Brevet FR2049110A1 — publié le 19710326

x 2049110 La présente invention concerne une méthode pour séparer le, . gaz carbonique d'un mélange gazeux et en particulier pour séparer le gaz carbonique d'un mélange gazeux contenant de l'ammoniac. La technique classique dans la fabrication d'ammoniac est un 5 exemple de la méthode des techniques antérieures pour séparer le gaz carbonique des mélanges d'ammoniac et de gaz inertes par dissolution sélective du.gaz carbonique sous une pression relativement élevée dans un solvant physique, distinct du solvant chimique, à partir duquel le gaz carbonique dissous peut être libéré par 10 réduction de la pression. A la différence des solvants chimiques, par exemple les aminés, qui réagissent chimiquement avec les gaz acides et nécessitent un chauffage et une extraction de l'absorbant riche pour permettre la séparation et la récupération des gaz acides, la présente invention s'applique à l'utilisation de solvants 15 qui fixent et retiennent sélectivement le gaz carbonique par dissolution physique généralement sous des pressions de l'ordre de 20 à 136 atmosphères. Ces solvants sont connus et comportent le triacétate de glycérol, l'acétate de butoxydiéthylèneglycol, l'acétate de méthoxytriéthylèneglycol, le carbonate dé propylène 20 et la H-méthylpyrrolidone. Toujours selon le procédé classique de fabrication d'ammoniac, on peut procéder à la séparation flash du gaz carbonique dissous et du solvant par une seule réduction de la pression à partir de la pression élevée de l'absorbeur jusqu'à une pression 25 voisine de la pression atmosphérique, si bien que le gaz utilisé pour alimenter un réacteur de fabrication d'urée doit généralement être recomprimé jusqu'à une pression requise qui est plus élevée que la pression de l'absorbeur. A la connaissance de la demanderesse, on n'a pas reconnu les possibilités et les économies de puissance 30 que l'on pouvait réaliser en conservant et en utilisant une partie importante du potentiel de pression de l'absorbeur pour réduire conformément les besoins et le coût de recompression. ■ La présente invention préconise un moyen de conserver dans une large mesure le potentiel de pression de l'absorbeur afin de 35 recomprimer le gaz carbonique en employant une réduction fractionnée ou par étages de la pression du solvant riche et,ce faisant,de permettre la recompression du gaz à partir des pressions correspondantes qui sont nettement supérieures à la pression atmosphérique,et de réduire ainsi les différences de pression de 40 recompression et en conséquence la puissance en chevaux requise. 70 18552 2 2049110 Le solvant riche de l'absorbeur est soumis de préférence à une réduction de pression en trois.étages allant d'un premier étage de détente à pression relativement élevée, en passant par un second étage.intermédiaire et en aboutissant finalement 5 à un étage à pression basse maintenu environ à la pression atmosphérique, les fractions de gaz carbonique dégagées par chacun des étages étant séparément et collectivement comprimées en série avant d'être dirigées sur le réacteur de fabrication d'urée. On comprendra le fonctionnement d'un système typique selon 10 1'invention en se repportant aux dessins annexés qui représentent de façon schématique les éléments du système sous forme d'un schéma de fonctionnement. Le mélange de gaz brut de gaz carbonique, d'hydrogène et de gaz inertes provenant d'une installation de fabrication d'ammoniac 15 ou d'une installation où se fait la synthèse de l'hydrogène et contenant typiquement 48 à 83% d'hydrogène, le à 30% de gaz . carbonique et le reste de gaz inertes, est introduit à travers une canalisation 10 jusqu'à l'absorbeur de gaz carbonique 11 où le gaz entre en contact intime avec le solvant physique pauvre du 20 type précédemment indiqué, ce dernier étant recyclé sur l'absorbeur par la canalisation 12, le gaz et le solvant s'écoulant à contre-courant dans l'absorbeur d'où les gaz inertes se dégagent en tête par la canalisation 13 équipée d'une vanne et le solvant riche est libéré par la canalisation 14. De