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BREVET DL'INVENTION aux noms de: Fraaz BOSSNER et Cari MARISCHKA, " Procédé de traitement continu pour rendre un gaz non toxique et installation pour la mise en oeuvre de ce procédé"
On connaît déjà un procédé de traitement continu pour rendre un gaz non toxique, ainsi que l'installatinn néces- saire pour sa mise en oeuvre, dans lequel la chambre de four de mise en contact pour le gaz contenant de l'oxyde de carbone (mélange de gaz) à rendre non toxique peut être divisée de telle manière que ce gaz parcoure les deux chambres séparées du four de contact dans des sens alter-.
nativement inverses, le gaz (mélange de gaz) se trouvant dans l'une des chambres et se présentant la première dans chaque cas se réchauffant toujours par régénération sur la matière de contact chaude (catalyseur) à la température de transformation nécessaire, tandis que la transformation de l'oxyde de carbone et l'absorption d'acide carbonique s'effectuent dans la seconde chambre séparée en présence de vapeur d'eau.
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La présente invention a pour objet des perfection- nements à ce procédé. A la place des chambres divisées du four de contact, on utilise, pour effectuer le traite- ment rendant le gaz non toxique, deux chambres de four de contact séparées l'une de l'autre dans l'espace,mais se trouvant en liaison thermiquement, à savoir : une chambre de four de contact principale et une chambre de four de contact auxiliaire. Selon l'invention, ces deux chambres de four de contact peuvent être montées aussi bien en série l'une derrière l'autre que cote à c8te.
Dans le premier cas,le gaz à rendre non toxique parcourt successivement la chambre de four de contact principale puis la chambre de four de contact auxiliaire ; le second cas, le gaz parcourt, après division en deux por- tions, les deux chambres de four de contact, ou bien, se- lon l'invention, deux gaz (mélanges de gaz) de sorte et nature différentes peuvent aussi parcourir simultanément ces deux chambres, c'est-à-dire être soumis au traitement les rendant non toxiques.
Dans le cas où les deux cham- bres de four de contact sont montées côte à côte,selon l'invention, le gaz d'une certaine nature qui parcourt le four de contact principal est soumis dans celui-ci à la transformation de l'oxyde de carbone et à l'absorp- tion de l'acide carbonique (élimination de l'acide carbo- nique du gaz) tandis que le gaz de l'autre nature parcou- rant le four de contact auxiliaire n'est soumis dans ce dernier qu'à la transformation de l'oxyde de carbone. Ce- ci s'effectue par conséquent dans le four de contact prin- cipal du procédé de traitement, en vue de rendre le gaz non toxique selon le procédé connu précité, avec un cata- lyseur approprié à l'absorption d'oxyde de carbone.
Dans le four de contact auxiliaire, le gaz est simplement sou- mis à la catalyse par vapeur d'eau en vue de la trans- formation de l'oxyde de carbone sans absorption d'acide @
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carbonique et, par conséquent, ce catalyseur n'a besoin ici que d'être approprié à la transformation de l'oxyde de carbone'et non pas également à l'absorption d'acide car- bonique.
Le montage côte à côte des chambres de four de contact présente l'avantage particulier que les quantités de gaz (quantités partielles) peuvent être choisies pour chaque chambre de four de contact, de façon qu'il se for- me, après leur traitement (pour rendre le gaz non toxique) dans les deux chambres de four de contact et leur réunion subséquente, un gaz ou mélange de gaz de même valeur ca- lorifique (même chaleur de combustion) que celle que le gaz de ville présentait immédiatement avant le traitement le rendant non toxique.
Il se forme un gaz ou gaz mixte ayant la même valeur calorifique (chaleur de combustion égale) que celle que le gaz de ville présentait immédiatement avant son traite- ment destiné à la rendre non toxique. Le montage en série l'une derrière l'autre ainsi que le montage c8te à côte des chambres de four de contact principale et auxiliaire présentent des avantages aux points de vue de la construc- tion et du fonctionnement. Avec le montage en série l'une derrière l'autre des chambres, l'installation de traite- ment destinée à rendre les gaz non toxiques se présente avec une structure plus simple et le four de contact auxiliaire n'a pas besoin d'un dispositif particulier pour l'amenée de la chaleur dans la matière de contact si l'on veut arriver à la température de réaction correcte.
