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"Procédé & dispositif pour accroître la quantité d'hydrogène contenu dans les gaz de la distillation sèche de la houille"
La préparation industrielle de l'hydrogène, tel que celui qui est utilisé par exemple pour la synthèse de l'ammonique, se fait jusqu'à présent principalement par le procédé sous pression à froid à partir des gaz de la distillation sèche, de la houille particul ié relent de gaz- de cokerie.
Dans les installations de synthèse de l'ammoniage, où l'on retire du gaz de cokerie dont on dispose, par un procédé connu de traitement sous pression à froid, la quantité d'hydro- gène renfermée d'avance dans le gaz de cokerie et qui s'élève
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à 50% environ,le, gaz réciduaire restant était utilisé séné- ralement pour chauffer les fours à coke. or, il peut se faire que la quantité..
d'hydrogène nécessaire pour la synthèse de l'ammoniaque ne soit pas suffisante par suiredes oscilla- tions de marche à la cokerie et l'on a donc été forcé,pour couvrir la quantitéd'hydrogène nécessaire de prélever cet hydrogène sur du gaz .à l'eau.Mais pour préparer le gaz à l'eau,il a fallu employer des quantités supplémentaires de coke,ce qui entraîne une augmentation du prix de revient de l'hydrogène.En outre,le maintien en état de marche d'une installation spéciale pour la production du gaz à l'eau constitue une charge permanente pour le travail.
La présente invention a pour objectif d'utiliser ces gaz résiduaires,qui jusqu'à présent ne servaient qu'à des buts secondaires et qui se composent essentiellement de combinai- sons d'hydrocarbures de grande valeur,pour accroître le rendement en hydrogène.
L'idée directrice de l'invention est de mélanger de la vapeur d'eau aux gaz de la distillation sèche de la houille, et ce soit au gaz brut chaud qui s'échappe direetement du four à distiller,soit au gaz de cokerie déjà déshydraté et débarras- sé de son goudron,soit encore en l'occurrence de l'application d'un procédé de traitement par la pression à froid,au gaz rési- duaire qui raste;à chauffer ensuite ce mélange à la température requise pour que se produise la dissociation des hydrocarbures y contenus avec libération simultanée de 1'hydrogène de la vapeur d'eau.:
Par ee procédé,le volume de gaz augmente considérablement,car les hydrocarbures qui se dissocient libè- rent de grandes quantités d'hydrogène et en même temps le carbone formé par la dissociation des hydrocarbures entre en réaction avec la vapeur introduite pour donner du gaz à l'eau.
Lors de l'application du procédé nouveau au gaz brut chaud s'échappe directement du four à distiller,on réalise une trans-
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formation intégrale de toutes les combinaisons d'hydrocarbures contenues dans celui-ci,en hydrogène.
Ceci est d'importance particulière,quand il s'agit d'installations où le gaz de cokerie ne doit pas donner de produits résiduaires récupérables,mais où il s'agit uniquement de produire de l'hydrogène.Le gaz brut traité conformément au nouveau procédé donne un rendement plus considérable en hydrogène,étant donne que l'on récupère une quantité supplémen- taire d'hydrogène des vapeurs de goudron,de benzol et d'anmo- niac ales contenue dans le gaz brut, en une seule et même passe opératoire.En outre,l'emploi du gaz brut procure cet avantage de pouvoir diminuer l'addition de vapeur d'eau,
parce que le gaz brut entraîne déjà une quantité considérable de vapeur d'eau à haute température qui est d'autant plus forte car la température élevée du gaz correspond à un état de saturation plus accentué.L'autre avantage de l'application du nouveau chaud procédé au gaz brut est d'ordre particulièrement économique, étant donné que les calories nécessaires pour la dissociation sont moins nombreuses par suite de la forte teneur calorifique du gaz brut chaud.
La même remarque est vraie en ce qui concerne l'appli- cation du nouveau procédé au gaz de cokerie déjà déshydraté et dégroudronné,procédé qui va être étudié plus en détail dans l'exemple de réalisation ci-après.
