale en oxyde de carbone. La pression du gaz au cours de l'épuration est normale. On parvient à un degré d'épuration élevé des mélanges gazeux, par exemple, la concentration résiduelle en oxyde de carbone est de 0,0001 à 0,0004% vol.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront lieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation concrets.
Exemple 1
Une atmosphère hydrogène-azote contrôlable obtenue par une combustion incomplète d'un combustible hydrocarboné et renfermant dans sa composition des impuretés de Co (10 à
<EMI ID=10.1>
refroidie jusqu'à une température de -44[deg.]C, en éliminant l'humidité condensable, puis elle est amenée au stade d'adsorption visant à la libérer des impuretés à une pres-
<EMI ID=11.1> l'adsorption étant effectuée sur une zéolithe naturelle du type clinoptilolite, de la composition suivante:
<EMI ID=12.1> duelle en oxyde de carbone ne dépasse pas 0,0001% vol.
Après le passage de l'oxyde de carbone au-delà de
la couche de zéolithe, on termine l'adsorption et on commence la régénération, en réduisant la pression de la zéolithe jusqu'à 1.10" mm de Hg pendant le temps égal à la durée de l'adsorption. On maintient alors la température de la zéolithe constante, égale à la température au cours de l'adsorption. On augmente ensuite la pression de la zéolithe jusqu'à la valeur normale en admettant dans celle-ci du
gaz pur, utilisé en qualité de produit visé.
Exemple 2
Une atmosphère hydrogène-azote contrôlable, conte-
<EMI ID=13.1>
température de -25[deg.]C, en éliminant l'humidité condensable, puis elle est amenée au stade d'adsorption, s'effectuant sur la zéolithe CaA, de la composition suivante:(0,70-0,82)CaO.
<EMI ID=14.1>
température de -20[deg.]C.
La régénération sans chauffage après le passage de l'oxyde de carbone derrière la couche, s'effectue en rédui-
<EMI ID=15.1>
et en dioxyde de carbone est égale à 0,0001% vol., le point de rosée étant inférieur à -75[deg.]C.
Exemple 3
On refroidit l'azote contenant des impuretés :
<EMI ID=16.1>
vol.) jusqu'à une température inférieure à -8[deg.]C, en éliminant l'humidité condensable, et on amène au stade d'adsorption réalisé sur la zéolithe CaX de composition suivante:
<EMI ID=17.1>
et ayant une température de 0[deg.]C. On conduit la régénération sans chauffage, après le passage de l'oxyde de carbone derrière la couche, en réduisant la pression de la zéolithe jusqu'à 5.10" mm de Hg. Chacune des concentrations résiduelles en oxyde et en dioxyde de carbone dans l'azote est inférieure à 0,0004% vol., son point de rosée étant inférieur à -70[deg.]C.
Exemple 4
Une atmosphère hydrogène-azote contrôlable, dont la composition est indiquée dans l'exemple 1 est envoyée sous la pression normale, à une vitesse de 0,15 à 0,3 1/minute.
<EMI ID=18.1>
sorption jusqu'à une augmentation de 2 fois la résistance hydraulique de la couche. On effectue la régénération de la zéolithe par son chauffage indirect (à travers la paroi) jusqu'à une température de 400[deg.]C à 450[deg.]C.
Chacune des concentrations résiduelles en oxyde et en dioxyde de carbone est égale à 0,0001% vol., l'humidité correspond au point de rosée à une température inférieure à -75[deg.]C.
Exemple 5
Un gaz de protection à base d'argon, contenant en
<EMI ID=19.1>
de -10[deg.]C. On continue l'adsorption jusqu'au passage de l'oxyde de carbone derrière la couche de zéolithe. On.conduit la régénération de la zéolithe par son chauffage juaqu'à une température de 550[deg.]C à 600[deg.]C. La concentration résiduelle en oxyde de carbone est de 0,0002% vol., le point de rosée étant de -70[deg.]C..
Exemple 6
<EMI ID=20.1>
et H20,dans un rapport entre CO et H20 de 0,4/1, est envoyé avec une vitesse de 0,5 à 0,6 1/minute.-cm<2> à travers la
<EMI ID=21.1>
poursuit l'adsorption jusqu'à ce que la résistance hydraulique de le couche augmente de 7 fois. On conduit la régénération de la zéolithe par son chauffage indirect ( à travers la paroi) jusqu'à une température de 380[deg.]C à 400[deg.]C. La concentration résiduelle en oxyde de carbone est inférieure à -0,0003% vol.
