FR3007018A1 - Recuperation et purification d'oxyde nitreux gazeux - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne la récupération et la purification d'oxyde nitreux à partir d'un flux gazeux contenant du N2O pour produire différentes qualités d'oxyde nitreux par la combinaison d'unités telles que, mais sans s'y limiter, une unité de lavage par voie humide (2), une unité d'adsorption (5), une unité de liquéfaction (7), une unité de distillation par détente (9) ou une unité de distillation continue avec reflux (9).

Description

RECUPERATION ET PURIFICATION D'OXYDE NITREUX GAZEUX L'approche classique pour préparer de l'oxyde nitreux (N20) passe par la décomposition du nitrate d'ammonium. L'oxyde nitreux est un sous-produit des procédés de production d'acide nitrique. L'oxyde nitreux est également produit dans des volumes importants en tant que sous-produit dans la synthèse de l'acide adipique ; un des deux réactifs utilisés dans la fabrication du nylon. L'acide adipique est un acide dicarboxylique préparé dans un procédé à deux étapes. La première étape de préparation implique habituellement l'oxydation du cyclohexane pour former un mélange de cyclohexanone et de cyclohexanol. La seconde étape implique l'oxydation du mélange avec de l'acide nitrique pour produire de l'acide adipique. L'oxyde nitreux est généré en tant que sous-produit de l'étape d'oxydation de l'acide nitrique. Sur la base d'expériences, il a été estimé que la stoechiométrie de la réaction globale pour la production du N20 dans la préparation de l'acide adipique est d'environ 0,3 kg de N20 par kilogramme de produit.

Avec un volume aussi important, le sous-produit issu de la synthèse de l'acide adipique peut devenir une source commerciale majeure de N20. Cependant, la récupération du N20 à partir du flux gazeux d'échappementflux gazeux d'échappement provenant de la synthèse de l'acide adipique nécessite l'élimination de diverses impuretés ; telles que des oxydes supérieurs d'azote, le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, l'azote, l'oxygène, l'argon, de l'humidité et des impuretés organiques. Actuellement, la majeure partie du flux gazeux d'échappement est décomposée avant d'être relâchée à des fins de protection de l'environnement. Des travaux ont été mis en oeuvre afin de récupérer et de purifier l'oxyde nitreux pour différentes applications ou de retirer l'oxyde nitreux de flux gazeux 25 industriels d'échappement à des fins de protection de l'environnement. Un système et un procédé classiques de purification de l'oxyde nitreux sont décrits dans le document EP 0 636 576 Al. Plus précisément, les procédés commencent avec la compression d'un gaz d'alimentation d'oxyde nitreux contenant de l'azote, de l'oxygène et de l'eau dans un compresseur. Une partie du gaz 30 d'alimentation d'oxyde nitreux, exempte d'eau, est acheminée vers un échangeur de chaleur où elle est partiellement condensée pour obtenir un mélange de gaz/liquide qui est ensuite séparé dans une colonne de rectification. Un des désavantages associés au système décrit dans ce document est qu'il est complexe, car il inclut trois échangeurs de chaleur et deux sections de rectification. En outre, le compresseur utilisé est potentiellement une source secondaire de contamination à cause des huiles de lubrification nécessaires pour le faire fonctionner. Un procédé permettant de séparer l'oxyde nitreux contenu dans des flux d'alimentation contenant ce dernier en mélange avec de l'oxygène et de l'azote, est 10 décrit dans le brevet US 6 080 226. Dans le procédé, le flux d'alimentation comprenant de l'oxyde nitreux est purifié par un procédé d'adsorption modulée en pression (AMP) faisant appel à une co-purge avec un flux appauvri en oxygène pour produire un flux d'oxyde nitreux de grande pureté. L'oxyde nitreux est adsorbé sélectivement, par conséquent le premier flux d'effluent contient du N2 et de 1'02. Le 15 flux d'oxyde nitreux de grande pureté peut être incorporé dans un complexe pour la production d'acide adipique pour récupérer l'oxyde nitreux à partir d'un flux résiduaire dilué et pour passer l'oxyde nitreux récupéré dans un procédé de production de phénol à partir d'un hydrocarbure aromatique. L'oxyde nitreux n'ayant pas réagi lors de l'étape de production du phénol peut être récupéré dans une seconde 20 étape, ou étape AMP de dégagement, et combiné avec des flux résiduaires d'oxyde nitreux récupérés, produits en tant que sous-produits lors de la production de l'acide adipique, pour la récupération globale de l'oxyde nitreux, ce qui permet de réduire de manière importante les émissions d'oxyde nitreux issues de la production de l'acide adipique. 25 Le brevet US 6 348 083 B1 décrit une installation et un procédé permettant de récupérer et/ou de purifier au moins une partie de l'oxyde nitreux contenu dans un gaz résiduaire contenant au moins une partie de l'oxyde nitreux (N20) et au moins un autre composé gazeux. Le procédé montre en outre que : (a) au moins une partie de l'oxyde nitreux contenue dans le flux de gaz résiduaire est séparée par perméation, et 30 (b) au moins une partie de l'oxyde nitreux gazeux séparé dans l'étape (a) est récupérée. De préférence, la source du flux de gaz résiduaire est une unité industrielle utilisant un procédé industriel émettant le gaz résiduaire, de préférence une unité de production d'acide adipique, une unité de production d'oxyde nitreux, une unité de production d'acide glycoxylique ou une unité de production d'acide nitrique. Un désavantage associé aux systèmes décrits ci-dessus et aux autres systèmes apparentés de l'art est qu'ils ne sont pas capables d'éliminer le dioxyde de carbone qui est une impureté. Il est bien connu de l'homme du métier de la purification que le dioxyde de carbone est l'une des impuretés les plus difficiles à éliminer d'un gaz contenant de l'oxyde nitreux. En outre, bien qu'ils soient utiles pour éliminer, en tant qu'impuretés, l'azote, l'oxygène, l'hydrogène, le monoxyde de carbone et l'eau, les systèmes décrits ci- dessus et les autres systèmes apparentés de l'art sont incapables d'éliminer d'autres impuretés, telles que l'ammoniac et le méthane. Le monoxyde de carbone, l'ammoniac, le méthane et l'hydrogène sont des impuretés légères. Le brevet US 6 370 911 B1 propose un système et un procédé de purification de l'oxyde nitreux, dans lequel l'oxyde nitreux produit peut être utilisé lors de la 15 fabrication de semi-conducteurs. Le système et le procédé impliquent un premier sous-système doté d'une cuve de purification servant à contenir de l'oxyde nitreux liquéfié ; un vaporiseur en communication avec la cuve de purification pour recevoir, vaporiser et renvoyer une vapeur d'oxyde nitreux vers la cuve de purification ; une colonne de distillation disposée sur une extrémité distale de la cuve de purification 20 pour recevoir une vapeur d'oxyde nitreux ; un condenseur disposé sur la colonne de distillation, dans lequel les impuretés légères sont éliminées et de l'oxyde nitreux ne contenant pas d'impuretés légères est acheminé vers ledit vaporiseur où il est converti en vapeur. Un deuxième sous-système doté d'un premier récipient à lit sec est disposé en aval du vaporiseur pour recevoir la vapeur et pour faire réagir l'acide 25 gazeux qu'elle contient ; un second récipient à lit sec en aval du premier récipient à lit sec pour éliminer l'eau et l'ammoniac se trouvant dans la vapeur. Un troisième sous-système doté d'une cuve à produit dans laquelle la vapeur d'oxyde nitreux purifiée est à nouveau condensée ; un collecteur de transfert comprenant une pompe à liquide, un filtre à liquide et une dérivation pour distribuer l'oxyde nitreux purifié 30 dans des récipients de retenue. L'invention permet d'éliminer les impuretés et les particules, de sorte que l'oxyde nitreux ultrapur produit présentant une pureté supérieure ou égale à 99,9998 % peut être distribué à un point d'utilisation.

