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Perfectionnements au traitement de gaz contenant de l'anhydride sulfureux.
La présente invention est relative au traitement des gaz contenant de l'anhydride sulfureux provenant de diverses opérations chimiques ou métallurgiques, par exemple ceux obtenus au cours de grillage de minerais sulfurés, et elle a pour principal objet un procédé économique de traite- ment permettant de rendre utilisable commercialement, la teneur en anhydride sulfureux de ces gaz, dont la composition ne convient pas ou dont la teneur en anhydride sulfureux est trop faible pour leur permettre d'être traités par les pro-
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cédés utilisés jusqu'ici pour la récupération et l'utilisa- tion de leur teneur en anhydride sulfureux.
Comme on le sait, l'anhydride sulfureux est facilement soluble dans l'eau et en pratique, si la température et la pression sont maintenues constantes, la solubilité dans l'eau de l'anhydride sulfureux provenant d'un mélange de gaz, sera directement proportionnelle à la quantité d'an- bydride sulfureux qui y est contenue.
La solubilité variable dans l'eau de l'anhydride sulfureux à des températures et des pressions différentes a été appliquée dans divers procédés destinés à récupérer l'anhydride sulfureux à l'état concentré, le processus général constituant la base de ces procédés connus, consistant d'a- bord à amener le mélange gazeux contenant de l'anhydride sul- fureux en contact avec de l'eau à une basse température ap- propriée de façon à dissoudre la quantité optimum d'anhydride sulfureux;
ensuite à élever la température de la solution a- queuse d'anhydride sulfureux jusqu'à son point d'ébullition et à réduire la pression, par exemple en chauffant la solution à la température voulue dans une chambre à vide, dans laquel- le on maintient une très basse pression de façon à chasser de la solution l'anhydride sulfureux largement débarrassé des constituants normaux de l'atmosphère., ou autres gaz per- manents, ou des produits de combustion commerciaux,compre- nant par exemple : l'azote, l'oxygène, l'hydrogène, le méthane, l'oxyde de carbone, l'acide carbonique,etc..
Bien qu'ils aient été commercialement appliqués par exemple dans la fa- brication d'anhydride sulfureux concentré ou pratiquement pur, les procédés impliquant les phases précitées,présentent l'inconvénient d'être relativement coûteux, en particulier
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lorsqu'on effectue la récupération à partir de gaz ayant une faible teneur en anhydride sulfureux, par suite des pertes de chaleur occasionnées au cours du refroidissement et de 1' ébullition alternatifs de grands volumes de liqueur d'ab- sorption, et comme les pertes de chaleur varient avec les volumes de liqueur mis en oeuvre, il s'ensuit que plus la teneur en anhydride sulfureux du gaz en traitement est faible, plus le prix de revient est élevé par unité d'anhy- dride sulfureux récupéré,
comme résultat de ce que les gaz produits au cours des procédés métallurgiques ordinaires sont pratiquement supprimés comme source d'anhydride sul- fureux commercialement récupérable.
Comparé à l'anhydride sulfureux, qui est un gaz facilement liquéfiable et très soluble dans l'eau, les constituants normaux de l'atmosphère comprenant par exemple l'azote, l'oxygène, l'bydrogèhe, le méthane, l'oxyde de carbone et l'acide carbonique, sont difficilement liqué- fiables et beaucoup moins solubles ou parfois insolubles dans l'eau, au cours de la présente description ces gaz difficilement liquéfiables et solubles seront appelés "gaz non condensables et insolubles".
Dans le cas de mélanges gazeux comprenant un mé- lange d'anhydride sulfureux avec des gaz essentiellement non condensables et insolubles, on a constaté que la teneur en anhydride sulfureux d'un mélange gazeux de composition dé- fectueuse ou ne contenant qu'une faible proportion d'anhy- dride sulfureux, peut être rendue commercialement utilisahle sans qu'il soit nécessaire d'obtenir l'anhydride sulfureux à l'état pratiquement pur et concentré, en réglant dans certaines limites la composition et les proportions des gaz
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de dilution de façon à produire un deuxième mélange gazeux contenant de l'anhydride sulfureux qui est directement uti- lisable dans certains procédés particuliers, nécessitant l'emploi de ce deuxième mélange gazeux.Dans ce but, suivant la présente invention,
la teneur en anhydride sulfureux d'un mélange gazeux comprenant de l'anhydride sulfureux et un ou plusieurs gaz non condensables et insolubles, est transfé- rée à un ou plusieurs autres gaz non condensables et inso- lubles, en amenant le mélange gazeux à traiter contenant de l'anhydride sulfureux en contact intime avec de l'eau de fa- çon à former une solution aqueuse d'anhydride sulfureux par absorption de ce dernier du mélange gazeux traité, et en chassant ensuite l'anhydride sulfureux dissous, de la solu- tion, en l'amenant en contact intime avec un milieu gazeux comprenant un ou plusieurs gaz non condensables et insolu- bles, ayant une composition appropriée, de façon à former un mélange de gaz possédant une teneur en anhydride sulfureux et une composition appropriée au procédé particulier dans le- quel il doit être utilisé.
