Procédé de séparation des éléments d'un mélange gazeux. La présente invention se rapporte à un procédé de séparation -des éléments d'un mé lange gazeux par liquéfaction et rectification, suivant lequel on opère ladite séparation à l'aide d'au moins une colonne dite de recti fication, combinée avec une colonne de recti fication pour de l'air atmosphérique fonc tionnant sous une pression telle que l'on ob tient de l'azote liquide et pur dans les pla teaux supérieurs de cette colonne, l'un au moins des produits obtenus dans la colonne de traitement -de l'air étant amené à la co lonne de traitement du mélange de façon à utiliser pour la séparation des éléments de ce mélange une partie au moins des frigories disponibles.
On trouve à cette façon d'opérer l'avan tage de pouvoir utiliser la dépense d'énergie correspondant à la compression du fluide de réfrigération, utilisé au moins en partie dans la colonne de traitement dudit mélange, non seulement pour la capacité frigorifique ré sultant de sa liquéfaction et de son évapora tion, mais encore pour la séparation en ses éléments de ce fluide lui-même et pour l'uti- lisation, comme sous-produits, de ces élé ments séparés..
C'est ainsi que l'on peut met tre en #uvre l'azote liquide comme élément frigorifique ou de combinaison tout en préparant, sans grande dépense d'énergie supplémentaire, de l'oxygène pur ou presque pur et de l'argon pur ou presque pur, dont les frais de production seront ainsi presque nuls, tandis que 1a compression qui leur aura été donnée pourra être utilisée pour leur em bouteillage.
On peut exécuter le procédé par exemple . comme suit: On comprime de l'air atmosphérique à une pression qui sera, en général, supérieure à 25 atmosphères, le, fait passer, après re froidissement par échange de températures avec les gaz de sortie, dans une colonne de rectification maintenue sous la même pres sion, dont la partie supérieure est refroidie par un condenseur alimenté par du méthane liquéfié bouillant sous la pression atmosphé rique ou légèrement supérieure, la partie inférieure de la colonne étant chauffée par le même méthane comprimé, mais non encore 1i- quéfié et plus ou moins refroidi. On obtient.
ainsi, dans les plateaux supérieurs de la co lonne, de l'azote pur liquide et, dans les plateaux inférieurs, de l'oxygène liquide; l'un et l'autre gaz peuvent être utilisés, sé- paréntent et indépendamment l'un de l'an tre, soit comme liquides de refroidissement par évaporation, soit comme liquides de elairçage. pour la séparation par rectifica tion du mélan;e gazeux à traiter.
Le procédé est particulièrement avanta- (,eux quand on se propose de séparer en leurs éléments, sur une grande échelle, et le cas échéant, simultanément, les différents mé langes gazeux dérivés de la, .distillation et de l'oxydation de la houille ou d'autres combustibles solides (gaz d'éclairage, ou de fours à coke, gaz à l'eau, de gazogène. etc.) déjà. enrichis ou non en hydrogène par eà- talyse oxydante en présence de vapeur d'eau, et dont on se propose d'extraire l'hydrogène à l'état comprimé, mélangé d'une proportion plus on moins grande d'azote, en vue de l'u tiliser à des synthèses catalytiques comme celles de l'ammoniac ou l'hydrogénation des huiles.
L'oxyde de carbone ayant une action pernicieuse sur les catalyseurs utilisés dans ces synthèses, il est nécessaire que l'hydro gène obtenu en soit aussi exempt que pos sible, ce que l'on réalisera facilement avec le procédé de la, présente invention en em ployant directement comme liquide de clair çage et de refroidissement l'azote liquide pur obtenu sur les plateaux supérieurs de la, co lonne de rectification de l'air atmosphérique, tandis -que l'oxv--ène qui se rassemble à la partie inférieure de cette même colonne pourra, après rectification complémentaire, le cas échéant, constituer un sous-produit d'un écoulement certain, à l'état comprimé, pour la soudure autogène ou, après détente, pour des chauffages spéciaux.