Dans la présente invention, il est proposé un nouveau schéma de production de N20 permettant de purifier un flux gazeux d'échappement ou un flux de gaz résiduaire contenant de l'oxyde nitreux, au moyen de la combinaison d'un procédé d'adsorption faisant appel à un laveur par voie humide, d'un procédé d'adsorption et d'un procédé faisant appel à un ballon de détente et/ou d'un procédé de distillation cryogénique avec reflux. L'invention est appropriée pour produire différents niveaux de qualité de purification d'oxyde nitreux pour différentes applications utiles. Dans un aspect, l'invention propose un système de purification de N20 et/ou de production de différentes qualités de purification de N20. Le N20 purifié est 10 obtenu par le traitement d'un flux gazeux contenant du N20 et des impuretés comprenant des impuretés légères et lourdes, de l'humidité ou de l'eau et des composés organiques. Le système comprend : un compresseur ayant au moins un étage de compression servant à comprimer le flux gazeux jusqu'à une pression prédéterminée ; 15 une unité de refroidissement et de séchage servant à recevoir le flux gazeux comprimé provenant du compresseur et à retirer l'humidité ou l'eau du flux gazeux comprimé ; une unité d'adsorption servant à recevoir le flux gazeux provenant de l'unité de refroidissement et de séchage et à retirer les impuretés lourdes, l'humidité ou 20 l'eau et les composés organiques du flux gazeux ; une cuve tampon servant à stocker le flux gazeux provenant de l'unité d'adsorption ; une unité de liquéfaction servant à recevoir le flux gazeux provenant de la cuve tampon et à liquéfier partiellement le flux gazeux pour former un mélange 25 gazeux et un mélange liquide, le mélange gazeux contenant du N20 et un gaz non condensable ; un délivreur servant à renvoyer le mélange gazeux vers l'unité d'adsorption et à faire passer le mélange liquide dans une unité de séparation ; une unité de séparation servant à recevoir le mélange liquide provenant du 30 délivreur ; à retirer les impuretés légères et les composés organiques du mélange liquide par évaporation ; à renvoyer un gaz en phase vapeur contenant du N20 et un gaz non condensable vers le compresseur ; et à générer du N20 liquide purifié ; et une cuve servant à stocker et à distribuer le N20 liquide purifié.

De plus, le système de la présente invention comprend une unité d'adsorption et de lavage par voie humide servant à retirer les impuretés lourdes du flux gazeux avant que le flux gazeux soit envoyé vers le compresseur et comprimé dans le compresseur, l'unité d'adsorption et de lavage par voie humide comprenant une unité de lavage caustique, une unité de lavage acide, une unité de lavage à l'eau ou une combinaison de celles-ci. Dans un autre aspect, l'invention propose un système de purification de N20 et/ou de production de différentes qualités de purification de N20. Le N20 purifié est obtenu par le traitement d'un flux gazeux contenant du N20 et des impuretés comprenant des impuretés légères et lourdes, de l'humidité ou de l'eau et des composés organiques. Le système comprend : un compresseur ayant au moins un étage de compression servant à comprimer le flux gazeux jusqu'à une pression prédéterminée ; une unité de refroidissement et de séchage servant à retirer l'humidité ou 15 l'eau du flux gazeux comprimé ; une unité d'adsorption servant à recevoir le flux gazeux provenant de l'unité de refroidissement et de séchage et à retirer les impuretés lourdes, l'humidité ou l'eau et les composés organiques du flux gazeux ; une cuve tampon servant à stocker le flux gazeux provenant de l'unité 20 d' adsorption ; une unité de liquéfaction servant à recevoir le flux gazeux provenant de la cuve tampon et à liquéfier partiellement le flux gazeux pour former un mélange gazeux et un mélange liquide, le mélange gazeux contenant du N20 et un gaz non condensable ; 25 un délivreur servant à renvoyer le mélange gazeux vers l'unité d'adsorption et à faire passer le mélange liquide dans une unité de séparation ; une unité de séparation servant à recevoir le mélange liquide provenant du délivreur ; à retirer les impuretés légères et les composés organiques du mélange liquide par évaporation ; à renvoyer un gaz en phase vapeur contenant du N20 et un 30 gaz non condensable vers le compresseur ; et à générer du N20 liquide purifié ; et une cuve servant à stocker et à distribuer le N20 liquide purifié ; dans lequel l'unité de séparation comprend de préférence au moins un ballon de détente, au moins une colonne de distillation avec reflux ou leurs combinaisons.

Dans un autre aspect, l'invention propose un procédé de récupération et de purification d'oxyde nitreux (N20), comprenant : la fourniture d'un flux gazeux contenant du N20 et des impuretés comprenant des impuretés légères et lourdes, de l'humidité ou de l'eau et des composés organiques ; la compression du flux gazeux jusqu'à une pression prédéterminée au moyen d'un compresseur ayant au moins un étage de compression ; l'élimination de l'humidité ou de l'eau contenue dans le flux gazeux comprimé au moyen d'une unité de refroidissement et de séchage le passage du flux gazeux provenant de l'unité de refroidissement et de séchage vers et à travers une unité d'adsorption pour retirer les impuretés lourdes, l'humidité ou l'eau et les composés organiques du flux gazeux ; la liquéfaction partielle du flux gazeux, après son passage à travers l'unité d'adsorption, pour obtenir un mélange gazeux et un mélange liquide, le mélange 15 gazeux contenant du N20 et un gaz non condensable ; le renvoi du mélange gazeux vers l'unité d'adsorption ; l'acheminement du mélange liquide vers une unité de séparation qui élimine par évaporation les impuretés légères et les composés organiques contenus dans le mélange liquide, pour ainsi générer du N20 liquide purifié et un gaz en phase vapeur 20 contenant du N20 et un gaz non condensable ; le renvoi du gaz en phase vapeur contenant du N20 et un gaz non condensable vers le compresseur ; et l'acheminement du N20 liquide purifié vers une cuve de stockage et de distribution. 25 De plus, le procédé de la présente invention comprend : l'élimination des impuretés lourdes contenues dans le flux gazeux par adsorption et lavage par voie humide avant la compression du flux gazeux jusqu'à une pression prédéterminée, l'adsorption et lavage par voie humide éliminant les impuretés lourdes jusqu'à des niveaux inférieurs à 500 ppm. 30 Dans un autre aspect, l'invention propose un procédé de récupération et de purification d'oxyde nitreux (N20), comprenant l'obtention d'un flux gazeux contenant du N20 et des impuretés comprenant des impuretés légères et lourdes, de l'humidité ou de l'eau et des composés organiques ; la compression du flux gazeux jusqu'à une pression prédéterminée au moyen 5 d'un compresseur ayant au moins un étage de compression ; l'élimination de l'humidité ou de l'eau contenue dans le flux gazeux comprimé au moyen d'une unité de refroidissement et de séchage ; le passage du flux gazeux provenant de l'unité de refroidissement et de séchage vers et à travers une unité d'adsorption pour retirer les impuretés lourdes, 10 l'humidité ou l'eau et les composés organiques du flux gazeux ; la liquéfaction partielle du flux gazeux, après son passage à travers l'unité d'adsorption, pour obtenir un mélange gazeux et un mélange liquide, le mélange gazeux contenant du N20 et un gaz non condensable ; le renvoi du mélange gazeux vers l'unité d'adsorption ; 15 l'acheminement du mélange liquide vers une unité de séparation qui élimine par évaporation les impuretés légères et les composés organiques contenus dans le mélange liquide, pour ainsi générer du N20 liquide purifié et un gaz en phase vapeur contenant du N20 et un gaz non condensable ; le renvoi du gaz en phase vapeur contenant du N20 et un gaz non 20 condensable vers le compresseur ; et l'acheminement du N20 liquide purifié vers une cuve de stockage et de distribution. Le flux gazeux peut contenir 5,0 % à 99,9 % ; de préférence 25,0 % à 60,0 % de N20 en volume. La qualité de purification du N20 purifié est une pureté allant de 25 99,9 % à 99,9999 %. Les impuretés légères sont choisies de préférence dans le groupe constitué de N2, d'02, de NO, de CO, d'Ar, d'142, du méthane, des composés en C2 et de leurs combinaisons. Les impuretés lourdes sont choisies de préférence dans le groupe constitué de CO2, de NO2, de CO, d'H20, des composés en C2+ et de leurs 30 combinaisons. Le ou les composés organiques sont choisis de préférence dans le groupe constitué du méthane, des composés en C2+, des composés en C2 et de leurs combinaisons. Le gaz non condensable est choisi de préférence dans le groupe constitué d'Ar, de N2, d'02, de CO, de NO, du méthane et de leurs combinaisons.

