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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES ET AUX APPAREILS DESTINES A LA RECUPERATION
DES OXYDES D'AZOTE.
La présente invention a trait à des méthodes et à des appareils destinés à la récupération d'oxydes d'azote à partir d'un mélange gazeux.
Dans les procédés de préparation d'oxydes d'azote qui impliquent la fixation directe de l'azote atmosphérique, tels que le procédé Wisconsin de fixation de l'azote ou le procédé à l'arc électrique, les oxydes d'azote obtenus sont dilués dans de grandes quantités d'azote, d'oxygène, d'anhydride carbonique, de vapeur d'eau, etc.., et une quantité allant jusqu'à moins de 3% du mélan- ge total. Il est nécessaire d'isoler les:oxydes d'azote contenus dans le mé- lange gazeux, pour les obtenir à l'état concentré, en vue de l'utilisation pratique. Ceci constitue une tâche difficile et peut augmenter le prix du produit final dans une mesure telle que sa fabrication devienne impossible de façon économique.
Un objet de la présente invention est de prévoir un procédé appli- cable et un appareil utilisable de façon économique pour la récupération des oxydes d'azote, à partir de mélanges gazeux du type en question.
L'un des procédés mis en oeuvre pour récupérer les oxydes d'azo- te sous forme concentrée, à partir du mélange gazeux susmentionné, comprend, comme première phase,l'élimination du composant de vapeur d'eau dudit mélan- ge gazeux;, les oxydes d'azote se trouvant, en grande partie, sous forme d'oxy- de nitrique (NO) Gomme l'oxyde nitrique est un gaz difficilement condensable, il n'est adsorbé qu'à un faible degré par le gel de silice et les adsorbants analogues qui adsorbent facilement la vapeur d'eau, à condensation aisée. De là, pour éliminer l'eau du mélange gazeux sans affecter-de façon notable la teneur en oxyde nitrique, on peut faire passer le mélange gazeux par des cou- ches fixes de gel de silice, d'alumine activée ou de matières analogues qui, de préférence, adsorbent l'eau.
De telles couches fixes de matières adsorban- tes entraînent de nombreux désavantages et limitations. Tout d'abord, du fait que le pouvoir des matières adsorbantes de se charger de l'humidité est stric- tement limité, il est nécessaire de reconditionner les couches périodiquement,
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par application de chaleur pour en chasser l'humidité adsorbée, ce qui signi- fie que.le procédé d'adsorption désiré doit être interrompu.
En vue de l'ap- plication sans interruption d'un procédé de récupération de l'azote, il a donc été propagé de pourvoir chaque système de récupération d'un certain nom- bre de couches adsorbant l'humidité, de sorte que l'une des couches fût tou- jours disponible pour'sécher les gaz chargés d'humidité, pendant que les autres étaient traitées pour être reconditionnées en vue d'un nouvel usage.
Un autre désavantage des couches fixes réside dans le fait qu'après une pé- riode initiale de fonctionnement efficace, elles n'éliminent plus complète- ment le composant de vapeur d'eau du mélange gazeux qui passe, bien qu'elles puisant encone être loin d'être saturées dhumidité; de ce fait, pour une bonne marche, les couches peuvent devoir être reconditionnées avant que leur ap- titude à adsorber l'eau ait été complètement exploitée, ce qui signifie une pauvre efficacité d'adsorption.
Pour améliorer l'efficacité d'adsorption des agencements à couches -fixes, il a été proposé de faire passer le mélange ga- zeux successivement par une série de couches adsorbantes, de façon que la vapeur d'eau non adsorbée par la ou les premières couches puisse être élimi- née dans les couches suivantes et que la ou lesdites premières couches n'aient pas, pour cette raison, à être retirées du procédé jusqu'à ce qu'el- les soient complètement saturées d'humidité. Pour qu'un tel agencement soit et reste efficient, il est nécessaire que les couches saturées, à l'extré- mité d'entrée du gaz, soient, lors du reconditionnement, déplacées vers l'ex- trémité de la rangée de couches par laquelle sort le gaz.
Des agencements de ce genre assurent la continuité du fonctionnement et une grande- efficacité d'adsorption mais ils entraînent une¯ multiplication onéreuse des appareils et des raccords compliqués de tuyauterie. Un autre inconvénient encore des couches fixes est la faible efficience au point de- vue- thermique. Pour en- lever la chaleur développée par le procédé d'adsorption et maintenir ainsi les couches à une température à laquelle l'adsorption se produise favorable- ment, il est nécessaire que des tuyaux conducteurs d'agent réfrigérant soient logés dans la matière adsorbante.
Par conséquent, lorsqu'une couche doit être reconditionnée, ce n'est pas seulement la matière adsorbante mais également les tuyaux de refroidissement qui doivent être- chauffés, pour que s'effectue la libération de l'humidité-antérieurement adsorbée.
Etant donné ces inconvénients- évidents des agencements à couches fixes, il avait jusqu'ici été proposé de déplacer la matière adsorbante gra- nuleuse,d'une manière continue, à travers un système comprenant trois po- sitions fixes, dans lesquells ladite matière adsorbante soit successivement mise en contact avec (1) le courant gazeux duquel la vapeur est à éliminer, avec (2) un agent chauffant gazeux, qui chauffe la matière adsorbante chargée d'humidité et provoque ainsi le dégagement de la vapeur adsorbée et avec (3) un agent réfrigérant gazeux, qui refroidit la matière chauffée pour l'ame- ner à un niveau de @ température convenable auquel elle agira de nouveau, de façon efficiente, comme adsorbant.
Un système de ce type assure la con- tinuité de-fonctionnement et une grande efficacité d'adsorption, sans multi- plication des appareils ni des raccords de tuyauterie ou sans nécessité d'un service continuel, et avec une efficience, au point de vue thermique, nette- ment améliorée, puisque les tuyaux de refroidissement dans l'appareil d'ad- sorption peuvent toujours rester froids. Un inconvénient majeur de ce systèma à couches mobiles est, toutefois, que la rapidité permise du courant gazeux traversant les couches est relativement faible et peut rarement dépasser un pied par seconde, parce que la chute de pression à travers la couche s'élève très brusquement à mesure que la vitesse du courant gazeux s'accroît, ce qui, à son tour, fait rapidement monter les frais de pompage à un niveau élevé au point de ne pas être économique.
Avec de faibles vitesses de gaz, cepen- dant, il faut avoir recours à des:.appareils de'dimensions énormes pour trai- ter d'importants volumes de gaz et, de plus, le transfert de la chaleur du gaz aux surfaces des tuyaux réfrigérants .devient très inefficient. :
Un autre objet de cette invention est de prévoir un procédé et un appareil pour l'élimination du constituant condensable d'un mélange ga- zeux sur une base économique qui combine les caractéristiques désirables des couches mobiles du type mentionné avec les avantages qui dérivent des grandes vitesses du gaz.
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Selon la présente invention., on met en contact, à contre-courant la matière adsorbante granuleuse avec le courant gazeux d'une manière provo- quant la fluidification en phase dense de ladite matière granuleuse et l'on peut donc faire passer le gaz à travers la matière adsorbante à des vitesses relativement élevées, sans avoir à recourir à des charges de pompage supé- rieures aux charges ordinaires, tout en assurant en même temps la durée de séjour nécessaire de la matière solide.
Ceci ne peut cependant pas s'effec- tuer en employant le type de fluidification de matières granuleuses qui est mis en pratique, sur une grande échelle, dans la technique des pétroles, puisque la finesse des particules couramment utilisées interdirait les vites- ses de gaz que l'on préfè-re utiliser pour adsorber, de façon économique, un constituant condensable, à partir d'importants volumes de gaz, à un débit rapide, car, à ces vitesses, la matière granuleuse de la finesse couramment employée serait entraînée par le courant gazeux au lieu de circuler contre à contre-courant, par rapport à lui.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un procédé de mise en contact du type en question, d'une manière telle qu'il soit pos- sible d'élever la vitesse du fluide gazeux à un niveau permettant de trai- ter d'importants volumes dudit fluide en un minimum de temps et dans un es- pace relativement petit, sans- compromettre le contre-courant approprié des solides pulvérisés-.
Conformément à 1'invention on emploiè, dans le procédé du type envisagé ici, une matière adsorbakte pulvérisée, d'une dimension de particule comprise entre les dimensions de particules adoptées dans les systèmes à cou- ches fixes ou mobiles décrits antérieurement et celles adoptées communément dans les systèmes à fluidification.- On préfère utiliser des granules sphéri- ques d'un diamètre maximum de 1'ordre de 1/8 de pouce et d'un diamètre mini- mum de l'ordre- de 1/32 de pouce, ou des particules à vitesses de précipita- tion correspondantes.
Tandis que ces grandes particules ne s'avéraient pas- appropriées dans les couches fluidifiées profondes couramment utilisées dans la technique des pétroles, parce qu'elles avaient tendance à fbrmer des- ri gales ou à bouillir d'une façon non uniforme, l'inventeur a constatée qu'el- les se fluidifiaient d'une façon uniforme en couches relativement peu pro- fondes de l'ordre d'un à deux pouces de profondeur;
conformément à la pilé-- sente invention, on met donc en contact le courant gazeux et un adsorbant solide pulvérisé de la dimension de particule mentionnée ci-dessus, en con- tre-courant continu, en plusieurs coucher fluidifiées- superposées- de- faible profondeur et, de cette- manière., on obtient un contact intime, de- la durée requise, entre la matière adsorbante et le courant gazeux, avec des vites- ses superficielles de gaz de l'ordre de cinq pieds par seconde (mesurés dans des conditions standardisées), le contre-courant approprié des solides pulvérisés étant maintenu, si bien que d'importants volumes- de- gaz peuvent être traités à une allure rapide, dans des appareils de dimensions raison- nableso
La température des gaz déchargés d'un four de fixation de l'azo- te est habituellement de l'ordre de 5000 F.
A une telle température, les adsorbants solides ne contiennent presque pas de vapeur d'eau adsorbée. Pour procéder efficacement à l'adsorption envisagée du composant de vapeur d'eau desdits gaz, il est donc nécessaire que ceux-ci soient d'abord convenable- ment refroidis. D'autre part, le procédé de reconditionnement de la matière adsorbanta requiert l'application de chaleur pour faire évaporer l'humidité adsorbée.
La présente invention tend à assurer à. la fois le reconditionne ment de la matière adsorbante et le refroidissement des gaz du four avec un minimum de frais et,conformément à cela, elle prévoit les phases du pro- cédé d'une manière telle que la chaleur des gaz, comme- ils quittent le four de fixation de l'azote, soit utilisée pour reconditionner la matière adsor- bante utilisée dans le-séchage-desdits gaz.
A cet effet, les gaz chauds du four sont d'abord mis en 'contact avec- la matière adsorbante contenant de µ'humidité, pour provoquer l'évaporation de l'humidité.La vapeur d'eau ad- ditionnelle dont se chargent les gaz chauds du four doit, de cette- manière, être éliminée desdit? gaz, avant qu'ils ne soient en contact avec les
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granules secs de matière adsorbante pour l'opération de séchage réelle. Dans ce but, les gaz chargés d'humidité sont refroidis, ce qui provoque la con- densation de la majeure partie de la vapeur d'eau qu'ils contenaient.
Après que les gaz effluents d'un four de fixation de l'azote ont été séchés de la manière précitée, ils sont exposés à des catalyseurs, tels que le-carbone, le gel de silice ou certains oxydes métalliques qui favori- sent l'oxydation des oxydes d'azote contenus dans lesdits gaz pour donner des bioxydes d'azote; et le bioxyde d'azote ainsi formé est ensuite isolé des gaz restants par mise en contact du mélange gazeux, à froid, avec un adsor- bant solide pulvérisé, tel que le gel de silice granuleux.