D'autre part, les composants, autres que l'hydrogène, des. gaz de houille mis en rouvre pourront être sépa rés isolément au cours de la rectification de ces derniers et il sera facile de leur trouver un emploi avantageux. d'une part, et pour certain d'entre eux, pour compenser les per- tes inévitables d'agent. frigorifique des cy cles de refroidissement (méthane et fit@v- lène) et, d'autre part.
pour la, préparation de nouvelles quantités d'hydrogène (oxyde (le carbone); enfin les uns et les autres pour #:urvir comme combustible de propriétés par ticulières et spéciales.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une installation pour la mise en outvre du procédé, appliqué à la prépara tion d'un mélange d'hydrogène et d'azote, complètement exempt d'oxyde de carbone, par extraction de ce produit d'un 7az de houille tel que le gaz d'éclairage ou le gaz de fours à, coke, mélangés ou non de gaz à l'eau, catalysé ou non en vue de son enrichis- sement en hydrogène.
Sur cette figure. le mélange gazeux à traiter, ayant subi les opérations de puri fication normales (extraction des goudrons, (le l'ammoniaque et des benzols), et aussi soigneusement due possible débarrassé de vapeur d'eau et d'acide carbonique, est as piré en 1 par le compresseur 2 qui l'amène à la, pression convenable, pression détermïna'#e en fonction (le la, teneur d'azote qu'on veut finalement laisser dans le mélange.
Le gaz comprimé en 2 est ramené à. la température ambiante par un réfrigérant à eau courante, traverse l'échangeur de température 3 d'où il sort en .1 après s'être refroidi au contact des gaz sortant de l'appareil de rectification 6 et traversant l'écha.n.,eur en sens inverse sui vant 9, 10.
Le g<B>az,</B> comprimé et refroidi entre par 5 dans l'appareil de rectification 6 cons titué par une colonne à plateaux de barbo tage munis des dispositifs les plu; perfee- tionnés pour assurer le contact très intime des gaz et des liquides. Pans l'appareil de re.eti- fication 6. refroidi énergiquement à sa. par tie supérieure par le condenseur 7 et. chauffe Ù, sa. partie inférieure par le circuit 100, -101 les gaz s'élèvent en se rectifiant.
Sous l'ac tion d'une rétrogradation abondante d'azote liquide pur produit tant par la, condensa tion en 7 que par le déversement en 12 d'a- zole liquide obtenu comme on le verra plus loin, il ne peut arriver à la, partie haute du condenseur, en 8, que de l'hydrogène mé langé de la proportion d'azote correspondant à la. pression de régime de la colonne et à l'intensité du refroidissement dans le conden seur 7.
Le gaz qui s'échappe en 8 arrive par 8, 9 à l'échangeur de températures 3 qu'il traverse suivant 9, 10 et aboutit par 10 au robinet 11 qui peut être utilisé soit comme robinet d'arrêt, soit comme réglage du débit et, par suite, ,de la pression de régime dans la colonne 6.
L'azote liquide servant à la rétrogradation ou clairçabe est apporté en 12 par le tuya.u- siphon 14, 13, 12 dont le débit est com mandé par le robinet 13; cet azote provient de la colonne de rectification d'air atmosphé rique 25, dont le fonctionnement est le sui vant:
L'air, qui doit y être, traité, après avoir été débarrassé de la vapeur d'eau et de l'a cide carbonique qu'il contenait, arrive par 15, est comprimé par le compresseur 16 au dessus de 25 atmosphères et refroidi en 17 par de l'eau courante; il traverse ensuite simultanément divers échangeurs de tempé ratures 18, 19, 20 où il récupère, le froid emporté par les divers gaz sortant des, appa reils de rectification (azote, oxygène, argon) avant qu'ils ne s'échappent définitivement à l'extérieur;
l'air ainsi refroidi sort des échan geurs par 19, 21, 22, robinets qui servent à répartir le débit d'air entre ces différents échangeurs et est amené par un conduit unique jusqu'en 24 où il entre d'ans la co lonne de rectification 25, refroidie à sa partie supérieure par les deux condenseurs superposés 26 et 27 et chauffée à sa partie inférieure par le circuit 108, 109, se sépare en ses éléments en s'élevant dans la colonne 25, sous l'action de la rétrogradation active produite, par les condenseurs supérieurs 26, 27 de sorte que l'azote arrive tout-à-fait pur sur les plateaux supérieurs.