Le flux gazeux comprend de préférence 28,0 % à 70,0 % de N20 en volume, 1,0 % à 6,0 % d'02 en volume, 20,0 % à 60,0 % de N2 en volume, 0,2 % à 1,0 % d'Ar en volume, 2 % à 10,0 % de CO2 en volume, 0,1 % à 1,0 % de CO en volume, 1,0 ppm à 0,5 % de NO2 en volume, 1,0 ppm à 1,0 % de NO en volume et 1,0 ppm à 0,1 % d'hydrocarbures en volume. Dans un mode de réalisation, le flux gazeux est un flux gazeux d'échappement provenant d'un procédé de production d'acide adipique ou d'un procédé de production d'acide nitrique. Le compresseur peut avoir au moins deux étages de compression, et le gaz en 10 phase vapeur provenant de l'unité de séparation peut être envoyé vers le second étage du compresseur. Le mélange gazeux renvoyé vers l'unité d'adsorption est utilisé de préférence pour régénérer l'unité d'adsorption. L'unité d'adsorption comprend de préférence au moins deux lits d'adsorption parallèles, chaque lit ayant au moins une couche 15 d'adsorbant, les deux lits d'adsorption parallèles étant utilisés en alternance selon un fonctionnement par changement continu. Dans un mode de réalisation, le ou les adsorbants sont choisis dans le groupe constitué des tamis moléculaires, de l'alumine active, du charbon actif et de leurs combinaisons. 20 Dans un mode de réalisation, le ou les tamis moléculaires sont choisis dans le groupe constitué de 13X, de 3A, de 4A, de 5A, de CaX, du gel de silice, de la zéolithe Y de calcium, de la zéolithe X de zinc, des tamis moléculaires présentant un rapport silice sur alumine qui est élevé et de leurs mélanges. L'unité de séparation comprend de préférence au moins un ballon de détente, 25 au moins une colonne de distillation ou leurs combinaisons. La pression prédéterminée peut être de 2,0 MPa à 5,0 MPa, de préférence de 2,0 MPa à 4,0 MPa, de manière davantage préférée de 3,0 MPa à 3,8 MPa ou de 3,0 MPa à 4,0 MPa. Sur les dessins joints formant une partie de la description, il est présenté : 30 la figure 1 qui illustre un diagramme schématique d'un système de récupération et de purification de N20 à partir d'un flux gazeux d'échappement contenant du N20 ; la figure 2 (a) qui représente un diagramme de phase du N20 et du CO2 à 1,0 MPa ; et la figure 2(b) qui représente le diagramme de phase du N20 et du CO2 à 2,5 MPa.

La présente invention concerne la récupération et la purification de l'oxyde nitreux (N20) provenant d'un flux gazeux contenant du N20 pour produire différentes qualités de purification d'oxyde nitreux. La source du flux gazeux peut provenir de n'importe quel procédé, par exemple d'un procédé industriel. Un bon exemple de procédé industriel est le flux gazeux d'échappement issu de la production de l'acide adipique. La source du flux gazeux contient 5,0 % à 99,9 % d'oxyde nitreux en volume, de préférence 20,0 % à 70,0 % en volume d'oxyde nitreux, et de manière davantage préférée 25,0 % à 60,0 % d'oxyde nitreux en volume. Le flux gazeux d'échappement issu d'une installation de production d'acide adipique qui utilise de l'acide nitrique comme oxydant contient habituellement 28,0 % à 55,0 % d'oxyde nitreux en volume. Les principales impuretés pouvant être présentes dans le flux enrichi en N20 comprennent, mais sans s'y limiter, N2, 02, H2, Ar, NOx (NO et NO2), CO, CO2, de l'humidité, du méthane et d'autres composés organiques à l'état de traces.

Les impuretés lourdes ont habituellement des points d'ébullitions qui sont supérieurs ou égaux au point d'ébullition du N20. Les impuretés légères ont des points d'ébullitions qui sont inférieurs au point d'ébullition du N2O. Les impuretés légères peuvent comprendre, mais sans s'y limiter, N2, 02, NO, CO, Ar, H2. Les impuretés lourdes peuvent comprendre, mais sans s'y limiter, CO2, NO2, H2O. Les composés organiques peuvent comprendre, mais sans s'y limiter, les composés en C2+, CH4 et les composés en C2. Généralement, le méthane et les composés en C2 sont incorporés dans les impuretés légères, tandis que les composés en C2+ sont incorporés dans les impuretés lourdes. La figure 1 est un diagramme schématique illustrant un système de récupération et de purification de N2O selon un exemple de mode de réalisation de la présente invention. Le système de récupération et de purification d'oxyde nitreux comprend neuf unités. Le gaz d'entrée qui entre dans le système est appelé « flux gazeux d'échappement » car c'est un flux gazeux d'échappement provenant d'un autre procédé, tel qu'un flux gazeux d'échappement provenant d'une installation de production d'acide adipique. Les unités 2, 3 et 4 sur la figure 1 sont respectivement une unité d'adsorption et de lavage par voie humide, une unité de compression et une unité de refroidissement et de séchage. Ces trois unités servent principalement à retirer les impuretés lourdes et l'humidité du flux gazeux d'échappement 1. Les impuretés lourdes peuvent être retirées par lavage par voie humide ; et l'humidité peut être retirée par l'unité de refroidissement et de séchage après l'augmentation de la pression du flux.

Les unités 5 et 6 sur la figure 1 sont respectivement une unité d'adsorption et une cuve tampon. L'unité d'adsorption 5 permet de retirer davantage d'impuretés lourdes, d'humidité et de composés organiques du flux gazeux, jusqu'à des niveaux de traces. Le flux gazeux provenant de l'unité d'adsorption 5 est stocké dans la cuve tampon 6.

L'unité 7 sur la figure 1 est une unité de liquéfaction permettant de liquéfier partiellement le flux de gaz de procédé provenant de la cuve tampon 6 de façon à ce qu'il forme un mélange gazeux et un mélange liquide, le mélange gazeux contenant du N20 gazeux et un gaz non condensable. L'unité 8 est une unité de délivreur 8 qui renvoie le mélange gazeux vers l'unité d'adsorption 5. Le mélange gazeux qui est renvoyé est utilisé comme gaz de régénération dans l'unité d'adsorption 5. L'unité de délivreur 8 introduit également le mélange liquide dans une unité de séparation 9 (également désignée ici par unité de distillation 9). Le gaz non condensable peut comprendre, mais sans s'y limiter, Ar, N2, 02, CO, NO et du méthane. Par conséquent, ces impuretés se trouvant dans le flux gazeux sont retirées du flux gazeux en les libérant en tant que partie du gaz non condensable. L'unité de séparation 9 sur la figure 1 comprend au moins un ballon de détente, au moins une colonne de distillation avec reflux ou une combinaison comprenant un ou plusieurs ballons de détente et une ou plusieurs colonnes de distillation avec reflux. L'unité 9 élimine les impuretés légères par évaporation ou distillation afin de produire un oxyde nitreux ayant une pureté prédéfinie. L'unité 9 envoie également ou recycle un gaz en phase vapeur contenant du N20 et un gaz non condensable vers l'unité de compression 3.

