<Desc/Clms Page number 1>
"Procédé pour la transformation intégrale du gaz de fours à-coke ou gaz de ville en ammoniaque et alcocl méthylique"
Le procédé qui fait l'objet de cette invention vise à la transformation intégrale du gaz de foursà coke ou de gaz analogues, en alcool méthylique et ammonia- que.
Par ce procédé les quantités d'alcool méthyli- que et d'ammoniaque obtenues peuvent être réglées et va- rier dans d'assez grandes proportions.
L'originalité de ce procédé réside en un as- semblage d'opérations provoquant des réactions qui tou-
EMI1.1
tes sont t obtenues dmnu mitm 1 tri fane L il nnP.Ln t : ton-
<Desc/Clms Page number 2>
pérature sensiblement constante.
Ces opérations se divisent en trois groupes dépendants, qui vont être décrits successivement, en ré- férence au dessin ci-annexé à titre d'exemple représen- tant schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention.
1 - On commence par fabriquer de l'hydrogène à ltaide d'un procédé basé sur la réaction "fer-vapeur d'eau".
Cette fabrication comporte deux phases princi- pales
1 - Oxydation - Un courant de vapeur d'eau. est envoyé sur du fer ou un composé à base de fer, con- tenu dans un appareil a maintenu à une température voi- sine de 7509 C.
Il en résulte formation d'hydrogène et d'oxy- des de fer.
2 - Rédaction -* Pour rendre possible la for- mation d'une nouvelle quantité d'hydrogène il faut ré- daire les oxydes de fer formés. A cet effet, on envoie dans l'appareil un gaz rédacteur : du gaz de fours à coke ou un--.gaz analogue, préalablement épuré par les pro- cédés ordinaires.
Le gaz de fours à coke utilisé pour cette ré- duction n'est pas entièrement transformé. Un certain pourcentage qui sera désigné sous le nom de "gaz rési- duaire" est disponible à la sortie de l'appareil, sous une température de l'ordre de 750 C.
Par rapport aux gaz de fours à coke utilisé., le gaz résiduaire est enrichi en méthane et carbures d'hy-
<Desc/Clms Page number 3>
drogène, enrichi en nzote et anhydride carbonique, ap- pauvri en hydrogène.
Il contient en outre 3 0 à 50 % de vapeur d'- eau.
Si l'on tient compte de cette vapeur d'eau, le gaz résiduaire représente dans les mêmes conditions de température et de pression mn volume sensiblement égal au volume du gaz de fours à coke mis en oeuvre..
Les deux phases de fabrication définies ci- dessus sont généralement complétées par des phases de purge (débat de l'oxydation da fer) ayant nomme résul- tat l'obtention d'un gaz de purge : hydrogène souillé par le gaz rédacteur et chargé de vapeur d'eau..
Etant donné les diverses phases de la fabri- cation il résulte que la production d'un appareil (pro- duction d'hydrogène) est intermittente.
Pour obvier à cet inconvénient, plusieurs ap- pareils a, dont le nombre et les dimensions sont fonc- tion da volume de gaz de fours à coke à traiter sont groupés de façon telle que la production d'hydrogène soit continue et sensiblement constante. Il en résulte une production continue de gaz résiduaire.
Ces appareils sont construits en matériaux réfractaires et métaux (acier-fonte), Leur disposition varie suivant le processus choisi poar l'obtention de la température (voisine de 750 C).
Les vitesses de circulation des gaz dans les appareils producteurs d'hydrogène sont réglées,
EMI3.1
12) pour Iii vC1[JoLlr c1'orm par un doLandou.r 2 ) pour le gaz rédacteur : par une machine
<Desc/Clms Page number 4>
type ventilateur ou autre, munie d'un by-pass de régla- ge.
En particulier, la vitesse de circulation du gaz réducteur est réglée de façon telle que l'on ob- tienne pour le gaz résiduaire un enrichissement maximum en méthane et carbures d'hydrogène.
Si l'on veut obtenir un gaz hydrogène aussi par que possible le réglage des débits gazeux est tel que durant les phases d'oxydation la pression dans les appareils (300 à 400 gr) est sensiblement double de cel- le régnant dans ces mêmes appareils dezrant les phases de rédaction,
Le fonctionnement de l'installation peut être rendu automatique par un dispositif pneumatique ou. électrique agissant pour fermer et ouvrir les différen- tes vannes de réglage.
