Brevet FR2041701A1 — publié le 19710205

La présente invention se rapporte à un procédé perfectionné de séparation par rectification d'un mélange composé d'au moins trois const ituants s Plus précisément, la présente invention concerne un procédé 5 permettant d'accroître le rendement d'extraction d'un constituant' se trouvant en faibles proportions dans un mélange d'au moins trois constituants- dont deux sont en proportions majeures, le point d' ébullition de ce constituant en faibles proportions étant situé entre les points d'ébullition des deux constituants en proportions 10 majeures et étant plus proche de celui du moins volatil de ces deux constituants « La présente invention- est notamment applicable à la séparation de l'air par rectification et a pour objet un procédé permettant d' accroître le taux d'extraction de 1'argon« 15 la présente invention a également pour objet toute installa tion pour la conduite des procédés ci-dessus» On sait qu'il est possible de séparer l'air en ses éléments constituants au moyen de deux aones de rectification successives, à moyenne et basse pression par exempleo Ainsi, l'air au préalable 20 épuré des traces de COg et d'eau qu'il contient, est amené, à sa température de rosée pour la pression considérée, dans une première zone de rectification dite .zone moyenne pression. On recueille en cuve de cette zone une fraction liquide riche en oxygène et en tête une fraction liquide pauvre en oxygène. Au moins une partie de cha-25 cune de ces deux fractions liquides recueillies est envoyée dans une deuxième zone dite zone basse pression, la fraction pauvre en oxygène est introduite en tête de cette deuxième zone tandis que la fraction riche est introduite approximativement au milieu de cette deuxième zonec 30 Dans les procédés classiques, une partie du froid nécessaire pour la.tenue en froid de l'installation, peut être obtenue en détendant une partie du courant d'air d'alimentation et en l'introduisant par insufflation dans la deuxième zone de rectification à un niveau intermédiaire de ladite zone0 35 Le degré d'insufflation est, en général, compris entre 5 et 15 f°t en volume, par rapport au volume d'air d'alimentation. Un degré d'insufflation trop élevé, toutefois, entraîne d'une part un abaissement notable du rendement en oxygène de l'opération de sépa— 69 14244 2 2041701 ration et, d'autre part, une impossibilité pratiquement totale de séparer l'argon» Différents procédés pour améliorer le rendement d'extraction ont été proposés» 5 II est ainsi possible d'utiliser les frigories libérées par la vaporisation d'une partie de l'oxygène liquide recueilli en cuve de ladite deuxième zone pour condenser, dans le condenseur de tête d' une colonne auxiliaire, une partie d'une fraction soutirée d'un niveau intermédiaire de ladite deuxième zone, cette partie conden-10 sée étant réintroduite dans ladite deuxième zone au même niveau intermédiaire. Ce procédé donne relativement satisfaction, il exige toutefois une dépense d'énergie élevée» En effet, pour condenser un mélange contenant essentiellement de' l'argon dans le condenseur auxiliaire, il est nécessaire que la pression de vaporisation de 1'-15 oxygène soit inférieure à celle du mélange en condensation, ce qui présente l'inconvénient d'exiger, par exemple, la présence d'une soufflante d'extraction -avec les risques de fuite et d'introduction d'air liés au fait que l'on opère en dépression- ou de majorer sensiblement toutes les pressions dans lesdites deux aones de la 20 rectification principale» La présente invention consiste en un perfectionnement des procédés et installation existants, qui permet d'obvier aux inconvénients précités et de réduire le plus possible les prix de revient ainsi que la consommation d'énergie. Le perfectionnement faisant 1' 25 objet de la présente invention permet d'améliorer le rendement d1 extraction d'un constituant se trouvant en faibles proportions dans un mélange; il est possible d'opérer sans exiger d'installation spéciale » La présente invention a peur objet un procédé perfectionné de 30 séparation par rectification permettant d'accroître le rendement