L'unité 10 sur la figure 1 est une cuve de stockage qui stocke et distribue l'oxyde nitreux purifié final ayant différentes qualités de pureté provenant de l'unité de séparation 9. Dans ce système, les impuretés, telles que NO2 et CO2, sont éliminées en utilisant en combinaison une adsorption avec des unités de lavage caustique et à l'eau dans l'unité d'adsorption et de lavage par voie humide 2 ; et une adsorption avec l'unité d'adsorption 5. Le NO2 et le CO2 peuvent être éliminés en utilisant seulement l'unité d'adsorption 5. La masse moléculaire du dioxyde de carbone est pratiquement identique à celle de l'oxyde nitreux (CO2 : 44,01 et N20 : 44,01). La différence entre leur point d'ébullition est de seulement 1,86 °C (N20 : -38,27 °C et CO2 : -40,13 °C) à 1,0 MPa (1 MPa = 106 Pa). Il est difficile et peu efficace de séparer le CO2 du N20 par distillation. Les niveaux de concentration du CO2 dans le produit final doivent être contrôlés par des procédés de lavage par voie humide et d'adsorption avec l'élimination des autres impuretés lourdes, telles que le NO2. Comme les points d'ébullition du CO et du NO sont inférieurs à celui de l'oxyde nitreux, les impuretés légères que sont CO et NO sont éliminées par la combinaison de l'unité de liquéfaction 7 et de l'unité de délivreur 8, en tant que partie des gaz non condensables. Leur concentration peut être abaissée jusqu'à un niveau de trace par distillation par détente ou distillation continue avec reflux, qui s'accompagne de l'élimination du méthane, de l'argon, de l'oxygène et de l'azote. La distillation par détente est une opération continue à une seule étape dans laquelle un mélange liquide est partiellement vaporisé : la vapeur produite et le liquide résiduel sont en équilibre, lesquels sont ensuite séparés et retirés. La charge d'alimentation est préchauffée avant d'entrer dans le ballon de détente. En tant que telle, une partie de la charge d'alimentation peut être vaporisée. Le mélange chauffé s'écoule ensuite à travers un détendeur de pression jusqu'au ballon de détente, et la séparation entre la vapeur et le liquide a lieu. La distillation par détente est le plus souvent utilisée pour séparer des composants dont les points d'ébullition sont très différents. Elle n'est pas efficace dans le cas de la séparation de composants ayant une volatilité comparable ou à l'état de traces, ce qui nécessite l'utilisation d'une distillation continue avec reflux.

Pour les concentrations élevées en monoxyde de carbone (CO), la conversion catalytique du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone sur un catalyseur peut être utilisée, dans laquelle l'oxygène existant dans le flux gazeux réagit avec le CO pour former du CO2 supplémentaire. Ensuite, le CO2 produit est éliminé au moyen d'unités de lavage caustique et de lavage à l'eau. Pour les concentrations élevées en NO et NO2, de l'ozone peut être introduit avant un procédé de lavage par voie humide. L'ozone oxyde rapidement le NO et NO2 insolubles pour donner des composés oxydés solubles, tels que N205. L'ozone peut être produit sur site et à la demande en passant de l'oxygène à travers un générateur d'ozone. Des composés organiques peuvent se trouver dans le flux gazeux, lesquels pouvant provenir de l'installation de production ou d'un compresseur (huile de lubrification). Dans la présente invention, les composés organiques en C2+ (C2+ faisant référence aux composés organiques contenant plus de deux atomes de carbone) peuvent être éliminés par adsorption dans une unité d'adsorption 5 jusqu'à un niveau de trace. Le CH4 et les C2 (C2 faisant référence aux composés organiques contenant deux atomes de carbone) peuvent être éliminés par distillation par détente ou distillation continue avec reflux dans l'unité 9, conjointement avec d'autres impuretés légères.

La présente invention permet d'éliminer la majeure partie des impuretés lourdes telles que, mais sans s'y limiter, le CO2 et le NO2, par un lavage par voie humide dans une unité d'adsorption et de lavage par voie humide 2, et d'éliminer les impuretés lourdes restantes jusqu'à des niveaux de trace dans les produits par adsorption dans une unité d'adsorption 5. La majeure partie de l'Ar, du N2 et de l'02 dans le flux enrichi en N20 peut ensuite être séparée par le délivreur 8 sous la forme de gaz non condensables après la liquéfaction partielle du flux. Le ballon de détente ou la colonne de distillation avec reflux est ensuite utilisé pour purifier davantage le flux et diminuer la concentration en impuretés légères, comme la concentration en CO, NO, Ar, CH4, N2 et O, dans le flux jusqu'aux niveaux nécessaires pour satisfaire la quantité limite permise selon les spécifications du produit. Le système offre la flexibilité de produire différentes qualités de purification de N20, comme une qualité industrielle, une qualité médicale et une qualité électronique, avec une pureté allant de 90 % à 99,999+ %, afin de satisfaire les exigences des différents consommateurs. L'exemple de procédé faisant appel au système représenté sur la figure 1 pour récupérer et purifier du N20 va maintenant être décrit en détail ci-dessous.

Le flux des gaz de dégagement enrichi en N20 1 est introduit dans l'unité d'adsorption et de lavage par voie humide 2 pour retirer la majeure partie du NO2 et du CO2. L'unité de lavage par voie humide peut comprendre une unité de lavage caustique, une unité de lavage acide, une unité de lavage à l'eau ou leurs combinaisons en série. Le NO2 et le CO2 sont régulés à des valeurs prédéterminées à la sortie de l'unité de lavage par voie humide 2, par exemple à moins de 500 ppm (ppm signifiant 10-6 en volume). Après le lavage des gouttelettes d'eau provenant du flux gazeux, une unité de compression 3 à un étage ou à plusieurs étages est utilisée pour augmenter la pression du flux gazeux jusqu'à une pression prédéterminée.

Une pression augmentée est nécessaire pour le procédé décrit. Si la pression du flux gazeux entrant est basse, la pression doit être augmentée avant que le flux gazeux entre dans l'unité d'adsorption 5. La pression comprimée du flux gazeux est principalement déterminée par la nécessité de pression du produit et la chute de pression à travers la totalité du procédé de production.

Par exemple, la pression d'entrée du flux gazeux de dégagement provenant du procédé de production d'acide adipique est habituellement d'environ 0,12 MPa à 0,20 MPa. La pression doit être augmentée jusqu'à 2,0 à 5,0 MP, de préférence jusqu'à 2,0 à 4,0 MP, de manière davantage préférée jusqu'à 3,0 MPa à 4,0 MPa, avant que le flux gazeux entre dans l'unité d'adsorption 5.