La chaleur nécessaire à ce résultat engendrée dans le four de contact auxiliaire, est amenée par le gaz arrivant du four de contact principal même. Une autre liaison thermi- que consiste, dans cette sorte de montage, à transformer en vapeur d'eau sous tension la chaleur sensible du gaz chaud sortant du four de contact auxiliaire et déjà com- plètement rendu non toxique. Cette transformation de la
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vapeur s'effectue dans un vaporrseur-ëcbnomiseur (dans l'exemple de réalisation) ou dans une chaudière à vapeur à chaleur perdue et la vapeur produite sert, y compris l'eau chaude produite, à évacuer la chaleur exothermique du four de contact principal.
L'évacuation de la chaleur se fait, dans l'exemple de réalisation, avec de la vapeur de refroidissement, que l'on fait passer à travers un sys- tème de tubes disposé dans le four de contact principal et qui est ainsi surchauffée. On injecte en outre par éta- ges, dans ce système de tubes, de l'eau chaude quiest ainsi vaporisée.
Les avantages techniques au point de vue construc- tion dans le cas du montage côte à cote, comparativement au montage en série, résident dans une réduction de la grandeur des deux chambres de fours de contact (à débit total égal, c'est-à-dire avec un passage de gaz égal à travers l'installation de traitement du gaz pour le ren- dre non toxique). Ceci, de même que la simplification et l'unification de l'appareillage, diminuent les frais de construction de l'installation. Les avantages au point de vue du fonctionnement résident en outre dans la simpli- fication et l'unification des opérations de fonctionnement et spécialement dans une direction plus facile de ce fonc- tionnement pour maintenir la chaleur de combustion prescri- te par les nécessités pratiques dans le gaz de ville ren- du non toxique.
Ces avantages techniques aux pojnts de vue construction et fonctionnement impliquent d'importants avantages de nature économique et ils réduisent aussi dans une mesure remarquable-les frais du traitement du gaz pour le rendre non toxique.
Les figures 1, 2 et 3 du dessin annexé illustrent schématiquement des exemples de réalisation du procédé, ainsi que la disposition de l'appareillage nécessaire à sa mise en oeuvre. On n'a pas reproduit tous les détails
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constructifs, mais on a représenté schématiquement la liai- son thermique existant entre deux chambres de four de contact séparées l'une de l'autre dans l'espace selon l'in- vention.
La figure 1 montre la disposition générale de la chambre de four de contact principale 1 et de la chambre de four de contact auxiliaire 2 dans le cas où deux chambres sont placées en série l'une derrière l'autre. 1 désigne la chambre du four de contact principal, 2 désigne la chambre de four de contact auxiliaire. 3 désigne le four à régénération, avec le refroidisseur de matière de contact 4 raccordé à sa partie inférieure. Somme généra- teur de vapeur, on se sert, selon l'exemple de réalisation d'un vaporiseur-économiseur 5, dans lequel de la vapeur' saturée sous tension et de l'eau chaude sont produites.
6 et 7 sont des échangeurs thermiques, 8 est un four de combustion dans lequel du gaz chaud est brûlé, en four- nissant ainsi les gaz de combustion chauds nécessaires à la régénération de la matière de contact. 9 et 10 sont des injecteurs à jet de vapeur, 11 représente une chemi- née, servant à l'évacuation des gaz de combustion refroi- dis sortant du four de régénération.
Les opérations du procédé sont les suivantes : Le gaz à rendre non toxique (gaz de départ) est amené par le conduit 20 au four de contact principal 1. L'injecteur à jet de vapeur 9 aspire le gaz à traiter pour le rendre non toxique {mélange de gaz) et la sature avec de la va- peur d'eau. Avant l'entrée dans le four de contact prin- cipal 1,le gaz à traiter, saturé de vapeur d'eau, est ré- chauffé dans l'échangeur thermique 6 à environ 300 C (pre- mier étage). La continuation du réchauffage du gaz à traiter pour le rendre non toxique s'effectue dans le four de contact principal 1 même, par voie de régénération,par chauffage sur la matière de contact chaude à environ 500 C.
