Procédé pour purifier un mélange gazeux contenant de l'hydrogène et de l'oxygène, et où l'un de ces gaz constitue une impureté par rapport à l'autre, et dispositif pour ' sa mise en aeuvre. L'invention comprend un procédé pour purifier un mélange gazeux contenant de l'hydrogène et de l'oxygène et où l'un de ces gaz constitue une impureté par rapport à l'autre, et un dispositif pour sa mise en #uvre.
Selon le présent procédé, le mélange ga zeux est amené sous hyperpression en pré sence d'un catalyseur chauffé produisant la combinaison de l'hydrogène et de l'oxygène et est ensuite refroidi, également sous hy- perpression, de manière à condenser, par l'effet de l'abaissement de température et de l'hyperpression, la presque totalité clé l'eau formée.
Afin d'économiser la chaleur pour le chauffage du catalyseur et le froid pour le refroidissement du mélange gazeux après catalyse, on peut, au moyen d'échangeurs de température, chauffer les gaz qui se rendent sur le catalyseur par les gaz chauds qui ont passé sur celui-ci et refroidir ces gaz chauds par les, gaz froids ayant subi la réfrigéra tion pour la condensation de l'eau.
Pour' provoquer la combinaison de l'oxy gène avec une quantité correspondante d'hy drogène selon ce procédé, on peut employer de l'amiante palladiée ou platinée, chauffée.
Les gaz ayant passé sur le catalyseur seront refroidis, toujours sous hyperpression. clé préférence jusqu'à une température voi sine de la température de congélation de l'eau sous cette hypçrpression et à l'aide de la combinaison de deux échangeurs de tem pérature; l'eau formée au contact. de l'a miante palladiée sera très efficacement con densée et éliminée ,physiquement et l'on n'aura à enlever chimiquement, si néces- 4saire, que les dernières traces. d'eau par le passage du mélange gazeux à froid, par exemple, sur du sodium.
Ce procédé fournit, par exemple, un moyen très efficace pour effectuer la dés- oxygénation et l'élimination de l'eau d'un mélange gazeux destiné à, la fabrication synthétique de l'ammoniaque sous de très hautes pressions, de l'ordre de 400 à 2000 atmosphères, dénommées "hyperpressions".
En effet, clans la synthèse de l'ammo niaque, il est de la plus haute importance que les gaz devant servir à la combinaison soient dans un état de très grande pureté et ceci est particulièrement le cas Iorsqu'on emploie les h-,#-perpress,ions, car, dans ce cas, en raison de la petitesse des appareils en face d'une grande production et d'une grande quantité de g-az à traiter, la matière cata lysante, ayant un volume très petit. sera empoisonnée ou transformée bien plus vite, à.
quantité d'impuretés égale, pour une masse donnée de gaz réactionnels que dans les procédés n'employant pas les hyperpres- sions.
Mais il importe de remarquer que, pa r allèlement, l'aptitude à la purification de ces gaz sera améliorée dans la même me sure, à condition d'opérer la purification finale sous h #: perpression, parce que la ten sion propre de l'impureté dans le mélange reste considérable tant que cette impureté. n'est pas à l'état de traces.
Le dispositif selon la présente invention. pour la mise en oeuvre du procédé, com porte deux éclïangeurs dont le second est placé au-dessous du premier et lui fait im médiatement suite; il comporte également une paroi séparant le compartiment du pre mier échangeur, dans. lequel circulent les gaz qui se rendent sur le catalyseur, du compartiment du second échangeur clans le quel circulent, en se réchauffant, les gaz ayant subi la réfrigération, l'arrivée des gaz à purifier étant située immédiatement au- dessus de cette paroi, et le départ des. gaz purifiés étant situé immédiatement au-des sous de celle-ci.
La figure annexée représente schéma fic.iuement un exemple du dispositif ci-des sus pour la mise en oeuvre du procédé.
El est un premier échangeur de tempé rature, dans lequel le mélange gazeux est introduit en _l. A l'autre extrémité de cet échangeur se trouve une masse catalysante par exemple de l'amiante palladiét qui peut être chauffée par des moyens exté rieurs non représentés.
E., est un second échangeur qui, dans cette forme d'e_,#écu- tion, n'est qu'un prolongement du premier dont il est séparé par une paroi E et dont l'extrémité inférieure est refroidie par im mersion dans un réfrigérant G (par exemple de la glace ou de l'alcool au-dessous de 0 C), l'ouverture de sortie du mélange ga zeux se trouvant en S à l'extrémité de E opposée à celle qui est refroidie.
L'extrémité de E, portant la masse cata- lysante et l'extrémité refroidie de E2 sont reliées à travers la paroi E par des con duites. F.
Le mélange de gaz Az -!- 3H est amené en A par un hypercompresseur non repré senté sur le dessin; il parcourt la partie in férieure de l'échangeur de température El et arrive au contact de l'aimante palladiée l', chauffée, où tout l'oxygène qu'il contient se combine à de l'hydrogène pour former de la vapeur d'eau. De là, le mélange s'en gage dans les conduites F et revient à une température un peu supérieure à sa tempé rature d'entrée. Dans. ces conduites F il abandonne déjà, par condensation, grâce à l'énorme pression, la majeure partie de la vapeur d'eau formée.