La pression de saturation de l'oxyde nitreux N20 est de 1,801 MPa à une température de -20 °C. La pression de fonctionnement doit être de plus de 3,602 MPa pour liquéfier le N20 à -20 °C, si le gaz inerte (gaz non condensable, tel que l'argon, l'azote et l'oxygène) représente environ 50,0 % du mélange gazeux total. La chute de pression lors du passage à travers les différentes unités de fonctionnement doit également être prise en compte. Le flux gazeux est mélangé avec un autre flux (vapeur) provenant de l'unité 9 au niveau de l'entrée du deuxième étage de l'unité de compression 3 (dans les procédés où le compresseur comporte au moins deux étages). Le flux de gaz mélangés passe ensuite à travers l'unité de refroidissement et de séchage 4. L'unité 4 diminue davantage la température et retire l'eau condensée ou les gouttelettes d'eau. L'unité d'adsorption 5 comprend au moins deux lits d'adsorption. Les lits monocouches ou multicouches peuvent contenir différents types d'adsorbant, comme du charbon actif, de l'alumine active et le tamis moléculaire 13X. L'unité d'adsorption 5 élimine l'humidité, le CO2 et le NO2 jusqu'à un niveau requis et élimine les composés organiques à l'état de trace (comme ceux provenant du flux gazeux d'échappement ou du lubrifiant du compresseur). L'unité d'adsorption peut également être utilisée pour éliminer des traces 10 d'hydrocarbures en C2+. En pratique, un tamis moléculaire inorganique peut être utilisé à la place du charbon actif pour éliminer les composés organiques à l'état de trace, pour des raisons de sécurité. En outre, deux lits d'adsorption parallèles peuvent être utilisés en alternance pour un fonctionnement continu : de sorte que lorsque l'un est utilisé pour 15 l'adsorption, l'autre est en régénération. Le procédé d'adsorption est une étape critique pour diminuer la concentration en CO2 et NO2 jusqu'aux valeurs requises pour le produit final. Le flux gazeux provenant de l'unité 5 est ensuite stocké dans une unité à cuve tampon 6. 20 A la pression et température prédéterminées, le liquéfacteur dans l'unité de liquéfaction 7 liquéfie partiellement le flux gazeux provenant de l'unité 6. Le flux fluide biphasique contenant à la fois un gaz et un liquide provenant de l'unité de liquéfaction 7 est introduit dans l'unité de délivreur 8. L'unité 8 sépare le gaz non condensable, principalement de l'argon, de l'azote 25 et de l'oxygène avec des traces de CO, de NO et de méthane. Le gaz non condensable est ensuite renvoyé (ou libéré) vers l'unité d'adsorption 5 pour régénérer les lits d'adsorption désactivés (en les purgeant et en les refroidissant). Le mélange liquide provenant de la partie inférieure de l'unité de délivreur 8 est introduit dans une unité de séparation 9 comprenant le ballon de détente et/ou une colonne de 30 distillation avec reflux. Les hydrocarbures légers, comme le méthane et/ou les composés en C2, qui sont difficiles à éliminer complètement par adsorption peuvent être éliminés par distillation par détente conjointement avec d'autres impuretés légères, telles que CO et NO, dans l'unité 9. Une vapeur contenant du N20 à plus de 90 % en volume et en gaz non condensable provenant de l'unité 9 est renvoyée (ou recyclée) vers le deuxième étage du compresseur 3. La phase liquide qui est le N20 liquide purifié provenant de la partie inférieure de l'unité 9 est envoyée vers l'unité 10 pour y être stockée ou distribuée. Le procédé peut faire appel à un certain nombre d'échangeurs de chaleur et de mélangeurs (non représentés sur la figure 1) pour récupérer de l'énergie et refroidir ou chauffer le flux gazeux. Le flux gazeux provenant de chaque étage du compresseur peut être refroidi avec de l'eau de refroidissement ou un autre milieu refroidi ; les compresseurs à la fois dans l'unité de refroidissement et de séchage et dans l'unité de liquéfaction peuvent également être refroidis par de l'eau de refroidissement ou un autre milieu refroidi. Le gaz non condensable et le liquide hors de l'unité de délivreur 8 et de l'unité 9 peuvent échanger de la chaleur avec le flux gazeux dans le procédé. L'objectif de l'échange de chaleur entre le mélange liquide hors de l'unité de délivreur 8 et le flux gazeux provenant de l'unité d'adsorption 5 est d'augmenter la température du mélange liquide introduite dans l'unité 9 et de diminuer la température du flux gazeux pour la liquéfaction. Après l'échange de chaleur, le flux gazeux est stocké dans une cuve tampon 6 et est liquéfié par le réfrigérateur dans l'unité 7. La température du mélange liquide après cet échange de chaleur est un paramètre critique pour déterminer le taux d'impuretés légères dans le produit. La quantité d'impuretés légères éliminées de la vapeur (et la quantité qui reste dans le liquide) dépend de l'état de la charge d'alimentation destinée à l'unité 9, c'est-à-dire la quantité de charge d'alimentation qui entre à l'état de vapeur, qui à son tour est régulée par la quantité de chaleur. En d'autres termes, le degré d'évaporation affecte la concentration (distribution) des impuretés légères dans la phase vapeur et la phase liquide.

Une procédure permettant d'obtenir comme produit de l'oxyde nitreux ayant une pureté de 99,9 % va maintenant être décrite en détail à titre d'exemple. Le flux gazeux d'échappement contenant du N20 ayant une pression de 0,15 MPa est introduit dans une unité de lavage caustique pour retirer la majeure partie du NO2 et du CO2. Une unité de lavage à l'eau est ensuite utilisée pour éliminer les gouttelettes caustiques du flux gazeux. La chute de pression à travers les deux laveurs par voie humide est d'environ 0,05 MPa. En tant que paramètres de contrôle, les taux de NO2 et de CO2 dans le flux gazeux doivent être inférieurs à 500 ppm après le procédé de lavage. Des pompes sont utilisées pour introduire respectivement la solution caustique et l'eau par la partie supérieure des laveurs. Après séparation des gouttelettes caustiques, le flux gazeux est introduit dans un compresseur à deux étages qui augmente la pression du flux de 0,10 MPa à 1,0 MPa (premier étage) et à 3,04 MPa (second étage). De l'eau est utilisée comme 10 agent de refroidissement pour refroidir le flux gazeux comprimé de 139,2 °C à 38,0 °C. Entre le premier et le second étage, le flux gazeux est mélangé avec une vapeur (95,6 % de N20 en volume à une pression de 1,0 MPa et à une température de -39,7 °C) envoyée depuis l'unité de séparation 9. L'unité de refroidissement et de séchage est ensuite utilisée pour refroidir le 15 gaz jusqu'à 10 °C et éliminer l'eau condensée. Un échangeur de chaleur est ensuite utilisé pour diminuer davantage la température du flux gazeux jusqu'à -1,0 °C par échange de chaleur entre le flux gazeux et le gaz non condensable provenant de l'unité de délivreur 8 (32,6 % de N20 en volume à une pression de 1,1 MPa et à une température de -66,1 °C). Après 20 l'échange de chaleur, le gaz non condensable est ensuite utilisé pour régénérer les lits d'adsorption désactivés (purge, régénération, chauffage et refroidissement) se trouvant dans l'unité d'adsorption 5. Une partie du flux gazeux stocké dans la cuve tampon 6 est utilisée pour repressuriser le lit d'adsorption désactivé pour le cycle suivant. 25 L'unité d'adsorption utilise deux lits d'adsorption parallèles qui sont des lits multicouches constitués de charbon actif, d' alumine active et de tamis moléculaire 13X permettant d'éliminer les composés organiques (C2,), l'humidité, le dioxyde de carbone et le dioxyde d' azote, respectivement. Les paramètres critiques pour le flux gazeux hors du lit d'adsorption sont que la concentration en CO2 est inférieure à 30 1,0 ppm et la concentration en N20 est inférieure à 0,5 ppm. Les deux lits d'adsorption parallèles sont utilisés selon un fonctionnement par échange, de sorte que quand un lit est en adsorption, l'autre est en régénération.

Le flux gazeux hors du lit d'adsorption à -1 °C est introduit dans un autre échangeur de chaleur, dans lequel le flux gazeux subit un échange de chaleur avec le liquide saturé provenant de la partie inférieure de l'unité de délivreur 8 pour chauffer et augmenter la température dudit liquide jusqu'à une valeur prédéterminée (de - 66,4 °C à 39,7 °C) pour l'évaporation par détente dans l'unité de séparation 9. La température du liquide (ou la pression) est critique pour que le ballon de détente puisse fonctionner correctement. Après l'échange de chaleur susmentionné, le flux gazeux provenant du lit d'adsorption à une température de -29,2 °C est stocké dans une cuve tampon 6. Le flux gazeux provenant de la cuve tampon 6 est ensuite envoyé dans l'unité de liquéfaction 7 et est partiellement liquéfié par le réfrigérateur dans l'unité de liquéfaction 7. Le flux fluide biphasique provenant de l'unité de liquéfaction 7 est introduit dans l'unité de délivreur 8 pour séparer et éliminer le gaz non condensable, principalement de l'azote, de l'argon et de l'oxygène avec des traces de CO, NO et de composés organiques, comme le méthane. Le gaz non condensable est introduit dans l'unité d'adsorption après avoir été utilisé pour refroidir le flux gazeux dans l'unité d'adsorption, comme décrit ci-dessus. Le flux liquide provenant de la partie inférieure de l'unité de délivreur 8, après l'augmentation de sa température par échange de chaleur avec le flux gazeux hors du lit d'adsorption comme décrit ci- dessus, est envoyé dans le ballon de détente. La fraction de détente (environ 60 %) dépend des conditions de fonctionnement et des limites de concentration des impuretés dans le produit final. La vapeur contenant des traces de gaz non condensable est introduite et mélangée avec le flux gazeux dans le second étage du compresseur, comme décrit ci-dessus. La phase liquide est le produit et est envoyée dans une unité à cuve de liquide 10. L'homme du métier comprendra que certains détecteurs peuvent être installés pour surveiller et tester les concentrations, la température, le débit et la pression. Exemples En se basant sur la base de données et un procédé thermodynamique, une série de simulations a été menée en utilisant le logiciel commercial ASPEN PLUS. Le flux gazeux d'échappement provenant d'une installation de production d'acide adipique, qui utilise de l'acide nitrique comme oxydant, contient habituellement 28,0 % à 55,0 % d'oxyde nitreux en volume. La composition d'un flux gazeux d'échappement provenant d'une installation classique de production d'acide adipique, telle que déterminée à partir de deux échantillons testés, est présentée dans le tableau 1. Un flux gazeux d'échappement ayant une composition similaire a été utilisé dans les simulations suivantes. Il peut être mentionné que le flux gazeux d'échappement enrichi en N20 provenant de ladite installation de production d'acide adipique a été mélangé tout d'abord avec de l'air pour produire du HNO3 dilué par oxydation des NOx et passé à travers 3 unités de lavage à l'eau séquentielles, puis le courant gazeux a été envoyé dans le séparateur de gouttelettes pour séparer les gouttelettes et les aérosols. Les résultats de l'analyse du flux gazeux d'échappement présentés dans le tableau 1 ont été obtenus avec le flux gazeux d'échappement obtenu après l'étape de séparation de gouttelettes dans l'installation et sont sur une base sèche. Le NO était le composant principal parmi les NOx listés dans le tableau 1.

