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BREVET DTIMPORTATION PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET AUX APPAREIIS POUR LA
FABRICATION DE L'ACIDE NITRIQUE,
La présente invention est relative à la fabrication de l'acide nitrique et se rapporte particulièrement aux pro- cédés et aux appareils de fabrication diacide nitrique concen- tré par oxydation de l'ammoniaque.
En oxydant de l'ammoniaque par l'air, suivant le pro- cédé habituel à la pression atmosphérique, la concentration des oxydes d'azote qui en résultent est telle qu'il n'est pas éco- nomique d'essayer de produire un acide nitrique, contenant plus de cinquante pour cent de NO3H, en absorbant ces oxydes par l'eau, en présence d'oxygène à la pression atmosphérique. Même pour obtenir un acide dontla concentration ne serait pas su- -1-
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périeure à cette dernière, le système d'absorption doit être vo- lumineux et coûteux, représentant entre la moitié et les trois** quarts du coût total de l'installation. De plus, un acide nitri- que à 50p.% de concentration n'a qu'une utilisation limitée dans l'industrie et il doit être concentré à nouveau si l'on veut lui ouvrir un grand débouché commercial.
Or, on a trouvé un @ procédé qui, tout en n'exigeant que des appareils de fabrication relativement peu coûteux, peu encombrants et simples, est cepen- dant capable de produire de l'acide nitrique concentré, c'est-à- dire d'une concentration supérieure à cinquante pour cent, par exemple soixante-neuf pour cent environ. L'invention a donc pour objet un tel procédé et un appareil avec lequel ce procédé peut être convenablement réalisé.
Dans ce but, et aussi pour perfec- tionner en général le procédé et les appareils du caractère indi- qué, l'invention consiste dans les divers points décrits ci-des- sous,
Le dessin annexé est une vue en élévation latérale sché- matique, (certaines parties étant coupées pour plus de clarté), de l'ensemble des appareils suivant l'invention; ce dessin illus- tre également le procédé suivant l'invention. Bien que ce dernier ne soit pas limité,à la forme des appareils, il sera décrit en se référant à ce dessin.
D'une façon gégérale, le présent procédé comporte de préférence:
L'oxydation de l'ammoniaque introduit dans le système sous forme de gaz avec de l'air (oxygène), à l'aide d'un cata- lyseur convenable comme le platine, l'oxyde de fer activé, etc., de façon à produire de l'oxyde nitrique et de la vapeur d'eau, suivant l'équation.
4NH3 + 502 = 4NO + 6H2O ; le refroidissement rapide des gaz, en les soumettant en même temps à une pression élevée, par exemple quatre à dix atmosphè res ou plus, et en leur permettant de rester un certain temps sous cette pression élevée de façon à oxyder l'oxyde azotique
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pour le transformer en peroxyde d'azote N02,(N204)-
La réaction du peroxyde d'azote sur de l'eau, sous des pressions élevées, telles que celle ci-dessus, pour former de l'acide nitrique.
Comme on l'a vu, dans cette façon d'opérer, l'oxyda- tion de l'oxyde nitrique en peroxyde d'azote se fait sous une pression élevée, de même que l'absorption du peroxyde pour produire l'acide nitrique. Alors qu'aux pressions atmosphéri- ques, la réaction
2NO + 02 = 2NO2 est relativement lente, elle se fait à une vitesse beaucoup plus grande avec le procédé ci-dessus dans lequel on agit sous pression, C'est pourquoi la chambre d'oxydation, dans le pré- sent procédé, peut être beaucoup plus petite que celle qui se., rait ordinairement nécessaire et, comme conséquence, bien qui elle doive être construite pour résister à des pressions éle- vées, elle peut être construite à beaucoup moins de frais que dans les procédés antérieurs, De même,
les chambres d'absorp- tion utilisées pour la réaction finale, ou absorption, peuvent être beaucoup plus petites que les tours habituelles nécessaires lors de l'opération à la pression atmosphérique, en raison du rendement obtenu avec la pression élevée, employée selon le présent procédé;'de là, et malgré lefait qu'elles doivent ê- tre construites pour résister à de hautes pressions, elles sont meilleur marché à oostruire que des tours.