La mise en contact requise entre le mélange gazeux et l'adsorbant pulvérisé peut encore être réa- lisée dans un appareil de mise en contact, du type mentionné, qui soit agen- cé pour assurer successivement dans un espace unique l'adsorption du bioxyde d'azote du mélange gazeux passant sur l'adsorbant solide, la libération du bioxyde d'azote dudit adsorbant en vue de sa récupération sous forme concen- trée et le refroidissement de l'adsorbant en vue d'augmenter son efficacité, en extrayant le bioxyde d'azote du mélange gazeux.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un appareil de mise en contact du type mentionné dans lequel les trois phases opératoires d'ad- sorption, de libération et de refroidissement puissent être réalisées avec- efficacité dans deux chambres de traitement seulement.
Ces objets de l'invention, ainsi que d'autres, ressortiront de la description suivante des dessins ci-annexés, qui illustrent certains mo- des de réalisation préférés et dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement un système destiné à la récupération de l'oxyde d'azote, agencé selon l'invention; les figures 2 et 3 sont des vues fragmentaires, en coupe trans- versale, montrant l'appareil de séchage du gaz employé dans le système visi- ble à la figure 1, à une échelle- quelque peu agrandie; les figures 4 et 5 sont des vues fragmentaires en coupe, corres- pondant à celles des figures 2 et 3, de l'appareil d'adsorption de bioxyde d'azote employé dans le système visible à la figure 1.
Si l'on se réfère à la figure 1, on voit que les gaz de combus- tion effluents d'un four de fixation d'azote sont conduits, par un tuyau 20, dans une tour tubulaire 21, ., où ils doivent être débarrassés de leur vapeur d'eau. Ladite tour comprend une paroi tubulaire externe 22, qui est fermée au sommet comme il est indiqué en 23. L'espace entouré par ladite paroi tu- bulaire est subdivisé en trois chambres de traitement 24, 25 et 26, super- posées verticalement, au moyen de deux mécanismes à soupapes 27 et 28, res- pectivement, qui sont agencés pour laisser passer des solides granulés, tan- dis qu'ils empêchent l'échange des gaz qui peuvent circuler dans les cham- bres de traitement.
Lesdits mécanismes à soupapes peuvent être de construc- tion variées, ainsi qu'il sera décrit de façon plus détaillée ci-après. Les chambres 24 et 25 sont pourvues de plusieurs plaques horizontales 30, verti- calement espacées, qui sont perforées, comme il est indiqué en 31 (figures 2 et 3).
Des conduits de descente tubulaires 32 passent par chacune de ces- plaques, les conduits de descente de deux plaques superposées étant, de pré- férence situés en des points diamétralement opposés, comme il est représen- té.Lesdits conduits peuvent se prolonger d'une distance limitée au-dessus de leurs plaques respectives pour établir des-couches fluidifiées d'une pro- fondeur désirée sur celles-ci, pendant le fonctionnement- de l'appareil, et les extrémités inférieures, faisant saillie vers le bas, desdits conduits sont pourvues de couvercles appropriés 3 (figure- 2), qui sont élastiquement maintenus- c'tans une position fermée ou presque fermée, au-moyen d'organes de ressort 35,
et qui sont prévus pour ouvrir les conduits sous le poids d'une quantité prédéterminée de matière solide accumulée dans les conduits. A l'ai- de de ces couvercles, le fonctionnement de l'appareil pour établir les cou- chas fluidifiées sur les plaques 30 peut commencer sans amorçage des conduits de descente car les couvercles empêcheront la montée des gaz ou des vapeurs
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à travers les conduits tant que ceux-ci seront vides et ils n'ouvriront les conduits qu'après qu'un bouchon de matière solide s'y sera formé; ils renfer- meront les conduits aussitôt que la matière solide de ceux-ci ou une partie de cette dernière, sera descendue des conduits.
Il résulte de ce qui précède que les gaz ou vapeurs qui s'élèvent ne peuvent à aucun moment passer libre- ment par les conduits et éviter les perforations des plaques et, par consé- quent, il n'y a aucune possibilité pour lesdits gaz et vapeurs de se sous- traire à leur rôle de fluidification de la matière solide sur les plaques 30 et il n'y a aucun danger d'expulsion des couches en conséquence de variations brusques dans la vitesse des courants de gaz ou de vapeur ou par suite de chan- gements dans l'amenée de la matière solide granuleuse.
Dans-le cas du mode de réalisa.tion de l'invention, pris à titre d'exemple, que nous allons décrire, la matière solide granuleuse employée pour sécher les gaz du four peut être, par exemple, du gel de silice d'un diamètre moyen de particules allant de 1/8 à 1/32 de poupe.Ladite matière solide granuleuse, provenant d'un récipient en forme de trémie 38 est dé- chargée dans la tour- 21, par un couloir incliné 39, qui débouche dans ladite tour, à son extrémité supérieure, au-dessus de 1'une des plaques perforées 30, la plaque supérieure, et après que la matière solide granuleuse est des- cendue en traversant chacune des trois chambres 24, 25 et 26, elle est recueil- lie dans le fond en forme d'entonnoir 40 de la tour,
duquel elle est décar- gée, par- un conduit inc-liné 41, commandé par- une soupape 42, dans un passage ascendant 43 d'un circuit d'air 44, dont le passage descendant 45 comprend une soufflante appropriée 46.Le souffle d'air produit par cette soufflante 46 soulève les granules déchargés, à l'intérieur du passage ascendant 43, vers la trémie susmentionnée 38. Cette- trémie est d'un diamètre suffisamment supérieur à celui du conduit qui forme le passage ascendant du circuit d'air pour permettre 1'expanision , et., par suite, provoquer le ralentissement, du souffle d'air produit par la soufflante 46 dans une mesure telle qu'il ne puisse plus supporter les granules- de gel de silice entraînés-.
Ces granules tombent donc sur le fond en pente 47 de la trémie 38, d'où ils descendent, en glissant, par le passage incliné 39, précédemment décrit, et entrent à nouveau dans la tour 21. L'air fourni à la trémie 38 par la soufflante 46 est renvoyé à l'ouverture d'entrée de la soufflante, par- le conduit:- 45 ;
Il est à noter que d'autres dispositifs que le récipient en for- me de trémie 38 peuvent être employés, sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention, pour séparer les granules du courant d'air circulant dans- le circuit d'air décrit.
Comme précédemment indiqué, deux chambres superposées, soit 24, 25 et 26 respectivement, sont séparées l'une de l'autre par un mécanisme à soupapes, qui est agencé.pour permettre aux solides granuleux de s'écouler des chambres supérieures- aux chambres inférieures mais qui empêche 1'écan- ge des gaz- pouvant circuler dans les chambras'respectives. En, se référant à la figure 3, on voit que le mécanisme à soupapes' 28 peut comprendre un entonnoir supérieur 50 formant le fond de la chambre: supérieure 25 et fixé de façon appropriée- à la paroi 22 de la tour 21, comme il est- montré.
Ledit entonnoir a un prolongement tubulaire 51, dirigé vers le bas et, disposé à une- distance réduite au-desous de l'extrémité inférieure ouverte 52 du- dit prolongement tubulaire, il est prévu un couvercle 53, qui est disposé de façon- conveable pour se déplacer alternativement en s'éloignat ou en se rapprochant de l'extrémité- inférieure ouverte 52. Il est prévu,- disposé con- centriquement au-dessous de 1'entonnoir 50- et de- son couvercle 53, un- second entonnoir- 50' ou élément analogue qui forme le plafond de la chambre infé- rieure 26 (figure 3) et possède un couvercle 53' placé à une distance- ré- duite au-dessous de l'extrémité* inférieure ouverte- de son prolongement tubu- laire 52', dirigé vers- le bas.
Des moyens- appropriée sont prévus pour faire osciller le couvercle 53' et 1'carter de sa position adjacente à 1'extré- mité-inférieure 52' du tube d'entonnoir- 51 et le ramener à cette position de la même manière que le couvercle 53, par oscillation, s'éloigne d'une position adjacente à l'ouverture inférieure 52 du tube d'entonnoir 51 et re- vient à cette position;
et les moyens employés pour impartir le mouvement
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décrit au couvercle 53' peuvent être de même construction et être commandés à partir de la même source de puissance que les moyens employés pour faire osciller le couvercle 53, mais les deux dispositifs d'actionnement des cou- vercles doivent être commandés en phases opposées, c'est-à-dire que lorsque le couvercle supérieur 53 est rapproché- de l'ouverture du tube d'entonnoir
51, le couvercle inférieur 53' est écarté de l'ouverture du tube d'enton- noir 51' et vice versa.
En conséquence de ce qui précède, la matière solide granuleuse provenant de la chambre supérieure 25 pourra s'écouler, par l'en- tonnoir supérieur 50, dans l'entonnoir inférieur, pendant que ledit enton- noir inférieur sera pratiquement fermé, et elle .pourra peu après s'échapper par ledit entonnoir inférieur dans la chambre inférieure 26, pendant que l'entonnoir supérieur sera pratiquement fermé. Par conséquent, le mécanisme décrit provoque l'écoulement continuel des matières solides -granuleuses, en deux stades, de la chambre supérieure à la chambre inférieure, sans créer à aucune moment un passage sans obstruction à travers lequel les gaz circulant dans les chambres respectives puissent entrer librement en communication l'un avec l'autre.
En pratique, on préfère agencer le mécanisme décrit de telle fa- çon que les couvercles ne ferment à aucun moment complètement les ouvertures inférieures de leurs entonnoirs respectifs mais que dans leur position "fer- mée", ils soient espacés- desdites extrémités- inférieures d'une distance au moins égale à la dimension la plus grande- des granules utilisés.
L'inven- teur a constaté qu'un tel agencement réduisait- sensiblement le degré dattri- tion des granules puisqu'il était impossible que ceux-ci soient broyés ou coupés entre les éxtrémités des tubes d'entonnoir et les couvercles et que, de plus, aucun échange appréciable des gaz ne pouvait se produire entre les diverses chambre? de traitement, car, même si un couvercle est légère- ment espacé de l'extrémité du tube d'entonnoir respectif, il ne se produi- ra aucun écoulement de-granules de l'intérieur dudit tube, pourvu que le couvercle soit assez grand pour supporter complètement le tas de granules s'étalant de tube d'entonor suivant l'angle de repos.
Par suite de cela, suffisamment de granules s'accumuleront dans les tubes d'entonnoirs, même quoiqu'ils ne puissent pas être complètement fermés, pour former un joint qui soit efficace- pour empêcher toute précipitation des- flui- des gazeux par le mécanisme à soupapes. Pour assurer qu'un tel joint se for- me dans un entonnoir qui vient d'achever sa- phase "ouverte", avant que l'au- tre entonnoir soit ouvert,le mécanisme d'actionnement de couvercles''décrit peut être conçu de telle façon que- ses-phases "ouvertes" soient notablement plus courtes que- ses phases "fermées", de telle'sorte que les phases"fermées" des deux couvercles coopérants chevauchent dans une mesure appréciable.
Comme indiqué précédemment, l'appareil représenté aux figures
2 et 3 est spécialement indiqué pour servir de dessiccateur de fluides ga- zeux. A cette fin, sa chambre supérieure 24 est agencée pour abriter le procédé d'adsportipn de l'humidité réel, c'est-à-dire que, dans cette cham- be, les granules descendants de matière adsorbante sont mis en contact a- vec les gaz chargé? d'humidité, qui sont amenés à monter à travers cette chambre pendant une période de- temps suffisamment longue pour leur permet- tre d'adsorber complètement la vapeur d'eau contenue dans lesdits fluides gazeux, tandis que dès opérations sont effectuées gour maintenir dans la chambre une température faible au point de maintenir le procédé d'adsorp- tion à une efficience élevée.
Les chambres inférieures 25 et 26 servant à reconditionner l'adsorbant ayant servi, en vue d'une nouvelle utilisation, c'est-à-dire que dans la chambre médiane 25, les granules mouillés de ma- tière adsorbante sont mis en contact avec un fluide gazeux chaud, en vue d'une élévation de leur température et, par conséquent, d'une élimination de 1'humidité adsorbée; et dans la troisième chambre, la chambre inférieure 26, les granules secs sont refroidis par mise en contact avec un agent ga- zeux de refroidissement, en vue d'un abaissement de leur température à un niveau auquel ils agissent 'efficacement comme adsorbants.
