BE399008A

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Description

Procédé de fabrication du carbone, par décom- position catalytique de l'oxyde de carbone, appareils pour la mise en oeuvre de ce procédé et produits obtenus.

On connaît des procédés de fabrication du carbo- ne par décomposition de l'oxyde de carbone CO pur ou de gaz riche en CO pur (c'est-à-dire du gaz exempt de soufre qui est le poison de la catalyse du CO) cette réaction ayant lieu aux environs de 400 . Le gaz de charbon de bois convient parfaitement.

Le contact .entre l'agent catalyseur et le gaz de réaction est généralement obtenu par la formation de nuages de.carbone et d'agent catalyseur, il faut régler

la sortie de ce nuage en laissant toutefois. du carbone dans l'appareil pour assurer le support de l'agent cata- lyseur l'oxyde de fer Fc2 O3 par exemple. Ce réglage est toujours délicat, l'autre part il est préférable pour beaucoup d'applications que le carbone reste le moins longtemps possible dans l'appareil, il faut donc éviter les dépôts prolongés de carbone.

La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients et aussi de simplifier les appareils mis en oeuvre.

Elle concerne d'abord un procédé caractérisé par ce qu'on fait passer sous pression élevée ou non le gaz de réaction de bas en haut à une vitesse inférieure à une vitesse critique (aux environs de 5 c/m seconde à 400 ) à travers le carbone déposé par la pesanteur dans le la- beratoire
Le carbone fabriqué s'accumule dans l'appareil, son volume augmente et finalement il s'échappe dès qu'il rencontre des filets gazeux ayant une vitesse suffisante pour l'entraîner vers la sortie.

Le carbone accumulé dans l'appareil sert de sup- port au catalyseur introduit directement ou par l'intermé- diaire des gaz de réaction et se renouvelle sans cesse par suite de la fabrication.

.Suivant une variante de l'invention on crée un brassage continu ou non dans la masse même du carbone dé- posé, de manière à assurer le renouvellement continu de cette masse et son mélange avec l'agent catalyseur et à éviter que le carbone ne forme des zones immobiles séjour- nant trop longtemps dans le laboratoire.

Suivant un mode de réalisation le courant de gaz riche en oxyde de carbone traverse la masse de carbone avec des variations de pression ce qui assure le brassage quand il est de besoin.

Suivant un autre mode de réalisation le brassa- ge dans la masse de carbone est provoqué par une agita- tion mécanique.

Suivant un autre mode de réalisation le mouve- ment de brassage est alternatif.

Suivant un autre mode de réalisation on appli- que la vitesse du gaz à l'entrée du laboratoire pour pro- duire un effet de trompe, en vue du brassage de la masse de carbone..

Cet effet de trompe est avantageusement combina avecun brassage mécanique-ce qui assure d'une façon enco- re plus uniforme le brassage de la masse de carbone dans toute la section du laboratoire.

L'invention s'étend aussi à un autre procédé de fabrication du carbone par décomposition de l'oxyde de carbone, en présence d'un catalyseur, caractérisé par une marche alternative tant8t avec du gaz pur, tantôt avec du gaz industriel plus économique,
L'invention s'étend aussi à un procédé de fabri- cation du carbone par décomposition de l'oxyde de carbone en présence d'un catalyseur caractérisé par l'arrivée si- multanée d'un gaz pur et d'un gaz industriel.

L'invention s'étend aussi à titre de produit nouveau à un carbone obtenu par la décomposition oataly- tique de l'oxyde de carbone par exemple suivant les pro- cédés ci-dessus décrits, ce carbone étant aggloméré sui- vant les procédés connus de granulation. Sous cette for- me le carbone¯conserve ses propriétés actives sans aucune opération d'activation ou de réactivation.

L'invention s'étend aux procédés ci-dessus dé- finis quels que soient les moyens employés pour leur mise en oeuvre; toutefois, l'invention's'étend aussi à un ap- pareil permettant une mise en oeuvre particulièrement com- mode et sûre de ces procédés,.

Cet appareil est caractérisé par une cornue @

verticale au fond de laquelle débouche le conduit d'ar- rivée du mélange riche en oxyde de carbone, un agitateur mécanique étant disposé à la partie inférieure de la cornue au débouché de ce conduit d'arrivée du mélange ri- che en oxyde de carbone, ce qui assure le brassage dans la masse de carbone.

