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"PROCEDE ECONOMIQUE DE SEPARATION OU DE RECUPERATION DE GAZ & VAPEURS PAR LES ABSORBANTS SOLIDES " - @ Dans les procédés usuels connus de séparation ou de récupération de gaz et vapeurs par les absorbants solides, tels que le charbon actif, le gel de silice, etc... on met à profit le pouvoir absorbant sélectif des dits solides pour extraire et retenir certains gaz, certaines vapeurs mélangés à d'autres gaz, l'absorption doit se faire dans des conditions déterminées de pression et température.
Le solide servant d'absorbant est, à cet effet, disposé dans tout récipient approprié, fixe ou mobile, traversé par le gaz à traiter ; l'absorbant peut être introduit ou extrait de façon continue ou ne pas être extrait du dit récipient qui est couramment dénommé "absorbeur" ou "filtre à absorption".
La nature de l'absorbant, ainsi que les conditions de température et pression ayant été choisies pour une bonne
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absorption du produit à récupérer, il y a une saturation progressive de cette matière au fur et à mesure que le gaz circule dans l'ab- sorbeur. On arrête le passage du gaz, en isolant l'absorbeur du circuit, lorsque la saturation de.l'absorbant est jugée suffisante.
Il s'agit, alors, de récupérer le produit absorbé, cette opération rendant. également l'absorbant propre à une nouvelle absorption, etc... Cette opération est couramment appelée "récupé- , . ration" ou "régénération" par opposition à la période "d'absorp- tion" qui la précède.
La récupération est opérée par une injection dans la masse absorbante de vapeur d'eau généralement surchauffée.
Le processus connu de ces opérations étant exposé, la présente invention a pour objet un procédé nouveau réalisant une grande économie de vapeur d'eau dans l'opération de "récupération" ou "régénération" de l'absorbant.
Dans les procédés connus jusqu'ici, la dépense de vapeur d'eau est considérable. Elle peut être réduite de moitié ou plus par une meilleure utilisation des calories suivant le procédé, objet de l'invention, et décrit ci-après.
Pour une meilleure compréhension des avantages'de l'inven- tion on a représenté schématiquement, et à titre,d'exemple:
1 - Une installation couramment, utilisée pour la récupéra- tion des solvants volatils ou des hydrocarbures.par les absorbants. solides, par le charbon actif, par exemple (fig.l)
2 - Une installation ayant le même objet agencée confor- mément à l'invention, avec surchauffe directe de la vapeur issue d'un premier absorbeur avant son passage dans un second absorbeur (fig.2)
Dans le procédé usuel indiqué, fig.l, la vapeur d'eau produite par la chaudière C est conduite, par.toute tuyauterie convenable, au surchauffeur S., puis au filtre F, garni de matière absorbante et dans lequel le gaz à traiter a préalablement circulé pendant la période d'absorption.
Ce gaz pénètre dans le filtre F
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par la conduite t, traverse la matière absorbante, puis s'échappe par la conduite t1, après avoir abandonné les produits à récupérer (benzol, gazoline, etc...). Les dites conduites t sont fermées dès. que la saturation dé la masse absorbante est suffisante.
De la vapeur d'eau sèche est alors admise dans le filtre F et, en circulant dans ce filtre, cette vapeur d'eau déplace de la matière absorbante les produitsabsorbés en les entraînant au , réfrigérant R. L'eau de condensation ainsi que les produits entraî- nés et condensés non miscibles à l'eau se séparent par densité dans le florentin A ; produit récupéré est recueilli en a, tan- dis que l'eau s'écoule au niveau inférieur, en a1. Dans le cas où le produit récupéré est miscible ou partiellement miscible à l'eau, il est.peut-être nécessaire d'effectuer une distillation de la condensation, la séparation par densité ne pouvant pas suffire à la séparation.
De nombreuses améliorations sont connues à ce procédé en vue de réaliser une certaine économie de vapeur ; notamment,- on a trouvé avantageux, avant de procéder à l'injection de vapeur dans l'absor- beur* d'échauffer la masse absorbante par des serpentins, etc.... jusqu'à une température supérieure à 100 . On évite ainsi la conden- sation dans l'absorbant d'une trop grande quantité de vapeur d'eau qui aurait pour inconvénient de nécessiter ensuite, pour son évapo- ration, une dépense de vapeur sèche considérable.