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Dans l'utilisation pratique de l'appareil conforme à la présen- te intention dans un système de récupération des oxydes d'azote en partant des gaz effluents d'un four de fixation d'azote Wisconsin, on préfère con- duire d'abord les gaz de combustible chauds dans la chambre médiane 25, de façon que leur chaleur puisse être utilisée pour chasser l'humidité des granules de gel de silice "déjà employés", qui, provenant de la chambre d'adsorption 24, pénètrent dans la chambre 25, en traversant.le mécanisme à soupapes 27. Comme indiqué précédemment, les gaz du four sont amenés dans une tour 21, par un tuyau 20, qui les décharge dans la chambre 25, par une tête de distribution 20a, située au fond de ladite chambre (figure 3), de la- quelle ils s'élèvent en de nombreux courants, à travers les plaques perforées 30,
à l'encontre du courant descendant de granules adsorbants solides, vers le plafond de ladite chambre, formé par l'entonnoir inférieur 50' du méca- nisme à soupapes 27, pour assurer la décharge par un conduit d'échappement 77, prévu à l'extrémité supérieure de ladite chambre (figures 1 et 2)
Au moyen d'une soufflante appropriée (non représentée), agencée pour contrôler la vitesse de l'air de combustion amené au four, la vitesse des courants gazeux s'élevant dans la chambre 25 peut être réglée à une va- leur pour laquelle les solides granuleux amenés dans ladite chambre par le mécanisme à soupapes 27 sont maintenus dans-un état de fluidification en phase dense,sur et au-dessus des- différentes plaques perforées 30,
une par- tie déterminée de ceux-ci tombant de façon continue dans les tuyaux de- des- cente 32, desquels ils peuvent s'écouler en couches inférieures. Par con- séquent, les granules solides de matière adsorbantes peuvent atteindre le- fond de la chambre 25, après avoir été en contact intime avec les courants ascendant? des- gaz chauds- du four, pendant une période suffisante pour pro- voquer l'évaporation de l'humidité précédemment adsorbée, si bien que les- granules-rassemblés dans l'entonnoir supérieur 50 du mécanisme '.inférieur à soupapes 28 sont complètement secs, tandis que l'humidité libérée de leurs pores est entraînée dans- les gaz du four et s'échappe- avec eux par le con- duit d'échappement 77.
En passant par la chambre de traitement 25, les gaz du four se sont sensiblement refroidis. Par exemple, des gaz qui seraient entrés dans la chambre 25 à une température de 400 F peuvent être ramenés à une tempé- rature- d'environ 250 F Celle-ci, cependant, est encore trop¯élevée pour permettre une- adsorption efficace de l'humidité, s'ils sont mis en contact avec L'adsorbant solide sec qui passé par la chambre de traitement supé- rieure de la tour 21. Au cours de l'opération suivante, les gaz doivent donc être refroidis de quelque façon convenable qui non seulement les prépare pour le traitement effectif dans la chambre- de séchage, réelle 24 mais encore les amène à céder une partie de leur humidité par condensation.
A cet effet, le conduit d'éhappemet 77 est agencé pour conduire les gaz chargés d'humi- dité dans- la chambre supérieure 79 d'une tour 80 (figure 1) dans- laque-lle ils- sontsoumis à une- pluie .de liquide- réfrigérant, tel que l'eau, l'eau salée ou analogue. Dans ce but, un distributeur de liquide 81 est prévu dans la partie- supérieure- de la chambre. 79 et le conduit 77 est prévu pour déchar- ger les gaz de four chargés d'humidité dans cette chambre 79-, à son extrémi- té inférieure afin qu'ils puissent monter dans ladite chambre à l'encontre de la pluie de liquide réfrigérant qui sort du distributeur de liquide 81.
Pour établir un contact intime entre le liquide réfrigérant- et les gaz- ascen- dants, la chambre 79 peut être remplie d'anneaux de Raschig, de corps de remplissage dits "Berl saddles", de granit concassé ou matières analogues, ainsi qu'il est indiqué en 82, qui reposent sur une grille 83, prévue en amont de l'orifice d'entrée du tuyau 77. En montant à travers la chambre 79 dans la tour 80, les- gaz de four chargés d'humidité sont refroidis par contact avec le liquide réfrigérant amené par le distributeur 81.
Par exem- pek dea gaz pénétrant dans la chambre à une température de 250 F peuvent être refroidis pour atteindre- une température d'evnirenv 80 F et, -par suite de ce-la, une partie- de la vapeur d'eau contenu dans lesdits gaz est condensée et recueillie, avec le liquide réfrigérant, au fond de la chambre 79, de la- quelle elle peut sortir par une fermeture hydraulique ou siphon 86, pour se- déverser en un endroit approprié, tel qu'un égout.
Toutefois, employant
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l'appareil faisant l'objet de 1 invention pour refroidir et sécher les gaz de combustion effluents d'un four de fixation de l'azote, préalablement à la ré- cupération de la teneur en oxyde d'azote desdits gaz, l'inventeur préfère réu- tiliser continuellement le liquide destiné à refroidir les gaz du four, afin de maintenir au minimum la perte d'oxydes d'azote dans la chambre de refroi- dissement. Par exemple, dans le cas où de l'eau est utilisé comme agent de refroidissement, le bioxyde d'azote contenu dans les gaz du four réagit faci- lement avec l'eau de refroidissement pour former de l'acide nitrique, qui se dissout dans l'eau de refroidissement et s'échappe avec elle.
Mais si l'eau de refroidissement est continuellement réutilisée, sa teneur en acide nitrique atteindra rapidement un point d'équilibre pour lequel elle deviendra inap- te à poursuivre son action consistante à débarrasser les gaz du four de quan- tités appréciables de bioxyde d'azote.,
A cet effet, le liquide recueilli au fond de la chambre de re- froidissement 79 peut être conduit, par le siphon 86, dans une chambre de re- conditionnement 88, prévue dans la tour 80, en dessous de la chambre de re- froidissement 79 (figure 1), où un autre distributeur de liquide 89,' situé dans l'extrémité supérieure de ladite chambre, distribue le liquide à travers une autre matière de remplissage appropriée 90,
qui repose sur une grille 91 et qui soit efficace pour établir un contact intime entre ledit liquide, com- me il passe à travers cette matière de remplissage, et un courant montant de gaz froid, sec. Ledit gaz peut être amené dans la chambre 88, en provenance d'une soufflante 92, en passant par un tuyau 93, pénétrant dans ladite cham-' bre, près de son extrémité inférieure, et il peut s'échapper dans l'atmosphè- re, par un tuyau de décharge 94, prévu à son extrémité supérieure.
Le liquide re- froidirecueili au fond de la chambre de reconditionnement 88 est évacué, par un autre siphon 95, dans un réservoir placé à l'extérieur, tel qu'un bassin
96, duquel un mécanisme de pompage- approprié 97 le fait retourner, par un conduit ascendant 98, au distributeur de liquide 81 de.la chambre-supérieure 79. L'agencement est, de préférence, tel que l'agent gazeux, sec, de refroi- dissement balayant la chambre de reconditionnemnt 88 s'évapore et entraîne une partie telle du liquide descendant à travers ladite chambre que la quan- tité totale d'agent liquide de'refroidissement circulant dans la tour 80 reste sensiblement la même.
Les gaz du four quittent la chambre de refroidissement 79, en traversant un conduit 99, prévu à son extrémité supérieure, et, pour limiter la quantité d'eau dispersée pouvant être entraînée par lesdits gaz; comme ils quittent la chambre de refroidissement, un tampon ou filtre en une matière appropriée, telle que la fibre de verre, peut être disposé au-dessus de la matière de remplissage 82, comme il est indiqué en 82a.
Lorsqu'ils traversent la chambre de refroidissement, les gaz du four perdent une partie de leur humidité par condensation, comme il a été in- diqué précédemment, mais ils sont encore loin de sécher et doivent alors être traités dans la chambre d'adsorption 24 de la tour 21, pour être complètement débarrassés de leur-humidité.
Dans ce-but, le conduit 99 achemine les gaz re- froidis dans ladite chambre d'adsorption 24, au fond de celle-ci, d'où ils montent en plusieurs courants, en traversant les perforations 31 des plaques
30 (figure 2) pendant qu'un courant de granules froids et secs d'un agent d'adsorption solide, tel que du gel de silice ou de l'alumine activée, se dé- verse d'une trémie 38 dans ladite chambre, en formant une couche fluidifiée sur chacune desdites plaques 30, lesdits granules descendant progressivement par les conduits de descente 32, du sommet au fond de la chambre 24,de la manière précédemment décrite.
Ainsi, l'adsorbant granulé et les gaz du four sont mis intimement en contact pendant un laps de temps suffisant pour per- mettre audit adsorbant d'adsorber pratiquement toute l'humidité contenue dans lesdits gaz.
Tandis que les gaz du four et l'adsorbant solidé doivent être les uns et l'autre réglés à une température suffisamment faible avant d'en- trer dans la chambre d'adsorption 24, pour que s'effectue, de- façon efficace, le procédé d'adsorption désiré, celui-ci implique une condensation et libère donc de sa chaleur, ce qui élève la température de la matière adsorbante et
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par conséquent, diminue Inefficacité du procédé de séchage.Une telle aug- mentation de température est spécialement nuisible dans les régions supérieu- res de la chambre du moyen d'adsorption oùla teur en vapeur des gaz traités' est,
tombée à un niveau très bassi bien que les basses températures sont dune importance décisive pour permettre à l'agent adsorbant solide d'éliminer les dernières traces d'humidité des gaze En conformité avec l'invention, on a donc prévu des échangeurs de chaleur entre les plaques de la chambre 24 du moyen d'adsorption, pour éliminer constamment la chaleur dégagée par le pro- cédé d'adsorption, et on a-pris les mesures voulues pour que les-gaz soient refroidis et amenés à une température inférieure dans la région supérieure de la chambre d'adsorption.
Si l'on se réfère aux figures 1 et 2, on voit qu'il est prévu, dans toutes les sections formées entre les plaques superposées 30 à l'excep- tion de la section supérieure, une batterie de tuyaux 100, chacun d'eux é- tant bobiné en une double spirale disposée horizontalement et d'un diamètre total pouvant s'adapter à l'intérieur de la tour 21 Une dizaine de ces bo- bines de tuyaux enroulés en spirale 100 peut être prévue, superposée et é troitement espacée dans une seule section, comme il est montré en 105 à la figure 2, et les deux extrémités- de- chacune des bobines de tuyaux s'avancent en parallèle à travers la paroi 22 de la tour et sont reliées respectivement à des tuyauteries d'admission 103 et d'échappement 104 disposées verticale- ment.
Dans le système de refroidissement particulier illustré aux figu- res 1 et 2, l'extrémité supérieure de la tuyauterie d'échappement 104, de cha- que batterie de tuyaux 105, est reliée, par un tuyau de raccordement 106, à l'extrémité inférieure de la tuyauterie dadmission 103 de la batterie de tuyaux inférieure suivante, et le fluide de refroidissement pénètre- dans le système par un tuyau d'amenée 107, à 1'extrémité inférieure de la tuyauterie d'admission 103 de la batterie- de tuyaux supérieure 105, et il est évacué' dudit système par-un tuyau d'échappement 108, relié à l'extrémité supérieure de la tuyauterie d'échappement 104 de la batterie de tuyaux inférieure.
De cette manière, les sections supérieures de la chambre 24 du moyen d'adsor- tion, dans laquelle les agents adsorbants granuleux doivent agir pour li- bérer les gaz ascendants du four des traces d'humidité, reçoivent l'agent de refroidissement dans son étant le plus frais, et, par suite, le plus efficace.Pour accentuer encore davantage la différence de refroidissement prévue dans les sections supérieures et inférieure?, le système d'échangeur de chaleur formé par les différentes batteries de tuyaux superposées 105, peut être subdivisé en deux circuits' de réfrigération séparés, ou davan- tage (fig-o 1) les circuits supérieurs étant prévus pour acheminer-plus d'agents de refroidissement efficaces que les circuit? inférieurs.