Suivant une forme de réalisation, le conduit d'arrivée du mélange riche en oxyde de carbone, forme avec l'agitateur une trompe, l'extrémité du conduit cons- tituant l'injecteur de cette trompe.

Une variante de l'invention est caractérisée par une masse formant accumulateur de chaleur et dispo- sée au sein du carbone, cette masse, par sa capacité ca- lorifique, atténuant les effets fâcheux des variations de température sur la réaction et facilitant la reprise de la réaction en cas d'arrêt momentané.

Suivant une autre variante de l'invention la masse formant accumulateur est combinée à des moyens thermiques auxiliaires qui ajoutent leur action à celle de cette masse pour céder de la chaleur aux produits en cours de réaction ou absorber une certaine quantité de chaleur de ces produits.

L'invention s'étend encore à d'autres caracté- ristiques ci-après décrites et à leurs diverses combi- naisons.

Des appareils conformes à l'invention sont re- présentés à titre d'exemple.sur le dessin ci-joint dans lequel :
La fig. 1 est une coupe verticale axiale d'un appareil fonctionnant suivant le procédé conforme à l'in- vention,
La fig. 2 est une coupe verticale axiale d'une autre cornue laboratoire comportant un agitateur mécani- que.

La fig. 3 est une coupe transversale de cette

cornue suivant la ligne 3-3 de la fig; 2.

La fig: 4 est une coupe verticale axiale d'une autre cornue laboratoire comportant deux entrées de gaz.

La fig. 5 est une coupe verticale axiale d'une autre cornue laboratoire comportant deux laboratoires.

Les figures de 6 à 8 sont trois coupes axiales verticales de trois autres appareils suivant l'invention.

L'appareil employé pour la fabrication du car- bone suivant le procédé conforme à l'invention et repré- senté à titre d'exemple sur la fig. 1 comporte essentiel- lement une cornue laboratoire verticale 1, le gaz riche en oxyde de carbone est admis à lapartie inférieure de.la cornue 1 par un conduit 4 ; que la sortie du gaz et du carbone s'effectue à la partie supérieure'de la cornue par le conduit 6.

La cornue 1 à regard 8 .est recouverte d'une enveloppe calorifuge 3 ; un pyromètre 7 permet de con- trôler la température du laboratoire.

Le catalyseur tel que le sesquioxyde de fer (Fe2 03) est introduit latéralement par un dispositif dis- tributeur 5 dans le laboratoire 1 qu'on suppose à 400 .

Le courant gazeux sortant par le conduit 6 est contrôlé par une vanne de réglage 61 avant de se.rendre dans un séparateur 14 dans lequel se dépose le carbone fabriqué et entraîné par ce courant gazeux.

La cornue 1 contient une masse de carbone 2 qui sert de support au catalyseur introduit par le dis- tributeur 5.

Le, courant gazeux riche en oxyde de carbone 'ame- né dans la cornue par le conduit 4 circule de bas en haut en traversant la masse de carbone, la réaction de 2 CO = CO2 + C se produit dans le laboratoire et les pro- duits solides de cette réaction s'accumulent avant de s'é- chapper par le conduit 6 vers le séparateur 14.

Conformément à l'invention on règle par exemple

par la manoeuvre de la vanne 61 la circulation f2 du gaz à travers la masse de carbone de manière que la vi- tesse de déplacement du gaz suivant f2 soit telle que le carbone ait plus tendance à se déposer qu'à être en- traîné par le gaz. Cette vitesse critique qu'il ne faut pas dépasser est d'environ 5 c/m pour une température de 4000.

Avec une vitesse inférieure par exemple 2 c/m, le carbone se dépose franchement.

Avecune vitesse de 8 c/m la cornue se vide et bien entendu la réaction s'arrête.

Suivant la qualité et l'emploi auquel est des- tiné le carbone on peut adopter des vitesses f2 diffé- rentes entre 0 et 5 c/m. Pour obtenir un produit très fin, de finesse constante, il est nécessaire de faire en sorte que tout le carbone reste à peu près le même temps dans l'appareil et le moins longtemps possible; puur ar- river à ce résultat, il faut brasser le carbone fabriqué de façon que le dépôt tout entier soit en mouvement ce qui facilite son acheminement* vers la sortie et le bon mélange avec l'agent catalyseur.