Il est cependant impossible, par ce perfectionnement comme par tous ceux mis en oeuvre jusqu'ici, d'empêcher la condensation dans l'absorbant d'une quantité d'eau importante.
Or, suivant le degré de surchauffe de la vapeur employée, il faudra, pour évaporer l'eau condensée dans l'absorbant, une quantité de vapeur variable, mais pouvant être couramment dix fois plus grande que celle de l'eau à évaporer de la masse absorbante.
On conçoit, dans ces conditions, que la consommation de vapeur d'eau soit très élevée.
De plus, une grande quantité de vapeur d'eau est toujours
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indispensable pour purger parfaitement bien l'absorbant et entrai- ner le corps récupéré. Les calories de la vapeur sortant du filtre sont, en général, dissipées en pure perte dans des serpentins réfrigérants.
La présente invention permet, non pas de diminuer le débit de vapeur employé à régénérer chaque absorbeur pris isolément, mais bien de récupérer les calories latentes de condensation de cette vapeur, cette récupération des calories étant faite en vue du traitement économique et simultané d'une nouvelle masse absorbante.
Or, la chaleur latente de condensation de la vapeur d'eau est beaucoup plus importante que'la chaleur de surchauffe seule utilisée en définitive dans les anciens procédés. Il résulte donc, dans l'ensemble, une économie considérable de vapeur du fait que les calories de condensation sont récupérées d'après l'inven- tion.
Un premier mode de réalisation.de l'invention consiste à monter deux filtres F, F1 en série (voir fig. 2). En.premier lieu, le mélange gazeux à traiter est amené dans ces filtres, respecti- vement par les conduites t, t' branchées sur la conduite princi- pale T, y circule jusqu'à ce que la masse absorbante soit suffisam- ment saturée du produit à récupérer, puis après avoir abandonné le produit, sort par les conduitest1,t1, également reliées à une conduite principale Tl. Dès que la masse absorbante est saturée, on ferme les conduites t, t1, et t', t1.l
La disposition représentée figure'2 permet la circulation du gaz en parallèle à travers les deux absorbeurs.
On pourrait pré- voir une autre disposition des tubulures de gaz permettant la cir- culation du gaz en série à travers les deux absorbeurs, ou bien encore les deux modes de circulation des gaz à volonté.
Après la circulation de gaz dans les filtres F , Fl , on faiJt arriver dans le filtre F la vapeur émise par la chaudière C et surchauffée en S. Au début de l'opération, la vapeur se condense en
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échauffant le filtre F et la masse absorbante. La vapeur d'eau déplace ensuite le produit à récupérer de la matière absorbante et sèche progressivement en même temps cette masse absorbante, grâce aux calories de surchauffe qu'elle apporte.
La vapeur d'eau sortant du filtre F est donc chargée en produit récupéré ; elle est à l'état de vapeur humide saturante ayant abandonné ses calories de surchauffe. Une partie de l'eau pourra même s'écouler condensée et il sera-donc bon de prévoir une purge à la sortiè du premier absorbeur.
D'après l'invention, la vapeur sortant du filtre F est utilisée directement, après une deuxième surchauffe sur un surchauffeur Si, à la régénération d'un second filtre Fl. Be cette façon la totalité des calories de condensation de la vapeur d'eau est utilisée, évitant l'emploi d'une égale quantité de vapeur pour le traitement du dit filtre Fl.
La vapeur d'eau enrichie à nouveau du produit à récupérer est condensée avec ce produit dans un réfrigérant R. La séparation ' des liquides se fait par un florentin A ou par tout autre moyen.
Après pas'sage d'une suffisante quantité de vapeur surchauffée sur les filtres F et F1, la matière absorbante est restituée sèche et débarrassée de tout produit absorbé, prête par conséquent, pour une nouvelle absorption. Cette absorption peut être faite directe- ment ou après refroidissement de la masse absorbante, le tout par des moyens connus.
Il est évident que les pertes de charge dans les deux filtres F, F1, dans le surchauffeur S1 s'ajoutent, amenant une certaine surpression dans le filtre F, mais l'expérience a montré qu'il n'en résulte pas d'inconvénient.