En appliquant le nouveau procédé à des installations de pression existantes à froid en relation avec une cokerie,on est en état,de récupérer également des gaz résiduaires toujours à disposition à haut pouvoir calorifique et déjà débarrassés de l'hydrogène, en cas de fluctuations de marche,la quantité d'hydrogène d'appoint, soit en travaillant suivant le nouveau procédé la totalité de gaz résiduaires dont on dispose pour en retirer l'hydrogène,soit aussi uniquement la partie qui permet- tra de fournir l'hydrogène d'appoint.
Un autre avantage de la production de l'hydrogène suivant
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ce procédé réside en ce qu'on doit traiter qu'approximative¯ ment la moitié du volume gazeux par le nouveau procédé,ce qui permet de réduire les dimensions de l'appareillageet le coût de fabrication.
Si l' on est en mesure, en l'occurrence d' installations à pression à froid existantes,en relation avec des cokeries, d'utiliser la totalité du gaz de coterie produit pour préparer de l'hydrogène,l'application du nouveau :procédé con- stituera un avantage économique du fait que pour chauffer le s fours à coke, on pourra se servir d'un chauffage par gaz de gazogène basé sur de la matière peu coûteuse, ce qui permet- tra de réduire dans l'ensemble les frais de fabrication.
L'hydrogène brut. obtenu conformément au nouveau procédé peut être traité par l'un des procédés connus de pression à froid, ce qui permet de récupérer, a côté de l'hydrogène pur éventuellement de l'azote,tandis qu'il reste comme résidu surtout de l'oxyde de carbone.Ce reliquat d'oxyde de carbone peut à son tour, de façon c onnue,par traitement par de la va- peur d'eau sur des corps de contact, être transformé en qui anhydride carboique, ce erovcoue le dégagement de nouvelles quantités d'hydrogène.
Pour récupérer l'hydrogène à l'état pur,on traite par l' eau sous pression ce mélange hydrogène..anhydride carbonique, ce qui permet d'éliminer l'anhydride carbonique de façon connue. - Un autre avantage de l'hydrogène brut obtenu par ce procédé est que ce dernier, étant exempt d'hydrocarbures, convient exellement comme gaz réducteur pour l'application du procédé fer-vapeur, en vue d'obtenir de la sorte de l'hydro- gène à l'état pur.
L'avantage particulier de l'hydrogène put obtenu par le nouveau procédé est que tous les constituants nuisibles du gaz de houille sont transformés en combinaisons simples de manière que l'épuration du gaz brut pour le débarrasser des poins 80 de catalyseurs est tout à fait simole. C'est- ainsi notamment que 1.
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les combinaisons du soufre sont transformées en hydrogène sulfuré,les produits goudronneux ,en oxyde de carbone et hydrogène et les combinaisons azotées en azote.
C'est pour ces motifs que l'hydrogène brut préparé conformément au procédé se prête particulièrement au traites ment ultérieur par l'un des procédés connus de pression à froid car l'hydrogène brut,particulièrement par suite de la simplicité de sa composition élémentaire, surtout par suite de l'absence de combinaisons complexes d'hydrocarbures, permet de réaliser la séparation de la manière la plus simple.
Pour montrer l'augmentation du rendement en hydrogène conformément au présent pr oc édé, on va se servir de l'exemple ci-après qui s'applique à un gaz de cokerie.
Un gaz de cokerie de composition normale a l'analyse
EMI5.1
<tb> suivante <SEP> : <SEP>
<tb>
<tb> Hydrogène <SEP> 50%
<tb> Méthane <SEP> 25%
<tb> Oxyde <SEP> de <SEP> carbone <SEP> 6%
<tb> Ethylène <SEP> et <SEP> autres
<tb> hydrocarbures <SEP> lourds <SEP> 2%
<tb> Anhydride <SEP> carbonique <SEP> 3%
<tb> Azote <SEP> 14%
<tb>
par traitement de ce gaz conformément au présent procédé on obtient par 100 mètres cubes de gaz de cokerie
EMI5.2
<tb> Hydrogène <SEP> 131 <SEP> m3 <SEP> = <SEP> 71,6%
<tb>
<tb> oxyde <SEP> de <SEP> carhone <SEP> 35 <SEP> id <SEP> = <SEP> 19,2%
<tb>
EMI5.3
Méthane -4 -4 " --µ --$ ---.