II arrive ensuite dans le second échangeur<B> & .,</B> dont la. partie infé rieure est maintenue à une température voi sine du point de congélation de l'eau; sous la pression employée (- 8 C à<B>1000</B> atmos phères par exemple). L'eau résiduelle se condense à cet endroit jusqu'à concurrence de sa tension de vapeur à ladite tempéra ture.
L'eau condensée peut être évacuée de l'échangeur E. par des purges périodiques au moyen du robinet R.
Il est facile de voir que la proportion d'eau restant non condensée dans le mélange peut être extrêmement faible, même avec un refroidissement modéré.
En supposant, par exemple, que l'hyper- pr ession employée soit<B>1000</B> atmosphères et que la température atteinte effectivement soit -- 4 ou - 5 C, la tension clé vapeur de l'eau est de moins clé 4 mm de mercure et la proportion d'eau non condensée restant dans le mélange sera
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soit environ
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ou environ 4 mgr par m' de gaz à la pression atmosphérique.
Process for purifying a gas mixture containing hydrogen and oxygen, and where one of these gases constitutes an impurity with respect to the other, and device for its implementation. The invention comprises a process for purifying a gas mixture containing hydrogen and oxygen and where one of these gases constitutes an impurity with respect to the other, and a device for its implementation.
According to the present process, the gaseous mixture is brought under high pressure in the presence of a heated catalyst producing the combination of hydrogen and oxygen and is then cooled, also under high pressure, so as to condense, by the effect of the lowering of temperature and hypertension, almost all of the water formed.
In order to save heat for heating the catalyst and cold for cooling the gas mixture after catalysis, it is possible, by means of temperature exchangers, to heat the gases which reach the catalyst by the hot gases which have passed thereon and cool these hot gases by the cold gases which have undergone refrigeration for the condensation of water.
In order to bring about the combination of oxygen with a corresponding amount of hydrogen according to this method, heated palladium or platinum asbestos can be employed.
The gases which have passed over the catalyst will be cooled, still under high pressure. preferably up to a temperature close to the freezing temperature of the water under this high pressure and using the combination of two temperature exchangers; water formed on contact. of the palladium will be very effectively condensed and eliminated, physically and one will only have to chemically remove, if necessary, only the last traces. of water by passing the cold gas mixture, for example, over sodium.
This process provides, for example, a very efficient means for effecting the de-oxygenation and removal of water from a gas mixture intended for the synthetic manufacture of ammonia under very high pressures, of the order of from 400 to 2000 atmospheres, called "hyperpressions".
In fact, in the synthesis of ammonia, it is of the utmost importance that the gases to be used for the combination be in a state of very high purity and this is particularly the case when the h -, # are used. -perpress, ions, because, in this case, due to the smallness of the devices in front of a large production and a large amount of g-az to be treated, the cata lysing material, having a very small volume. will be poisoned or transformed much faster, at.
equal quantity of impurities, for a given mass of reaction gases, as in processes not employing high pressure.
But it is important to note that, at the same time, the aptitude for purification of these gases will be improved to the same extent, on condition that the final purification is carried out under h #: pressure, because the inherent voltage of l The impurity in the mixture remains considerable as long as this impurity. is not at the state of traces.
The device according to the present invention. for the implementation of the method, com carries two separators, the second of which is placed below the first and immediately follows it; it also has a wall separating the compartment from the first exchanger, in. which circulate the gases which go to the catalyst, from the compartment of the second exchanger in which circulate, while heating, the gases which have undergone refrigeration, the arrival of the gases to be purified being located immediately above this wall, and the departure of. purified gas being located immediately below it.
The attached figure shows diagram fic.iuement an example of the above device for implementing the method.
El is a first temperature exchanger, in which the gas mixture is introduced in _l. At the other end of this exchanger is a catalyst mass, for example palladiet asbestos, which can be heated by external means not shown.
E., is a second exchanger which, in this form of e _, # ecu- tion, is only an extension of the first from which it is separated by a wall E and whose lower end is cooled by immersion in a refrigerant G (for example ice or alcohol below 0 C), the outlet opening for the gas mixture being in S at the end of E opposite to that which is cooled.
The end of E, carrying the catalytic mass, and the cooled end of E2 are connected through the wall E by conduits. F.
The gas mixture Az -! - 3H is brought to A by a hypercompressor not shown in the drawing; it runs through the lower part of the temperature exchanger El and comes into contact with the heated palladium-on magnet l ', where all the oxygen it contains combines with hydrogen to form water. From there, the mixture enters the pipes F and returns to a temperature a little higher than its inlet temperature. In. these pipes F it already gives up, by condensation, thanks to the enormous pressure, the major part of the water vapor formed.
It then arrives in the second interchange <B> &., </B> including the. the lower part is kept at a temperature close to the freezing point of water; under the pressure used (- 8 C to <B> 1000 </B> atmos pheres for example). The residual water condenses there to the extent of its vapor pressure at said temperature.
The condensed water can be evacuated from the exchanger E. by periodic purges using the tap R.
It is easy to see that the proportion of water remaining uncondensed in the mixture can be extremely small, even with moderate cooling.
Assuming, for example, that the hyper-pr ession employed is <B> 1000 </B> atmospheres and that the temperature actually reached is - 4 or - 5 C, the key vapor pressure of water is less key 4 mm of mercury and the proportion of non-condensed water remaining in the mixture will be
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is around
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or about 4 mg per m 2 of gas at atmospheric pressure.