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 H₂ , CO, CH₄ ... (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.