d'extraction d'un constituant se trouvant en faibles proportions dans un mélange d'au moins trois constituants dont deux sont en proportions majeures, le point d'ébullition de ce constituant en faibles proportions étant situé entre les points d'ébullition des 35 deux constituants en proportions majeures et étant plus proche de celui du moins volatil de ces deux constituants, dans lequel une fraction gazeuse est soutirée d'un niveau intermédiaire d'une rectification principale et soumise à une rectification dans une zone auxiliaire, la fraction liquide obtenue dans cette zone auxiliaire 14244 3 2041701 étant'-ramenée 'audit- niveau ir.terméàloire ae l'a 'rectification principale, C6 TOCt_u . ■ t an o Ctr^Cu>_:"13t Qi- 00 _';U.s3 -i.C CC--a c-OO at—0 ï_ J G _n~UI_te .iiraCtOOn ^/aZGUSe SOU^—0 -^G GSl e-*--i.e CoUc^e eil uet3e 6 l/OU 611 cuve de ladite se ne ouxiiiaire par la vaporisation de fractions -liquides provenant 'de lu rectifioati;n sri-cipale. Suivant un ioie de réalisation de la présente invention,ladite fraction je zeuse soutirée est tu moins en. partie condensée en cuve ae laaite zone auxiliaire 'car la vaporisation~cl*iau--moins une partie de la fraction liquide recueillie en cuve de la deuxième 20ne de ladite rectification principale. Suivant un autre isode ae réalisation de la présente invention, ladite fraction gazeuse soutirée est au moins en partie condensée en cuve de ladite zone auxiliaire par la vaporisation d'au moins une partie ae la fraction liquide recueillie en tête de la première zone ae ladite- rectification principale. Suivait un autre jiode de réalisation ae la présente invention, ladite fraction j-_zeu.se -soutirée est au moins en partie condensée en tête de ladite zone ouxiiiaire par la vaporisation d'au ;;:cins ' une partie ae la fraction liquide recueillie e:i cuve ae 1\ première zone de ladite rectificatizn principale• Suivant un autre mode de réaiication encore de ~-r fsente i -vention, ladite fraction gazeuse soutirée est au moine «n partie condensée en tête de ladite zone auxiliaire par la vaporisation df au moins une partie de - la fra'ction liquide recueillie ex*, tête de la première zone de ladite rectification principale o Suivant une forme d'exécution de la présente invention, la concentration de la fraction gazeuse soutirée en ledit constituant en faibles proportions, par rapport au constituant le aoins volatil, est la plus forte possiole, et la concentration en le constituant le plus volatil est la plus faicle possible. Suivant une forme I1 ezécuti^n ..e la présente invention, les fractions liquides provenant deeaites senes de la rectification principale, sont,après vaporisation au moins partielle J.ans la zone ae r e et if i cat ion auxiliaire, ae préférence ramenées --ans la aeuxiè-.:e zone .-e ladite rectification principale. Suiv'~nt ••.ho- 0:0. tre :>:ue - ' e::. cation enoore de 1-j présente invention, ou moins une des fractions liquides provenant des-dites zones de la rectification principale est, aorès vaporioatian au moins partielle dans la zone de rectification auxiliaire, de préférence BAD ORIGINAL 69 14244 4 2041701 détendue dans une turbine pour assurer un apport frigorifique de 1' installation. De préférence, ledit mélange d'au moins trois constituants est de l'air dont on désire extraire l'argon (qui s'y trouve en faibles 5 proportions) dont le point d'ébullition est compris entre celui de l'azote et celui de l'oxygène et est plus proche de celui de l'oxygène, le moins -volatil. Il est bien entendu, toutefois, que la présente invention est applicable à tout mélange, qu'il soit gazeux ou liquide aux condi-10 tions ambiantes de température et de pression. La présente invention a également pour objet toute installation pour la conduite du procédé suivant la présente invention. l'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante et des dessins annexés qui présentent à titre d'exemples 15 non limitatifs, appliqués au cas de la production d'argon, différents modes de réalisation de la présente invention,, Les figures 1, 2 et 3 représentent différents modes de réali-. sation de la-présente invention. Les parties similaires de ces figures portent, dans .us...j3Ut_.de. simplification^les mêmes. références*. 