De plus, ces chambres d'absorption n'ont plusbesoin des dispositifs com- pliqués et coûteux utilisés dans les tours ordinaires pour la circulation répétée et la progression du liquide absorbant, puisque, dans le présent procédé, les chambres d'absorption peuvent être disposées de telle sorte qu'aucun mécanisme n'est nécessaire, à part la pompe utilisée pour comprimer les gaz.
Selon le procède, comme il sera compliqué plus longue- ment ciaprès, la valeur d'eau est condensée du mélange d'oxyde
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nitrique et de vapeur deau à un moment tel et'.d'une façon telle que l'on évacue de l'eau pratiquement sans acide,.ladite eau étant alors introduite dans des chambres d'absorption, pour obtenir une circulation d'eau à contre courant.
En se reportant au dessin, les appareils et le procédé vont être décrits en détail, L'installation comprend, un com-
30 presseur/pour le mélange d'ammoniaque et d'air, un appareil d'oxydation catalytique pour l'ammoniaque 14, un réfrigérant 16, un condenseur 18, une chambre d'oxydation 21 et une série, trois dans l'exemple, de chambres d'absorption 31,32,33.
Des conduites 1,2,3,4,5, 6 et 7 relient ces appareils en série,- pour permettre une circulation des gaz de gauche à droite dans la figure, Une conduite 8 reliant la base du condenseur avec la dernière chambre d'absorption 33; et des conduites de trop plein 9 et 10, de 33 à 32 et de 32 à 31, assurent le passage du condensat (eau) depuis le condenseur jusqu'à la dernière chambre d'absorption, et coulant vers la gauche, à travers les chambres d'absorption vers l'orifice de sortie 11 de l'acide, Des conduites 12 et 13; reliées respectivement au compresseur et à la dernière chambre d'absorption, servent respectivement è l'introduction du mélange d'ammoniaque et d'ait et à l'évacu- ation des gaz résiduels.
Le compresseur peut être de tout type approprié, de mê- me que l'appareil d'oxydation catalytique de l'ammoniaque qui est représenté conventionnellement comme une chambre 14 avec du platine 15 disposé à l'intérieur pour que les gaz traversent la chambre 14 en étant en contact avec le platinel5. Le réfri- gérant, représenté conventionnellement par la chambre 16 avec une conduite 17 pour la circulation à travers cette chambre d'un réfrigérant, représente tout dispositif approprié, comme une chaudière à vapeur à travers laquelle passent les gaz chauds,ou un échangeur de chaleur, de telle sorte que la chaleur des gaz peut être conservée.
Le condenseur 18 est de préférence d'un ty-
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pe qui procure un refoidissement très rapide, une circulation à contre courant et l'évacuation du fluide condensé, le conden- seur représenté étant conventionnellement indiqué du type tu- bulaire comprenant l'enveloppe 18a, des tubes 19 pour le passa- ge des gaz à condenser et la chambre 20 pour la circulation du réfrigérant autour des tubes 19., La chambre d'oxydation 21 peut être une simple enveloppe de dimensions appropriées pour assurer un ralentissement suffisant du courant de gaz, de façon à donner le temps à la réaction d'être complète.
Cette chambre comporte de préférence une conduite 22 pour la circulation du réfrigérant et une conduite 23 avec un robinet pour l'admission de l'air en (oxygène) si l'on/a besoin, Les chambres d'absorption 31, 32 et
33 sont des cuves fermées de toute construction appropriée, dis- posée pour la circulation de l'eau de 33 à' 31, à travers 32, et la circulation des gaz de 31 à 33, à travers 32. Comme il est représenté sur le dessins, la conduite d'admission de gaz de chaque chambre d'absorption, comme la conduite de la chambre
31, est disposée contre la partie inférieure de la chambre, et est pourvue d'une extrémité fermée 24, et de trous 25 pour l'é- vacuation des gaz, de telle sorte qu'ils barbotent en montant à travers le liquide.
De préférence, chacune des chambres d'absop- tion est munie d'une conduite 26 pour la circulation du réfri- gérant ; cependant par raison de simplicité, une seule chambre a été représentée ainsi équipée.
Comme le dessin.' le montre, les différents appareils de l'installtion sont de préférence disposés de telle façon que l'eau sortant du condenseur coule vers la chambre d'absorption 33 et à travers les chambres d'absorption.