Il n'en est pas de.même, cependant, dans certains cas, pour l'emploi d'un surchauffeur intercalé entre les deux filtres
F F1 qui peut présenter l'inconvénient de produire le "craking" de certains produits récupérés et entraînés avec la vapeur d'eau.,
Une modification du présent procédé et faisant partie de
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l'invention consiste à recomprimer la vapeur sortant du filtre F jusqu'à une pression suffisante pour permettre sa réintroduction dans le circuit avant le surchauffeur S .
Dans ce dispositif, il n'est donc pas employé de second surchauffeur Si, ni de deuxième absorbeûr F1. La compression de la vapeur sus-mentionnée pourra se faire avec avantage en employant un injecteur, genre Koerting, fonctionnant avec la force vive de la vapeur à haute pression émise par la chaudière C. Il y aura, en somme, circulation en circuit fermé de la vapeur d'eau avec sur- chauffe en un point du circuit extérieur à l'absorbeur. Il y aura lieu de prévoir à la base de l'absorbeur une purge de cette vapeur emmenant l'excès, riche en produit volatil récupéré, vers un ser- pentin réfrigérant.
Pour éviter le "craking" sus-mentionné, on pourra opérer sous vide, ce qui diminue la température de surchauffe nécessaire au traitement des filtres. On pourra également opérer suivant la disposition différente, représentée fig.3.
Dans cette nouvelle disposition, un évaporateur E est in- tercalé entre le filtre F et le surchauffeur S1; le reste de 1' installation est disposé comme précédemment.
La vapeur d'eau sortant du premier filtre, étant chargée de produit à récupérer et ne devant pas être employée directement après surchauffe, est utilisée à produire l'évaporation d'une quantité d'eau pure sensiblement égale, l'échange étant réalisé dans un évaporateur quelconque, ( évaporateur à pression décrois- sante, le plus souvent, ou évaporateur avec compression de vapeur, ou évaporateur par détente de liquide, etc).
La figure 3 s'applique spécialement au cas où on utilise un évaporateur à pression décroissante.
Au sortir du premier filtre 3?, la vapeur d'eau chargée du produit à récupérer,, se rend à l'évaporateur E où elle se con- dense en totalité ou partiellement, ou bien encore avec le pro- duit à récupérer également. L'eau condensée peut être purgée à la
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base de l'évaporateur'et évacuée directement,ou bien se rendre avec les vapeurs incondensées dans-un réfrigérant R', comme représenté figure 3.
La vapeur d'eau pure, provenant de l'évaporateur E est dirigée dans le surchauffeur S1 avant de se rendre au second filtre
F1 en communication avec un autre réfrigérant Rl et un florentin A1
Le réfrigérant R' est également suivi d'un réservoir flo- rentin A' pour la décantation du distillat, L'alimentation en eau de l'évaporateur pourra, dans certaine cas, se faire avec avantage par l'eau chaude décantée, prélevée dans le compartiment "haute pression" de la caisse d'évaporation.
D'après le dispositif de la figure 3 et avec l'emploi d'un évaporateur à pressions décroissantes, comme pour un évaporateur à détente de liquide, il' y aura nécessairement, une chute de pressior. de vapeur assez considérable d'où, dans certains cas, une pression assez élevée dans le premier absorbeur, cette pression pouvant atteindre, par exemple, un kilogramme ou même deux kilogrammes effectifs. Cette surpression ne présente.aucun inconvénient pour la bonne marche de l'opération ainsi qu'il sera exposé plus loin.
On pourrait, dans certains cas, si on y trouvait avantage, 'grouper les deux absorbeurs F, F1 des figures 2 ou 3 dans une même enveloppe métallique , l'esprit de l'invention subsistant par ailleurs.
Si on faisait emploi d'un évaporateur à compression de vapeur, on pourrait, tout en restant dans le cadre de l'invention, introduire la vapeur secondaire provenant de l'évaporateur dans le circuit de vapeur primaire servant au traitement du premier filtre F, dès lors le filtre F1 pourrait être supprimé.
Pour cela, la vapeur engendrée dans l'évaporateur devrait être comprimée à une pression lui permettant de rentrer dansle circuit de la vapeur primaire avant le premier surchauffeur.
Cette compression pourrait être, avec avantage, produite par un injecteur genre Koerting,.utilisant la vapeur primaire arrivant au surchauffeur S, cette vapeur d'injection devrait
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alors être émise par la chaudière C, à une pression suffisante, par exemple, 7 à 8 kgs.
