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Procédé pour la fabrication de mélanges d'oxygène et d'anhy- dride carbonique.
On a proposé, pour produire au convertisseur un acier exempt d'azote, d'effectuer le soufflage avec des mélanges d'oxygène et d'anhydride carbonique, au lieu d'air. La propo- sitionne peut être exploitée pratiquement que si l'on par- vient à produire des mélanges d'oxygèhe et d'anhydride carboni- que en très grandes quantités, à un prix de revient très bas.
Le coût de la production d'oxygène e'estréduit considérablement par l'introduction du procédé Linde-Fränkl, de sorte que l'oxy- gène peut être utilisé notamment pour l'enrichissement du vent des convertisseurs, dans des conditions économiquement avanta- geuses. L'oxygène produit à l'échelle de la grande industrie
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a une pureté de 98%, L'anhydride carbonique est également produit industriellement avec un grand degré de pureté.
Les procédés habituels de sa fabrication impliquent cependant des frais très élevés, en comparaison des frais de la produc- tion industrielle en grand de l'oxygène.
Un procédé par lequel des mélanges d'oxygène et d'anhydri- de carbonique pourront être obtenus avec un prix de revient faible, comparable à celui de la fabrication d'oxygène seul, fait l'objet de l'invention. On renonce à préparer l'anhydri- de carbonique pur à la pression atmosphérique ou sous une pres- sion plus élevée, parce que cela augmente les frais de fabrica- tion. Le procédé consiste en ce que l'on sépare l'anhydride carbonique en partant de gaz brûlés riches en anhydride car- bonique, sous une pression partielle faible -généralement en- dessous de 1 atm. - et que l'on amène un courant d'oxygène ga- zeux sur l'anhydride séparé dans des conditions de pression et de température telles que le mélange d'oxygène et d'anhydri- de carbonique est obtenu à la composition désirée.
En principe, on choisit des gaz avec une teneur aussi élevée que possible en anhydride carbonique et exempts de combinaisons sulfurées.
Le gaz brûlé de haut-fourneau convient tout particulièrement, comme gaz de départ ? riche en anhydride carbonique et exempt de soufre. Il renferme la teneur en anhydride carbonique la pla élevée parmi les gaz perdus habituels des usines métallurgi- ques. L'absence de soufre dans ce gaz est d'une grande impor- tance pour le convertissage. Les gaz perdus de fours à chaux ou à ciment chauffés au gaz de haut-fourneau renferment encore plus d'anhydride carbonique.
Trois processus de fabrication du mélange d'oxygène et d'anhydride carbonique sont à considérer d'après l'invention.
Le premier consiste en ce que le gaz renfermant l'an- hydride carbonique, par exemple du gaz de haut-fourneau brûlé,
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est condensé sous une pression modérée et refroidi dans des réfrigérants à empilages réversibles, dans lesquels la plus grande partie de l'anhydride carbonique se condense sous forme de givre sur les empilages; un courant d'oxygène subséquent libère ensuite l'anhydride carbonique des empilages et l'en- traîne. Par réglage des pressions du gaz brut et de l'oxygène et de la température à laquelle la séparation de l'anhydride carbonique se produit, on obtient le mélange oxygène-anhydride carbonique à la composition désirée.
On sait que l'on peut, pour libérer des gaz combus- tibles d'impuretés telles l'eau, l'anhydride carbonique, ]?hydrogène sulfureux, etc.. congeler les impuretés dans des réfrigérants à empilages, et ensuite pour nettoyer la masse des empilages, extraire celle-ci des empilages par sublimation des impuretés en faisant passer un courant de gaz exempt de condensat.
La méthode de travail de l'invention se différencie de ce procédé connu de purification de gaz par ce que, d'a- bord il n'est pas indispensable de chercher à éliminer l'an- hydride carbonique aussi complètement du gaz brut que dans une épuration de gaz, ce qui diminue la consommation d'énergie pour la séparation de l'anhydride carbonique, et ensuite par l'ap- plication du réglage de pression et de température de l'oxygène pour obtenir une composition voulue du mélange oxygène-anhydri- de carbonique.