On peut par exemple obtenir ce brassage par la simple manoeuvre de la vanne de réglage 61 du débit ga- zeux pour produire dans l'intérieur du laboratoire des turbulences passagères et rapides par exemple en augmen- tant brusquement après avoir diminué le débit.

Dans l'appareil représenté sur les fig. 2 et 3 la cornue verticale 1 formant laboratoire 2 est en- tourée d'une chemise 30 à entrée 31 et sortie 32 et dans laquelle on peut faire circuler un fluide servant soit à enlever les calories provenant de la réaction, soit à apporter au contraire des calories si cela est né- cessaire de façon à maintenir le laboratoire à la tempé- rature convenable (aux environs de 400 ).

La cornue 1 est fermée à sa partie supérieure

par un couvercle rapporté 9 et sur lequel sont montés les divers accessoires de l'appareil!
L'arrivée du courant gazeux riche en oxyde de carbone steffectue par un conduit vertical 4 traver- sant le couvercle 9 et disposé suivant l'axe x x de la cornue. Le distributeur de catalyseur 5 est inter- calé sur la branche latérale 41 du conduit d'arrivée de gaz et l'agent catalyseur se trouve entraîné par le cou- rant gazeux.

L'extrémité inférieure du conduit d'amenée 4 débouche vers le fond de la cornue et cette extrémité qui forme injecteur est disposée au-dessus d'une buse 10 autour de laquelle des ailettes 11 sont réparties.

La 'buse 10 à ailettes 11 est portée par un arbre vertical 13 commandé de l'extérieur avec un mou- vement continu ou alternatif.

Les ailettes 11 brassent la masse de carbone contenue dans la cornue 1, tandis que le courant gazeux débouchant par l'extrémité du conduit 4 qui forme une trompe avec la buse 10 donne naissance à un brassage suivant les flèches f1 dans la masse de carbone qui est ainsi renouvelée d'une façon particulièrement efficace.

L'invention s'étend également à un autre procé- dé de fabrication du carbone par décomposition de l'oxyde de carbone en présence d'un catalyseur, ce procédé consis- tant à utiliser alternativement du gaz pur et du gaz in- dustriel plus économique.

En effet la réaction 2 CO = C02 + C continue, quand après avoir fabriqué du carbone riche en fer (si on utilise (F2 03) comme agent catalyseur) avec du gaz pur on lui substitue du gaz industriel convenablement épuré, de façon à enlever le maximum de soufre avec les moyens de lavage ordinaire, avec de la soude alcoolique par exem- ple.

Inversement la réaction reprend quand, après

épuisement de l'agent catalyseur, on substitue.au gaz in- dustriel du gaz pur et l'agent catalyseur.

L'agent catalyseur introduit pendant la.période gaz industriel a peu d'effet, il est préférable d'arrêter le distributeur pendant cette période.

Il est évident que dans ce procédé il faut con- server tout le .carbone dans la cornue, par suite la vites- se du gaz doit être bien inférieure à la vitesse critique.

L'extraction du carbone doit avoir lieu à la fin de la pé- riode de gaz industriel, on pourra utiliser une sortie supplémentaire. C'est ce qu'on a représenté fig. 4.

Le gaz pur arrive par 41, en même temps que l'agent catalyseur distribué par 5 ; le gaz industriel arrive par 42.

Un robinet à trois voies 38 permet de passer d'une alimentation à l'autre.

Une vanne 62 permet la vidange du carbone accumulé en 2 tout en laissant dans le laboratoire une certaine quantité de carbone.

On peut rendre ce procédé continu, c'est ce qui est représenté fig. 5. Dans la même cornue 1, on a su- perposé deux laboratoires : 21 alimenté par le gaz pur, 22 alimenté par le gaz industriel. Un déflecteur 40 fixé sur 41 sépare les deux la boratoires. Les produits solides et gazeux provenant du laboratoire 21 sont obli- gés de passer dans le laboratoire 22 où le carbone s'ap- pauvrit en agent catalyseur. Les vitesses du gaz doivent être respectées et par suite les sections des laboratoires 21 22 proportionnées aux débits des deux gaz.

Avec les appareils ci-dessus décrits, il se pré- sente certaines difficultés qui résultent des variations notables de la température de la masse en cours de réac- tion suivant la période de cette réaction.

On peut éviter ces difficultés en créant confor- mément à l'invention, un volant thermique au sein de la

masse de carbone et de catalyseur pour atténuer les va- riations de température dûes aux inégalités de la réac- tion.

