Procédé et installation pour la production d'hydrogène pratiquement exempt d'oxyde de carbone en partant d'un mélange gazeux formé principalement d'oxyde de carbone et d'hydrogène. L'invention comprend un procédé pour la production d'hydrogène pratiquement exempt d'oxyde de carbone en partant d'un mélange gazeux contenant en volumes 15 à 60 ,/o d'hydrogène et 20 à 70 /o d'oxyde de carbone, et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Le mélange gazeux peut être par exemple du gaz à l'eau. ' Dans les procédés connus pour obtenir l'hydrogène de tels mélanges gazeux, on son met ceux-ci tels quels ou additionnés (avant de les traiter) d'une certaine quantité d'azote directement à une liquéfaction partielle; cette manière d'opérer ne permet pas d'obtenir de l'hydrogène complètement exempt d'oxyde de carbone.
Dans le procédé selon l'invention, on traite le mélange gazeux (du gaz à l'eau par exemple) par une épuration préalable de façon à obtenir un mélange contenant la presque totalité de l'hydrogène et seulement encore une petite fraction de l'oxyde de car bone et on ajoute au mélange résultant de cette épuration préalable (mélange qui con- tient très peu d'oxyde de carbone) une quan tité d'azote en proportion bien définie telle que le rapport de la somme des volumes de l'azote et de l'oxyde de carbone au volume de l'hydrogène soit à peu près le même que dans le mélange initial, puis on soumet le mélange ainsi formé à une liquéfaction par tielle sous forte pression dans une colonne.
L'épuration préalable, éliminant la plus grande partie de l'oxyde de carbone contenue dans le gaz à l'eau ou autre gaz semblable, limite la quantité de l'azote de substitution nécessaire pour compléter l'épuration en oxyde de carbone, tandis que l'addition directe au gaz à l'eau ou autre gaz semblable de l'azote obligerait à diluer excessivement le mélange; ce qui aurait pour effet d'en augmenter le volume et le travail dépensé pour le com primer.
Lors du traitement de gaz à l'eau, l'addi tion de l'azote dans le mélange provenant de l'épuration préalable dudit gaz sera donc faite de telle manière que le rapport du volume de l'azote de substitution plus les volumes de l'oxyde de carbone et de l'azote présents à la fin de l'épuration, au volume de l'hydro gène soit approximativement égal au rapport en volume
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du gaz à l'eau.
En ces conditions, le volume de l'azote présent dans le mélange reste, pendant la liquéfaction, toujours supérieur à celui de l'oxyde de carbone, ce qui favorise la conden sation de ce gaz parce que l'effet de lavage de l'azote dépend des proportions respectives de l'azote et de l'oxyde de carbone pendant la liquéfaction.
E.xeyzples Si l'on part d'un gaz à l'eau ayant la composition (I) 50 H, 40 C0, 5 CO, 5 N =100 parties en volume. Après l'épuration préalable on obtient 40 H, 2 C0, 1 N =43 parties en volume. L'addition d'azote au mélange ainsi obtenu (x N) est faite de telle manière que
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ce qui donne x = 33 parties en volume pour l'azote à ajouter au mélange préalablement épuré. Le mélange à soumettre à la liquéfac tion partielle aura donc la proportion (II) 40 H, 2 C0, 34 N = 76 parties volumé triques, ce qui diffère beaucoup du gaz à l'eau, parce qu'il contient très peu de CO et à sa place de 1'N.
On obtient un mélange qui a presque le même point de liquéfaction que le gaz à l'eau, parce que l'azote et le CO exercent presque la même influence ayant en pour cent presque la même proportion dans les deux mélanges (I) et (II).
Une forme d'exécution d'une installation pour l'application du procédé à l'obtention d'hydrogène par traitement de gaz à l'eau est représentée, à titre d'exemple, à la fig. 1 du dessin schématique annexé, en tant que cela est nécessaire pour faire comprendre l'invention; en particulier, on n'a pas repré- senté les moyens pour l'épuration préalable du gaz à l'eau en vue d'en séparer l'hydro gène débarrassé de la plus grande partie d'oxyde de carbone, ces moyens étant connus et pouvant être de nature mécanique ou chimique; les fig. 2 et 3 donnent deux va riantes- de détail.
Dans l'installation représentée, le mélange résultant contenant presque la totalité de l'hy drogène qui se trouvait dans le gaz à l'eau et une petite partie de l'oxyde de carbone qui était renfermé dans le gaz à l'eau (c'est-à-dire une partie d'oxyde de carbone beaucoup moindre que celle qui se trouvait dans le gaz à l'eau) est amené par la tubulure 1 (fig. 1) à travers le robinet R qui en règle le débit, et va se mélanger avec une certaine quantité d'azote amenée par la tubulure 2 à travers le robinet Ri. La quantité d'azote de subs titution ainsi ajoutée sera mesurée de la façon précédemment indiquée.