20 La figure 1 représente- un mode de réalisation dans lequel 1' .. oxygène basse, .pression-© st au-so-ins--en--partie -vaporis-é en" cuvede la colonne auxiliaire et le liquide riche en oxygène de la colonne moyenne pression est éventuellement en partie vaporisé en tête de la colonne auxiliaire. 25 La figure 2 représente un mode de réalisation dans lequel l1 azote liquide moyenne pression est au moins en partie vaporisé en cuve de la colonne auxiliaire.. La figure 3 représente un autre mode de réalisation encore dans lequel l'azote moyenne pression alimente le condenseur de tête 30 de la colonne auxiliaire <> Ces modes de réalisation sont obtenus à l'aide d'une double colonne ie rectification comportant deux zones, une zone moyenne pression 1 et une zone basse pression 2 et d'une colonne de rectification auxiliaire 4» L'air, au préalable épuré des traces de C02 et 35 d'eau au'il contient, est aliéné au voisinage de sa température de rosée pour la pression moyenne considérée dans cette colonne moyenne pression 1 par la conduite 5» La fraction liquide riche en oxygène obtenu en cuve quitte cette colonne 1 par la conduite 12, la fraction liquide riche en azote obtenu en tête de la colonne 1 auib- bad original 69 14244 5 2041701 te cette colonne par la conduite 13» ïout ou partie des fractions liquides retirées de la colonne 1 sont ensuite introduites dans la colonne basse pression 2. La colonne de rectification auxiliaire 4 comporte un cuiden-5 seur en tête 6 et éventuellement un condenseur en cuve 7» On retire de la double colonne de rectification l'oxygène liquide par la conduite 14 et l'azote gazeux par la conduite 10. On soutire à un niveau intermédiaire de la colonne 2 une fraction gazeuse par la conduite 8; cette fraction est amenée à la colonne de 10 rectification auxiliaire 4 dans laquelle l'oxygène qu'elle contient est condensé puis la fraction ainsi condensée est ramenée par la conduite 9 à la zone basse pression,, Le niveau auquel le soutirage a lieu est fonction des conditions opératoires : pression, nature des constituants du mélange, etc, 15 Dans le cas de rectification basse pression de l'air,, le soutirage a lieu au niveau ôù la concentration en argon est la plus forte possible et la concentration en azote la plus faible possible® Dans une installation classique comportant environ 60 plateaux, le soutirage est en général effectué au niveau du 15e plateauo 20 On retire par la co nduit e 11 une bien plus grande proportion de l'argon de l'air que dans le cas des procédés connus. Au lieu de recueillir 70 fo de l'argon présent dans l'air, comme cela est en général le cas dans les procédés connus, on constate, par exemple pour le cas de la figure 1 que l'on recueille plus de 78 fo de 1' 25 argon présent dans l'air. On obtient également une bien meilleure séparation entre oxygène et azote Figure 1, la fraction liquide riche en oxygène quittant la colonne 1 par la conduite 12 est introduite par la conduite 112 dans le condenseur 6 dans lequel au moins une fraction de la fraction 30 riche en oxygène est vaporisée, puis cette fraction riche en oxygène est amenée par la conduite 212 dans la colonne basse pression2 par la conduite 12 est amenée directement à la colonne 2, une autre partie étant amenée par la conduite 112 au condenseur 6 dans lequel elle est au moins en partie vaporisée, puis par la conduite 212 à la colonne 2» 14244 6 2041701 Une partie de la fraction riche en azote obtenue dans la colonne 1 est conduite par une conduite 113 dans le condenseur 7 qu1 elle quitte au moins en partie vaporisée par la conduite 213- Figure 3, le reflux dans la colonne de rectification auxiliaire 4 est obtenu par la vaporisation d'une partie de la fraction riche en azote amenée par la conduite 313 et provenant de la colonne 1 o Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation représenté, elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention 14244 7 2041701 R E V E I D I C A lions l'invention a pour objet : 1) Un procédé perfectionné de