Un deuxième processusde la préparation du mélange oxygène-anhydride carbonique procède, après condensation du gaz renfermant l'anhydride carbonique, à un lavage du gaz sous pression, avec de l'eau ou d'autres liquides de lavage solubilisant l'anhydride carbonique. Par la détente duliquide de lavage à la pression atmosphérique, l'anhydride carbonique dissous se dégage tant que sa pression partielle dépasse une atmosphère. Cela représente seulement une faible fraction de @
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l'anhydride carbonique. La majeure partie est extraite dans une tour à ruissellement, dans laquelle le liquide de lavage rencontre, à contre-courant, un courant ascendant d'oxygène.
L'oxygène absorbe ainsi l'anhydride carbonique. Par réglage de la pression du gaz dans le laveur et dans la tour de ruis- sellement, on obtient la composition désirée du mélange oxy- gène - anhydride carbonique.
Un troisième processus pour l'obtention du mélange oxy- gène-anhydride carbonique consiste en ce que le gaz de départ légèrement condensé est conduit sur un agent d'adsorption, tel que le gel de silice ou d'alumine. Les agents d'adsorption non combustibles, qui fixent relativement peu d'eau par rap- port à l'anhydride carbonique, sont à préférer. La régénéra- tion de l'agent d'adsorption chargé d' anhydride carbonique est effectuée par passage d'oxygène. L'emploi de basses tem- pératures pour l'adsorption est ici possible. Il en de même de la conduite du procédé d'adsorption sous la forme appelée l'adsorption réversible.
Celle-ci consiste en ce que l'agent d'adsorption est chargé d'anhydride carbonique de telle fa- çon que l'agent est complètement saturé du côté de l'entrée du gaz, tandis que du côté de la sortie, sa teneur en anhy- dride correspond à l'équilibre du gaz résiduaire fortement débarrassé de l'anhydride carbonique, tandis que l'agent d'ad- sorption est soumis à un courant d'oxygène en sens inverse et que l'oxygène se charge d'anhydride carbonique, en quantité correspondant à la tension partielle de l'anhydride au contact de l'agent d'adsorption;
cette élimination de l'anhydride car- bonique de l'agent d'adsorption est terminée lorsque la pres- sion partielle de l'anhydride carbonique, du côté de la sortie essentiellement du gaz, commence à descendre/en-desso us de la tension de sa- turation qui règne sur l'agent d'adsorption complètement sa- turé et qui a été établie pendant la période de charge .
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La composition du mélange est réglée par la pression de l'oxygène : une faible pression d'oxygène donne un mélange riche en anhydride carbonique, une pression d'oxygène plus grande donne un mélange plus pauvre en anhydride carbonique.
Le procédé décrit est particulièrement approprié à l'industrie métallurgique par le fait que les matières pre- mières choisies sont autrement sans valeur pour l'usine, mais présentent par contre, pour le but envisagéplus haut, des propriétés remarquables notamment par l'absence de soufre dans le gaz de haut-fourneau .
D'autre part, la consommation d'énergie pour l'obten- tion du mélange oxygène-anhydride carbonique est réduite à un minimum, parce que l'un des constituants du mélange, l'anhydride carbonique, est obtenu sous des pressions par- tielles faibles.
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Process for the manufacture of mixtures of oxygen and carbon dioxide.
In order to produce nitrogen-free steel at the converter, it has been proposed to perform the blowing with mixtures of oxygen and carbon dioxide, instead of air. The proposal can be exploited practically only if it is possible to produce mixtures of oxygen and carbon dioxide in very large quantities at a very low cost.
The cost of the production of oxygen is reduced considerably by the introduction of the Linde-Fränkl process, so that the oxygen can be used in particular for the enrichment of the wind of converters, under economically advantageous conditions. . Oxygen produced on a large industrial scale
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has a purity of 98%, Carbon dioxide is also produced industrially with a high degree of purity.
The usual methods of its manufacture, however, involve very high costs, compared with the costs of large-scale industrial production of oxygen.
A process by which mixtures of oxygen and carbon dioxide can be obtained at a low cost price, comparable to that of the manufacture of oxygen alone, is the subject of the invention. The preparation of pure carbon dioxide at atmospheric pressure or at a higher pressure is dispensed with because this increases the manufacturing costs. The process consists in separating the carbon dioxide starting from flue gases rich in carbonic anhydride, under a low partial pressure - generally below 1 atm. - and that a stream of gaseous oxygen is passed over the separated anhydride under conditions of pressure and temperature such that the mixture of oxygen and carbon dioxide is obtained at the desired composition.
