Brevet FR2003970A1 — publié le 19691114

i 2003970 L'invention est relative à un procédé pour extraire un mélange de crypton/xënon de l'air, le liquide de décantation, riche en oxygène, formé dans les appareils de fractionnement d'air usuels, étant utilisé comme produit de base. Avantageusement, on utilise à 5 cette fin l'oxygène liquide se formant dans le carter de la colonne à basse pression de l'appareil à deux colonnes connu. Dans le liquide de décantation, les gaz nobles lourds, tels que le crypton et le xénon, sont contenus en faible concentration et le procédé normal pour la concentration de ces gaz nobles con-10 siste à évaporer l'oxygène par étapes. De ce fait, le crypton/ xénon s'accumule successivement dans l'oxygène. Parallèlement, les hydrocarbures, amenés par l'air et subsistant dans l'oxygène s' accumulent également, pour autant qu'ils n'aient pas été éliminés au préalable par adsorption. Une élimination totale par adsaption 15 des hydrocarbures n'est pas possible. L'évaporation totale de l'oxygène liquide n'est pas à conseiller, étant donné qu'il faut toujours compter avec le fait que 1' oxygène contient des hydrocarbures non-adsorbés et que, lors de l'évaporation, ces derniers s'accumulent jusqu'au-delà de la limi-20 te d'allumage ou de solubilité. Il y a deux possibilités pour éliminer ces difficultés. Ou bien on essaie de réduire la concentration des hydrocarbures, ou bien on remplace l'oxygène par un autre gaz. Le premier procédé est décrit dans les brevets allemands 25 1.099.564 et 1.122.561. Les procédés décrits dans ces brevets permettent d'évaporer largement l'oxygène par la dilution adsorp-tive des hydrocarbures. Cependant, une élimination totale des hydrocarbures n'est pas possible et, plus particulièrement le méthane et l'éthane, ne peuvent pas être totalement éliminés de cette 30 manière. La deuxième possibilité est décrite dans le brevet DDR n° 39.707. Dans ce brevet, l'oxygène combustible avec les hydrocarbures, est remplacé par du fréon. Pour ce procédé il faut utiliser un gaz qui n'est pas contenu dans l'air. Dans un autre procédé, 35 l'oxygène liquide est remplacé par de l'azote. Toutefois, l'échange reste incomplet en raison des conditions d'équilibre et il en découle de mauvaises conditions de rectification dans la colonne de strippage. L'invention vise à procurer un procédé pour l'extraction d' 40 un mélange de crypton/xënon dtfL'air et qui n'exige aucun gaz ad- 69 06908 2003970 ditionnel étranger, tout en permettant d'obtenir de bonnes conditions de rectification dans la colonne de strippage. L'invention propose un procédé pour l'extraction d'un mélange de crypton/xënon de l'air dans lequel, de l'appareil de fractionne-5 ment d'air, est soutirç le produit de décantation liquide, riche m oxygène, contenant en faible concentration du crypton, du xénon et des hydrocarbures, produit de décantation duquel on élimine, ensuite, partiellement les hydrocarbures, et ce, par adsorption et qui, par une évaporation par étapes, est débarrassé de l'oxygè-10 ne jusqu'au point admissible en tenant compte du risque d'explosion par les hydrocarbures résiduels. Le procédé conforme à l'invention se caractérise du fait que l'oxygène qui, de cette manière, est encore contenu dans le mélange enrichi en crypton et en xénon, est largement remplacé par de l'argon dans une colonne de 15 strippage. Il est particulièrement avantageux d'utiliser le produit de décantation de la colonne à basse pression de l'appareil à deux colonnes connu. En outre, il est avantageux de soutirer l'argon, nécessaire à ce procédé, également de cette colonne à basse pres-20 sion. A cette fin, on relie, à la colonne à basse pression, une colonne secondaire à argon de la tête de laquelle on soutire l'argon brut. L'avantage du procédé conforme à l'invention réside dans le fait que pour l'échange entre oxygène et argon on obtient de bon™ 25 nés conditions de rectification dans la colonne de strippage. Un autre avantage considérable réside dans le fait que le procédé conforme à l'invention peut être bien intégré dans une installation qui est destinée à produire de l'argon pur. Trois formes d'exécution, données à titre d'exemple non liai-30 tatif, sont représentées aux dessins annexés, dans lesquels : La fig. 1 est un schéma du procédé d'une installation sans extraction d'argon. La fig. 2 est une alternative du procédé sans extraction d' argon. 