Sur le schéma ci-.Joint on a représenté un seul appareil a. les différents organes accessoires pour l'épu- ration du gaz rédacteur et la commande des vannes ne sont pas figurés,
Les gaz résultant des opérations précédemment décrites sont l'hydrogène, le gaz résiduaire et le gaz de purge.
L'hydrogène est susceptible de contenir des impuretés sulfurées. On élimine ces impuretés de pré- férence par passage de l'hydrogène dtabord dans un tube catalyseur épurateur b puis dans des caisses d'épu- ration c à oxyde de fer, puis par lavage à la solution caustique (Na OH ou KOH) dans des colonnes d. Ceci
<Desc/Clms Page number 5>
ayant l'avantage d'éliminer également les traces d'anhy- dride carboniqae.
Entre les appareils b et c se place un or- gane (non figuré) abaissant la température de l'hydro- gène de 750 à la température ambiante, avec ou sans récupération de chaleur.
L'hydrogène ainsi traité est emmagasiné dans un gazomètre e.
Diantre part, le gaz résiduaire et le gaz de purge sont transformés en un mélange d'oxyde de carbo- ne, d'hydrogène et d'azote, de préférence par le pro- cédé faisant l'objet de la Demande de ce jour pour : "Méthode pour la transformation en un mélange d'oxyde de carbone, d'azote et d'hydrogène du gaz résiduaire et du gaz de purge résultant de la fabrication d'hydrogè- ne, par les procédés basés sur la réaction "fer-vapeur d'eau".
Ce mélange est ensuite désulfuré et emmagasiné dans un'gazomètre.
Sur le schéma f désigne le four de cracking servant à transformer les gaz résiduaire et de purgé en mélange de CO, H et N2; g désigne un tube cataly- seur épurateur, h la ou les caisses d'épuration à oxy- de de fer, i la ou les colonnes de lavage à la solution alcaline et j le gazomètre emmagasinant le mélange ga- zeux désulfuré par son passage à travers g h i.
EMI5.1
Et1Lro lua rylrLroil f at, L d'una part ot g et h d'antre part, se placent les organes (non figu- rés) qui abaissent la température du mélange de 1200
EMI5.2
à 750g et de 750¯ - â la température ambiante, avec oa sans récupération de chaleur.
<Desc/Clms Page number 6>
Les opérations qui suivent ont pour but de transformer en alcool.méthylique, par voie de synthèse, tout ou partie des gaz obtenus par les opérations pré- cédentes.
Cette synthèse exige un mélange gazeux conte- nant de l'oxyde de carbone et de l'hydrogène, dans un rapport compris entre 1/3 et 1/5. La mélange fabriqué précédemment doit donc 'être ajusté soit par addition d'hydrogène, emmagasiné en e, soit par addition d'un gaz riche en oxyde de carbone obtenu comme il est dit plus loin. Ces additions se font dans le gazomètre j.
Le mélange ajusté est alors amené par le compresseur k à une pression comprise entre 200 et 350 kg.
La pression utilisée est d'autant moins éle- vée que la teneur en mélange en gaz inertes, eu égard à la réaction recherchée, est moins élevée ; permet d'obtenir des pressions partielles sensiblement cons- tantes pour les constituants actifs.
Le mélange comprimé traverse une sério de tubes) non représentés sur le schéma, dans lesquels il est déshydratée déshuilé et si nécessaire purifié (par da charbon actif par exemple).
Puis le mélange traverse un tube de synthèse 1 contenant une matière catalysante appropriée (par exemple : catalyseur à base d'oxyde de cuivre réduit activé par des terres rares).
Une fraction des constituants (CO et H2) se transforme en alcool méthylique,
<Desc/Clms Page number 7>
La température de réaction est maintenue voi- sine de 300 , d'une part, par un apport de calories au moyen d'une résistance électrique alimentée par un cou- rant dont l'intensité est réglée par bobine de self ou régulateur d'induction, et d'autre part, par le réglage de la vitesse de circulation du mélange
L'alcool méthylique formé est condensé par passage du mélange dans un réfrigérant m- et recueilli dans un réservoir n d'où il est extrait.