C'est sur un de ceux-ci, convenablement choisi, qu'on pré lève en 14 l'azote liquide pur servant au clairçage (comme il a été dit précédemment) du mélange :d'hydrogène et d'azote parvenu à la partie supérieure de la colonne 6. Une sortie 28 placée au sommet de la colonne 25, au-dessus des condenseurs, permet de laisser échapper les gaz rares inconden- sables de l'air (hydrogène, hélium, etc.) ainsi qu'une certaine quantité d'azote qu'on peut introduire par 29, le cas échéant, en propor tion quelconque, dans le mélange gazeux sortant .de 6 pour l'amener à la composition désirée.
Le refroidissement de la partie supé rieure 25, nécessaire pour le fonctionnement clé<B>là</B> rectification et l'obtention d'azote pur, est obtenu au moyen d'une machine frigo rifique fonctionnant au gaz méthane de la façon suivante: Le gaz méthane est aspiré par 39, du réservoir<B>31,</B> dans le compresseur 32 dont le refoulement est refroidi en. 33 par de l'eau courante;
une dérivation conduit une fraction de ce .méthane comprimé dans l'é changeur réfrigérant 34 où le gaz comprimé s -ut -bit Fae tion d'un refroidissement métho- dique, d'une part, par le méthane froid re venant des colonnes, et, d'autre part, par de l'éthylène liquide s'évaporant sous la pression atmosphérique et provenant d'un cycle précé dent de liquéfaction.
Le méthane, qui sort complètement liquéfié de l'échangeur-réfri- gérant 34, par le robinet détendeur 35, en tre par 36 d'ans le condenseur 26 de la co lonne 25; il s'en évapore à une pression voi sine de la pression atmosphérique en conden sant l'azote comprimé parvenu au sommet de la colonne.
Le méthane vaporisé sort -du condenseur 26 par la tubulure 3.7 pour ren trer par 38 à la base de l'échangeur 34 dont il traverse successivement deux sections sé parées par celle qui correspond à la condei)- sation par l'éthylène de manière à réaliser un refroidissement méthodique: le méthane réchauffé et détendu retourne par 89 à l'as- piratiôn du compresseur 32.
Dans la colonne 6, les gaz<B>-</B>autres que l'hydrogène et une fraction d'azote accom pagnant l'hydrogène, c'est-à-dire l'azote en excèdent, l'oxyde de carbone et les hydro carbures (ceux-ci constitués presqu'exclusive- ment par du méthane et de l'éthylène) sont refoulés par l'abondante rétrogradation d'a zote déversé sur les plateaux supérieurs tant par la condensation en 7 que par l'apport F ztérieur en 12,
rétrogradent d'une façon continue vers la partie inférieure de la co lonne où ils s'accumulent après avoir été complètement débarrassés d'hydrogène par le chauffage du circuit 100, 101.