Enfin, l'emploi d'un évaporateur à détente du liquide est particulièrement indiqué si on peut utiliser l'eau de condensation du compartiment haute pression de la caisse d'éva- poration pour la circulation avec détente, ceci séra possible quand le produit récupéré non miscible à l'eau, en question, pour- ra s'en séparer facilement par décantation dans l'évaporateur même. On peut d'ailleurs régler la marche et la température de l'évaporateur pour qu'il n'y ait aucune condensation du produit volatil distillé, ce qui évite toute décantation du dit produit.
Le produit volatil devra alors être condensé séparément hors de l'évaporateur.
On connaît certains dispositifs où une partie des calories de condensation de la vapeur sortant d'un filtre sont récupérées, par exemple, sous forme d'une extraction d'eau chaude à la partie supérieure des serpentins de condensation, etc... mais aucun de ces dispositifs ne permet de récupérer une quantité notable des calories perdues dans la condensation et ne permet pas, en tous les cas le traitement simultané par la vapeur des deux absorbeurs, etc...
Notamment, les principes bien connus de l'évaporation éta- gée n'ont jamais été mis à profit pour la "régénération" des ab- sorbants solides. Or, il a été démontré que cette régénération était possible et que le principal inconvénient résultant de la surpression à maintenir dans le premier filtre, pouvait être aisément surmonté. ,en vertu de la constatation suivante:
Une pression effective, de quelques atmosphères par exem- ple, n'entrave pas ou très peu le dégagement des produits volatils contenus dans l'absorbant quand on. le traite par la vapeur sur- chauffée sous cette pression.
L'absorbant peut être parfaitement régénéré et séché par la vapeur surchauffée sous pression, à con- dition de régler la température de surchauffe en fonction de la pression envisagée ; en pratique, il suffira d'utiliser, dans
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tous les cas, de la vapeur possédant: une "surchauffe equivalente" quelle que soit la pression adoptée; par exemple, on pourra adop- ter une surchauffe uniforme de 50 , 100 ou 200 etc.. de la vapeur à pression variable, la surchauffe ne dépendant essentiel- lement que de la nature du corps volatil absorbé.
Les mêmes dispositions peuvent s'appliquer dans le cas où on effectue le traitement de l'absorbant par de la vapeur.saturan- te ; il suffira de supprimer tout surchauffeur, Il y aura lieu de prévoir, dans ce cas, un procédé de séchage de l'absorbant, puisque ce séchage ne peut se-, faire par de la vapeur saturante.
D'après l'invention, il est possible de procéder également à plus d'une récupération de la vapeur d'eau utilisée et de régénérer ainsi simultanément plus de deux filtres à matières absorbantes.
Il suffira pour cela, de disposer à la suite les uns des . autres, plusieurs appareils tels que décrits en regard des figurés 2 ou 3.
On ne sera limité dans cette voie que par la complication de l'appareillage ou par la contrepression trop grande causée dans les absorbeurs de tête.
On pourra remédier dans une certaine mesure à ce dernier inconvénient en disposant après le réfrigérant de l'absorbeur de queue, une pompe à vide, ou tout appareil susceptible de remplir le même rôle. Le traitement sous vide peut également être avanta- geux dans le cas où on n'emploie que deux absorbeurs.
Par exemple, dans l'installation représentée figure 2, les deux filtres F et F1 peuvent être traités sous vide simultanément par l'adjonction d'une pompe à vide après le réfrigérant R. Ce dispositif aura l'avantage de permettre un bon fonctionnement pour une température de vapeur surchauffée assez basse et de permettre, par exemple, de remplacer les surchauffeurs ordinaires à flamme directe, par desimples tubulaires chaufféspar de la vapeur à haute pression.
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Pour le dispositif de la figure 3, l'appareil à vide pour- rait être placé à la sortie du second réfrigérant R1, ce qui permettrait d'opérer l'évaporation sous vide dans 1'.évaporateur E, le rendement calorifique de l'évaporateur serait notablement aug- menté, de ce fait. De plus, la contrepression en amont de l'évapo- rateur, c'est-à-dire, dans le filtre F serait réduite ou même supprimée complètement.
-Uans tous les cas, la pompe à vide pourra être doublée d'un dispositif d'extraction des condensations.
Les principes de la présente invention peuvent être appli- qués simultanément, avec toute disposition accessoire tendant également à produire une économie de vapeur.