Séparation et liquéfaction des gaz

De nombreuses méthodes peuvent être utilisées pour la séparation des mélanges gazeux , certaines sans changement d’état, soit à l’ambiante, soit à plus basse température. Cependant, les plus employées dans l’industrie font appel à la liquéfaction , donc aux basses températures  ; c’est le cas de la distillation et de la condensation fractionnée.

Une partie des produits de la séparation peut être demandée à l’état liquide. On combine alors séparation et liquéfaction dans une même unité.

Dans d’autres cas, la liquéfaction est une fin en soi ; c’est le cas du gaz naturel , pour son transport par voie maritime, et aussi de l’ hydrogène pour son utilisation comme carburant de fusées (Ariane...).

De nombreuses techniques s’appuyant sur certaines propriétés physiques ou physico-chimiques des constituants de mélanges gazeux peuvent être mises en œuvre pour les séparer. Parmi celles-ci, nous développerons les plus utilisées industriellement : perméation, adsorption, absorption, distillation et condensation fractionnée.

En ce qui concerne les applications de ces techniques, nous ne décrirons que les installations ayant un caractère industriel , par opposition à celles que l’on rencontre plutôt dans les activités de recherche (comme c’est souvent le cas encore pour des températures inférieures à 4 K) et aussi par opposition aux installations de petite taille.

Les sujets traités sont les suivants :

• les gaz de l’air (oxygène et azote) : appareils de séparation d’air, avec ou sans production à l’état liquide d’une partie des composants ;

• le gaz naturel  : unités de liquéfaction et chaînes de transport ;

• l’ ammoniac  : unités de production de gaz de synthèse de l’ammoniac utilisant le lavage à l’azote liquide ;

• les mélanges de H ₂ , CO, CH ₄ ... (dont les gaz de purge des unités d’ammoniac), essentiellement pour la production d’hydrogène, de monoxyde de carbone et de méthane ;

• la liquéfaction de l’hydrogène et de l’hélium.

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