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Après que la transformation de l'oxyde de carbone et l'absorption de l'acide carbonique se sont effectués dans le four de contact 1, le gaz quitte ce four 1 à une tem- pérature d'environ 600 C. Il possède alors une teneur en oxyde de carbone de 5 à 8 % et presque pas d'acide carbo- nique . Avant que le gaz venant du four 1 entre par le conduit 22 dans le four de contact auxiliaire 2, la quan- tité de vapeur d'eau qui est nécessaire pour la transfor- mation des 5 à 8 % d'oxyde de carbone restés dans le gaz, en laissant l'acide carbonique de transformation dans le gaz, lui est amenée par l'injecteur à jet de vapeur 10.
Du four 2, le gaz dont le traitement pour le rendre non toxique est maintenant terminé, est amené par le conduit
23 au vaporiseur-économiseur ou chaudière à vapeur à cha- leur perdue 5, où il cède autant de chaleur que faire se peut pour la production de vapeur, soit jusqu'à environ
20 C dans le refroidisseur final 29. Le gaz complètement rendu non toxique et refroidi (gaz de ville) quitte le refroidisseur 29 par le conduit 24.
Dans le four de contact principal 1 et dans le four de régénération 3, le début du procédé indiqué détermine un circuit de matière de contact parce que, dans le four
1, il y a tant transformation de l'oxydede carbone qu'é- limination de l'acide carbonique . Le circuit de matière de contact est représenté par les points 18, autant qu'il s'agit de matière de contact transportée pour la régéné- ration. La matière de contact représentée schématiquement par des circuits 19 se trouve déjà à l'état régénéré.
Pour compléter la liaison thermique des deux fours de contact, on signale encore que la vapeur sous tension produite dans le vaporiseur 5 peut être amenée selon d'autres pro- cédés imaginés par les inventeurs par le conduit 27 et de l'eau chaude par le conduit 27' au système de tubes se trouvant dans le four de contact 1, les deux fluides
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absorbant la chaleur exothermique, ce quia pour effet (en ce qui concerne la vapeur) une surchauffe et (en ce qui concerne l'eau chaude) une production de vapeur, La vapeur surchauffée quitte le système de tubes du four de contact 1 par le conduit 28 et peut être utilisée comme vapeur en excès d'une façon quelconque .
Dans la figure 1, d'autres références telles que les suivantes désignent des organes annexes :
12 = conduite d'amenée de gaz de chauffage 13 @ gaz de combustion à régénérer,
14 = gaz s'échappant du four à régénération
15 = idem
16 = air froid venant du ventilateur à air
16'= air chaud additionnel
17 = air chaud pour la combustion du gaz de chauffa- ge.
25 = conduite d'amenée de l'eau de refroidissement
26 = eau chaude des refroidisseurs (eau d'alimenta- tion de chaudière)
30 = vapeur vers l'injecteur à jet de vapeur 1
31 = vapeur vers l'injecteur à jet de vapeur 2.
La fige 2 montre la disposition générale de la chambre de four de contact principal 1 et de la chambre de four de contact auxiliaire 2 dans leur montage côte à côte et dans le cas d'utilisation d'une sorte de gaz unique (mélange de gaz). 1 désigne la chambre de four de contact, 2 la chambre de four de contact auxiliaire, 3 le four à régénération avec le refroidisseur de matière de, contact 4 raccordé à sa partie inférieure.
Comme généra- teur de vapeur on se sert, selon l'exemple de-'réalisât ion, d'une chaudière à vapeur à chaleur perdue 5 (ou d'un vaporiseur-économiseur), dans lequel de la vapeur saturée sous tension (et de l'eau chaude, toujours dans le cas d'un vaporiseur-économiseur) est produite. 6 et 7 sont
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des échangeurs thermiques, 8 est un four de combustion, dans lequel du gaz chaud est brûlé, en fournissant les gaz de combustion chauds nécessaires à la régéneration de la matière de contact. 9 et 10 sont des injecteursà jets de vapeur, 11 représente une cheminée, servant à l'évacuation des gaz de combustion refroidis sortant du four de régénération.