In principle, gases are chosen with as high a carbon dioxide content as possible and free from sulfur combinations.
Blast furnace flue gas is particularly suitable as a starting gas? rich in carbon dioxide and free from sulfur. It has the highest carbon dioxide content among the usual waste gases in metallurgical plants. The absence of sulfur in this gas is of great importance for the conversion. Waste gases from lime or cement kilns heated with blast furnace gas contain even more carbon dioxide.
Three processes for manufacturing the mixture of oxygen and carbon dioxide are to be considered according to the invention.
The first is that the gas containing carbon dioxide, for example burnt blast furnace gas,
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is condensed under moderate pressure and cooled in reversible stack refrigerants, in which most of the carbon dioxide condenses as frost on the stacks; a subsequent stream of oxygen then releases carbon dioxide from the stacks and entrains it. By adjusting the pressures of the raw gas and the oxygen and the temperature at which the separation of carbon dioxide occurs, the oxygen-carbon dioxide mixture is obtained at the desired composition.
It is known that, in order to liberate combustible gases from impurities such as water, carbon dioxide, sulfur dioxide, etc., it is possible to freeze the impurities in stack coolers, and then to clean the tank. mass of the stacks, extract it from the stacks by sublimation of the impurities by passing a stream of gas free of condensate.
The working method of the invention differs from this known gas purification process in that, first of all, it is not essential to seek to eliminate carbon dioxide as completely from the raw gas as in gas scrubbing, which decreases the energy consumption for the separation of carbon dioxide, and then by applying the pressure and temperature control of the oxygen to obtain a desired composition of the oxygen-mixture. carbon dioxide.
A second process for the preparation of the oxygen-carbon dioxide mixture proceeds, after condensation of the gas containing carbon dioxide, to washing the gas under pressure with water or other washing liquids which dissolve carbon dioxide. By expanding the washing liquid to atmospheric pressure, dissolved carbon dioxide is released as long as its partial pressure exceeds one atmosphere. This is only a small fraction of @
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carbon dioxide. The major part is extracted in a trickle tower, in which the washing liquid meets, against the current, an upward current of oxygen.
The oxygen thus absorbs carbon dioxide. By adjusting the gas pressure in the scrubber and in the runoff tower, the desired composition of the oxygen-carbon dioxide mixture is obtained.
A third process for obtaining the oxygen-carbon dioxide mixture consists in that the slightly condensed starting gas is run over an adsorption agent, such as silica or alumina gel. Non-combustible adsorption agents, which bind relatively little water relative to carbon dioxide, are preferred. The regeneration of the adsorption agent loaded with carbon dioxide is effected by passage of oxygen. The use of low temperatures for adsorption is possible here. The same is true of carrying out the adsorption process in the form called reversible adsorption.
This consists in that the adsorption agent is charged with carbon dioxide in such a way that the agent is completely saturated on the gas inlet side, while on the outlet side its content. in anhydride corresponds to the equilibrium of the waste gas strongly free of carbon dioxide, while the adsorption agent is subjected to a flow of oxygen in the opposite direction and the oxygen is charged with carbon dioxide, in an amount corresponding to the partial tension of the anhydride in contact with the adsorption agent;
this removal of the carbon dioxide from the adsorption agent is complete when the partial pressure of the carbon dioxide, on the essentially gas outlet side, begins to fall / below the voltage of saturation which prevails over the fully saturated adsorbent and which has been established during the charging period.
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The composition of the mixture is regulated by the pressure of oxygen: a low pressure of oxygen gives a mixture rich in carbon dioxide, a greater pressure of oxygen gives a mixture poorer in carbon dioxide.
The process described is particularly suitable for the metallurgical industry in that the raw materials chosen are otherwise worthless for the plant, but on the other hand exhibit, for the purpose envisaged above, remarkable properties in particular by the absence of sulfur in blast furnace gas.
On the other hand, the energy consumption for obtaining the oxygen-carbon dioxide mixture is reduced to a minimum, because one of the constituents of the mixture, carbon dioxide, is obtained under pressures by- weak.