De préférence, l'absorption de l'anhydride sulfureux par de l'eau et son expulsion ultérieure par ur. autre agent gazeux, sont effectuées en faisant circuler le liquide et le mélange gazeux en contre-courant l'un avec l'autre, à travers un appareil approprié, l'absorption de l'anhydride sulfureux étant habituellement effectuée en ame- nant le gaz contenant de l'anhydride sulfureux en contact avec l'eau à environ la température atmosphérique, tandis que l'expulsion de l'anhydride sulfureux de la solution aqueuse peut être effectuée à la température atmosphérique ou à une température supérieure à cette dernière suivant la proportion
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d'anhydride sulfureux que l'on désire avoir dans le gaz ré- sultant.
Le transfert de l'anhydride sulfureux du gaz ori- ginel traité au gaz ou aux gaz secondaires non condensables et insolubles peut être effectué avec, sans changement dans la concentration relative de l'anhydride sulfureux.
L'absorption initiale de l'anhydride sulfureux du gaz originel et son expulsion de la solution aqueuse d'anhydride sulfureux, utilisent la variation de solubilité de l'anhydride sulfureux dans l'eau suivant la température et/ou la pression. En supposant un contact intime et soute- nu d'un mélange de gaz et d'eau, l'équilibre sera maintenu en ce qui concerne le composant anhydride sulfureux du gaz et du liquide, à tous les points de contact, suivant la tempé- rature et la pression partielle prédominant en ces pointa.
On donnera ci-après un exemple dans lequel il s'agit d'effectuer le transfert d'anhydride sulfureux d'un milieu gazeux à un autre, sans affecter la concentration de l'anhydride sulfureux. Un gaz contenant trois pour cent d'anhydride sulfureux est introduit à la partie inférieure d'une colonne appropriée dans laquelle il monte en contact avec une quantité appropriée d'eau s'écoulant vers le bas, et qui arrive à la partie supérieure de la colonne exempte d'anhydride sulfureux. Le gaz sort à la partie supérieure de la colonne pratiquement débarrassé de l'anhydride sulfu- reux,tandis que la solution s'écoulant du fond de la co- lonne sera saturé eu égard à un gaz contenant trois pour cent d'anhydride sulfureux.
Pour l'expulsion du gaz absorbé on inverse le procédé sans aucune modification de tempéra- ture, la solution saturée étant amenée à la partie supérieure @
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d'une colonne analogue et sa descente se fait en contact avec un courant ascendant de gaz, qui, introduit à la par- tie inférieure de la colonne comme air, absorbe graduellement l'anhydride sulfureux, jusqu'à sa sortie à la partie supé- rieure où il contient 3% de ce gaz. L'eau sortant contien- dra la même quantité d'acide sulfureux que l'air entrant, ou elle n'en contiendra pas du tout si l'on se trouve dans certaines conditions idéales. En supposant un contact adé- quat, la concentration en anhydride sulfureux du gaz et du liquide sera en équilibre en tous points des deux sys- tèmes.
Si, au contraire, on désire augmenter la concen- tration en anhydride sulfureux du gaz résultant, il suffit d'élever au degré voulu la température du milieu dans la phase d'expulsion. Par exemple, en supposant que l'on désire absorber de l'anhydride sulfureux d'un gaz contenant 3% d'anhydride sulfureux, et le chasser dans de l'air sous forme d'un mélange approprié, par exemple, pour la fabrication de l'acide sulfurique, avec approximativement 7% d'anhydride sulfureux et l'oxygène nécessaire, si l'absorption a été effectuée à la température de 20 C., de l'eau saturée eu égard à cette température et un gaz ayant une teneur de 3% d'anhydride sulfureux, correspondront à un gaz contenant 7% d'anhydride sulfureux, à une température plus élevée d'appro- ximativeent 250 C.
de sorte qu'il suffira de réaliser l'ex- pulsion à environ 45 C.
Dans les exemples ci-dessus, où le gaz d'expulsion comprend de l'air et où la teneur en anhydride sulfureux du gaz originel lui est transférée avec ou sans augmentation de sa concentration, le procédé dans lequel la teneur en
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anhydride sulfureux initiale n'est pas modifiée d'une façon importante, convient pour la production d'un mélange gazeux contenant de l'anhydride sulfureux pouvant recevoir diverses applications.. Par exemple un tel mélange pourra être enrichi en anhydride sulfureux et appauvri en oxygène en l'utilisant à la place de l'alimentation en air habituelle pour la calcination de minerais sulfurés (tels que pyrites) dans le procédé de récupération de soufre à partir de tels minerais.