35 La fig. 3 est un schéma de procédé d'une installation à ex traction d'argon. Dans les trois figures, les mêmes pièces des installations portent les mêmes repères. Dans la forme d'exécution de la fig. 1, le repère 1 désigne 40 la colonne à basse pression de l'appareil à deux colonnes connu 69 06908 2003970 pour le fractionnement de l'air. Du carter de la colonne à basse pression 1 on soutire, par le conduit 2, de l'oxygène liquide qui contient du crypton, du xénon et des hydrocarbures en faible concentration. Cet oxygène liquide est partiellement évaporé dans 1' 5 évaporateur 3 et, dans le séparateur 4, il est fractionné en une phase liquide et une phase gazeuse. La phase gazeuse est constituée par de l'oxygène presque pur et elle retourne, par le conduit 5, vers la colonne à basse pression 1. La phase liquide circule par le conduit 6 dans l'adsorbeur 7 où une grande partie des hy-10 drocarbures est adsorbée. Par le conduit 8, le mélange circule à travers un deuxième évaporateur d'oxygène 9 pour pénétrer dans un autre séparateur 10 dans lequel s'effectue à nouveau une séparation en une phase liquide etûne phase gazeuse. La phase gazeuse, à savoir de l'oxygène pratiquement pur, retourne, tout comme du 15 séparateur 4, par le conduit 5 vers la colonne à basse pression 1. La phase liquide qui, entretemps s'est enrichie en crypton, en xénon et en hydrocarbures non-adsorbés, principalement le méthane et l'éthane, est introduit par le conduit 11 dans la tête de la colonne de strippage à oxygène/argon 12. 20 L'argon, nécessaire pour le procédé, est extrait dans la co lonne secondaire à argon 13. Cette colonne est alimentée en permanence, par le conduit 14, en gaz d'oxygène contenant de l'argon et de l'azote et venant de la colonne à basse pression 1 et qui retourne, comme liquide de composition presque identique, par le 25 conduit 15, vers la colonne à basse pression 1. Dans la tête de la colonne secondaire à argon 13 est prévu un condenseur qui est refroidi de la manière connue, par exemple au moyen d'oxygène brut. De ce fait, dans la colonne secondaire à argon 13 a lieu une rectification; de la tête de cette colonne, on peut soutirer, par le 30 conduit 16, de l'argon brut qui contient encore environ 3% d'oxygène et 11 d'azote. L'argon brut est insufflé dans l'extrémité inférieure de la colonne de strippage 12. Maintenant il s'effectue un échange entre l'argon et l'oxygène. De la tête de la colonne de strippage 12 on soutire, par le conduit 17, un mélange gazeux 35 formé par de l'oxygène et de l'argon, ce mélange est chauffé par échange avec lui-même dans l'échangeur de chaleur 18 et est ramené, au moyen de la soufflerie 19 et du conduit 20, à la colonne secondaire à argon 13. Du pied de la colonne de strippage 12 on soutire un liquide 40 qui est principalement constitué par de l'argon. En outre, ce li- 4 2003970 69 06908 quide contient environ 4% d'oxygène, ainsi que du crypton, du xénon, des hydrocarbures et de l'azote. Ce liquide est chauffé en échange avec lui-même dans l'échangeur de chaleur 23, il est comprimé dans le compresseur 24 et est amené par le conduit 25 dans 5 le réacteur à hydrocarbures 26. Ici a lieu la combustion catalyti-que des hydrocarbures non-adsorbés en obtenant ainsi du gaz carbonique et de l'eau. Les deux produits de combustion sont éliminés dans l'éliminateur de CC^ et le sécheur 27. A ce moment on dispese d'un mélange de gaz qui est constitué par de l'argon, de l'oxygë*° 10 ne, de l'azote, du crypton et du xénon. Ce mélange circule par le conduit 28, à travers l'échangeur de chaleur 23, vers la soupape de détente 29 à partir de laquelle il est détendu dans la colonm© de séparation 30. Au pied de la colonne de séparation 30 on soutire, par le conduit 31, le mélange crypton/xénon à extraire. De la 15 tête de la colonne de séparation 30 et par le conduit 32 s'échappe un mélange d'argon, d'oxygène et d'azote