A la différence du dispositif pré- vu dans l'exemple de réalisation de la figure 1 pour l'é- vacuation de la chaleur exothermique du four de contact principal 1 au moyen de vapeur de refroidissement,l'éva- cuation de la chaleur exothermique se fait, dans le pré- sent exemple, et également suivant d'autres inventions, au moyen de gaz de fumée mis en circulation (gaz circulant).
A cette ffn, on a prévu un ventilateur 32.
Les opérations du procédé sont les suivantes: Le gaz à traiter pour le rendre non toxique (gaz de départ) est amené par le conduit 20 au four de contact principal 1. L'injecteur à jet de vapeur 9 aspire le gaz de départ (mélange de gaz) et le sature de vapeur d'eau. Le gaz
I passe par l'échangeur thermique 61;(échangeur thermique)où il est chauffé à environ 300 C (premier étage).
Le courant de gaz est divisé après avoir quitté l'échangeur 6 en deux quantités partielles, à savoir dans le rapport voulu pour qu'après le traitement destiné à rendre le gaz non toxique effectué de façon différente dans les chambres du four de contact principal et du four de contact auxiliaire, les deux quantités partielles de gaz mélangées ensemble donnent un mélange de gaz qui présente la même valeur calorifique que celle que le gaz avait avant d'être rendu non toxi- que. Cette opération du procédé de fabrication d'un gaz de ville rendu non toxique comporte tout d'abord l'avan- tage que le four de contact principal et le four de régé- nération qui lui est adjoint peuvent être de plus petits volumes que dans une installation de la figure 1.
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La présent procédé donne en outre d'importants avan- tages de fonctionnement du fait qu'on réalise l'économie . de la quantité de vapeur nécessaire pour la transformation de l'oxyde de carbone, comparativement à l'installation de traitement mentionnée précédemment; on économise enco- re de la chaleur et de la force par la diminution, des per- tes par rayonnement en raison des plus petites dimensions des chambres de four de contact principal et auxiliaire, et par suite de la plus faible quantité transportée de matière de contact, ainsi que de la plus faible énergie nécessaire au transport de cette matière.
La quantité partielle de gaz passant par le four de contact principal 1 est soumise de la même manière à la transformation de l'oxyde de carbone et à l'élimination de l'acide carbonique, comme cela est le cas dans le procédé connu . Cette quantité de gaz partielle représen- te environ des 2/3 aux 3/4 de la quantité de gaz totale,et par suite, en raison des plus petites dimensions des cham- bres de fours 1 et 3, la quantité de matière de contact se trouvant dans le circuit 18,19 est également plus fai- ble que si la quantité de gaz totale passait à travers le four de contact principal comme dans l'exemple de réalisa- tion de la figure 1.
Après que le traitement de la quanti- té partielle de gaz est effectué dans le four 1, cette quantité partielle de gaz; qui a déjà été rendue non toxi- que, passe par le conduit 21 à l'échangeur thermique dési- gné par 7, où la plus petite quantité de gaz partielle dissociée (environ 1/4 à 1/3 de la quantité de gaz totale) qui est aspirée au moyen de l'injecteur à jet de vapeur
10 et comporte une quantité de vapeur d'eau en excès,se réchauffe pour la seconde fois. Après évacuation de la plus grande quantité de gaz partielle de l'échangeur 7, cette dernière est réunie avec la plus petite quantité de gaz partielle arrivant du four de contgact auxiliaire.
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La quantité de gaz totale est maintenant de nouveau la même que la quantité de gaz de départ. Le traitement de la plus petite quantité de gaz partielle dissociée dans le four de contact auxiliaire 2 consiste simplement en la transformation principale de l'oxyde de carbone, en laissant l'acide carbonique de transformation (c'est-à-di- re celui qui se forme lors de la transformation de l'oxy- de de carbone) dans le gaz. Après sa réunion avec le gaz complètement exempt d'oxyde de carbone et d'acide carboni- que arrivant du four de contact principal, la teneur en oxyde de carbone de la quantité mélangée s'élève à envi- ron 1 %, puis la teneur en acide carbonique est également un peu plus faible.