Hydrocarbures lourds . . ¯¯-.. .:.¯.,.
EMI5.4
<tb> Anhydride <SEP> carbonique <SEP> 3m3 <SEP> = <SEP> 1,6%
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Azote <SEP> 14 <SEP> id <SEP> = <SEP> 7,6%
<tb>
Il se forme donc à partir de 100 m3 de gaz de cokerie, 183 m3 d'hydrogène brut renfermant 131 m3 ou 71,6% d'hydro- gène.
EMI5.5
Z' dène brut ainsi obtenu peut être transformé de diverges manières en hydrogène par convenant peur la synthèse de l'ammoniaque; il convient de faire remarquer à ce sujet que seuls l'oxyde de carbone et l'anhydride carbonique doivent êt tre transformess tandis que l'azote peut rester avec l'hydro- gène.
L'anhydride carbonique est éliminé entièrement par l'eau
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sous pression et lavage subséquent par une solution de souda, on peut transformer l'oxyde de carbone en hydrogène et anhydride carbonique;!'anhydride carbonique est alors, ici aussi,éliminé par l'eau sous pression et traitement sub- séquent par une solution de soude caustique.
Lors de la transformation de l'oxyde de carbone en anhydride carbonique par la vapeur d'eau sur un corps de contact, il se forme une quantité d'oxyde de carbone égale à la quantité d'hydrogène;le rendement de 100 m3 de gaz de cokerie passe ainsi de 131 m3 d'hydrogène à 166 m3.
Pour mettre en pratique le processus de dissociation conforme au nouveau procédé on fait usage d'un four formant chambre dont les parois sont chauffées extérieurement à la température voulue pour qu'à l'intérieur de la chambre règne la température requise par la dissociation.
L'application du procédé jusqu'à l'heure actuelle,unique ment aux fours qui servent à produire le coke,pour la réa- lisation du processus de dissociation, est particulièrement avantageuse du fait qu'en l'occurrence on dispose de grandes surfaces murales que l'on peut chauffer sans interruption fortement en se servant des calories récupérées, de façon que la totalité de la surface de chauffe de la chambre se trouve en permanence sous une température uniforme.Ceci présente la plus grande importance pour le processus do dissociation car ce n'est qu'en observant cette condition que l'on peut assurer la transformation intégrale des hy- drocarbures conte-nue dans lesgaz.
Un autre avantage de l'emploi d'un four-chambre pour réaliser le processus de la dissociation réside dans le fait qu'en intercalant des cloisons séparatives, on peut forcer le gaz à venir balayer les surfaces de chauffe,ce qui prolonge la durée de la réaction et partant augmente l'effet de contact.on peut encore augmenter celui-ci dans une plus grande mesure en donnant aussi bien aux surfaces de chauffe qu'aux cloisons séparatives,unè forme non unie par exemple
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une forme ondulée. /
Le dessin montre sous forme de disposition schématique donnée à titre d'exemple le four qui sert a réaliser le processus de dissociation.
de
Le gaz de cokerie à dissocier mélangé de vapeur d'eau est introduit par la conduite.1 et arrivé dans la chambre de dissociation 3 par le conduit distributeur !.La chambra de dissociation est subdivisée par la cloison séparative 4 de manière que la gaz doive lâcher les parois de la chambre et,âpre achèvement du processus de dissociation arrive sous forme d'hydrogène brut par le conduit distributeur 5 dans la conduite d'évacuation 6.Les surfaces de la chambre 3 ainsi que celles de la cloison séparative 4 sont de pré- férence ondulée s.Le chauffage des parois 7 de la chambre 3 se fait suivant le principe de la récupération :
en chauffait, alternativement le récupérateur de chaleur 8 disposé dans la sons-structure du fourgon assure une transmission conti... nue de chaleur à la chambre de dissociation. la disposition de cloison séparative représentée peut évidemment être quel.. conque pourvu seulement qu'on atteigne le but qui consiste à conduire automatiquement le gaz à dissocier, sur les surfaces de chauffe en lui faisant parcourir un trajet'aussi long que possible.
R e v e n d i c a t i o n s .