qui est mélangé à 1* argon brut dans le conduit 16, Il est évident que, dans une autre étape de rectification, le mélange crypton/xénon peut être fractionné en ses deux composints.il est également possible d'éliminer 20 une partie de l'oxygène obtenu dans la colonne à basse pressions par exemple par le conduit 33, sans extraire de cette partie les gaz nobles lourds crypton et xénon. Il est également possible d© soutirer d'un point plus élevé de la colonne secondaire à argon 13 un mélange d'argon/oxygène et d'insuffler ce mélange à un point 25 plus bas de la colonne de strippage 12. La fig. 2 représente une alternative du procédé décrit ci-dessus. Jusqu'à la pénétration dans la colonne de strippage oxy= gène/argon 12 les processus/léroulent d'une manière identique. L© mélange gazeux d'argon et d'oxygène, soutiré de la tête de la co-30 lonne de strippage 12 par le conduit 17, est également traité es la manière décrite plus haut. Le mélange d'argon, d'oxygène, de crypton, de xénon, d'hydrocarbures et d'azote, soutiré au pied de la colonne de strippage 12 par le conduit 21, arrive également à nouveau dans 1'évaporateur 22, cependant, en opposition au procé-35 dé suivant la fig. 1, dans ce dernier il n'est que partiellement évaporé. Le mélange partiellement évaporé pénètre dans le séparateur 34 et est fractionné en une phase liquide et une phase gazeuse. La phase gazeuse qui est constituée par de l'argon, de l'oxygène et de l'azote, pénètre par le conduit 35 dans l'échangeur de 40 chaleur 36 où elle est chauffée. En vue de son refroidissement, 69 06908 5 2003970 cette phase circule ensuite par la soufflerie 37 et le conduit 38 à nouveau vers l'échangeur de chaleur 36 et elle est ensuite mélangée à l'argon brut, circulant par le conduit 16 vers la colonne de strippage 12. 5 La phase liquide, formée par l'argon, l'oxygène, le crypton, le xénon, les hydrocarbures et l'azote, arrive par le conduit 39 dans 1'échan^-eur de chaleur 36 où elle est évaporée. Ensuite le processus se déroule à nouveau comme décrit à l'appui de la fig. 1 Par le conduit 25, le mélange pénètre dans le réacteur à hydrocar-10 bures 26, l'éliminateur de CC^ et le sécheur 27, le conduit 28 et l'échangeur de chaleur 36 jusqu'à la soupape de détente 29. De cette dernière le mélange est détendu dans la colonne de séparation 30. Du pied de cette colonne on soutire, par le conduit 31, le mélange crypton/xann à extraire. De la tête de la colonne de 15 séparation 30 et par le conduit 32, s'échappe un mélange d'argon, d'oxygène et d'azote qui est mélangé dans le conduit 38 à la phase gazeuse soutirée du séparateur 34. La fig. 3 représente une forme d'exécution de l'invention dans laquelle, outre le crypton et le xénon, il s'agit également 20 d'extraire de l'argon pur. Le début du procédé correspond absolu-aent à celui décrit à l'appui de la fig. 1. Les différences commencent derrière le réacteur à hydrocarbures 26. Le mélange de gaz ne pénètre pas immédiatement dans l'éliminateur de C02 et le sécheur 27, mais d'abord dans le "déoxo" 40. Dans ce dernier, l'oxygène 25 est brûlé par l'hydrogène, introduit par le conduit 41. Ensuite le gaz carbonique et l'eau sont éliminés dans l'éliminateur de CO2 et le sécheur 27, de manière que dans le conduit 28, on dispose d'un mélange de gaz de la composition suivante : argon, hydrogène, crypton, xénon, azote. En vue de son refroidissement, ce mélange 30 retourne d'abord vers l'échangeur de chaleur 23. Ensuite il est détendu par la soupape de détente 29 dans la première colonne de séparation 30. Au pied de cette première colonne de séparation 30 on soutire, par le conduit 31, le mélange crypton/xénon à extraire De la tête de la colonne, un mélange gazeux d'argon, d'hydrogène 35 et d'azote s'échappe par le conduit 42. Ce mélange chauffe le carter de la deuxième colonne de séparation 44 et est ensuite détendu par la soupape de détente 43 de cette colonne. Au pied de la deuxième colonne de séparation 44, l'argon à extraire est soutiré par le conduit 45, tandis que de la tête, par le conduit 46, s' 40 échappe de l'azote gazeux et de l'hydrogène. 