façon typique l'absorbeur 25 fonctionne à une pression de l'ordre d'environ 20 à 136 atmosphères. A sa sortie de l'absorbeur, le solvant riche traverse un détendeur 15 et pénètre dans une enceinte de détente 16 (premier étage à haute pression) d'où une partie du gaz carbonique dissous est libérée dans la canalisation 17 sous une pression qui peut être 30 de l'ordre de 7 à 54 atmosphères selon le rapport qui existe avec la pression de l'absorbeur. Le courant de solvant s'écoulant de l'étage 16 et traversant le détendeur 18 pénètre dans le second étage de détente 19 dont la pression est maintenue typiquement dans une gamme de 1 à 34 atmosphères et d'où le gaz carbonique 35 libéré est extrait par la canalisation 20. Enfin, le solvant traverse le détendeur 21 et aboutit à l'étage à basse pression ou enceinte 22 d'où le reste de gaz carbonique est extrait par la canalisation 23 sous une pression de l'ordre d'environ 0,07 à 0,34 atmosphère. Le solvant pauvre est pompé et recyclé sur 40 l'absorbeur par la canalisation 12. 70 18552 3 2049110 Les fractions de gaz carbonique libérées à haute pression, à pression intermédiaire et à basse pression sont comprimées successivement dans les étages 24, 25 et 26 du compresseur qui sont alimentées respectivement par les fractions de gaz libérées à des 5 pressions progressivement croissantes des étages de détente 22, 19 et 16. Au-delà de l'étage de compression 26 les courants dé gaz carbonique combinés se dirigeant sur un réacteur de fabrication d'urée, . non rëprésenté, peuvent être de nouveau comprimés si nécessaire pour la synthèse de l'urée. 10 Comme il est évident d'après ce qui précède, les gammes de compression requises dans le fonctionnement des étages 25 et 26 ont été réduites par suite de la conservation du potentiel de pression de l'absorbeur et lés économies de puissance en chevaux peuvent s'élever à 1000 ou plus dans une installation où généralement 15 environ 4000 chevaux seraient nécessaires pour recomprimer le gaz carbonique provenant d'une réduction par un seul étage-de la pression du solvant riche, depuis la pression de l'absorbeur jusqu'à une pression voisine de la pression atmosphérique. 70 18552 2049110 /" - 4 REVENDICATIONS 1. Une méthode pour séparer le gaz carbonique d'un mélange gazeux contenant également de l'hydrogène, par dissolution sélective du gaz carbonique dans un solvant physique, dans une 5 zone de contact maintenue sous une pression relativement élevée, ladite méthode consistant à faire circuler le solvant et le gaz carbonique dissous à partir de ladite zone et à séparer de façon fractionnée le gaz carbonique par passage du solvant dans des zones de séparation successives maintenues à des pressions 10 progressivement réduites entraînant des libérations successives de gaz carbonique du solvant, à comprimer séparément les fractions de gaz libérées respectivement desdites zones de séparation, et à diriger sur un réacteur de fabrication d'urée les gaz comprimés combinés en tant qu'alimentation. 15 2. Une méthode selon la revendication 1, dans laquelle on combine successivement lesdites fractions de gaz libérées et on les comprime progressivement. 3. Une méthode selon la revendication 2, dans laquelle on comprime de nouveau les gaz combinés jusqu'à une pression plus 20 élevée qui est celle du réacteur de fabrication 4. Une méthode selon la revendication 1, 2 ou 3, dans laquelle le gaz est libéré du solvant dans trois zones de séparation successives. 5. Une méthode selon la revendication 4, dans laquelle le 25 gaz est libéré de la troisième desdites zones de séparation à une pression très voisine de la pression atmosphérique et le solvant en est renvoyé à la zone d'absorption. 6. Une méthode selon la revendication 5, dans laquelle la pression de la zone de contact va d'environ 20 à 136 atmosphères, 30 la pression de la première zone de séparation est d'environ 7 à 55 atmosphères, la pression de la seconde zone de séparation est d'environ 1 à 34 atmosphères, et la pression de la troisième zone de séparation est d'environ 0,07 à 0,34 atmosphère.