Ils sont ex traits par le robinet 10 et séparés dans une colonne de rectification double, composée de deux tronçons superposés 4\? et 47; ils en trent par 41 à la. base du tronçon supérieur 1? oit ils sont évaporés par le tubulaire (à tubes borgnes) chauffé par les gaz du tron- (:on inférieur de la colonne; ils s'élèvent. dans 4? en se rectifiant sous l'influence de la ré- tro-radation produite par le condenseur tu bulaire supérieur 63;
l'azote s'échappe à l'état. gazeux, comme produit de tête au som met du condenseur par 64; l'oxyde de car bone liquide s'écoule d'un ,des plateau: supé rieurs par 58, tandis que les hydrocarbures (méthane et éthylène) s'écoulent par le siphon 14, -1-5, 46 dans la partie médiane du tron çon inférieur de la. colonne 47; ils s'y recti fient à leur tour sous l'action du circuit de chauffage <B>101</B> , 105;
les produits de têt, qu'ils contiennent encore (azote et oxyde de carbone) retournent par 48, 49 dans le tron çon supérieur 42 de la double colonne; le méthane s'écoule à l'état liquide par 50, tan dis que l'éthylène se rassemble dans la partie l,a#zse d'où il est recueilli par 54, 55 et s'en va par 56, 57 au réfri(yérant-échanbeur de la machine frigorifique à, éthylène qui cons titue le second circuit de l'ensemble;
de même le méthane, par 5f_), 51, :J3 retourne à l'é- chan@eur r;@frigéraiit de la machine fri-ori- fique à méthane 34 qui constitue le troisième circuit de l'ensemble; les excédents (le mé- tliane et d'éthylène s'accumulent respective- ment clan; les réservoirs 31 et 115 doit ils sont soutirés par les robinets l31 et 132;
l'ox yd, de carbone qui sort en 58 et dont le d@@bit est réglé par le robinet 59, se réchauffe dans t_'échan(Yeur 60 au contact de méthane comprimé qu'il refroidit et s'échappe par 61 pour arriver au robinet 62 sur lequel il petit se détendre soit pour retourner à, la. cata- lvse d'hydrogénation, soit pour être brûlé.
Les ressources en méthane chaud et froid et en, azote liquéfié dont on dispose dans le dispositif ci-dessus exposé permettent de pré voir une colonne spéciale pour l'extraction de l'argon et la purification complète de l'oxygène. A cet effet, on soutire vers la partie médiane de la, colonne de rectifica tion d'air 25, là oit la, concentration en argon est maxima., une fraction <B>-</B>convenable du li quide, réglée par le robinet 82 qui est intro duite au moyen du conduit 82, 83, qui doit avoir la forme d'un siphon, bien que sur la figure, pour lie pas compliquer, on l'ait re présenté comme rcctili:;
ne, dans une petite colonne .de rectification spéciale 81, munie d'un condenseur supérieur 76 et d'un circuit de chauffage inférieur 112,<B>113:</B> les gaz s'y rectifient. l'azote gazeux s'en échappe. it travers le condenseur, comme produit de tête; l'argon, purifié par la, rétrogradation, est prélevé à. l'état liquide par 85 et l'oxy- bène, débarrassé de l'azote et de l'argon s'écoule pur < i la. partie inférieure en 90.
Les autres organe.,; du dispositif s'expli quent: d'eux-mème@ par l'examen de la. figure: Le circuit de la. machine frigorifique à. éthy lène, qui sert ît. liquéfier le mAthane, est fi guré en 115, 116, 117. 118, 119,<B>]-')0.</B> 121, 12?, 1.15:
le circuit de la machine frigori fique à ammoniaque qui sert.<B>il</B> liquéfier l'étliylèlie, est fi,,tiré en 123, 124, 125, 1?6, 127î# 128, 129, 13t1 <B>1.23.</B>
Tontes les colonnes sont chauffées à la partie basse par un circuit (le méthane com primé 97, 98 circulant. par 111, 112, 113, 111 dans la chaudière de la. colonne à argon par 107, 108, 109, 110 dans la chaudière de la colonne à air atmosphérique, par 99. 100, 101, 102 dans la base de la colonne prinei- paie, par 103, 104, 105, 106 dans la. base (le la, colonne à, hydrocarbures et par 103, 00, 52 dans l'éehan:;geur réchauffant l'oxyde de carbone:
Les robinets 51, 106, 10\_?, <B>110,</B> 111 servent à régler à, volonté l'intensité de ces différents chauffages dont le fluide de retour est ramené par 52, 53, 38 dans l'échangeur (réfrigérant 34 de la machine frigorifique à méthane); on dispose ainsi pour chaque colonne d'une source de chauf fage dont on peut régler l'intensité à vo lonté.