On réalise ce volant thermique en adoptant l'appareil représenté sur la fig. 6 lequel comporte, comme l'appareil de la fig. 1 une cornue laboratoire 1 renfermant la masse de carbone 2 qui sert de support au catalyseur. Comme précédemment ce catalyseur est intro- duit à l'aide du distributeur 5 et le gaz riche en oxy- de de carbone est admis à la partie inférieure de la cor- nue 1 par un conduit 4 tandis que la sortie du gaz et du carbone s'effectue à la partie supérieure de la cornue par le conduit 6.

Une masse métallique 45, en fonte par exemple, est disposée à l'intérieur de la cornue 1. Cette masse peut être fixée à un support 46 solidaire de la paroi de la cornue 1.

Avec cet appareil, la circulation des produits se fait de la même façon que dans l'appareil décrit ci- dessus à l'aide de la fig. 1.

La réaction de 2 CO = C02 + C se produit dans le laboratoire et les produits de cette réaction finis- sent par s'échapper par le conduit 6 vers le séparateur 14.

La capacité calorifique de la masse 45 est importante par rapport à celle du charbon contenu dans le laboratoire 2, cette masse forme donc un véritable ré- servoir de chaleur servant de volant thermique.

Le gaz et le carbone sont obligés de passer en- .tre la paroi de la cornue 1 et la masse 45 de forme appropriée, ce qui facilite le transport de chaleur.

On donne de préférence à la masse 45 une for- me allongée, facilitant le passage des filets de gaz au- tour de cette masse.

Pour faciliter les échanges thermiques entre la

masse 45 et le carbone 2, on adjoint à cette masse 45 des ailettes 47 qui augmentent la surface de con- tact entre cette masse 45 et le carbone 2. De cette façon, on améliore encore la régularité de la température et par suite la réaction.

Il peut arriver, par exemple lorsque le gaz de réaction est pauvre en oxyde de carbone, qu'on soit obli- gé de chauffer pour maintenir une température suffisante dans le laboratoire 2. Dans ce cas, il ne suffit plus de régulariser la température par un volant thermique pour maintenir la réaction en activité.

On combine alors la masse 45 à un moyen d'ap- port de chaleur tel que résistance électrique 48 dispo- sée dans un logement 49 ménagé dans cette masse 45.

Cette résistance de chauffage 48 renouvelle constamment, au sein de la masse 45, la chaleur que la dite masse cède aux corps en réaction.

Il peut encore arriver que par suite de la gran- de teneur en oxyde de carbone des gaz ou bien de la haute pression de ces gaz, on soit obligé de refroidir le labo- ratoire 2.

Dans ce cas, on combine la masse 45 à un moyen de ref roidissementtel qu'une canalisation 50 dans laquel- le on fait circuler de la vapeur, cette canalisation étant disposée, comme la résistance 48 ci-dessus, dans un lo- gement 49 ménagé dans la masse 45.

La vapeur, en circulant ainsi dans la masse 45, enlève la chaleur que les corps en réaction ont cédé à cette masse. On évite ainsi que la température ne dépasse une certaine limite à partir de laquelle le rendement di- minue.

On obtient en définitive suivant les procédés et appareils précédents un carbone qui entre autres pro- priétés est actif, ce carbone de même que tous les carbo- nes actifs obtenus par décomposition catalytique de CO @

conserve ses propriétés actives après granulation sans qu'il soit nécessaire de le soumettre à des opérations d'activation ou de réactivation qui sont généralement coû- teuses.

De plus on obtient au cours'de la fabrication une température régulière dont la valeur se maintient dans des limites favorables à une réaction assez vive mais non tumultueuse.

Claims

-: R E V E N D I C A T I O N S : - 1 Procédé de fabrication du carbone par dé- composition de l'oxyde de carbone en présence d'un cata- lyseur caractérisé par ce qu'on fait passer sous pres- sion élevée ou non le gaz de réaction de bas en haut à une vitesse inférieure à une vitesse critique (aux envi- rons de 5 c/m seconde à 400) à travers le carbone déposé par la pesanteur dans le laboratoire, ce carbone s'accu- mulant dans l'appareil et finalement s'échappant dès qu'il rencontre des filets gazeux ayant une vitesse suffisante pour l'entraîner vers la sortie.