Ainsi, on peut faire passer de l'eau provenant d'une- conduite sous pression ordi- naire, par les batteries de tuyaux se trouvant dans les quatre sections inférieures,tandis qu'une eau de refroidissement spécialement réfrigérée peut être utiliséedans les batteries de tuyaux'prévues dans les trois sections supérieures.A cet effet-, les'tuyauteries des trois batteries de bobines supérieures peuvent être reliées à un circuit fermé d'eau réfrigérée 100 qui comporte une pompe 110a, laquelle- fait circuler 1'eau de- façon- conti- nue à travers un réservoir de reconditionnement 110b, dans lequel est immer- gée une bobine de refroidissement 110c, qui peut faire partie- d'un circuit de compresseur au fréon (non représenté).
Le contact intime entre les gaz ascendants du four et le courant descendant de solides granuleux, dans les conditions de température ainsi é- tablies dans la chambre 24 du moyen d'adsorption, est efficace pour éliminer pratiquement toute la vapeur d'eau desdits gaz. Ainsi dans. une chambre ne comportant pas plus de huit couches fluidifiées du type- décrit, le point de condensation des gaz contenant- de 3.'oxyde d'azote déchargée d'un four Wi- consin de fixation de lazote peut être abaissé de 80 F., par exemple,à -60 F.
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Les gaz secs du four quittent la chambre 24 du moyen d'adsorp tion au sommet de celle-ci, par un conduit 114, qui les fait passer par un cyclone 115 (fig.l), dans lequel les granules de matière adsorbante qui peuvent avoir été entraînés par lesdits gaz sont retenus et duquel lesdits granules peuvent être récupérés, en vue d'une nouvelle utilisation, par une soupape 116, prévue à son extrémité inférieure, de façon que la perte en matière adsorbante soit réduite à un minimum.
Les granules chargés d'hu- midité qui atteignent le fond de la chambre 24 du moyen d'adsorption traver- sent cependant la soupape 27, décrite antérieurement, pour atteindre la chambre 25 du régénérateur, où ils sont débarrassés de l'humidité accumulée dans leurs pores, par contact aveu les gaz chauds du four, comme expliqué pré- cédemment. De ladite chambre du régénérateur, les granules secs traversent la soupape 28, pour atteindre la chambre inférieure 26, où ils sont mis en contact, sous la forme d'une couche mobile, avec un agent gazeux de refroi- dissement, en vue du rétablissement de leur efficacité en tant qu'agents adsorbants.
Dans le mode de réalisation particulier de 1'invention repré- santé aux figures 1 et 3, la partie- inférieure 40 de la chambre 26 a la forme d'un cône effilé et à 1'extérieur-dudit cône, il est prévu une tuyau- terie d'amenée 119, verticale, pourvue de plusieurs- tuyaux secondaires ho- rizontaux 120. Lesdits tuyaux secondaires se prolongent à travers la partie inférieure 40 de- la chambre 26 et, à l'intérieur de-ladite chambre, chacun desdits tuyaux secondaires présente plusieurs ouvertures 121 dirigées vers le bas, par lesquelles de l'air froid, sec, peut être introduit dans la chambre 26.
Cet air s'élève à 1'encontre de la couche descendante de granu- les et adsorbe leur chaleur, si bien que les granules arrivant dans le pro- longement, tubulaire 122, dirigé vers le bas, du fond conique 40 de la tour- sont convenablement refroidis-.
Dudit prolongement tubulaire- 122, la couche, mobile vers le bas, de granules froids et secs glisse sur le- passage incliné 41 mentionné précédemment, pour- atteindre la branche ascendante 43 du circuit d'air 44 et être ramenée, par la. trémie- 38, à l'extrémité supérieure de la tour de séchage 21, comme expliqué- précédemment, tandis qu'il'est permis à l'air introduit par-les tuyaux 120 de s'échapper dans l'atmosphère par un cyclone 123, qui est situé à l'extrémité supérieure de la chambre 26, direc- tement en aval de l'entonnoir inférieur 50' de la soupape 28, et qui est agencé pour retenir les granules de- matière adsorbante qui pourraient avoir été entraînés par ledit air de refroidissement.
On a décrit la procédé de refroidissement dans la chambre- inférieure 26 comme se produisant pour- les granules passant par ladite chambre sous la forme- d'une couche mobile vers le bas,mais ladite chambre 26 peut également être pourvue de plusieurs pla- ques perforées superposées, semblables à celles des chambres 24 et 25, et le contact nécessaire entre les granules solides et l'agent-de refroidisse- ment gazeux peut s'effectuer grâce à de nombreuses couches-fluidifiées su- perposées.
La tour 21 décrite ci-dessus est un dessiccateur indépendant, dans lequel des gaz humides peuvent 'être séchés, de façon efficace, à l'aide d'une quantité relativement limitée d'un agent adsorbant granuleux continuel- lement remis dans le cycle. Du fait que- l'agent adsorbant granuleux est mis en contact avec- les gaz sous la forme de nombreuses couches fluidifiées et- du fait de la dimension relativement grande des granules employés, qui permet aux gaz d'être amenés dans la tour à une vitesse de cinq pieds par seconde (mesurée dans les parties non obstruées de la tour-, à 60 F. et pour une pression de 1 atmosphère}, sans nuire au conte-courant de l'agent adsorbant solide, le séchage est effectué dans un minimum d'espace,
si bien que des appareils de dimensions relativement petites sont agencés pour traiter d'im- portants volumes de gàz là où des appareils de dimensions quatre fois supé- rieures étaient autrefois nécessaires. Ainsi, dans un appareil construit selon la présente invention, ayant une hauteur totale de 35 Pieds seulement et un diamètre de 14 pouces seulement, 9 plaques étant prévues dans la cham bre du moyen d'adsorption et 6, dan la chambre du régénérateur et l'appareil fonctionnant avec une tour de refroidissement du type décrit ci-dessus, il est possible de sécher les gaz humides effluents d'un four Wisconsin de fi- xation de l'azote, à une allure de 330 pieds cubes par minute,
pour passer
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d'un' point de condensation de 30 F.à un point de condensation de -60 F On a trouvé, ce qui constitue un avantage additionnel de très grande impor- tance, que, contrairement à ce que l'on attendait, la dimension relativement grande des granules employés et la grande vitesse des courants gazeux rendue possible par 1?utilisation de granules d'une telle dimension naugementaient pas d'une façon appréciable le degré d'attrition de la matière adsorbante, au delà du degré d"attrition observé pour les particules comparables à de la poussière qui étaient couramment utilisées dans les procédé? de mise en contact par fluidification connus antérieurement;
et en raison de la nature des mécanismes à soupapes prévus selon l'invention entre les chambres de la tour de dessiccateur, de même qu'en raison du circuit d'air fermé uti- lisé en coopération- avec ladite tour, le degré d'attrition des solides granuleux est généralement excessivement faible et la possibilité de conta- mination de la matière adsorbante est maintenue à un minimum.
Après que les gaz de four froids et secs, contenant de l'oxyde d'azote, ont traversé le cyclone 115, un conduit 125 les amène à un autre endroit de traitement 130, où ils sont traités pour catalyser l'oxydation de l'oxyde. nitrique en bioxyde d'azoteA cet effet,- les gaz du four sont élevés à travers une suite de chambres de traitement superposées 131 et 132 contenant chacune une couche, respectivement 133 et 134, de granules d'un catalyseur approprié, tel que du charbon de bois activé ou du gel de silice..
adsorbant, ces couches pouvant être de 4 à 6 pouces de haut et d'environ 30 pouces de diamètre et les granules étant de préférence d'une dimension telle qu'ils puissent traverser un tamis- de 4 à 6 mailles-. Ces couche? de cataly- seur travaillent d'une façon continue et sana- qu'une réactivation soit né- cessaire. Cependant, l'oxydation de !'oxyde nitrique en bioxyde d'azote pro- voquée- par lesdites couches libère des quantités considérables de chaleur et une batterie de bobines d'échangeur de-chaleur 135-, de construction sem- blable à celle des batteries de bobines 105 se trouvant dans la chambre 25 du moyen d'adsorption de la tour 21,
et reliée à une conduite d'eau peut être prévue dans la conduite tubulaire 136 qui mène de la chambre inférieure du catalyseur 131 à la chambre supérieure du catalyseur 132. De- même, une autre batteris de bobines de refroidissement 137, reliée au- circuit d'eau réfrigérée 110, décrit précédemment,-peut être prévue dans une conduite tubulaire 138, agencée à l'extrémité de décharge de la chambre supérieure du catalyseur 132 et par laquelle les gaz du four quittent ladite chambre supérieure du catalyseur, de sorte qu'ils soient complètement refroidis a- vant d'être conduits dans- une- autre- tour de traitement, 140, (figures 4 et 5), d'une construction semblable à celle de la tour 21 précédemment décrite et dans laquelle les gaz doivent être mis- en contact avec un autre courant d'une matière adsorbante granuleuse,
en vue d'isoler le contenu de bioxyde d'azote du mélange gazeux des autres composants de celui-ci.
La tour 140 du moyen d'adsorption du bioxyde d9azote est de for- me tubulaire et elle comprend unie paroi externe 141; et, bien qu'elle com- porte- trois zones de traitement différentes, elle n'est divisée, intérieu- rement, qu'en deux chambres distinctes 142 et 143, au moyen d'un mécanisme à soupapes, qui est conçu pour laisser passer les solides granuleux, tout en empêchant l'échange des gaz entre les chambres, et qui peut être de la même construction que les mécanismes à soupapes 27 et 28 de la tour 21 ou qui peut être de- la construction représentée- en 145 à la figure 1 et dé- taillée à la figure 5.
Le mécanisme à soupapes modifié 145, représenté à la figure 5, comprend un entonnoir 146, qui est convenablement fixé à la paroi cylindri- que 141 de la tour 140, son extrémité divergente constituant le fond de la chambre de traitement supérieure 142. Ledit entonnoir est pourvu du prolon- gement d'entonnoir tubulaire usuel, représenta en 147, mais, tandis que ledit prolongement tubulaire présente un passage 148 dirigé vers le bas-, son extrémité inférieure est dirigée latéralement, pour former un passage 149, à pente en direction latérale, qui, à son tour, est replié vers le haut, en un coude, pour- former un passage terminal 150, dirigé vers le haut, qui dé- verse dans la chambre de traitement inférieure 143,
à un niveau sensiblement
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inférieur à celui du point d'entrée du prolongement tubulaire d'entonnoir.
Un conduit 151, de petit diamètre, mène au passage 148, dirigé vers le bas, du tube d'entonnoir 147, dans la région où celui-ci passe à la pente en di- rection latérale 149, et ce conduit est agencé pour amener une petite quan- tité du fluide gazeux traversant la chambre supérieure 142, dans le tube 147, tandis qu'un autre conduit 152, de petit diamètre, mène au tube 147, dans la région où son passage terminal 150 monte du passage 149 en pente latérale, et est agencé pour amener une quantité limitée du fluide gazeux traversant la chambre de traitement inférieure 133, dans ledit tube 147.
Pendant le fonctionnement, les granules descendant à travers la chambre de traitement supérieure 142 se rassemblent dans l'entonnoir 146 et s'écoulent dans le passage 148, dirigé vers le bas, du prolongement tu- bulaire d'entonnoir. Le courant gazeux injecté par le conduit 151 dans le passage descendant, à l'extrémité inférieure de celui-ci, n'est pas assez fort pour chasser les granules dans la chambre de traitement supérieure mais il est suffisamment fort pour- maintenir les granules descendants en suspension dans le fluideo Il en résulte que les granules tombent dans le passage, dirigé vers le bas, du tube 147, librement, et, après cela, glis- sent le long du passage 149, en pente latérale, vers le point le plus bas, endroit où le- courant gazeux injecté dans le tube d'entonnoir 147, par le conduit 152,
les maintient libres au point de- leur permettre- de s-'élever, avec le second courant gazeux, à travers le passage 150, dirigé vers le haut, du tube d'entonnoir, vers l'extrémité supérieure dudit passage, d'où ils-tombent dans la chambre de- traitement inférieure 143-, de la même manière qu'un liquide s'écoulant d'un niveau supérieur, par un tuyau coudé en sens contraire, du type décrit.