Les deux quantités de gaz partielles réunies parcourent en commun l'échangeur thermique 6, où elles cèdent la majaare partie de leur chaleur saisissable au gaz de sortie arrivant par le conduit 20. De l'échan- geur 6, le gaz passe par le conduit 23 au refroidisseur final 29, qu'il quitte par le conduit 24 comme gaz de vil- le complètement rendu non toxique et refroidi (gaz fi- nal). Dans le cas d'utilisation d'un refroidisseur à tubes dans lequel le gaz à refroidir ne vient pas directement en contact avec le fluide de refroidissement (en règle générale, on prend de l'eau qui est amenée par le conduit d'eau d'alimentation 26 à la chaudière à vapeur à chaleur perdue 5), on réussit à produire un gaz de ville sec,rendu non toxique,pauvre en acide carbonique, conforme aux pres- criptions.
Les autres chiffres de référence désignent les mêmes organes qu'en figure 1 ou des organes correspondants.
La figure 3 montre la disposition générale de la cham- bre de four de contact principale 1 et de la chambre du four de contact auxiliaire 2 dans le cas du montage côte à côte des deux chambres et cela dans le cas de l'applica- tion du procédé à deux sortes de gaz (mélanges de gaz) de @
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provenance et composition différentes,afin de produire un
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vi. mélange de gaz donnant un gaz de ville rendu non toxigue en partant des deux sortes de gaz. 1 est la chambre du four de contact principal, 2 la chambre du four de contact auxiliaire, 3 le four de régénération avec le refroidis- seur de matière de contact 4 rassordé à sa partie infé- rieure.
Comme générateur de vapeur, on se sert, selon l'exemple de réalisation, d'une chaudière à vapeur à gaz perdu 5 (on pourrait aussi choisir un vaporiseur-économi- seur), dans laquelle de la vapeur saturée sous tension (ainsi que de l'eau chaude dans le cas d'un vapmriseur- économiseur), sont produites; 6 et 7 sont des échangeurs thermiques, 8 est un four de combustion, dans lequel du gaz chaud est brûlé, en fournissant les gaz de combustion chauds nécessaires à la régénération de la matière de con- tact. 9 et 10 sont des injecteurs à jet de vapeur; 11 re- présente une cheminée pour l'évacuation des gaz perdus re- froidis arrivant du four de régénération.
Dans cet exem- ple de réalisation , l'évacuation de la chaleur exothermi- que s'effectue selon une succession de phases décrites an- térieurement à partir de la chambre du four de contact principal 1 par des gaz en circulation et, en fait, un ventilateur 32 aspire une partie des gaz de chaleur per- due (gaz de fumée) arrivant de la chaudière 5. La partie restante de ces gaz est évacuée par la cheminée 11. Le ventilateur 32 refoule les gaz de fumée au four de con- tact 1, où ils servent de gaz de refroidissement à l'inté- rieur d'un système de tubes pour la matière de contact chaude se trouvant dans la chambre du four de contact 1.
Les gaz de chaleur perdus sont conduits du four 1 au four de combustion 8, où ils se mélangent avec les gaz de com- bustion chauds se trouvant dans la chambre de combustion du four 8 et refroidissent ces gaz à la température ré- glable désirée. Mais, du four 8, les gaz inertes mélangés
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sont conduits, après avoir passé à travers la chambre de régénérateur 3 (à la différence de l'exemple de réalisa- tion de la figure 2) tout d'abord au four de contact auxiliaire 2 où ils ne servent pas de gaz de refroidisse- ment, mais de gaz de chauffage dans un système de tubes fermé, en cédant une partie de leur chaleur saisissable à la matière de contact se trouvant dans la chambre de four de contact 2, afin que la réaction de gaz à l'eau puisse s'y effectuer.
Les gaz inertes un peu refroidis sortant du système de tubes de chauffage de la chambre du four de contact 2 sont maintenant menés par le conduit 15 à la chaudière à vapeur à chaleur perdue 5, dans la- quelle ils cèdent leur chaleur résiduelle jusqu'à environ 250 C. Ces gaz refroidis sont aspirés de la chaudière 5 par le ventilateur 32 et parviennent de nouveau de la fa- çon décrite à la circulation. 33 représente un saturateur pour la saturation de vapeur d'eau de l'une des sortes de gaz à rendre non toxique, à savoir la plus pauvre en oxy- de de carbone (gaz carbonique pris comme l'un des gaz de départ), qui est conduite, séparée de la seconde sorte de gaz plus riche en oxyde de carbone (par exemple du de- mi-gaz à l'eau) dans le four de contact auxiliaire 2.