Tableau 1. Résultat de l'analyse du flux gazeux d'échappement (base sèche) Elément Résultats (v/v) Résultats (v/v) Procédés de test (échantillon 1) (échantillon 2) N20 47,47 % 49,45 % CG-ECD* N2 41,90 % 40,52 % CG-TCD** NOx*** 68 ppm 78 ppm Analyseur d'oxydes d'azote 02 3,90 % 3,50 % CG-TCD CO 0,21 % 0,23 % CG-TCD CO2 6,51 % 6,29 % CG-TCD Hydrocarbures < 2 ppm < 2 ppm CG CG-ECD : chromatographie en phase gazeuse - détecteur par capture d'électrons ** CG-TCD : chromatographie en phase gazeuse - détecteur de conductivité thermique *** NOx : NO et NO2 Exemple 1 : production de NC)ayant une pureté de 99,9 % Dans cet exemple, un système comprenant une unité de lavage par voie humide, un compresseur, une unité de refroidissement et de séchage, une unité d'adsorption, un liquéfacteur, un délivreur et un ballon de détente a été utilisé pour 5 produire du N20 ayant une pureté de 99,9 %. Le résultat de la simulation est présenté dans le tableau 2. La fraction initiale de N20 dans le flux gazeux était de 47,42 %, et a augmenté jusqu'à 49,10 % après le lavage par voie humide, jusqu'à 54,66 % après l'adsorption, jusqu'à 98,81 % dans la phase liquide dans l'unité de délivreur et 10 jusqu'à 99,92 % dans le ballon de détente. Le N20 liquide à 99,92 % a été stocké en tant que produit. Le rapport de récupération de N20 était de 53,53 %, le rapport de récupération étant défini comme étant la fraction massique de N20 dans le produit sur celle dans le gaz de dégagement. Pour le CO2, la fraction initiale était de 6,50 %, et a diminué jusqu'à 0,27 % 15 après le lavage par voie humide, puis jusqu'à 0,51 ppm après l'adsorption. Après la détente, la fraction finale dans le produit était de 0,94 ppm. Pour le CO, la fraction initiale était de 0,21 %. Le CO a été difficile à éliminer de manière efficace par le lavage par voie humide et l'adsorption. De très petites quantités de CO ont pu se dissoudre dans l'eau. Le CO peut être éliminé par 20 adsorption, cependant ceci n'était pas économique par rapport à la distillation par détente. Le CO a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 45,6 ppm, et réduit davantage jusqu'à 2,46 ppm après la détente dans le produit. Pour le NO, la fraction initiale était de 50,0 ppm. Le NO a été difficile à 25 éliminer par le lavage par voie humide et l'adsorption. De très petites quantités de NO ont pu se dissoudre dans l'eau. Le NO a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 6,0 ppm, et réduit jusqu'à 0,944 ppm après la détente dans le produit. 20 Tableau 2. Production de N,0 ayant une pureté de 99,9 % A partir de Charge Lavage par Adsorption Liquéfacteur Délivreur Délivreur Détente Détente d'alimentation voie humide Vers Lavage par Compresseur Liquéfacteur Délivreur Adsorption Détente Second étage Stockage voie humide du compresseur Température 20,0 25,3 -1,0 -49,0 -66,3 -39,7 -39,7 -39,7 (°C) Pression 0,15315 0,101325 3,041325 3,001325 1,101325 1,001325 1,001325 1,001325 (MPa) Débit 164,2169 153,7882 168,4743 168,4743 101,3516 67,1206 17,25173 49,86887 massique (kg/h) Fraction des composants en volume 02 0,038963 0,040383 0,038783 0,038783 0,057258 2,20E-03 7,76E-03 2,42E-04 N2 0,418598 0,433863 0,412509 0,412509 0,615926 9,67E-03 0,035672 5,42E-04 N20 0,474245 0;490901 0,546589 0,546589 0,323656 0,988075 0,956375 0,999209 H2O 9,99E-04 0,032358 6,85E-07 6,85E-07 6,76E-10 2,04E-06 1,19E-08 2,75E-06 CO 2,10E-03 2,17E-03 2,07E-03 2,07E-03 3,09E-03 4,56E-05 1,68E-04 2,46E-06 CO2 0,065038 2,68E-04 5,07E-07 5,07E-07 3,05E-07 9,06E-07 9,15E-07 9,04E-07 NO 5,00E-05 5,18E-05 5,06E-05 5,06E-05 7,32E-05 5,98E-06 2,03E-05 9,44E-07 NO2 9,99E-06 3,09E-08 2,85E-08 2,85E-08 8,59E-11 8,47E-08 1,59E-09 1,14E-07 w O O O 1-1 00 Pour H20, la fraction initiale était de 999,0 ppm ; peu importe la quantité d'eau contenue dans le flux gazeux, le flux gazeux devenant pratiquement saturé en H20 après le lavage. Après traitement dans l'unité de refroidissement et de séchage, la fraction d'eau a été réduite, et l'eau a été davantage réduite jusqu'à 0,685 ppm par adsorption, la fraction d'eau dans le produit étant d'environ 2,75 ppm. Pour 02, la fraction initiale était de 3,90 %. L' 02 a été difficile à éliminer par le lavage par voie humide et l'adsorption (de très petites quantités d'02 ont pu se dissoudre dans l'eau). L'02 a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 0,22 %, et réduit davantage jusqu'à 240 ppm après la détente dans le produit. Pour N2, la fraction initiale était de 41,86 %. Le N2 a été difficile à éliminer par le lavage par voie humide et l'adsorption (de très petites quantités de N2 ont pu se dissoudre dans l'eau). Le N2 a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 0,97 %, et réduit davantage jusqu'à 542,0 ppm après la détente dans le produit. Dans le procédé global, les paramètres critiques pour un fonctionnement réussi comprennent la pression de décharge du compresseur, les concentrations en CO2 et H20 après l'adsorption, la température et la pression dans le liquéfacteur, la température et la pression à l'entrée du ballon de détente.

Exemple 2 : production de N20 ayant une pureté de 99,999 % Dans cet exemple, un système comprenant une unité de lavage par voie humide, un compresseur, une unité de refroidissement et de séchage, une unité d'adsorption, un liquéfacteur, un délivreur et une colonne de distillation avec reflux a été utilisé pour produire du N20 ayant une pureté de 99,999 %. La colonne avait 10 plateaux théoriques et a été utilisée avec un rapport de reflux de 2 (le rapport de reflux est le rapport du reflux sur le produit de tête). Les résultats finaux sont présentés dans le tableau 3. Pour le N20, la fraction initiale dans le flux gazeux était de 47,42 %, et a 30 augmenté jusqu'à 49,10 % après le lavage par voie humide, jusqu'à 56,52 % après l'adsorption, jusqu'à 98,81 % après l'unité de délivreur et jusqu'à 99,9993 % après la distillation, lequel a été stocké en tant que produit. Le rapport de récupération de N20 était de 52,82 %.