On comprime alors ce mélange jusqu'à une certaine pression dans un compresseur C à refroidissement interne par circulation d'eau. Le mélange sortant du compresseur C subit un refroidissement ultérieur, au moyen d'eau, dans un appareil à échange de température ou refroidisseur r. A la place du compresseur C on pourrait employer (fig. 2 et 3) deux compresseurs Ci et Ci, dont celui Ci com primerait l'azote substitué à l'oxyde de car bone, tandis que le compresseur C9 comprime rait le mélange gazeux, tel qu'il a été défini plus haut, provenant de l'épuration préalable du gaz à l'eau,
le refroidissement étant effectué par un seul refroidisseur extérieur z-, comme à la fig. 2, ou par deux refroidisseurs extérieurs ri et r., comme à la<B>fi*</B> 3.
En sortant de ce ou ces refroidisseurs, le mélange est amené dans le tube intermédiaire d'un serpentin S à trois tubes emboîtés, le tube extérieur de ce serpentin étant parcouru en sens inverse, comme on le verra plus loin, par de l'hydrogène épuré et le tube intérieur étant également traversé en sens inverse par le mélange très froid de l'azote et de l'oxyde de carbone qui ont été séparés de.l'hydrogéne; le mélange parcourant le tube intermédiaire du serpentin est par là refroidi. Après sa sortie du serpentin S le mélange à épurer entre en<I>B</I> dans la colonne verticale Q.
Eu montant entre les plateaux à bords rehaussés ou cuvettes P ce mélange barbote à travers l'azote dont les cuvettes sont rem plies. Le gaz plus facilement liquéfiable, c'est-à-dire l'oxyde de carbone commence â. se liquéfier en plus grande quantité que les autres gaz composant le mélange. En même temps les plateaux-cuvettes P fonctionnent comme rectificateurs et laissent passer le gaz qui est le plus volatil, c'est-à-dire l'hydro gène ; l'oxyde de carbone en se liquéfiant déplacera en partie l'azote qui est plus volatil que l'oxyde de carbone.
L'hydrogène, l'azote et des traces minimes d'oxyde de carbone, en montant dans la colonne Q, entrent dans des tubes verticaux T où par effet de la température très basse, la plus grande partie de l'azote se condense et en retombant en arrière lave le mélange qui monte.
Il en ré sulte que tout l'oxyde de carbone qui était resté se condense et tombe dans les cuvettes P, tandis que l'hydrogène est toujours de plus en plus débarrassé d'oxyde de carbone au fur et à mesure qu'il s'approche de l'ex trémité supérieure de la colonne Q. Ici l'hy drogène, tout à fait débarrassé de l'oxyde de carbone, mais contenant encore des traces d'azote sort par le sommet h-de la colonne et s'en va à un détendeur e dans lequel, par effet du travail d'expansion; sa température s'abaisse encore.
Après sa détente l'hydrogène est ramené en .E dans la colonne Q où il cède ses frigories aux gaz qui montent à l'intérieur des tubes T, après quoi il sort en P de la colonne Q et est amené par le tuyau 3 au serpentin S dont il traverse le tube extérieur pour y céder le reste de ses frigories au mélange arrivant du compresseur C (ou (les compresseurs Ci et Cs).
L'oxyde de carbone liquide qui s'est séparé de l'hydrogène, et une partie de l'azote liquide descendent par les bords de déverse ment des cuvettes P jusqu'au bas de la colonne Q, d'où par la prise 9 et le tuyau 5 ils vont au serpentin intérieur V. A la sortie de ce serpentin, ils traversent le robinet R2 en se détendant environ jusqu'à la pression atmosphérique, apràs quoi ils se déchargent dans le bac W et cèdent toutes leurs frigories de vaporisation aux gaz qui passent par l'in térieur des tubes T.
Les vapeurs d'azote et d'oxyde de. car bone sortant de la colonne par D sont con duites par le tuyau 4 au triple serpentin S (tube intérieur) pour y céder le reste de leurs fri- gories au mélange qui traverse ce même serpentin (tube intermédiaire) en sens inverse comme il a été déjà dit plus haut.
Au cas où une seule épuration ne serait pas suffisante pour atteindre le degré de pureté demandé par les applications aux quelles l'hydrogène est destiné, on pourra répéter l'opération dans un ou plusieurs groupes d'installations identiques à celle qui a été décrite, en ajoutant du nouvel azote au mélange en substitution des constituants éliminés par les opérations précédentes de façon à conserver la proportion indiquée plus haut.