69 06908 2003970 Le procédé décrit en dernier lieu montre d'une manière particulièrement impressionnante la facilité de l'intégration du procédé conforme à l'invention dans une installation qui est destinée à produire également de l'argon pur. 69 06908 2003970 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour extraire un mélange de crypton/xénon de 1' air et au cours duquel on soutire d'un appareil de fractionnement de l'air le produit de décantation liquide, riche en oxygène, contenant en faible concentration le crypton, le xénon et les hydrocarbures et duquel on élimine, ensuite par adsorption, partiellement les hydrocarbures, le dit produit de décantation étant débarrassé par une évaporation par étapes de l'oxygène jusqu'au point admissible en tenant compte du risque d'explosion par les hydrocarbures résiduels, caractérisé en ce que l'oxygène, encore contenu dans le mélange enrichi de cette manière en crypton et en xénon est remplacé largement par de l'argon dans une colonne de strippage. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le produit de décantation soutiré à l'état liquide de l'appareil de fractionnement de l'air, est extrait de la colonne à basse pression d'un appareil à deux colonnes. 3.- Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'argon nécessaire au procédé est extrait en tant qu'argon brut d' une colonne secondaire à argon reliée à la colonne à basse pression. 4.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le mélange liquide d'argon, d'oxygène résiduel, de crypton, de xénon, d'hydrocarbures et d'azote, soutiré de la colonne de strippage, est évaporé, ensuite les hydrocarbures sont soumis à une combustion catalytique et le gaz carbonique et l'eau qui se forment ainsi sont éliminés, ensuite le mélange est détendu dans une colonne de séparation du pied de laquelle le crypton et le xénon sont soutirés sous forme liquide. 5.- Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le mélange d'argon, d'oxygène et d'azote, soutiré sous forme gazeuse de la tête de la colonne de séparation, est mélangé à l'argon brut extrait de la colonne secondaire à argon. 6.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le mélange liquide d'argon, d'oxygène résiduel, de crypton, de xénon, d'hydrocarbures et d'azote soutiré de la colonne de strippage, est évaporé partiellement et est fractionné dans un séparateur en une phase gazeuse formée par l'argon, l'oxygène et l'azote 69 06908 8 2003970 et en une phase liquide formée d'argon, d'oxygène, de crypton, de xénon, d'hydrocarbures et d'azote résiduel, la phase gazeuse étant mélangée à l'argon brut extrait de la colonne secondaire à argon» 7.- Procédé suivant la revendication 6, caractérisé en ce qui® 5 la phase liquide se formant dans le séparateur est évaporé^ ensuite les hydrocarbures sont soumis à une combustion catalytique et le gaz carbonique et l'eau ainsi formés sont éliminés, ensuite le mélange est détendu dans une colonne de séparation du pied de la-quelle le crypton et le xénon sont soutirés sous forme liquide. 10 8.- Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce qtus le mélange gazeux d'argon, d'oxygène et d'azote, soutiré de la tête de la colonne de séparation, est mélangé à la phase gazeuse soe-tirée du séparateur. 9.- Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que 15 le mélange liquide d'argon, d'oxygène résiduel, de crypton, de xénon, d'hydrocarbures et d'azote, soutiré de la colonne de strippage, est évaporé, ensuite les hydrocarbures sont soumis à une ceo= bustion catalytique, l'oxygène résiduel est soumis à une combustion avec de 1'hydrogène dans un "déoxo" et le gaz carbonique et 20 l'eau qui se forment sont éliminés, enfin le mélange est détende dans une colonne de séparation du pied de laquelle le crypton et le xénon sont soutirés sous forme liquide. 10.- Procédé suivant la revendication 9, caractérisé en ce que le mélange gazeux d'argon, d'azote et d'hydrogène, soutiré ds 25 la tête de la colonne de séparation, est détendu dans une deuxifec colonne de séparation dans laquelle il est fractionné en argon pur sn tant que produit de décantation et en un mélange azote/hydrogène en tant que produit de tête.