Pour le CO2, la fraction initiale était de 6,50 %, et a diminué jusqu'à 0,27 % après le lavage par voie humide, puis jusqu'à 0,485 ppm après l'adsorption. La fraction finale dans le produit était de 0,781 ppm. Pour le CO, la fraction initiale était de 0,21 %. Le CO a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 45,3 ppm, et réduit davantage jusqu'à pratiquement zéro ppm dans le produit. Pour le NO, la fraction initiale était de 50,0 ppm. Le NO a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 6 ppm, et réduit jusqu'à pratiquement zéro ppm dans le produit. 23 Tableau 3. Production de N70 ayant une pureté de 99,999 % A partir de Charge Lavage par Adsorption Liquéfacteur Délivreur Délivreur Colonne de Colonne de d'alimentation voie humide distillation distillation Vers Lavage par Compresseur Liquéfacteur Délivreur Adsorption Colonne Second étage Stockage voie humide du compresseur Température 20,0 25,3 -1,0 -49,0 -66,1 -39,4 -40,0 -38,7 (°C) Pression 0,15315 0,101325 3,041325 3,001325 1,101325 1,001325 0,98 0,97 (MPa) Débit 164,4003 153,7882 177,3239 177,3239 102,0083 75,31555 26,09674 49,21882 massique (kg/h) Fraction des composants en volume 02 0,038963 0,040382 0,037277 0,037277 0,05706 2,19E-03 6,26E-03 8,06E-16 N2 0,418598 0,433868 0,395508 0,395508 0,613058 9,62E-03 0,02756 2,90E-18 N20 0,474245 0,490898 0,565183 0,565183 0,326736 0,988135 0,966034 0,999993 H2O 9,99E-04 0,032357 1,46E-06 1,46E-06 1,37E-09 4,05E-06 1,03E-23 6,23E-06 CO 2,10E-03 2,17E-03 1,98E-03 1,98E-03 3,07E-03 4,53E-05 1,30E-04 9,30E-21 CO2 0,065038 2,68E-04 4,85E-07 4,85E-07 2,85E-07 8,40E-07 9,51E-07 7,81E-07 NO 5,00E-05 5,18E-05 4,89E-05 4,89E-05 7,32E-05 5,95E-06 1,70E-05 1,03E-16 NO2 9,99E-06 3,09E-08 2,79E-08 2,79E-08 8,03E-11 7,72E-08 2,40E-21 1,19E-07 w O O O 1-1 00 Pour H2O, la fraction initiale était de 1000 ppm. Elle a été réduite après refroidissement et séchage, et davantage réduite jusqu'à 1,46 ppm après adsorption, la fraction d'eau dans le produit étant d'environ 6,23 ppm. Pour 02, la fraction initiale était de 3,9 %. L'02 a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 0,22 %, et réduit davantage jusqu'à environ zéro ppm après la distillation. Pour N2, la fraction initiale était de 41,86 %. Le N2 a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 0,96 %, et réduit davantage jusqu'à environ zéro ppm après la distillation.

Dans le procédé global, les paramètres critiques pour un fonctionnement réussi comprennent la pression de décharge du compresseur, les concentrations de sortie en CO2 et H2O après l'adsorption, la température de sortie hors du liquéfacteur, la pression dans l'unité de délivreur, le nombre théorique de plateau de la colonne de distillation et le rapport de reflux, la pression de fonctionnement de la colonne et la température d'entrée de la charge d'alimentation dans la colonne de distillation. Exemple 3 : production de 1\120 ayant une pureté de 99,9 % sans lavage par voie humide Dans cet exemple, un système comprenant un compresseur, une unité de refroidissement et de séchage, une unité d'adsorption, un liquéfacteur, un délivreur et un ballon de détente a été utilisé pour produire du N20 ayant une pureté de 99,9 % sans procédé de lavage par voie humide. C'est un procédé simplifié qui peut produire un produit qualifié. Les résultats sont présentés dans le tableau 4. 25 Tableau 4. Production de N,0 ayant une pureté de 99,9 % sans lavage par voie humide A partir de Charge Adsorption Liquéfacteur Délivreur Délivreur Détente Détente d'alimentation Vers Compresseur Liquéfacteur Délivreur Adsorption Détente Second étage Stockage du compresseur Température 20,0 -1,0 -49,0 -66,3 -39,6 -39,6 -39,6 (°C) Pression 0,15315 3,041325 3,001325 1,101325 1,001325 1,001325 1,001325 (MPa) Débit 164,2169 169,5656 169,5656 101,4353 68,13675 18,19446 49,94228 massique (kg/h) Fraction des composants en volume 02 0,038963 0,038587 0,038587 0,057228 2,20E-03 7,50E-03 2,34E-04 N2 0,418598 0,410342 0,410342 0,615577 9,67E-03 0,034403 5,23E-04 N20 0,474245 0,548891 0,548891 0,323999 0,987945 0,957799 0,999088 H2O 9,99E-04 9,72E-08 9,72E-08 9,53E-11 2,87E-07 1,70E-09 3,92E-07 CO 2,10E-03 2,06E-03 2,06E-03 3,09E-03 4,55E-05 1,62E-04 2,37E-06 CO2 0,065038 6,33E-05 6,33E-05 3,79E-05 1,13E-04 1,14E-04 1,12E-04 NO 5,00E-05 5,04E-05 5,04E-05 7,31E-05 5,97E-06 1,97E-05 9,14E-07 NO2 9,99E-06 9,77E-06 9,77E-06 2,93E-08 2,88E-05 5,51E-07 3,92E-05 w O O O 00 Pour le N20, la fraction initiale était de 47,42 %. Le N20 a augmenté jusqu'à 54,89 % après l'adsorption, jusqu'à 98,80 % après l'unité de délivreur et jusqu'à 99,91 % dans le ballon de détente. Le rapport de récupération de N20 était de 53,53 %.

Pour le CO2, la fraction initiale était de 6,50 %, et a diminué jusqu'à 63,3 ppm après l'adsorption. Après la détente, la fraction finale dans le produit était de 112,0 ppm. La longueur de la colonne d'adsorption doit être plus longue pour permettre l'évaporation du CO2 sans unité de lavage. Pour le CO, la fraction initiale était de 0,21 %. Bien que le CO puisse être 10 éliminé par adsorption, un procédé par détente a été adopté dans ce procédé. Le CO a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 45,5 ppm, et réduit davantage jusqu'à 2,37 ppm dans le produit. Pour le NO, la fraction initiale était de 50,0 ppm. Le NO a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 6,0 ppm, et réduit jusqu'à 15 0,91 ppm dans le produit. Pour H2O, la fraction initiale était de 1000 ppm. Elle a été réduite après refroidissement et séchage, et davantage réduite jusqu'à 0,097 ppm après adsorption. La fraction d'eau dans le produit était d'environ 0,39 ppm. Pour 02, la fraction initiale était de 3,9 %. Bien que l'02 puisse être éliminé 20 par adsorption, un procédé par détente a été adopté dans ce procédé. L'02 a été libéré en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 0,22 %, et réduit davantage jusqu'à environ 234 ppm dans le ballon de détente. Pour N2, la fraction initiale était de 41,86 %. Bien que le N2 puisse être éliminé par adsorption, une détente a été adoptée dans ce procédé. Le N2 a été libéré 25 en tant que gaz non condensable dans le délivreur et réduit jusqu'à 0,97 %, et réduit davantage jusqu'à 523,0 ppm dans le ballon de détente. Dans le procédé global, les paramètres critiques pour un fonctionnement réussi comprennent la pression de décharge du compresseur, les concentrations de sortie en CO2 et H2O après l'adsorption, la température de sortie hors du liquéfacteur, 30 la pression dans le délivreur, la pression de fonctionnement et la température de la charge d'alimentation dans le ballon de détente.

Exemple 4 (comparatif) : distillation pour éliminer le CO7 Dans cet exemple, une analyse de phase pour le CO2 et le N20 a été réalisée. Le résultat du diagramme T-x-y sous 1,0 MPa est présenté sur la figure 2a. Le graphique montre que le point d'ébullition du CO2 est de -40,19 °C et que le point d'ébullition du N20 est de -39,61 °C. La différence est de 0,58 °C, ce qui indique qu'il est assez difficile de séparer le CO2 du N20 par distillation. Même à 2,5 MPa, la différence entre les points d'ébullition est de 3,5 °C. Il est encore difficile de séparer le CO2 du N20 par distillation, comme on peut le voir sur la figure 2b.