D'autre part, l'azote liquide sous pression qui a servi à la rétrogradation dans la co lonne 6, en sort en 66 où il y aura avantage à disposer une bouteille de régulation non représentée sur la figure, -d'où partent plu sieurs conduits alimentant respectivement les condensateurs 7, 63, 76 -des trois colonnes 6, 4? et 84. L'azote détendu dans les conden- seurs 7 et 63 est réuni dans un conduit uni que qui aboutit au condenseur supérieur 27 de la colonne 25, achevant l'action du con- denseur 26, et aboutissant par 80, 81 à l'échangeur de température 18 où se refroi dit l'air atmosphérique à traiter.
Si les appareils sont bien isolés contre l'afflux extérieur de la chaleur, si les fais ceaux tubulaires -des échangeurs sont assez développés et méthodiquement disposés, les pertes de calorique seront très minimes et la. quantité de .méthane à liquéfier sera très réduite; l'on obtiendra, d'autre part: En 11 de l'hydrogène comprimé conte nant de 5 % à 25 % d'azote (suivant que la pression -dans la colonne 6 sera maintenue entre 30 et 5 atmosphères) et exempt d'oxyde de carbone; En 94 de l'oxygène comprimé; En 96 de l'azote détendu souillé d'un peu d'oxyde de carbone; En 88 de l'argon sous pression;
En 62 de l'oxyde -de carbone souillé d'un peu d'azote; ' En 131 du méthane détendu, mais qu'on pourrait obtenir en partie tout au moins; comprimé; En 132 de l'éthylène.
La séparation des éléments de l'air et du mélange gazeux traité est donc (par le dispo sitif exposé) aussi complète, que possible.
Les dispositifs analogues peuvent être imaginés (suivant le procédé faisant l'objet de la présente invention) pour n'importe quel mélange, gazeux.
A process for separating the elements of a gas mixture. The present invention relates to a process for separating the elements of a gaseous mixture by liquefaction and rectification, according to which said separation is carried out using at least one so-called rectification column, combined with a column of rectification for atmospheric air operating under a pressure such that pure liquid nitrogen is obtained in the upper plates of this column, at least one of the products obtained in the treatment column - air being brought to the column for treating the mixture so as to use at least part of the available frigories for the separation of the elements of this mixture.
In this way of operating, we find the advantage of being able to use the energy expenditure corresponding to the compression of the refrigeration fluid, used at least in part in the treatment column of said mixture, not only for the resulting refrigeration capacity. for its liquefaction and evaporation, but also for the separation into its elements of this fluid itself and for the use, as by-products, of these separate elements.
Thus it is possible to use liquid nitrogen as a refrigerating or combination element while preparing, without great expenditure of additional energy, pure or almost pure oxygen and pure argon. or almost pure, the production costs of which will thus be almost nil, while the compression which will have been given to them can be used for their bottling.
The method can be carried out for example. as follows: Atmospheric air is compressed to a pressure which will, in general, be greater than 25 atmospheres, the, after re-cooling by exchange of temperatures with the outlet gases, in a rectification column maintained under the same pressure, the upper part of which is cooled by a condenser fed by liquefied methane boiling at atmospheric pressure or slightly higher, the lower part of the column being heated by the same compressed methane, but not yet qualified and more or less cooled. We obtain.
thus, in the upper plates of the column, pure liquid nitrogen and, in the lower plates, liquid oxygen; both gases can be used, separately and independently of each other, either as evaporative coolants or as lighting liquids. for the separation by rectification of the gaseous mixture to be treated.