Ainsi, les solides granuleux tombant à travers la tour 140 peuvent passer, en flot continu, de la chambre de- traitement supé- rieure 142, à travers le mécanisme à soupapes décrit 145, dans la chambre de traitement inférieure 143, sans qu'aucun échange appréciable des gaz ne soit possible entre les différentes chambres de traitement, car le courant gazeux injecté dans le tube 147, par le conduit 151, retourne à la chambre supérieu- re, par le passage initial 148 dudit tube-, tandis que le courant gazeux in- jecté dans le-tube 147, par le conduit.152, retourne à la ehambre inférieure, en traversant le passage terminal dudit tube-,
la massa relativement dense des granules descendant en glissant dans le- passage centra.1 en pente 149, d'où une zone calme- est créée entre les courants gazeux susmentionnés, cette région formant un moyen d'étanchéité satisfaisant, pour la séparation des gaz.
La chambre supérieure la plus grande des deux chambres en les- quelles la tour de traitement 140 est divisée au moyen du mécanisme à sou- papes 145 décrit ci-dessus., comporte 18 plaques superposées 155, comme il est montré à la figure 11 qui peuvent être- de- la même construction que les plaques 30 de la tour de dessiccateur 21 et qui ont des conduit? de descente 156 -dont les extrémités inférieures sont fermées par des couvercles 157, sous l'effet d'organes de ressort, comme on peut le voir aux figures 4 et 5.
Un conduit 159 fait pénétrer les gaz de four froids contenant du bioxyde d'azote dans la- chambre de traitement supérieure, à l'extrémité inférieure de celle-ci, comme il est montré à la figure 1 d'où ils peuvent s'élever, en traversant les perforations des plaques 155, à l'encontre d'un courant descendant de solides granuleux qui ont la propriété d'adsorber de préfé- rence le bioxyde d'azote, solides tels que du gel de silice, du carbone adsorbant ou du gel de titane.
Lesdits agents adsorbant? granuleux sont, ici encore, de préférence d'une dimension de l'ordre de 1/32 à 1/8 de pouce de diamètre et ils pénètrent dans.la tour 140, en un courant continu, à son extrémité supérieure, en passant par un couloir incliné 160, venant d'un réservoir 161, en forme de trémie, qui fait partie d'un circuit d'air 162, lequel peut être de-la même construction que le circuit ci'air-44 associé à la tour de dessiccateur 21.
Par suite du-contact intime établi par l'a- gencement, décrit entre les gaz ascendants du four et le courant descendant d'agent adsorbant granuleux, dans les dixhuit couche? fluidifiées super- posées, ledit agent adsorbant granuleux extrait le contenu de bioxyde d'a- zote desdits gaz, les particules chargées de bioxyde d'azote passant par
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le mécanisme à soupapes 145 décrite pour atteindre la chambre inférieure 143, tandis que les gaz débarrassés du bioxyde d'azote s'échappent de la chambre 142, par un conduit 164 prévu à l'extrémité supérieure de selle-ci et qui les fait passer par un cyclone 165,
en vue de la récupération des granules de matière adsorbante qui auraient pu être entraînés avec lesdits gaz
Tandis que les gaz contenant du bioxyde d'azote conduits dans la chambre 142, à l'extrémité inférieure de celle-ci, sont convenablement re- froidis sous 1 effet de la batterie 137 de bobines de refroidissement,.prévue dans la chambre tubulaire 138, comme décrit précédemment, le procédé d'adsopr- tion de bioxyde d'azote libère des quantités.
considérables de chaleur et, pour maintenir les- granules de matière adsorbante dans la chambre du moyen d'adsorption 142, à une faible température convenable, à laquelle le procédé d'adsorption progresse favorablement, des batteries de bobines d'échangeur de chaleur 166 sont interposées entre les plaques 155, sauf entre quelques- unes des plaques supérieures, comme il est représenté aux figures 1 et 4.
Les tuyaux bobinés 100;desdites- batteries- peuvent être de la même construc- . tion que les tuyaux bobinés 100 des- batteries d'échangeur de chaleur 105 se trouvant dans la chambre 24 du moyen d'adsorption de la tour de dessicca- teur 21, mais, de façon à établir des conditions isothermiques à l'intérieur de la chambre 142 de la tour 140 destinée- à la récupération du bioxyde d'a- zote, les plaques 155 dans ladite chambre 142 peuvent être espacées l'une de l'autre à un degré moindre que les plaques-30 de la chambre 24, si bien que- les- différentes sections de chambre 142 sont de- hauteur moindre que les sections correspondantes de la chambre 24;
et les batteries' d'échanguer de chaleur 166, prévues dans les sections de chambre 142 comprendront donc un nombre inférieur de tuyaux- bobinés- que les batteries 105, ainsi qu'il est représenté à la figure 4, dans laquelle on voit que chaque batterie 166 ne comprend que six babines de tuyaux superposées 100'. Comme dans le cas des batteries d'échangeur de chaleur 105, les différentes bobines de- tuyaux 100e de chaque batterie d'échangeur de chaleur 166 sont reliées, par paires en parallèle-, aux tuyauteries d'entrée- et de sortie qui flanquent chaque bat- terie de tuyaux.
Les batteries d'échangeur.de chaleur, dans la chambre 142, sont, de préférence, reliées à un système 110 d'eau réfrigérée dont il a été question précédemment et, à cet effet, elles-peuvent être disposées par pai- res qui sont convenablement interconnectées par des tuyaux 106', chaque pai- re ainsi interconnectée étant shuntée -aux tuyauteries d'admission et d'échap- pement respéctives 167a et 167b, disposées verticalement (fig. 4),qui, à leur tour, sont reliées à la 'pompe de circulation 110a et au réservoir de reconditionnemnt 110b, décrits précédemment, du système 110 d'eau réfri- gérée (fig.
1)
Comme indiqué précédemment, les granules de matière adsorbante chargés de bioxyde d'azote passent par le mécanisme à soupapes 145, pour atteindre la chambre de traitement inférieure 143. Là, ils sont chauffés: par contact avec un fluide gazeux chaud, en vue de déterminer le dégage- ment du bioxyde- d'azote adsorbé.De- façon que le bioxyde d'azote puisse-- être récupéré sous- une- forme 'relativement concentrée, on-emploie de préfé- rence du bioxyde d'azote- chaud ou un mélange gazeux comprenant une partie ¯ importanté de bioxyde d'azote-. Si l'on se réfère à la figure 1,
on voit qu'une pompe à gaz à fonctionnement continu 16$ chasse une quantité convenà- ble d'un agent chauffant gazeux à travers une bobine d'échangue de chaleur 169, où il est chauffé à une température appropriée,comme, par exemple, à 4000 F. La bobine d'échangeur-de chaleur 169 peut être- chauffée de- toute façon convenable mais, pour des raisons d'économie, l'inventeur préfère utiliser la chaleur des gaz de combustion effluents du four de fixation d'azote, pour répondre à ce but.
A cet effet, le conduit précité 20 peut être agencé pour conduire les gaz de four chauds à travers une chambre de chauffe 170, dans la quelle la bobine d'échangeur de chaleur 169 est située-, avant de les amener dans la chambre médiane 25, de la tour de dessiccation 21 comme décrit précédemment. De la bobine d'échangeur de chaleur 169, le fluide chauffé est conduit,,par un conduit 171, dans la chambre de -dégage- ment 143, où il s'élève d'une tête de distributeur appropriée 172, prévue à 1'exétrémité du conduit 171, en- de nombreux courants, à 1'encontre du courant
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descendant d'agent adsorbant solide chargé de bioxyde d'azote.
Pour assurer- un contact intime entre les granules et le fluide chaud tel qu'il favorise le transfert convenable de la chaleur du fluide aux solides granuleux en un minimum de temps et d'espace, un nombre approprié de plaques 155 est prévu dans la chambre 143, comme représenté, pour établir le contact requis sous la forme de couches fluidifiées. Après que le fluide chauffant a traversé toutes les plaques prévues dans la chambre de dégagement 143, il peut s'échap- per par un cyclone 174, qui retient toutes les particules de matière adsor- bante qui peuvent avoir été entraînées. Du cyclone 174, ledit fluide retour- ne par un conduit 175 à l'admission de la-pompe à gaz 178, qui le renvoie à travers la bobine d'échangeur de chaleur 169 et la chambre du moyen d'adsorp- tion 143.
Comme les granules descendant à travers la chambre 143 sont chauf- fés par contact avec le fluide chauffant, ils libèrent, sous forme gazeuse, le bioxyde d'azote précédemment adsorbé, ce qui accroît la quantité de cou- rant de fluide gazeux circulant à travers la chambre de dégagement et la bo- bine d'échangeur de chaleur. Une soupape de décompression 176, prévue pour s'ouvrir à une pression prédéterminée, est placée en un point convenable du système circulatoire décrit, comme montré à la figure 1, et comme la pres- sion régnant dans ledit système augmente en raison de l'accroissement de la quantité dé fluide qui y circule, la soupape 176 s'ouvre et permet à une partie du fluide de quitter le système.
Selon la nature du fluide chauffant gazeux initialement employé, l'excès de fluide purgé du système décrit par la soupape de décompression 176 constitue plus ou moins du bioxyde d'azote concentré, qui peut être conduit à un condenseur, pour être liquéfié, ou à une tour d'eau, pour être converti en acide nitrique.
La hauteur de la chambre de dégagement 143 et le nombre de cou- ches fluidifiées y établies doivent être choisis, par rapport à la tempéra- ture à laquelle le fluide se dégageant est maintenu par-la chambre de chauffe 170, de telle façon que les granules froids chargés de bioxyde d'azote qui pénètrent par le mécanisme à soupapes 145 soient parfaitement chauffés à la température de dégagement appropriée en descendant à travers la chambre 143, si bien qu'une partie maximum du bioxyde d'azote adsorbé dans-la chambre supérieure 142 est libérée desdits granules-, avant qu'ils atteignent l'ex- trémité inférieure en forme- d'entonnoir-177 de ladite chambre 143.
Quelques traces de bioxyde d'azote peuvent cependant encore être retenues' dans les pores des granules chauds qui glissent dans le prolongement tubulaire 178 '(:le l'entonnoir 177 et une petite quantité d'un fluide gazeux de- purge, tel que de l'air, peut donc être introduite de façon continue dans le tuyau d'entonnoir 178, à son extrémité inférieure, par un tuyau d'amenée 179, qui présente un certain nombre d'ouvertures de décharge 180, comme il est montré à la figure 5.
En s'élevant dans le tuyau d'entonnoir 178, en contact étroit avec les granules descendants de matière adsorbante, ledit fluide entraîne le? dernières traces de bioxyde d'azote desdits granules et il¯ se, joint au- courant de fluide gazeux de dégagement qui circule à travers la chambre de dégagement 143, comme décrit précédemment.
Si l'on proportionne-convenable- ment la quantité de fluide de purge introduit dans la chambre 143 par- le tuyau d'entonnoir 178, le degré de concentration- du mélange gazeux- contenant du bioxyde d'azote réeupéré de la chambre- de dégagement 143 par la soupape de décompression 176 peut être maintenu à un niveau choisi, tel que, par exemple, 30 %
Du prolongement tubulaire 178 de l'entonnoir 177, les granules de matière adsorbante dépouillés glissent, en passant par un couloir incliné 181, commandé par une soupape 182, dans la branche ascendante 183 du circuit d'air 162 susmentionné, dans laquelle le souffle provenant d'une soufflante- 184 les élève jusqu'à la trémie 161, d'où ils glissent, en passant par le couloir précité 160, dans l'extrémité supérieure dela-tour de traitement 140.