Pour les autres composants lourds, tels que le NO2, on arrive à la même conclusion. Par conséquent, la distillation n'est pas efficace pour éliminer le CO2 du N20. Les exemples précédents et la description des modes de réalisation préférés sont donnés à titre illustratif, et ne limitent pas la présente invention qui est définie 15 par les revendications. Comme on pourra rapidement le comprendre, de nombreuses variations et combinaisons des caractéristiques présentées ci-dessus peuvent être utilisées sans s'écarter de la présente invention telle que présentée dans les revendications. De telles variations ne sont pas considérées comme un écart par rapport à l'esprit et à la portée de l'invention, et toutes ces variations sont destinées à 20 être incluses au sein de l'étendue des revendications suivantes.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Système de purification de N20 à partir d'un flux gazeux (1) contenant du N20 et des impuretés comprenant des impuretés légères et lourdes, de l'humidité ou de l'eau et des composés organiques, le système comprenant : un compresseur (3) ayant au moins un étage de compression servant à comprimer le 5 flux gazeux jusqu'à une pression prédéterminée ; une unité de refroidissement et de séchage (4) servant à recevoir le flux gazeux comprimé provenant du compresseur et à retirer l'humidité ou l'eau du flux gazeux ; une unité d'adsorption (5) servant à recevoir le flux gazeux provenant de l'unité de refroidissement et de séchage et à retirer les impuretés lourdes, l'humidité ou l'eau et 10 les composés organiques du flux gazeux ; une cuve tampon (6) servant à stocker le flux gazeux provenant de l'unité d' adsorption ; une unité de liquéfaction (7) servant à recevoir le flux gazeux provenant de la cuve tampon et à liquéfier partiellement le flux gazeux pour former un mélange gazeux et 15 un mélange liquide, le mélange gazeux contenant du N20 et un gaz non condensable ; un délivreur (8) servant à renvoyer le mélange gazeux vers l'unité d'adsorption et à faire passer le mélange liquide dans une unité de séparation (9) ; l' =unité de séparation (9) servant à recevoir le mélange liquide provenant du délivreur ; à retirer les impuretés légères et les composés organiques du mélange 20 liquide par évaporation ; à renvoyer un gaz en phase vapeur contenant du N20 et un gaz non condensable vers le compresseur ; et à générer du N20 liquide purifié ; et une cuve servant à stocker et à distribuer le N20 liquide purifié.
2. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système comprend en 25 outre une unité d'adsorption et de lavage par voie humide (2) servant à retirer les impuretés lourdes du flux gazeux avant que le flux gazeux soit envoyé vers le compresseur et comprimé dans le compresseur, et en ce que l'unité d'adsorption et de lavage par voie humide comprend une unité de lavage caustique, une unité de lavage acide, une unité de lavage à l'eau ou leurs combinaisons. 30
3. 3. Procédé de récupération et de purification d'oxyde nitreux (N20), comprenant :l'obtention d'un flux gazeux contenant du N20 et des impuretés comprenant des impuretés légères et lourdes, de l'humidité ou de l'eau et des composés organiques ; la compression du flux gazeux jusqu'à une pression prédéterminée au moyen d'un compresseur ayant au moins un étage de compression ; l'évaporation de l'humidité ou de l'eau contenue dans le flux gazeux comprimé au moyen d'une unité de refroidissement et de séchage ; le passage du flux gazeux provenant de l'unité de refroidissement et de séchage vers et à travers une unité d'adsorption pour retirer les impuretés lourdes, l'humidité ou l'eau et les composés organiques du flux gazeux ; la liquéfaction partielle du flux gazeux, après son passage à travers l'unité d'adsorption, pour obtenir un mélange gazeux et un mélange liquide, le mélange gazeux contenant du N20 et un gaz non condensable ; le renvoi du mélange gazeux vers l'unité d'adsorption ; l'acheminement du mélange liquide vers une unité de séparation qui élimine par évaporation les impuretés légères et les composés organiques contenus dans le mélange liquide, pour ainsi générer du N20 liquide purifié et un gaz en phase vapeur contenant du N20 et un gaz non condensable ; le renvoi du gaz en phase vapeur contenant du N20 et un gaz non condensable vers le compresseur ; et l'acheminement du N20 liquide purifié vers une cuve de stockage et de distribution.
4. 4. Procédé selon la revendication 3, le procédé comprenant en outre l'élimination des impuretés lourdes contenues dans le flux gazeux par adsorption et lavage par voie humide avant la compression du flux gazeux jusqu'à une pression prédéterminée, caractérisé en ce que l'adsorption et lavage par voie humide élimine les impuretés lourdes jusqu'à des niveaux inférieurs à 500 ppm.
5. 5. Système selon la revendication 1 ou 2 ou procédé selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le flux gazeux contient 5,0 % à 99,9 % ; de manière davantage 30 préférée 25,0 % à 60,0 % de N20 en volume.
6. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5 ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les impuretés légères sontchoisies dans le groupe constitué de N2, d'02, de NO, de CO, d'Ar, d'H2, du méthane, des composés en C2 et de leurs combinaisons ; les impuretés lourdes sont choisies dans le groupe constitué de CO2, de NO2, de CO, d'H20, des composés en C2+ et de leurs combinaisons ; les composés organiques sont choisis dans le groupe constitué du méthane, des composés en C2+, des composés en C2 et de leurs combinaisons ; et le gaz non condensable est choisi dans le groupe constitué d'Ar, de N2, d'02, de CO, de NO, du méthane et de leurs combinaisons.
7. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5, 6 ou procédé selon 10 l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le compresseur comporte au moins deux étages de compression, et le gaz en phase vapeur provenant de l'unité de séparation est renvoyé vers le second étage.
8. 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5 à 7 ou procédé selon 15 l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que l'unité d'adsorption comprend au moins deux lits d'adsorption parallèles, chaque lit ayant au moins une couche d'adsorbant ; et en ce que les deux lits d'adsorption parallèles sont utilisés en alternance selon un fonctionnement par changement continu. 20
9. 9. Système selon la revendication 8 ou procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le ou les adsorbants sont choisis dans le groupe constitué des tamis moléculaires, de l'alumine active, du charbon actif et de leurs combinaisons.
10. 10. Système selon la revendication 9 ou procédé selon la revendication 9, caractérisé 25 en ce que le ou les tamis moléculaires sont choisis dans le groupe constitué de 13X, de 3A, de 4A, de 5A, de CaX, du gel de silice, de la zéolithe Y de calcium, de la zéolithe X de zinc, des tamis moléculaires présentant un rapport silice sur alumine qui est élevé et de leurs mélanges. 30
11. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5 à 10 ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que le mélange gazeux renvoyé vers l'unité d'adsorption est utilisé pour régénérer l'unité d'adsorption.
12. 12. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5 à 11 ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, caractérisé en ce que l'unité de séparation comprend au moins un ballon de détente, au moins une colonne de distillation ou leurs combinaisons.
13. 13. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5 à 12 ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisé en ce que la qualité de purification du N20 purifié est une pureté allant de 99,9 % à 99,9999 %.
14. 14. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5 à 13 ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisé en ce que le flux gazeux est un flux gazeux d'échappement provenant d'un procédé de production d'acide adipique ou d'un procédé de production d'acide nitrique.
15. 15. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5 à 14 ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 14, caractérisé en ce que le flux gazeux comprend 28,0 % à 70,0 % de N20 en volume, 1,0 % à 6,0 % d'02 en volume, 20,0 % à 60,0 % de N2 en volume, 0,2 % à 1,0 % d'Ar en volume, 2 % à 10,0 % de CO2 en volume, 0,1 % à 1,0 % de CO en volume, 1,0 ppm à 0,5 % de NO2 en volume, 1,0 ppm à 1,0 % de NO en volume et 1,0 ppm à 0,1 % d'hydrocarbures en volume.
16. 16. Système selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 5 à 15 ou procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 15, caractérisé en ce que la pression 25 prédéterminée est de 2,0 MPa à 5,0 MPa, de préférence de 2,0 MPa à 4,0 MPa, de manière davantage préférée de 3,0 MPa à 3,8 MPa ou de 3 MPa à 4 MPa.