Solubilité des hydrocarbures dans l’oxygene liquide

par Déborah Houssin-Agbomson

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Dominique Richon.

Soutenue en 2007

à Paris, ENMP .


  • Résumé

    L’industrie est grande consommatrice de gaz de l’air, principalement oxygène, azote, argon pour des applications nombreuses et variées. Parmi les différents procédés de séparation des constituants de l’air, le plus employé reste la distillation fractionnée à basse température. L’air atmosphérique d’alimentation des unités de distillation d’air doit être, préalablement à la liquéfaction, débarrassé des constituants gênant à basses températures. La présence de polluants – CO2, N2O, H2O et hydrocarbures (en particulier propane, éthane et éthylène) – dans l’air d’alimentation peut notamment être à l’origine de certains dysfonctionnements de ces installations. Les propriétés physiques de certains polluants atmosphériques dans les conditions cryogéniques d’opération du procédé de distillation d’air (93 à 153 K) ont été étudiées par le passé mais les données de solubilité des hydrocarbures dans l’oxygène liquide restent rares en raison des difficultés inhérentes à la manipulation de ces mélanges inflammables. Toutefois une meilleure connaissance de ces propriétés est indispensable pour améliorer de façon significative la maîtrise des risques et les performances des unités de distillation de l’air. C’est pourquoi, un appareillage original a été conçu et mis au point en collaboration avec L’Air Liquide. Cette installation permet d’étudier, selon une méthode “statique-analytique”, in situ et en toute sécurité, les systèmes “hydrocarbure-oxygène” à l’équilibre thermodynamique. Des travaux ont été réalisés sur les binaires propane-azote et propane-oxygène dans un premier temps, permettant ainsi de mesurer les valeurs de solubilité du propane dans ces liquides cryogéniques à des températures inférieures aux points critiques des solvants (N2 et O2) et de modéliser les diagrammes de phases (P, x) correspondants. L’étude a été étendue aux systèmes éthane-, éthylène- et butane-oxygène. Les résultats de ces travaux sont désormais exploitables par l’industriel dans un simulateur de procédé.

  • Titre traduit

    Solubility of hydrocarbons in liquid oxygen


  • Résumé

    Industry is large consumer of air gas, mainly oxygen, nitrogen, argon for many and varied applications. Among the various processes of separation of air components, the more employed remains fractional distillation at very low temperature. The feed atmospheric air of air distillation units must be cleaned, before liquefaction, by removing all components being potentially obstructive at low temperatures (natural or produced by anthropic activities). The presence of pollutants – CO2, N2O, H2O and hydrocarbons (in particular propane, ethane, ethylene) – in the feed air can be at the origin of some drastic dysfunctions. That is why a more accurate knowledge of the solubility of hydrocarbons in liquid oxygen under process operating conditions (from 93 to 153 K) would make it possible to improve both evaluation and control of the risks specific to air distillation units and their performances. Concerning “hydrocarbon-oxygen” binary systems scientific literature presents only few data, probably because of the danger handling such flammable mixtures in laboratories. In order to be able to build the required database, in collaboration with L’Air Liquide new experimental equipment based on a “static-analytic” method allowing to work under safe conditions was designed, built and setup. The study of the solubility of propane in liquid oxygen was the really interesting first subject of investigation using new installation. Nevertheless we have begun investigations working on propane-oxygen system to validate equipment and continued with the study of the non hazardous mixture: propane-nitrogen before handling the propane-oxygen system. (P, x)-phase diagrams of these systems have been calculated thanks to thermodynamic modelling. Other works have been carried out concerning thermodynamic behaviour of several “hydrocarbon-oxygen” binary systems: ethane-oxygen, ethylene-oxygen and butane-oxygen. Results of this work can now be used by the industry in process simulator.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu’en 2013
  • Annexes : Bibliographie 65 réf.

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  • Bibliothèque : Mines ParisTech. Bibliothèque.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : EMP 153.876 CCL.TH. 1211
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  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : EMP 153.877 CCL.TH. 1211
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