séparation.pur rectification permet tatVG d'accroître le rendement a1 extraction a'un constituant se trouvant un faibles proportions â&xis un xélange d'au Jioins trois constituants dont deux sont en proportions majeures, le point d' ébullition de ce constituant en faibles proportions étant situé entre les points d'ébullition des deux constituants en proportions majeures et étant plus proche de celui du moins volatil de ces deux constituants, dans lequel une fraction gazeuse est soutirée d'un niveau intermédiaire d'une rectification principale et soumise à une rectification dans une zone auxiliaire-, la fraction liquide obtenue dans cette zone auxiliaire étant ramenée audit niveau intermédiaire de la rectification principale, ce procédé étant caractérisé en ce que la condensation de ladite fraction gazeuse soutirée est effectuée en tête et/ou en cuve de ladite zone auxiliaire par la vaporisation de fractions liquides provenant de la rectification nrincipale « 2) Un procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fraction gazeuse soutirée est au moins én partie"condensée en cuve de ladite zone auxiliaire par la vaporisation d'au moins une partie de la fraction liquide recueillie en cuve de la deuxième -zone de ladite rectification irincipale et/ou par la vaporisation d'au moins une partie de la fraction liquide recueillie en tête de la première zone de ladite rectification principale» 3) Un procédé suivant les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite fraction gazeuse soutirée est au moins en partie condensée en tête de ladite zone auxiliaire par la vaporisation d' au moins une partie de la fraction liquide recueillie en cuve de la première zone de ladite rectification principale et/ou par la. vaporisation d'au moins une partie de la fraction liquide recueillie en tête de La première, zone de ladite rectification principale. 4) Un .procédé suivant une quelconque aes revenaications 1 à 3, caractérisé en ce que la concentration ae la fraction gazeuse soutirée en ledit constituant en faibles proportions, par rapport au constituant le moins volatil, est la plus forte possible et la concentration en le constituant le plue volatil est lu p_ -s faible possible» 5) Un procédé suivant une quelconque des revendications 1 à 4, BAD ORIGINAL 14244 3 2041701 caractérisé en ce ;;ue les fractions liquides provenant desdites zones ae I*-- rectification principale sont, acres vaporisation au coins o-;-rtielle a;,ns la zone de rectification auxiliaire, de préférence ramenées dans la deuxième sone ae ladite rectification piinci.pa.le» . 6; Un procède suivant une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé .en ce nue ledit .né-lange d'au moins trois constituants est de l'air dont on désire extraire l'argon (qui s'y trouve en faibles proportions) dont le point d'ébullition est compris entre celui d.e l'asote et celui de l'oxygéné et est plus proche de celui de 1'oxygene, le aoins volatil. 7) Un procédé suivent une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que une au moins des fractions liquides provenant desdites zones de la rectification principale est, après vaporisation au moins partielle dans la zone de rectification auxiliaire, de préférence détendue dans une turbine pour assurer un apport frigorifique de l'installation. 8) A titre de produit industriel nouveau, toute installation ae scparatxon ps.r rectxiJLcati_Gn d'un u^tr-lange cl'au moins "crois constituants au moyen du procédé suivant une auelconaue des revendications 1 à 7. S) A titre de proauit industriel nouveau, tout constituant se trouvant en proportions faibles dans un mélange d'au moins trois constituants dont deux sont en proportions majeures, le point a' ébullition de ce constituant en faibles proportions étant situé entre les points d'ébullition des deux constituants en proportions majeures et plus proche de celui du moins volatil de ces deux constituants, obtenu par le proc&dé suivant une quelconque des reven- \X j__C o. biOïlS "f ci / o 10) a titre de produit industriel nouveau, tout argon obtenu par- xe procéda- suivant une quelconque des revendications 1 à 7« BAD ORIGINAL