Auparavant, ce gaz de départ reçoit, au moyen d'un injec- teur à jet de vapeur 10, une quantité de vapeur supplémen- taire appropriée et il a été réchauffé à environ 300 C dans l'échangeur thermique 7. Le traitement du gaz de char - bon dans le four 2 consiste en ce que, de façon connue, l'oxyde de carbone seulement est transformé après la cata- lyse à la vapeur d'eau, mais l'acide carbonique de trans- formation reste dans le gaz non transformé. Le genre de gaz rendu non toxique de cette manière est évacué par le conduit 21 et passe, après cession partielle préalable de sa chaleur saisissable, dans l'échangeur thermique 7, par le conduit 22 au point de mélange pour les deux
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sortes de gaz.
La seconde sorte de gaz plus riche en oxyde de carbo- ne à rendre non toxique (par exemple du semi-gaz à l'eau, du gaz à l'eau, du gaz mixte, etc.) est amenée par le con- duit 20' au four de contact principal 1 après saturation préalable de vapeur d'eau dans l'injecteur à jet de vapeur 9 et chauffage (premier étage) dans l'échangeurthermique 6, pour le traitement. Ce traitement consiste tout d'abord dans un réchauffage de régénération (second étage) du genre de gaz à rendre non toxique dans la partie infé- rieure de la chambre de four de contact 1 sur la matière de contact chaude.
La continuation du traitement de ce gaz dans la partie supérieure de la chambre de four de contact 1 consiste dans l'élimination'aussi complète que possible de l'oxyde de carbone et dans l'enlèvement simul- tané, aussi complet que possible, de son acide carbonique.
Après l'avoir complètement rendu non toxique dans le four 1, leditgaz est amené au point de mélange prêmentionné,au- quel il arrive en même temps que l'autre genre de gaz rendu @ non toxique, par le conduit 21', 22', mais il cède aupa- ravant dans l'échangeur thermique 6 une partie de sa cha- ' leur saisissable au premier genre de 'gaz à rendre non toxi- que (par exemple du gaz de charbon). Toutes les natures de gaz mélangées ensemble (par exemple un mélange de gaz de charbon rendu non toxique et d'un gaz supplémentaire, tel que semi-gaz à l'eau, gaz à l'eau, gaz mixte et ana- logues) passent en commun par le conduit 23 dans le re- froidisseur final 29.
Ici, le mélange de gaz est refroidi à peu près à la température extérieure et il quitte le refroidisseur 29 par le conduit 24 comme gaz de ville fini, finement épuré, refroidi, rendu non toxique,qui peut présenter la même valeur de chauffe que le gaz de ville en avait immédiatement avant son traitement le ren- dant non toxique. Ses autres propriétés techniques de
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combustion sont aussi naturellement d'une nature telle que le gaz rendu non toxique n'exige, lors de son utilisa- tion dans les appareils de consommation de gaz, aucune sorte de modification de cesappareils.
D'autres organes ont encore été représentés à la fig.
3. Les chiffres de référence y désignent des organes ou parties analogues à ceux des autres figures sauf 21 = gaz de départ chaud rendu non toxique 1 (après le four de contact, auxiliaire) - 23 = gaz de départ mélangés 1 et 2.
Ce qui vient d'être dit s'applique naturellement aux trois modes de réalisation du procédé de fabrication de gaz de ville non toxique décrits à titre d'exemples. Tout en observant l'idée fondamentale sur laquelle l'invention est basée, les processus thermiques (c'est-à-dire l'utili- sation de deux fours de contact qui peuvent être montés l'un derrière l'autre ou l'un à côté de l'autre et qui sont en liaison thermique entre eux) peuvent être échangés ou combinés. Comme agent porteur de chaleur pour l'amenée et l'évacuation de la chaleur, on peut se servir soit de gaz à rendre non toxiques, ou de gaz rendus non toxiques, soit de gaz produits à partir de combustibles quelcon- ques (par exemple de gaz de fumée provenant du four de combustion ou de gaz perdus provenant du four de régéné- ration) et, en outre, d'air, de vapeur d'eau, etc..
La matière de contact peut être de l'ankorite.