2 Procédé conforme à la revendication 1 et caractérisé par ce qu'on crée un brassage continu ou.non dans le dépôt même du carbone déposé de manière à.assurer le renouvellement continu de cette masse et son mélange avec l'agent catalyseur et à éviter que le carbone ne for- me des zones immobiles séjournant trop longtemps dans le laboratoire.

3 Procédé conforme aux revendications 1 et 2 et caractérisé par ce que le courant de gaz riche en oxyde de carbone traverse la masse de carbone avec des va- riations de pression, ce qui assure le brassage quand il est de besoin. <Desc/Clms Page number 12>

4 Procédé conforme aux revendications 1 et 2 et caractérisé par ce que le brassage dans la masse de carbone est provoqué par une agitation mécanique.

5 Procédé conforme aux revendications 1, 2 et 4 et caractérisé par ce que le mouvement de brassage est alternatif.

6 Procédé conforme aux revendications de 1 à 3 et caractérisé par ce qu'on applique la vitesse du gaz à l'entrée du laboratoire pour produire un effet de trompe, en vue du brassage de la masse de carbone.

7 Procédé conforme aux revendications de 1 à 6 et caractérisé par ce que cet effet de trompe est combiné avec un brassage mécanique ce qui assure d'une façon encore plus uniforme le brassage de la masse de car- bone dans toute la section du laboratoire.

8 Procédé conforme à la revendication 1 et caractérisé par une marche alternative tantôt avec du gaz pur, tantôt avec du gaz industriel plus économique.

9 Procédé conforme aux revendications 1 et 8 et caractérisé par l'arrivée simultanée du gaz pur et du gaz industriel.

10 A titre de produit nouveau un carbone con- forme à un carbone obtenu par la décomposition catalytique de l'oxyde de carbone, par exemple suivant les procédés conformes aux revendications de 1 à 9, ce carbone étant aggloméré suivant les procédés connus de granulation,sous cette forme, ce carbone conservant ses propriétés actives, sans aucune opération d'activation ou de réactivation.

11 Un appareil pour la mise en oeuvre du pro- cédé conforme aux revendications de 1 à 5 et caractérisé par une cornue verticale au fond de laquelle débouche le conduit d'arrivée (4) du mélange riche en oxyde de carbo- ne, un agitateur mécanique (10, 11) étant disposé à la partie inférieure de la cornue (1) au débouché de ce con- duit (4) d'arrivée du mélange riche en oxyde de carbone, <Desc/Clms Page number 13> ce qui assure le brassage dans la masse de carbone .

12 Un appareil conforme à la revendication 11 et caractérisé par ce que le conduit d'arrivée du mé- lange riche en oxyde de carbone, forme avec l'agitateur une trompe,l'extrémité du conduit constituant l'injecteur de cette trompe.

13 Un appareil pour la mise en oeuvre du pro- cédé conforme aux revendications 8 et 9 et caractérisé par deux alimentations (41 et 42) l'une pour le gaz pur l'autre pour le gaz industriel, ce qui permet la marche alternative.

14 Un appareil conforme à la revendication 13 et caractérisé par deux laboratoires superposés (21 22) le laboratoire inférieur (21) étant alimenté par le gaz pur (41) tandis que le laboratoire supérieur (22 ) est alimenté par le gaz industriel (42).

15 Un appareil conforme aux revendications 13 et 14 et caractérisé par un déflecteur (40) qui sépare les deux laboratoires (21 22).

16 Appareil pour la mise en oeuvre du procé= dé conforme aux revendications 1, 2 ou 3 et caractérisé par'une masse (45) formant accumulateur de chaleur et dis- posée au sein du carbone (2), cette masse, par sa capacité calorifique, réduisant les effets fâcheux des variations de température sur la réaction et facilitant la reprise de la réaction en cas d'arrêt momentané.

17 Appareil conforme à la revendication 16 et- caractérisé par ce que la masse (45), formant accumulateur- est combinée à des moyens thermiques auxiliaires (48, 50) qui ajoutent leur action à celle de cette masse pour céder de la chaleur aux produits en cours de réaction ou absorber une certaine quantité de .chaleur de ces produits.

18 Appareil conforme aux revendications 16 et 17 et caractérisé par ce que la masse (45) formant accu- mulateur de chaleur est creuse, ce qui permet le logement <Desc/Clms Page number 14> des moyens thermiques auxiliaires (48,50) tels que résistances électriques chauffantes ou conduit d'ad- mission de fluide régulateur.