Les granules de matière adsorbante ainsi renvoyés à l'extrémité supérieure de la tour de traitement 140 sont encore chauds de leur contact avec le fluide- de dégagement chaud et, bien que débarrassés-du bioxyde d'azo- te précédemment adsorbé, ils sont donc encore incapables d'adsorber le conte- nu en bioxyde d'azote des gaz du four- qui s'élèvent continuellement à travers
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la chambre supérieure 142 de la tour de traitement 140 C'est pourquoi des moyens doivent être prévus pour refroidir ces granules et les amener au ni- veau de température convenable auquel ils agissent de fagon efficace en tant qu'agent adsorbant, avant de venir en contact avec les gaz du four qui contiennent des quantités importantes de bioxyde d'azote A cet effet,
la chambre supérieure 142 de la tour 140 est sensiblement plus longue que la chambre correspondante 24 de la tour de dessiccateur 21 et elle comporte un nombre considérablement plus élevé de plaques et d'échangeurs de chaleur que cette chambre 24 (fig.l). Par le contact intime établi, dans la région inférieure de ladite chambre 142, entre les gaz de four contenant du bioxy- de d'azote, froids, qui s'élèvent et les agents adsorbants solides qui descen- dent, lesdits gaz auront été débarrassés de pratiquement tout le bioxyde d'a- zote qu'ils contenaient à l'origine,
pendant le temps où ils auront parcouru environ 3/4 de la hauteur de la chambre 142 . En prolongeant la hauteur de la chambre 142 de la mesure nécessaire à l'adsorption de pratiquement tout le bioxyde d'azote primitivement conteu dans les gaz-, on crée, au-dessus de la zone d'adsorption du bioxyde d'azote de ladite chambre, une zone dans laquel- le les particules descendantes de matière adsorbante- sont refroidies de façon appropriée par leur mise en contact, sur les cinq plaques supérieures 155 de la chambre 142, sous forme de couches fluidifiées, avec les gaz de four froids et pratiquement exempts de bioxyde d'azote qui s'élèvent continuellement.
Ain- si, conformément à l'invention, l'ensemble de récupération du bioxyde d'a- zote à auto-reconditionnement, constitué par la tour 140, est agencé de tel- le façon que ses trois phases, c'est-à-dire (1) 1'adsorption du bioxyde d'azo- te, (2) le dégagement du bioxyde d'azote et (3) le refroidissement des granu- les de matière adsorbante, s'accomplissent dans- deux chambres de traitement seulement,-si bien qu'une seule'des soupapes 145 est nécessaire.
Les gaz de- four dépouillés qui ont été employés pour refroidir les granules descendants de matière adsorbante dans la zone:supérieure de la chambre-142, sont extrêmement secs et peuvent être utilisés de façon efficiente pour aider au reconditionnement du liquide de- refroidissement em- ployé dans la tour de refroidïssement précitée 80.
Pour cette raison, un con- duit 185 peut être prévupour faire passer lesdits gaz, provenant du cyclane 165 du sommet de la tour 140, par un échangeur de chaleur- additionnel 185a et les a,mener dans le conduit 93, décrit précédemment, par lequel la son±- flante susmentionnée- 92 fournit l'agent de refroidissement gazeux à la cham- bre de reconditionnement du liquide de refroidissement 88 de ladite tour 80 En.
outre,une partie des gaz secs déchargés de l'extrémité supérieure de la tour 140 et dirigés à travers un échangeur de chaleur 185a peuvent -être- orientés par-une pompe à gaz 186, à travers une conduite secondaire 187, vers la tuyauterie 119, qui les- délivre, 'par l'intermédiaire de plusieurs- tuyaux secondaires- 120, dans la chambre inférieure 26 de la tour de dessic- cateur 21, où ils peuvent agir comme moyens- de refroidissement et de séchage pour les granules de matière- adsorbante employés dans ladite tour 21. De plus, une autre pompe à gaz 188 peut être prévue pour diriger une petite quantité de& gaz secs déchargés de- la chambre d'adsorption du bioxyde d'a- zote de la tour 140 par l'intermédiaire d'une autre conduite secondaire.
189 et du tuyau d'admission précité 179, vers et dans le tuyau d'entonnoir 178, prévu: à la partie inférieure de la chambre de dégagement du bioxyde d'azote 143, où ils-- seront rapidement portés à une température plus élevée du fait de leur mise en contact avec les granules chaudes de matière adsor- bante descendant travers ledit tube et où, ainsi chauffes, ils-agiront comme fluide de purge pour lesdits granules, de la- manière décrite précé- demment
Les méthodes et appareils faisant l'objet de l'invention ont été décrits à l'aide de formes de réalisation données à titre d'exemples, mais il est bien entendu que l'on ne désire pas se limiter aux données spécifi- ques ou aux détails de construction représentés ou décrits,
desquels on peut s'éloigner sans-pour cela sortir du cadre et de l'esprit de l'invention.
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IMPROVEMENTS TO METHODS AND APPARATUS INTENDED FOR RECOVERY
NITROGEN OXIDES.
The present invention relates to methods and apparatuses for the recovery of nitrogen oxides from a gas mixture.
In processes for the preparation of oxides of nitrogen that involve the direct fixation of atmospheric nitrogen, such as the Wisconsin process of nitrogen fixation or the electric arc process, the oxides of nitrogen obtained are diluted. in large amounts of nitrogen, oxygen, carbon dioxide, water vapor, etc., and up to less than 3% of the total mixture. It is necessary to isolate the nitrogen oxides contained in the gas mixture, in order to obtain them in the concentrated state, with a view to practical use. This is a difficult task and can increase the price of the final product to such an extent that its manufacture becomes economically impossible.
It is an object of the present invention to provide an applicable process and an economically usable apparatus for the recovery of nitrogen oxides from gas mixtures of the type in question.
One of the processes used to recover the nitrogen oxides in concentrated form from the aforementioned gas mixture comprises, as a first step, removing the water vapor component from said gas mixture; , the nitrogen oxides being, in large part, in the form of nitric oxide (NO) As nitric oxide is a hardly condensable gas, it is adsorbed only to a small degree by the gel of silica and the like adsorbents which readily adsorb water vapor, easily condensing. Hence, to remove the water from the gas mixture without significantly affecting the nitric oxide content, the gas mixture can be passed through fixed layers of silica gel, activated alumina or the like which. preferably adsorb water.
Such fixed layers of adsorbent materials entail numerous disadvantages and limitations. First, because the ability of the adsorbents to take up moisture is severely limited, it is necessary to recondition the layers periodically,
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by applying heat to remove the adsorbed moisture therefrom, which means that the desired adsorption process must be discontinued.
In view of the uninterrupted application of a nitrogen recovery process, it has therefore been propagated to provide each recovery system with a certain number of moisture-adsorbing layers, so that the One of the layers was always available to dry the moisture laden gases, while the others were processed to be reconditioned for new use.
Another disadvantage of stationary layers is that after an initial period of efficient operation they no longer completely remove the water vapor component of the passing gas mixture, although they still do not need to be. far from saturated with moisture; therefore, for proper operation, the layers may need to be reconditioned before their ability to adsorb water has been fully exploited, which means poor adsorption efficiency.
To improve the adsorption efficiency of fixed-layer arrangements, it has been proposed to pass the gaseous mixture successively through a series of adsorbent layers, so that the water vapor not adsorbed by the first (s) layers can be removed in subsequent layers and the said first layer (s) therefore do not have to be removed from the process until they are completely saturated with moisture. For such an arrangement to be and to remain efficient, it is necessary that the saturated layers, at the end of the gas inlet, be, during reconditioning, moved towards the end of the row of layers by. which leaves the gas.
Arrangements of this kind ensure continuity of operation and high adsorption efficiency, but they entail a costly multiplication of complicated apparatus and fittings. Yet another disadvantage of fixed layers is the low thermal efficiency. In order to remove the heat developed by the adsorption process and thereby maintain the layers at a temperature at which adsorption will favorably occur, it is necessary that conductive pipes of coolant be housed in the adsorbent material.
Therefore, when a diaper has to be reconditioned, it is not only the adsorbent material but also the cooling pipes that must be heated, in order for the release of the previously adsorbed moisture to take place.
In view of these obvious drawbacks of fixed layer arrangements, it had hitherto been proposed to move the granular adsorbent material in a continuous manner through a system comprising three fixed positions, in which said adsorbent material. either successively brought into contact with (1) the gas stream from which the vapor is to be removed, with (2) a gaseous heating agent, which heats the adsorbent material loaded with humidity and thus causes the release of the adsorbed vapor and with (3 ) a gaseous refrigerant, which cools the heated material to a suitable temperature level at which it will again act efficiently as an adsorbent.
A system of this type assures continuity of operation and high adsorption efficiency, without a multiplication of apparatus or piping connections or the need for continual service, and with efficiency, from a standpoint. significantly improved thermal performance, since the cooling pipes in the adsorption unit can always remain cold. A major drawback of this moving-layer system is, however, that the allowable velocity of the gas flow through the layers is relatively low and can rarely exceed one foot per second, because the pressure drop across the layer rises very sharply. as the velocity of the gas flow increases, which in turn quickly raises pumping costs to such a high level as to be uneconomical.
With low gas velocities, however, it is necessary to have recourse to:. Huge-sized apparatuses to treat large volumes of gas and, in addition, to transfer heat from the gas to the surfaces of the pipes. refrigerants becomes very inefficient. :
Another object of this invention is to provide a method and apparatus for the removal of the condensable component from a gas mixture on an economical basis which combines the desirable characteristics of movable layers of the type mentioned with the advantages which derive from large. gas speeds.
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According to the present invention, the granular adsorbent material is brought into contact countercurrently with the gas stream in a manner which causes the dense phase fluidization of said granular material and the gas can therefore be passed through. through the adsorbent material at relatively high velocities, without having to resort to higher pumping loads than ordinary loads, while at the same time ensuring the necessary residence time of the solid material.
This cannot, however, be achieved by employing the type of fluidization of granular materials which is practiced on a large scale in the petroleum art, since the fineness of the particles commonly used would preclude gas velocities. which is preferred to be used to adsorb, economically, a condensable constituent, from large volumes of gas, at a rapid rate, because, at these speeds, the granular material of the fineness commonly employed would be entrained by the gas current instead of circulating against against the current, in relation to it.
Yet another object of the invention is to provide a contacting method of the type in question, in such a way that it is possible to raise the velocity of the gaseous fluid to a level allowing treatment. large volumes of said fluid in a minimum of time and in a relatively small space, without compromising the proper counterflow of the pulverized solids.
In accordance with the invention, in the process of the type contemplated herein, a pulverized adsorbent material is employed having a particle size between the particle sizes adopted in fixed or moving layer systems previously described and those commonly adopted. in fluidizing systems. It is preferred to use spherical granules with a maximum diameter of the order of 1/8 inch and a minimum diameter of the order of 1/32 of an inch, or particles with corresponding precipitation rates.
While these large particles were not found to be suitable in the deep fluidized layers commonly used in the petroleum art, because they tended to fbrate or boil non-uniformly, the inventor found that they fluidized uniformly in relatively shallow layers on the order of one to two inches deep;
in accordance with the pounding invention, the gas stream is therefore brought into contact with a pulverized solid adsorbent of the particle size mentioned above, in countercurrent, in several fluidized layers - superimposed - of low- depth and in this way an intimate contact, of the required duration, between the adsorbent material and the gas stream is obtained, with superficial gas velocities of the order of five feet per second (measured in standardized conditions), the proper counterflow of the pulverized solids being maintained, so that large volumes of gas can be processed at a rapid rate, in devices of reasonable size.
The temperature of the gases discharged from a nitrogen fixing furnace is usually on the order of 5000 F.
At such a temperature, solid adsorbents contain almost no adsorbed water vapor. In order to effectively effect the intended adsorption of the water vapor component of said gases, it is therefore necessary that these first be suitably cooled. On the other hand, the process of reconditioning the adsorbant material requires the application of heat to evaporate the adsorbed moisture.
The present invention seeks to ensure. both the reconditioning of the adsorbent material and the cooling of the furnace gases with a minimum of expense and, in accordance with this, it provides for the phases of the process in such a way that the heat of the gases, as they leave the nitrogen fixing furnace, is used to recondition the adsorbent material used in the-drying-of said gases.
To this end, the hot gases from the furnace are first brought into contact with the adsorbent material containing moisture, to cause the moisture to evaporate. The additional water vapor charged to the heaters. hot gases from the oven must, in this way, be eliminated desdit? gas, before they come into contact with
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dry granules of adsorbent material for the actual drying operation. For this purpose, the moisture-laden gases are cooled, which causes condensation of most of the water vapor they contained.