The process is particularly advantageous when it is proposed to separate into their elements, on a large scale, and where appropriate, simultaneously, the various gaseous mixtures derived from the distillation and oxidation of coal or other solid fuels (lighting gas, or coke oven gas, water gas, gasifier, etc.) already enriched or not in hydrogen by oxidative analysis in the presence of water vapor, and from which it is proposed to extract the hydrogen in the compressed state, mixed with a greater or lesser proportion of nitrogen, with a view to using it in catalytic syntheses such as those of ammonia or hydrogenation of oils.
Since carbon monoxide has a pernicious action on the catalysts used in these syntheses, it is necessary that the hydrogen obtained be as free from it as possible, which will be easily achieved with the process of the present invention by using directly as clearing and cooling liquid the pure liquid nitrogen obtained on the upper plates of the atmospheric air rectification column, while the oxygen which collects at the lower part of this same column may, after additional rectification, if necessary, constitute a by-product of certain flow, in the compressed state, for autogenous welding or, after expansion, for special heaters.
On the other hand, the components, other than hydrogen, of. Coal gas used can be separated separately during the rectification of the latter and it will be easy to find an advantageous use for them. on the one hand, and for some of them, to compensate for the inevitable agent losses. refrigeration of the cooling cycles (methane and fit @ vlene) and, on the other hand.
for the preparation of new quantities of hydrogen (oxide (carbon); finally both to #: urvir as fuel with particular and special properties.
The accompanying drawing shows, by way of example, an installation for carrying out the process, applied to the preparation of a mixture of hydrogen and nitrogen, completely free of carbon monoxide, by extraction. of this product of a coal gas such as lighting gas or gas from coke ovens, mixed or not of gas with water, catalyzed or not with a view to its enrichment in hydrogen.
In this figure. the gas mixture to be treated, having undergone the normal purification operations (extraction of tars (ammonia and benzols), and as carefully as possible free of water vapor and carbonic acid, is sucked in 1 by the compressor 2 which brings it to the, suitable pressure, pressure determined as a function (the the, the nitrogen content that we want to finally leave in the mixture.
The gas compressed in 2 is reduced to. the ambient temperature by a running water cooler, passes through the temperature exchanger 3 from which it exits at .1 after having cooled in contact with the gases leaving the rectification apparatus 6 and passing through the escha.n. , eur in reverse order following 9, 10.
The compressed and cooled g <B> az, </B> enters by 5 the rectifying apparatus 6 consisting of a column with bubbling plates fitted with the most suitable devices; perfected to ensure the very intimate contact of gases and liquids. Pans the re.etification 6. energetically cooled to its. upper part by the condenser 7 and. heater Ù, sa. lower part by the circuit 100, -101 the gases rise while rectifying.
Under the action of an abundant retrogradation of pure liquid nitrogen produced both by the condensation in 7 and by the discharge in 12 of liquid azole obtained as will be seen later, it cannot arrive at the , upper part of the condenser, at 8, that mixed hydrogen in the proportion of nitrogen corresponding to the. operating pressure of the column and the intensity of the cooling in the condenser 7.
The gas which escapes at 8 arrives by 8, 9 at the temperature exchanger 3 which it passes through according to 9, 10 and ends at 10 at the valve 11 which can be used either as a stop valve or as an adjustment of the flow rate and, consequently, the operating pressure in column 6.
The liquid nitrogen used for the retrogradation or clairçabe is brought in 12 by the tuya.u- siphon 14, 13, 12, the flow of which is commanded by the valve 13; this nitrogen comes from the atmospheric air rectification column 25, the operation of which is as follows:
The air, which must be treated there, after having been freed from the water vapor and the carbon dioxide it contained, arrives at 15, is compressed by the compressor 16 above 25 atmospheres and cooled. in 17 by running water; it then simultaneously passes through various temperature exchangers 18, 19, 20 where it recovers the cold carried away by the various gases leaving the rectification devices (nitrogen, oxygen, argon) before they finally escape to the 'outside;
the air thus cooled leaves the exchangers through 19, 21, 22, taps which serve to distribute the air flow between these different exchangers and is brought by a single duct to 24 where it enters the column. rectification 25, cooled at its upper part by the two superimposed condensers 26 and 27 and heated at its lower part by circuit 108, 109, separates into its elements rising in column 25, under the action of active retrogradation produced by the upper condensers 26, 27 so that the nitrogen arrives quite pure on the upper plates.