Exemple 7
Des effluents de circuit de ventilation industriel, <EMI ID=22.1> vitesse de 0,8 à 1 1/ minute.cm<2> à travers la zéolithe MnA, <EMI ID=23.1>
On continue l'adsorption jusqu'à une augmentation de 10 fois la résistance hydraulique de la couche.On commence après cela une régénération thermique de la zéolithe par son chauffage jusqu'à une température de 300[deg.]C à 320[deg.]C. Chacune des concentrations résiduelles en oxyde et en dioxyde de carbone est de 0,0003 à 0,0004% vol.
Exemple 8
Les produits résultants de la combustion d'un com-
<EMI ID=24.1>
jusqu'au moment du passage de l'oxyde de carbone au-delà de la couche. On chauffe la zéolithe au cours de la régénération jusqu'à une température de 120[deg.]C à 200[deg.]C avec son refroidissement ultérieur jusqu'à une température de 4[deg.]C. Le mélange gazeux purifié contient de 15 à 3% en volume de
<EMI ID=25.1>
tions résiduelles en oxyde et en dioxyde de carbone est égale à 0,0004% en volume , le point de rosée étant de
-70[deg.]C.
Exemple 9
On effectue l'épuration d'une façon analogue à ce qui a été décrit dans l'exemple 1, à l'exception du fait qu'en qualité d'adsorbant on utilise la zéolithe CuA, ayant
<EMI ID=26.1>
oxyde de carbone est de.0,0001% en volume.
Exemple 10
On effectue l'épuration d'une façon analogue à celle décrite dans l'exemple 2, à cette différence près qu'en qualité d'adsorbant, on utilise la zéolithe CdX de compo-
<EMI ID=27.1>
Chacune des concentrations résiduelles en oxyde et en dioxyde de carbone est de 0,00015 à 0,0001% en volume, le point de rosée étant à -75[deg.]C.
Exemple 11
On réalise l'épuration comme dans l'exemple 3, à l'exception du fait qu'à titre d'adsorbant, on utilise la zéolithe CoA ayant la composition suivante:(0,41-0,56)CoO.
<EMI ID=28.1>
Les concentrations résiduelles en oxyde et en dioxyde de carbone sont inférieures à 0,0004% en volume,le point de rosée étant de -70[deg.]C.
Exemple 12
On effectue l'épuration comme dans l'exemple 4, à l'exception du fait qu'à titre d'adsorbant, on utilise
la zéolithe NaA ayant la composition suivante:(0,86-1,02)Na20
<EMI ID=29.1>
duelles en oxyde et en dioxyde de carbone est de 0,00015 à 0,0001% en volume, le point de rosée étant de -75[deg.]C.
Exemple 13
On conduit l'épuration d'une façon analogue à celle décrite dans l'exemple 5, à l'exception du fait qu'à titre d'adsorbant, on utilise la zéolithe NiA, ayant la composi-
<EMI ID=30.1>
Chacune des concentrations résiduelles en oxyde et en dioxyde de carbone est de 0,00025% en volume, le point de rosée étant de -70[deg.]C: -
Exemple 14
<EMI ID=31.1>
décrite dans l'exemple 6, à l'exception du fait qu'à titre d'adsorbant, on utilise la zéolithe NiX, de composition
<EMI ID=32.1>
le point de rosée se situant à -70[deg.]C.
Exemple 15
On effectue l'épuration comme dans l'exemple 7, sauf qu'à titre d'adsorbant, on utilise la zéolithe CoX de composition suivante: (0,45-0,52).CoO.(0,45-0,65)Na20.
<EMI ID=33.1>
siduelles en oxyde et en dioxyde de carbone est inférieure à 0,0004% en volume, le point.de rosée étant situé.à -70[deg.]C.
Exemple 16
On réalise l'épuration comme dans l'exemple 8, sauf qu'à titre d'adsorbant, on utilise la zéolithe AgA, ayant la
<EMI ID=34.1>
résiduelles en oxyde et en dioxyde de carbone est de 0,0004% en volume., le point de rosée se situant à -70[deg.]C.
REVENDICATIONS
1.- Procédé d'épuration de mélangea de gaz constitués d'azote ou d'hydrogène, ou d'argon, ou d'un mélange
d'azote et d'hydrogène ou d'oxygène, renfermant des impuretés d'oxyde de carbone, de dioxyde de carbone, de l'eau,
par adsorption de ces impuretés sur des zéolithes du type
A ou X, avec régénération ultérieure de la zéolithe, caractérisé en ce qu'on effectue l'adsorption des impuretés sur
la zéolithe en une seule étape, à une température de -40[deg.]C
à +4[deg.]C.