After the effluent gases from a nitrogen fixing furnace have been dried in the above manner, they are exposed to catalysts, such as carbon, silica gel, or certain metal oxides which promote oxygen. oxidation of nitrogen oxides contained in said gases to give nitrogen dioxide; and the nitrogen dioxide thus formed is then isolated from the remaining gases by contacting the gaseous mixture, in the cold, with a pulverized solid adsorbent, such as granular silica gel.
The required contacting between the gas mixture and the pulverized adsorbent can also be carried out in a contacting apparatus of the type mentioned, which is arranged to ensure successively in a single space the adsorption of the carbon dioxide. nitrogen from the gas mixture passing over the solid adsorbent, releasing nitrogen dioxide from said adsorbent for recovery in concentrated form and cooling the adsorbent to increase its efficiency, extracting the dioxide nitrogen from the gas mixture.
Another object of the invention is to provide a contacting apparatus of the type mentioned in which the three process phases of adsorption, release and cooling can be carried out with efficiency in only two processing chambers.
These objects of the invention, as well as others, will emerge from the following description of the accompanying drawings, which illustrate certain preferred embodiments and in which: FIG. 1 diagrammatically represents a system intended for the recovery of the liquid. nitrogen oxide, arranged according to the invention; Figures 2 and 3 are fragmentary views, in cross section, showing the gas drying apparatus employed in the system shown in Figure 1, on a somewhat enlarged scale; Figures 4 and 5 are fragmentary sectional views, corresponding to those of Figures 2 and 3, of the nitrogen dioxide adsorption apparatus employed in the system shown in Figure 1.
Referring to Figure 1, it can be seen that the combustion gases effluent from a nitrogen fixing furnace are conducted, through a pipe 20, into a tubular tower 21,., Where they are to be. freed of their water vapor. Said tower comprises an outer tubular wall 22, which is closed at the top as indicated at 23. The space surrounded by said tubular wall is subdivided into three treatment chambers 24, 25 and 26, superposed vertically, at the top. by means of two valve mechanisms 27 and 28, respectively, which are arranged to pass granulated solids, while they prevent the exchange of gases which may circulate in the treatment chambers.
Said valve mechanisms may be of various construction, as will be described in more detail below. The chambers 24 and 25 are provided with a number of horizontal plates 30, vertically spaced apart, which are perforated, as indicated at 31 (Figures 2 and 3).
Tubular descent conduits 32 pass through each of these plates, the descent conduits of two superimposed plates being, preferably located at diametrically opposed points, as shown. Said conduits may be extended by one. limited distance above their respective plates to establish fluidized layers of a desired depth thereon, during operation of the apparatus, and the lower ends, projecting downwardly, of said conduits are provided with suitable covers 3 (figure- 2), which are resiliently held in a closed or almost closed position, by means of spring members 35,
and which are provided to open the conduits under the weight of a predetermined amount of solid matter accumulated in the conduits. With the aid of these covers, operation of the apparatus for establishing the fluidized joints on the plates 30 can begin without priming the downcomers as the covers will prevent the rise of gases or vapors.
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through the conduits as long as they are empty and they will not open the conduits until a plug of solid matter has formed therein; they will enclose the conduits as soon as the solid matter of these, or part of the latter, has descended from the conduits.
It follows from the foregoing that the gases or vapors which rise cannot at any time pass freely through the conduits and avoid the perforations of the plates and, consequently, there is no possibility for said gases. and vapors from withdrawing from their role of fluidizing the solid material on the plates 30 and there is no danger of expulsion from the layers as a result of abrupt changes in the velocity of the gas or vapor streams or by sequence of changes in the feed of the granular solid material.
In the case of the embodiment of the invention, taken by way of example, which we will describe, the granular solid material used to dry the oven gases may be, for example, silica gel. an average particle diameter ranging from 1/8 to 1/32 of a stern. Said granular solid material, coming from a container in the form of a hopper 38 is discharged into the tower 21, by an inclined passage 39, which opens out in said tower, at its upper end, above one of the perforated plates 30, the upper plate, and after the granular solid material has descended through each of the three chambers 24, 25 and 26, it is collects in the funnel-shaped bottom 40 of the tower,
from which it is released, by an inclinear duct 41, controlled by a valve 42, in an ascending passage 43 of an air circuit 44, the descending passage 45 of which comprises a suitable blower 46. of air produced by this blower 46 lifts the discharged granules, inside the ascending passage 43, towards the aforementioned hopper 38. This hopper has a diameter sufficiently greater than that of the duct which forms the ascending passage of the circuit d air to allow expansion, and hence to slow down, the air blast produced by blower 46 to such an extent that it can no longer support the entrained silica gel granules.
These granules therefore fall on the sloping bottom 47 of the hopper 38, from where they descend, by sliding, through the inclined passage 39, previously described, and again enter the tower 21. The air supplied to the hopper 38 by the blower 46 is returned to the inlet opening of the blower, by the duct: - 45;
It should be noted that devices other than the hopper-shaped container 38 may be employed, without departing from the spirit of the invention, to separate the granules from the circulating air stream. in the air circuit described.
As previously stated, two superimposed chambers, namely 24, 25 and 26 respectively, are separated from each other by a valve mechanism, which is arranged to allow granular solids to flow from the upper chambers to the chambers. lower but which prevents the gas being able to circulate in the respective chambers. Referring to Fig. 3, it is seen that the valve mechanism 28 may include an upper funnel 50 forming the bottom of the upper chamber 25 and suitably attached to the wall 22 of the tower 21, as it does. is shown.
Said funnel has a tubular extension 51, directed downwards and, disposed at a reduced distance below the open lower end 52 of said tubular extension, there is provided a cover 53, which is conveniently disposed. to move alternately away from or approaching the lower open end 52. There is provided, - disposed concentrically below the funnel 50- and its cover 53, a second funnel - 50 'or similar element which forms the ceiling of the lower chamber 26 (figure 3) and has a cover 53' placed at a reduced distance below the lower open end * of its tubular extension. - width 52 ', directed downwards.
Appropriate means are provided to oscillate the cover 53 'and move it away from its position adjacent to the lower end 52' of the funnel tube 51 and return it to this position in the same manner as the. cover 53, by oscillation, moves away from a position adjacent to the lower opening 52 of the funnel tube 51 and returns to this position;
and the means used to outsource the movement
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described at cover 53 'can be of the same construction and be controlled from the same power source as the means employed to oscillate cover 53, but the two actuators of the covers must be controlled in opposite phases, that is, when the top cover 53 is brought closer to the opening of the funnel tube
51, the bottom cover 53 'is moved away from the opening of the funnel tube 51' and vice versa.
As a result of the above, the granular solid material from the upper chamber 25 will be able to flow, through the upper funnel 50, into the lower funnel, while said lower funnel is substantially closed, and it .pay shortly after escape through said lower funnel into the lower chamber 26, while the upper funnel will be substantially closed. Therefore, the described mechanism causes the continuous flow of granular solids, in two stages, from the upper chamber to the lower chamber, without at any time creating an unobstructed passage through which the gases flowing in the respective chambers can. freely enter into communication with each other.
In practice, it is preferred to arrange the described mechanism such that the lids do not at any time completely close the lower openings of their respective funnels but that in their "closed" position they are spaced from said lower ends. 'a distance at least equal to the largest dimension of the granules used.
The inventor has found that such an arrangement significantly reduces the degree of granule allocation since it is impossible for the granules to be crushed or cut between the ends of the funnel tubes and the lids and that, of more, no appreciable exchange of gases could take place between the various chambers? treatment, because even if a cover is spaced slightly from the end of the respective funnel tube, no flow of granules will occur from the interior of said tube, provided the cover is large enough to completely support the pile of granules spreading out from the entonor tube according to the angle of repose.
As a result, enough granules will accumulate in the funnel tubes, even though they cannot be completely closed, to form a seal which is effective- to prevent precipitation of the gaseous fluids by the mechanism. valve. To ensure that such a seal forms in a funnel which has just completed its "open" phase, before the other funnel is opened, the described cover actuation mechanism can be designed. such that its "open" phases are significantly shorter than its "closed" phases, such that the "closed" phases of the two cooperating lids overlap to an appreciable extent.
As indicated above, the apparatus shown in figures
2 and 3 are especially suitable for use as a dryer for gaseous fluids. To this end, its upper chamber 24 is arranged to house the actual moisture adsorption process, that is to say, in this chamber, the descending granules of adsorbent material are brought into contact. with the gas loaded? humidity, which are caused to rise through this chamber for a period of time long enough to allow them to completely adsorb the water vapor contained in said gaseous fluids, while operations are carried out to maintain in the chamber is so low that the adsorption process is maintained at a high efficiency.
The lower chambers 25 and 26 serving to recondition the adsorbent having served, with a view to a new use, that is to say that in the middle chamber 25, the wet granules of adsorbent material are brought into contact with a hot gaseous fluid, with a view to raising their temperature and therefore removing the adsorbed moisture; and in the third chamber, the lower chamber 26, the dry granules are cooled by contacting with a gaseous cooling agent, in order to lower their temperature to a level at which they act effectively as adsorbents.
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In the practical use of the apparatus according to the present intention in a system for recovering nitrogen oxides from the effluent gases of a Wisconsin nitrogen fixing furnace, it is preferred to first conduct the hot fuel gases in the middle chamber 25, so that their heat can be used to drive moisture from the "already used" silica gel granules, which from the adsorption chamber 24 enter the chamber 25, passing through the valve mechanism 27. As indicated above, the gases from the furnace are brought into a tower 21, through a pipe 20, which discharges them into the chamber 25, through a distribution head 20a, located at the bottom of the oven. said chamber (figure 3), from which they rise in numerous streams, through the perforated plates 30,
against the downward flow of solid adsorbent granules, towards the ceiling of said chamber, formed by the lower funnel 50 'of the valve mechanism 27, to ensure discharge through an exhaust duct 77, provided at the 'upper end of said chamber (Figures 1 and 2)
By means of a suitable blower (not shown), arranged to control the speed of the combustion air supplied to the furnace, the speed of the gas streams rising in the chamber 25 can be regulated to a value at which the granular solids supplied to said chamber by the valve mechanism 27 are maintained in a state of dense phase fluidization, on and above the various perforated plates 30,
a determined part of these falling continuously into the down pipes 32, from which they can flow in lower layers. Therefore, the solid granules of adsorbent material can reach the bottom of chamber 25, after being in intimate contact with the updrafts. hot gases from the furnace for a period sufficient to evaporate the previously adsorbed moisture so that the granules collected in the upper funnel 50 of the lower valve mechanism 28 are completely dry, while the moisture released from their pores is entrained in the oven gases and escapes with them through the exhaust duct 77.
Passing through the treatment chamber 25, the gases from the furnace have cooled substantially. For example, gases which would have entered chamber 25 at a temperature of 400 F can be reduced to a temperature of about 250 F This, however, is still too high to allow effective adsorption of moisture, if they come into contact with the dry solid adsorbent which has passed through the upper treatment chamber of tower 21. In the next operation, therefore, the gases must be cooled in some suitable way. which not only prepares them for the actual treatment in the actual drying chamber 24 but also causes them to give up part of their moisture by condensation.
For this purpose, the exhaust duct 77 is arranged to conduct the gases laden with humidity in the upper chamber 79 of a tower 80 (FIG. 1) in which they are subjected to a rain. coolant, such as water, salt water or the like. For this purpose, a liquid distributor 81 is provided in the upper part of the chamber. 79 and the duct 77 is provided for discharging the oven gases laden with humidity in this chamber 79-, at its lower end so that they can rise in said chamber against the rain of coolant liquid. coming out of the liquid distributor 81.
In order to establish intimate contact between the coolant liquid and the ascending gases, the chamber 79 can be filled with Raschig rings, so-called "Berl saddles" fillers, crushed granite or the like, as well as shown at 82, which rest on a grid 83, provided upstream of the inlet of pipe 77. As it ascends through chamber 79 into tower 80, the moisture-laden furnace gases are cooled. by contact with the refrigerant liquid supplied by the distributor 81.