It is on one of these, suitably chosen, that one takes in 14 the pure liquid nitrogen serving for the clearing (as was said previously) of the mixture: of hydrogen and nitrogen which has reached the part. top of column 6. An outlet 28 placed at the top of column 25, above the condensers, allows uncondensable rare gases from the air (hydrogen, helium, etc.) to escape as well as a certain amount of gas. quantity of nitrogen which can be introduced by 29, if appropriate, in any proportion, into the gas mixture leaving 6 to bring it to the desired composition.
The cooling of the upper part 25, necessary for the key operation <B> there </B> rectification and obtaining pure nitrogen, is obtained by means of a refrigerating machine operating on methane gas as follows : The methane gas is sucked by 39, from the tank <B> 31, </B> into the compressor 32, the discharge of which is cooled by. 33 by running water;
a bypass leads a fraction of this compressed .methane into the refrigerant changer 34 where the compressed gas flows through a method of cooling, on the one hand, by the cold methane coming from the columns, and, on the other hand, by liquid ethylene evaporating under atmospheric pressure and originating from a previous cycle of liquefaction.
The methane, which leaves completely liquefied from the exchanger-refrigerant 34, through the pressure reducing valve 35, enters the condenser 26 of column 25 through 36 years; it evaporates at a pressure close to atmospheric pressure, condensing the compressed nitrogen which has reached the top of the column.
The vaporized methane leaves the condenser 26 through the tubing 3.7 to return through 38 to the base of the exchanger 34, of which it passes successively through two sections separated by that which corresponds to the condei) - sation by ethylene so as to achieve methodical cooling: the reheated and expanded methane returns through 89 to the compressor 32 aspiration.
In column 6, the gases <B> - </B> other than hydrogen and a fraction of nitrogen accompanying hydrogen, i.e. nitrogen in excess, carbon monoxide and the hydro carbides (these consist almost exclusively of methane and ethylene) are driven back by the abundant retrogradation of nitrogen discharged onto the upper plates both by the condensation at 7 and by the input F zterior in 12,
downshift continuously to the lower part of the column where they accumulate after having been completely freed of hydrogen by the heating of circuit 100, 101.
They are extracted by the tap 10 and separated in a double rectification column, composed of two superimposed sections 4 \? and 47; they enter by 41 to the. base of upper section 1? oit they are evaporated by the tubular (with blind tubes) heated by the gases from the lower section of the column; they rise in 4? rectifying themselves under the influence of the retro-radation produced by the upper tu bular condenser 63;
nitrogen escapes in the state. gaseous, as overhead product at the top of the condenser by 64; the liquid carbon monoxide flows from one of the trays: greater than 58, while the hydrocarbons (methane and ethylene) flow through the siphon 14, -1-5, 46 in the middle part of the lower section of the. column 47; they are corrected in turn by the action of the heating circuit <B> 101 </B>, 105;
the head products, which they still contain (nitrogen and carbon monoxide) return through 48, 49 into the upper section 42 of the double column; the methane flows in the liquid state through 50, tan say that the ethylene gathers in the part l, a # zse from where it is collected by 54, 55 and leaves by 56, 57 to the refri (yrant-debris of the ethylene refrigeration machine which constitutes the second circuit of the assembly;
in the same way the methane, by 5f_), 51,: J3 returns to the exchanger @ eur r; @ refrigeration of the methane fri-ori- fic machine 34 which constitutes the third circuit of the assembly; the surpluses (the metliane and ethylene accumulate respectively; the reservoirs 31 and 115 must be withdrawn by the taps l31 and 132;
the ox yd, of carbon which exits at 58 and whose d @@ bit is regulated by the tap 59, heats up in t_'échan (Yeur 60 in contact with compressed methane which it cools and escapes through 61 for get to tap 62 on which it can relax either to return to the hydrogenation catalytic converter or to be burnt.