/-sans qu'il soit nécessaire d'utiliser une pompéß la circulation des liquides étant simplement provoquée par l'action de la pe- santeur, Il faut également remarquer que le compresseur est placé en avant des parties de l'appareil qui servent à trans- former le mélange ammoniaque-air en vapeur d'eau, oxydes nie
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triques et air, De cette façon bien que la pression produite par le compresseur soit utilisée dans tout le système, et particulièrement dans les chambres d'absorption, le tout étant bien entendu étanche d'un bout à l'autre, les très grandes difficultés pour construire un appareil qui comprime un mélange de vapeur d'eau, d'oxydes nitriques et d'air sont cependant évitées ; il suffit de disposer d'un appareil relativement sim- ple pour comprimer un mélange d'ammoniaque et d'air.
On fait remarquer aussi que le réfrigérant 16 est intercalé entre le dispositif d'oxydation de l'ammoniaque 14 et le condenseur 18.
Avec ce réfrigérant, les gaz peuvent être considérablement re- froidis, par exemple de 9000 à 2500 centigrade, avant d'entrer dans le condenseur et ainsi le refroidissement le plus imper** tant (au point de vue du procédé) qui est celui jusqu'à envi- ron 20 centigrade, peut être ainsi accompli très rapidement dans le condenseur, ce dernier n'étant de ce fait pas chargé du refroidissement tout entier des gaz;
Comme on le comprend, et comme on le voit d'une manière générale sur le dessin, on dispose des robinets, des tubes en U, etc, ainsi que des soupa- pes de retenue ou analogues pour maintenir la pression voulue travers tout le système, tout en empêchant un excès de pres sion et permettant la sortie des gaz résiduels ( comme en 13), celle du condensat ( somme en 27), et celle de l'acide (comme en la)*
D'une façon détaillée, le procédé peut être appliqué comme suit, la façon d'opérer n'étant donnée qu'à titre d'exem- ple, et non dans un sens limitatif,
Un mélange d'ammoniaque et d'air, contenant par exem- ple dix pour cent en volume de NH3 préparé auparavant par un des moyens quelconques bien connus, est envoyé d'une façon continue au compresseur où il est comprimé,
une pression de 4 à 10 atmosphères étant désirable et facilement praticable, bien que des pressions plus élâvées puissent être employées ; le mélange comprimé passe à travers le dispositif d'oxydation cata- lytique* Là pour des conditions déterminées de circulation, de con- tact, etc.. réglées comme le savent tous ceux qui connaissent
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la technique de l'oxydation de l'ammoniaque, la réaction est si complète que quatre-vingt-dix pour cent ou davantage de l'ammoniaque est converti en oxyde nitrique N0. La réac- tion fournit une grande quantité de chaleur, si bien que les gaz, quittant le dispositifd'oxydation, ont une température d'environ 7000 à 9000 centigrade, la température exacte dépen- dant de la concentration initiale de l'ammoniaque.
Les gaz circulent ensuite vers le condenseur, en passant d'abord, de préférence, dans un réfrigérant comme indiqué sur le dessin, avec les avantages qui ont été montrés plus haut.
Dans le réfrigérant la température,. est considérablement ré- duite, mais elle est réglée de telle façon que les gaz ne sont pas refroidis jusqu'à un tél point que d'autres oxydes de l'azote, en particulier le peroxyde d'azote, puissent se for- mer, puisque, conformément à un mode préféré de la présente invention, la formation de peroxyde d'azote doit être évitée avant l'enlèvement à peu près complet de l'eau. Le condenseur est d'une dimension telle, et il est réglé de telle manière que le refroidissement des gaz jusqu'à la température à laauel- le se condense la vapeur d'eau et à laquelle commence l'oxyda,--- d'azote tion de l'oxyde nitrique en peroxyde/ soit très rapide et ne dure en fait que quelques secondes ( une à dix).
De préférence le refroidissement se fait jusqu'à la température ambiante (20 contigrada ou une température inférieure. Comme il a été indiqué plus haut, le condenseur est d'un type où le condensat circule en sens inverse du courant ascendant des gaz chauds. En refroidissant rapidement et en, traitant le condensat, formé dans les parties supérieures les plus froides du condenseur; par le courant chaud de gaz conte- nitriques nant ses oxydes à un degré d'oxydation inférieur à celui qui correspond à N2O3,on est assuré de retirer un condensat con- tenant une proportion minima de NO3H.