Dans ce cas, le gaz initial précité comprendra un gaz provenant du grillage de minerais sulfurés, et possé- dant une faible teneur initiale en anhydride sulfureux, ou ne comportant qu'une quantité relativement faible d'anhydri- de sulfureux, certains autres traitements l'ayant déjà pri- vé d'une grande proportion de sa teneur originelle en anhy- dride sulfureux.
Comme exemples d'agents gazeux autres que l'air auxquels on peut initialement mélanger l'anhydride sulfureux ou auxquels on peut désirer transférer la teneur en anhy- dride sulfureux du mélange gazeux originel, on peut mention- ner: le gaz pauvre, le gaz à l'eau, le gaz de four à coke, le gaz naturel et autres gaz réducteurs similaires, le pro- cédé de traitement de gaz contenant de l'anhydride sulfu- reux suivant la présente invention étant particulièrement applicable dans les cas où l'on désire obtenir un mélange d'anhydride sulfureux avec un gaz réducteur tel que par exemple du gaz pauvre ("producer gas" ) 'dans des propor- tions convenables permettant son utilisation dans les procédés pour réduire en soufre élémentaire la teneur en anhydride sulfureux de certains mélanges gazeux.
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Pour la mise en pratique de la présente invention, on peut utiliser tout appareil approprié, tel que par exemple des colonnes , des chambres de pulvérisation, des laveurs ou "scrubbers", laveurs mécaniques, etc.... à la condition que l'on applique le principe du lavage par contre-courant aussi efficacement que possible, à la fois pour l'absorption et pour l'expulsion.
Etant donné que la teneur en anhydride sulfureux du gaz résultant est comman- dée par le réglage de la température du milieu pendant la phase d'expulsion, dans laquelle la concentration en anhydride sulfureux du gaz résultant doit être augmentée, il est nécessaire de conserver la chaleur voulue pour l'o- pération d'expulsion en utilisant des échangeurs appropriés, dans lesquels les calories contenues dans le liquide épuisé duquel l'anhydride sulfureux a été chassé, seront transférées aussi économiquement que possible à la solution aqueuse saturée d'anhydride sulfureux, dont il y a lieu d'élever la température.
Un mode de réalisation d'un appareil pouvant être utilisé pour la mise en pratique du procédé suivant l'invention est représenté, à titre d'exemple, sur le des- sin annexé.
La figure 1 représente schématiquement une série de colonnes d'absorption, et
La figure 2 représente schématiquement une série de réservoirs pour l'opération d'expulsion.
Pour réaliser l'absorption de l'anhydride sulfureux du mélange gazeux originel, on peut utiliser une série de colonnes 1, 2 et 3 (voir figure 1) de l'eau fraîche entrant
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par le conduit 4 à la partie supérieure de la première tour 1, descendant dans'cette tour et en sortant pour'se rendre, par le conduit 5 à la partie supérieure de la deuxième colonne 2. Elle descend dans cette colonne et par le conduit 6 arrive à la partie supérieure de la co- lonne 3.
Du fond de cette colonne la solution saturée d'an- hydride sulfureux est évacuée par le conduit 7, tandis que le gaz contenant de l'anhydride sulfureux est admis par le conduit 8 à la base de ladite colonne 3, et circule à travers toutes les colonnes 3, 2, 1 en contre-courant avec le liquide, en suivant les conduits 9 et 10 pour sortir finalement par le conduit 11, à la partie supérieure de la première colonne 1, pratiquement débarrassé d'anhydride sulfureux.
Pour réaliser l'opération d'expulsion, on peut utiliser une série de réservoirs fermés 12, 13,14, 15 (voir figure 2) disposés à des niveaux différents, de sorte que la solution qui entre dans le réservoir le plus haut par le conduit 16 s'écoule par gravité d'un réservoir dans le suivant, chaque réservoir étant muni d'un disque tournant 17 ou d'une série de disques (pour aider à maintenir le liquide et le gaz en contact intime) et un conduit 18 re- liant le fond de chaque réservoir à la partie supérieure du réservoir suivant.
La solution contenant de l'anhydride sulfureux saturée est admise par le conduit 16 à la partie supérieure du premier réservoir 12 et s'écoule par gravité à travers la série de réservoirs, pour sortir finalement par le conduit 19 à la partie inférieure du dernier réser- voir 15, après que l'anhydride sulfureux en a été chassé,
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tandis que le gaz d'expulsion est admis par le conduit 20 à la partie inférieure du dernier réservoir 15 et circule de bas en haut en contre-courant avec le liquide descendant, à travers toute la série de réservoirs, en suivant les mêmes conduits 18 que suit la solution passant d'un réservoir dans l'autre; finalement, il sort par le conduit 21 à la partie supérieure du premier réservoir 12 enrichi par l'anhy- dride sulfureux qu'il a pris à la solution.