The hot and cold methane and liquefied nitrogen resources available in the device described above make it possible to provide a special column for the extraction of argon and the complete purification of the oxygen. For this purpose, a suitable <B> - </B> fraction of the liquid is drawn off towards the middle part of the air rectification column 25, where the argon concentration is maximum. the tap 82 which is introduced by means of the conduit 82, 83, which must have the shape of a siphon, although in the figure, to avoid complication, it has been presented as recctili :;
ne, in a small column .de special rectification 81, provided with an upper condenser 76 and a lower heating circuit 112, <B> 113: </B> the gases are rectified there. nitrogen gas escapes from it. it through the condenser, as a top product; the argon, purified by the retrogradation, is taken from. the liquid state by 85 and oxybene, freed from nitrogen and argon, flows pure <1 la. lower part in 90.
The other organs.,; of the device can be explained: by themselves @ by examining the. figure: The circuit of the. refrigeration machine at. ethylene, which is used as it. to liquefy the mAthane, is fi gured in 115, 116, 117. 118, 119, <B>] - ') 0. </B> 121, 12 ?, 1.15:
the circuit of the ammonia refrigeration machine which serves. <B> it </B> liquefies the ethylene, is fi ,, drawn in 123, 124, 125, 1? 6, 127î # 128, 129, 13t1 <B > 1.23. </B>
All the columns are heated at the bottom by a circuit (the compressed methane 97, 98 circulating. Through 111, 112, 113, 111 in the boiler of the argon column through 107, 108, 109, 110 in the boiler of the atmospheric air column, by 99. 100, 101, 102 in the base of the main column, by 103, 104, 105, 106 in the base (the 1a, hydrocarbon column and by 103, 00 , 52 in the ehan:; geur heating the carbon monoxide:
The valves 51, 106, 10 \ _ ?, <B> 110, </B> 111 are used to adjust at will the intensity of these different heaters, the return fluid of which is returned by 52, 53, 38 to the exchanger (refrigerant 34 of the methane refrigeration machine); a heating source is thus available for each column, the intensity of which can be adjusted as desired.
On the other hand, the pressurized liquid nitrogen which was used for the downshifting in column 6, leaves it at 66 where it will be advantageous to have a regulating bottle not shown in the figure, -from which leaves more sieurs conduits respectively supplying the capacitors 7, 63, 76 - of the three columns 6, 4? and 84. The nitrogen expanded in the condensers 7 and 63 is combined in a united conduit which terminates at the upper condenser 27 of the column 25, completing the action of the condenser 26, and terminating through 80, 81 at the temperature exchanger 18 where the atmospheric air to be treated is cooled.
If the devices are well insulated against the external influx of heat, if the tube bundles of the exchangers are sufficiently developed and methodically arranged, the heat losses will be very minimal. quantity of .methane to be liquefied will be very small; one will obtain, on the other hand: At 11, compressed hydrogen containing from 5% to 25% nitrogen (depending on whether the pressure in column 6 is maintained between 30 and 5 atmospheres) and free from carbon monoxide; In 94 compressed oxygen; In 96 relaxed nitrogen soiled with a little carbon monoxide; In 88 argon under pressure;
In 62, carbon monoxide soiled with a little nitrogen; 'In 131 relaxed methane, but which could at least be obtained in part; compressed; In ethylene 132.
The separation of the elements of the air and of the treated gas mixture is therefore (by the device exposed) as complete as possible.
Similar devices can be imagined (according to the process forming the object of the present invention) for any gas mixture.