Avec un réglage appro- prié, il peut se former de l'eau sensiblement pure, et, suivant
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un objet de l'invention, il est désirable que cette condition soit remplie aussi exactement que possible, et que le condensat ne contienne pas plus de dix à vingt pour cent de NO3H. Le condensat est continuellement extrait du condenseur et conduit par le tuyau 8 à la chambre d'absorption 33. En ouvrant partiel. lement le robinet 27 sur le tuyau 8, une partie du condensat peut être évacuée du système, si bien qu'une partie seulement de l'eau totale peut être envoyée vers les chambres d'absorption, et que la quantité appropriée peut être fournie auxdites charnu bres pour obtenir un acide à la concentration élevée désirée.
Il est à remarquer qu'en agissant comme il vient d'être indiqué, la formation d'acide faible, par suite de la fabrication et de l' absorption de peroxyde d'azote en présence de toute l'eau pro- duite, est complètement évitée, et des mesures sont prises pour n'employer que la quantité d'eau nécessaire pour donner directement l'acide fort désiré. Bien entendu, si pour une raison quelconque, on désire fabriquer de l'acide faible, l'eau supplémentaire nécessaire peut être ajoutée au système en tout point approprié, par exemple par la conduite 28.
Du condenseur, les gaz passent d,ans la chambre d'oxyda- tion. Celle-ci est de dimensions telles qu'elle assure le séjour suffisamment long aux gaz pour que l'oxyde nitrique soit pres- que complètement oxydé en peroxyde d'azote. C'est une réaction qui demande un certain temps, mais comme on l'a vu plus haut, sous une certaine pression, conformément à l'invention, la vi- tesse de la réaction est beaucoup accélérée. Si cela est jugé convenable, de l'air peut être admis dans la chambre d'oxyda... tion pour apporter de l'oxygène additionnel, On peut aussi utiliser le refroidissement.
Les gaz (oxydes d'azote, contenant initialement du pe- roxyde d'azote) sont alors envoyés aux chambres d'absorption et barbotent à travers le contre courant d'acide de plus en plus faible (principalement de l'eau, dans la chambre d'absorp- tion µµ),Dans les chambres d'absorption la température, le
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courant, etc. sont réglés avec soin, comme le savent les experts en la matière, en considération du fait que la réaction
3 N02 + H20 = 2HNO3 + NO est réversible à une température un peu élevée, et que les con- ditions doivent être maintenues de telle façon que l'on obtienne un acide nitrique de forte concentration. Comme on l'a établi plus haut, on peut obtenir facilement de l'acide nitrique à en- viron soixante-neuf pour cent.
Comme on l'a vu précédemment, u- ne température de vingt degrés centigrades ou moins est avantageux se, des températures de zéro degré centigrade, ou un peu en dess sous étant acceptables, et si on le désire, la température dans les chambres d'absorption peut être un peu inférieure à celle du condenseur et de la chambre d'oxydation. Si on le désire, on peut provoquer la détente des gaz résiduels s'échappant du sys- tème, comme par la conduite 13 dans un dispositif réfrigérant 34, comme indiqué d'une façon conventionnelle au dessin, et uti- lisés au refroidissement de certaines parties du système, sui- vant les bes@ins; les conduites correspondantes ont été omises sur le dessin pour éviter toute confusion.
Le refroidissement ainsi obtenu contribue à la détermination économique des tempes. ratures optima pour le système. Bien entendu l'énergie obtenue par la détente des gaz résiduels peut être employée à comprimer les gaz que l'on envoie au système. En ce qui concerne ces dernierE bien quel'air ait été plus particulièrement mentionné, il doit ê- tre naturellement entendu que l'oxygène nécessaire peut être fourni par tout moyen approprié, comme par exemple de l'air en- richi en oxygène, etc.
Il doit, bien entendu, être compris que, selon cette inven- tion, on peut produire de l'acide nitrique de concentration va,--. riable, suivant la pression employée, Ainsi alors qu'il n'est pas rare de faire de l'acide nitrique de cinquante à cinquante@, cinq pour cent à la pression atmosphérique, on obtient facilement de l'acide nitrique à soixante pour cent et même davantage sous une pression d'environ huit atmosphères.