Le mélange non combiné, débarrassé d'alcool méthylique, est remis en circulation grâce à une pompe o munie d'un by-pass permettant de régler la vitesse de circulation et n'ayant à vaincre que la perte de charge du circuit,
Suivant que l'on cherche à combiner toat ou partie des constituants (CO et H) le mélange peut en- core être soutiré du circuit de synthèse de l'alcool mé- thylique par un robinet avec détendeur p, lequel peut servir pour régler la vitesse de circulation du mélan- ge dans le circuit considéré.
Si l'on désire obtenir la combinaison quasi totale des constituants CO et H2 du mélange traité, on peut avoir intérêt à mettre en série plusieurs groupes d'éléments de synthèse tels que l, m, n.
Quelle que soit la fraction combinée, il reste toujours disponible après le robinet-détendeur p un gaz comprimé à 200 kg contenant CO-H2-N2, avec des tra- ces de méthane et d'anhydride carbonique
Ce gaz est purifié par passage dans des co- lonnes telles que q - r groupées en série et alime
<Desc/Clms Page number 8>
EMI8.1
tuées, les premières, par une lessive cipro-ammoniacale, laquelle élimine l'oxyde de carbone et, les dernières, par une lessive caustique, laquelle élimine l'anhydri- de carbonique.
Des pompes (non représentées) refoulent sous pression et distribuent les lessives utilisées.
La lessive cupro-ammoniacale utilisée forme avec l'oxyde de carbone des complexes susceptibles d'- être détruits par un chauffage sous vide vers 80 . On obtient aussi la libération du CO et des autres gaz dis- sous dans la lessive, lesquels sont emmagasines dans un gazomètre s,
Le gaz du gazomètre s, riche en CO, peut être utilisé pour l'ajustage du mélange du gazomètre j, ou être soumis dans une installation indépendante et non représentée sur le schéma, à une oxydation cataly- tique provoquant la réaction :
EMI8.2
00 + H2 0 = OC2 + H 2
Si l'on procède de cette dernière façon le gaz résultant de cette oxydation catalytique., débarrassé de l'anhydride carbonique par lavage à l'eau sous pres- sion, est remis en circuit par le collecteur u avant les colonnes q après avoir été porté à une pression convenable.
Le lavage à l'eau sous pression permet de ré- cupérer l'anhydride carbonique, lequel peut être envoyé au four f, ou évacué à l'atmosphère.
L'hydrogène obtenu par les premières opéra- tions décrites et restant disponible dans le gazomètre e est comprimé à pression convenable et amené en cir-
<Desc/Clms Page number 9>
cuit par le collecteur u. On peut obtenir cette com- pression par l'appareil, précité servant à comprimer le gaz résultant de l'oxydation catalytiqae indiquée ci- dessous.
Le dernier groupe d'opérations porte sar le gaz disponible après passage par les colonnes telles que q et r, et constitué exclusivement par de l'hydro- gène, de l'azote et des traces de méthane.
Par addition d'azote provenant de liquéfac- tion d'air ou de quelqu'autre source, il est donc pos- sible de régler la proportion d'azote et d'hydrogène dans le rapport 1 à 3.
L'azote d'appoint est comprimé suffisamment pour être introduit en circuit .
L'addition d'azote peut se faire avantagea- sement avant les colonnes q r, si sa pureté n'est pas absolue* ou bien encore ce qui augments la rapidité' du réglage du mélange gazeux, après cas dites colon- nes.
Il suffit pour obtenir la transformation en ammoniaque d'élever la pression du mélange au taux convenable (compresseur t) et de le traiter dans un circuit de synthèse d'ammoniaque (non représenté sur le schéma).
On remarquera que si le circuit de synthèse est un circuit fermé, il peut s'y produire une accama- lation de méthane. Cette accumulation de méthane a comme principal inconvénient de diminuer le rendement par suite de l'abaissement de la pression partielle des constituants (azote et hydrogène).
<Desc/Clms Page number 10>
Toutefois ceci n'est pas à craindre si les premières opérations du procédé sont menées de façon telle que l'on aboutisse à une teneur inférieure à 6 ou 8/1000 dans le mélange disponible pour la synthèse, 'de l'ammoniaque.
Si par suite de mauvais réglage on aboutit à une concentration trop grande du méthane, il est né- cessaire d'éliminer une partie des gaz du circuit de synthèse d'ammoniaque. Cette fraction do gaz pont être renvoyée en tête du circuit avant le four f.