For example, gas entering the chamber at a temperature of 250 F can be cooled to reach a temperature of even about 80 F and, as a result, part of the water vapor contained in the chamber. said gas is condensed and collected, with the refrigerant liquid, at the bottom of chamber 79, from which it can exit by a hydraulic closure or siphon 86, in order to discharge in a suitable place, such as a sewer.
However, employing
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the apparatus forming the object of the invention for cooling and drying the flue gases effluent from a nitrogen fixing furnace, prior to the recovery of the nitrogen oxide content of said gases, the inventor prefers to continually reuse the liquid intended to cool the furnace gases, in order to keep the loss of nitrogen oxides in the cooling chamber to a minimum. For example, in the case where water is used as a cooling agent, the nitrogen dioxide contained in the furnace gases readily reacts with the cooling water to form nitric acid, which dissolves. into the cooling water and escapes with it.
But if the cooling water is continually reused, its nitric acid content will quickly reach an equilibrium point at which it will become incapable of continuing its consistent action of ridding the furnace gases of appreciable amounts of carbon dioxide. nitrogen.,
For this purpose, the liquid collected at the bottom of the cooling chamber 79 can be led, by the siphon 86, into a reconditioning chamber 88, provided in the tower 80, below the cooling chamber. 79 (figure 1), where another liquid distributor 89, 'located in the upper end of said chamber, distributes the liquid through another suitable filling material 90,
which rests on a grid 91 and which is effective in establishing intimate contact between said liquid, as it passes through this filling material, and a rising stream of cold, dry gas. Said gas can be brought into chamber 88 from a blower 92 through a pipe 93 entering said chamber near its lower end and it can escape into the atmosphere. re, by a discharge pipe 94, provided at its upper end.
The cooled liquid collected at the bottom of the reconditioning chamber 88 is evacuated, by another siphon 95, into a reservoir placed outside, such as a basin.
96, from which a suitable pumping mechanism 97 returns it, through an ascending conduit 98, to the liquid distributor 81 of the upper chamber 79. The arrangement is preferably such that the gaseous agent is dry, Cooling agent sweeping reconditioning chamber 88 evaporates and entrains such a portion of the descending liquid through said chamber that the total amount of liquid cooling medium circulating in tower 80 remains substantially the same.
The gases from the furnace leave the cooling chamber 79, passing through a duct 99, provided at its upper end, and, to limit the quantity of dispersed water which can be entrained by said gases; As they leave the cooling chamber, a pad or filter of a suitable material, such as fiberglass, may be disposed over the filling material 82, as indicated at 82a.
As they pass through the cooling chamber, the furnace gases lose some of their moisture by condensation, as previously indicated, but they are still far from drying and must then be treated in the adsorption chamber 24. of tower 21, to be completely rid of their moisture.
For this purpose, the duct 99 conveys the cooled gases in said adsorption chamber 24, at the bottom thereof, from where they rise in several streams, passing through the perforations 31 of the plates.
(Figure 2) while a stream of cold, dry granules of a solid adsorption agent, such as silica gel or activated alumina, is discharged from hopper 38 into said chamber, by forming a fluidized layer on each of said plates 30, said granules gradually descending through the descent conduits 32, from the top to the bottom of the chamber 24, in the manner previously described.
Thus, the granulated adsorbent and the oven gases are intimately contacted for a period of time sufficient to allow said adsorbent to adsorb substantially all of the moisture contained in said gases.
While the furnace gases and the solid adsorbent must both be set to a sufficiently low temperature before entering the adsorption chamber 24 for effective operation to take place. the desired adsorption process, this involves condensation and therefore releases its heat, which raises the temperature of the adsorbent material and
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therefore, the efficiency of the drying process decreases. Such an increase in temperature is especially detrimental in the upper regions of the chamber of the adsorption medium where the vapor content of the treated gases is.
has fallen to a very low level although the low temperatures are of decisive importance to allow the solid adsorbent to remove the last traces of moisture from the gauze In accordance with the invention, heat exchangers have therefore been provided between the plates of the chamber 24 of the adsorption medium, to constantly remove the heat given off by the adsorption process, and the necessary measures have been taken so that the gases are cooled and brought to a lower temperature in the chamber. upper region of the adsorption chamber.
Referring to Figures 1 and 2, it will be seen that there is provided in all the sections formed between the superposed plates 30 except the upper section, a battery of pipes 100, each of which is provided. them being coiled in a double spiral arranged horizontally and of a total diameter which can fit inside the tower 21 About ten of these coils of hose coiled in a spiral 100 can be provided, superimposed and tightly spaced in a single section, as shown at 105 in Figure 2, and the two ends of each of the coils of pipe run in parallel through the wall 22 of the tower and are respectively connected to pipes of The intake 103 and exhaust 104 are arranged vertically.
In the particular cooling system illustrated in Figures 1 and 2, the upper end of the exhaust pipe 104, of each pipe bank 105, is connected, by a connecting pipe 106, to the end. of the inlet pipe 103 of the next lower pipe bank, and the coolant enters the system through a supply pipe 107, at the lower end of the inlet pipe 103 of the pipe bank upper 105, and it is discharged from said system through an exhaust pipe 108, connected to the upper end of the exhaust pipe 104 of the lower pipe bank.
In this way the upper sections of the chamber 24 of the adsorber medium, in which the granular adsorbents are to act to release the ascending gases from the furnace from traces of moisture, receive the cooling agent in its. being the coolest, and therefore the most efficient. To further accentuate the difference in cooling provided in the upper and lower sections ?, the heat exchanger system formed by the different banks of pipes 105 superimposed, can be subdivided into two separate refrigeration circuits, or more (fig-o 1) the upper circuits being designed to convey more efficient cooling agents than the circuits? lower.
Thus, water from an ordinary pressurized line can be passed through the pipe coils in the four lower sections, while specially chilled cooling water can be used in the water coils. pipes provided in the three upper sections. For this purpose, the pipes of the three upper coil banks can be connected to a closed chilled water circuit 100 which has a pump 110a, which circulates the water from it. Continuously through a reconditioning tank 110b, in which is immersed a cooling coil 110c, which may form part of a freon compressor circuit (not shown).
The intimate contact between the ascending gases of the furnace and the descending stream of granular solids, under the temperature conditions thus established in the chamber 24 of the adsorption means, is effective in removing substantially all the water vapor from said gases. So in. a chamber having no more than eight fluidized layers of the type described, the dew point of the gases containing nitrogen oxide discharged from a nitrogen fixation furnace can be lowered by 80 F. , for example, at -60 F.
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The dry gases from the furnace leave the chamber 24 of the adsorption means at the top thereof, through a duct 114, which passes them through a cyclone 115 (fig.l), in which the granules of adsorbent material which can having been entrained by said gases are retained and from which said granules can be recovered, with a view to a new use, by a valve 116, provided at its lower end, so that the loss of adsorbent material is reduced to a minimum.
The moisture-laden granules which reach the bottom of the chamber 24 of the adsorption medium, however, pass through the valve 27, previously described, to reach the chamber 25 of the regenerator, where they are freed of the humidity accumulated in. their pores, by blind contact with the hot gases from the oven, as explained above. From said regenerator chamber, the dry granules pass through valve 28 to reach lower chamber 26, where they are contacted, in the form of a movable layer, with a gaseous cooling agent for recovery. of their effectiveness as adsorbents.
In the particular embodiment of the invention shown in Figures 1 and 3, the lower part 40 of the chamber 26 has the shape of a tapered cone and on the outside of said cone there is provided a pipe. - vertical inlet 119, provided with several horizontal secondary pipes 120. Said secondary pipes extend through the lower part 40 of the chamber 26 and, inside said chamber, each of said pipes secondary has several openings 121 directed downwards, through which cold, dry air can be introduced into the chamber 26.
This air rises against the descending layer of granules and adsorbs their heat, so that the granules arriving in the tubular extension 122, directed downwards, of the conical bottom 40 of the tower. are suitably cooled.
Said tubular extension 122, the downwardly movable layer of cold and dry granules slides on the inclined passage 41 mentioned above, to reach the ascending branch 43 of the air circuit 44 and be brought back, by the. hopper- 38, at the upper end of the drying tower 21, as explained- previously, while it is allowed the air introduced by the pipes 120 to escape into the atmosphere by a cyclone 123 , which is located at the upper end of the chamber 26, directly downstream of the lower funnel 50 'of the valve 28, and which is arranged to retain the granules of adsorbent material which might have been entrained by said said. cooling air.
The cooling process in the lower chamber 26 has been described as occurring for the granules passing through said chamber in the form of a downwardly movable layer, but said chamber 26 may also be provided with several plates. perforations, similar to those of chambers 24 and 25, and the necessary contact between the solid granules and the gaseous coolant can be effected by numerous superposed fluidized layers.
The tower 21 described above is a stand-alone dryer in which wet gases can be effectively dried using a relatively small amount of a granular adsorbent which is continuously cycled back into the cycle. Due to the fact that the granular adsorbent agent is contacted with the gases in the form of numerous fluidized layers and due to the relatively large size of the granules employed which allows the gases to be fed into the tower at a speed of five feet per second (measured in unobstructed parts of the tower-, at 60 F. and for a pressure of 1 atmosphere}, without harming the counter-current of the solid adsorbent, the drying is carried out in a minimum space,
so relatively small sized apparatuses are arranged to handle large volumes of gas where four times the size apparatuses were formerly required. Thus, in an apparatus constructed in accordance with the present invention, having a total height of only 35 feet and a diameter of only 14 inches, 9 plates being provided in the chamber of the adsorption medium and 6, in the chamber of the regenerator and the chamber of the regenerator. The apparatus operating with a cooling tower of the type described above, it is possible to dry the wet gases effluent from a Wisconsin nitrogen fixation furnace, at a rate of 330 cubic feet per minute,
to pass
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from a dew point of 30 F. to a dew point of -60 F. It has been found, which constitutes an additional advantage of very great importance, that, contrary to what was expected, the dimension The relatively large granules employed and the high gas flow velocity made possible by the use of granules of such a size did not appreciably increase the degree of attrition of the adsorbent material beyond the observed degree of attrition. for the dust-like particles which were commonly used in previously known fluidization contacting processes;
and due to the nature of the valve mechanisms provided according to the invention between the chambers of the dryer tower, as well as due to the closed air circuit used in cooperation with said tower, the degree of Attrition of granular solids is generally excessively low and the possibility of contamination of the adsorbent material is kept to a minimum.
After the cold, dry furnace gases, containing nitrogen oxide, have passed through cyclone 115, a conduit 125 takes them to another processing location 130, where they are treated to catalyze the oxidation of the gas. oxide. To this end, the gases from the furnace are raised through a series of superimposed treatment chambers 131 and 132 each containing a layer, respectively 133 and 134, of granules of a suitable catalyst, such as carbon activated wood or silica gel.
adsorbent, these layers being 4 to 6 inches high and about 30 inches in diameter and the granules preferably being of a size such that they can pass through a 4 to 6 mesh screen. These diapers? catalysts work continuously and without reactivation being necessary. However, the oxidation of nitric oxide to nitrogen dioxide caused by said layers liberates considerable amounts of heat and a battery of heat exchanger coils 135, similar in construction to that of the heat exchanger coils. coil batteries 105 located in the chamber 25 of the adsorption means of the tower 21,
and connected to a water pipe may be provided in the tubular pipe 136 which leads from the lower chamber of the catalyst 131 to the upper chamber of the catalyst 132. Likewise, another bank of cooling coils 137, connected to the circuit. chilled water 110, described above, can be provided in a tubular conduit 138, arranged at the discharge end of the upper catalyst chamber 132 and through which the furnace gases leave said upper catalyst chamber, so that 'they are completely cooled before being conducted into another treatment tower, 140, (Figures 4 and 5), of a construction similar to that of tower 21 previously described and in which the gases must be brought into contact with another stream of granular adsorbent material,
in order to isolate the nitrogen dioxide content of the gas mixture from the other components thereof.
The tower 140 of the nitrogen dioxide adsorber is tubular in shape and comprises a united outer wall 141; and, although it comprises- three different treatment zones, it is divided, internally, only into two distinct chambers 142 and 143, by means of a valve mechanism, which is designed to leave pass the granular solids, while preventing the exchange of gases between the chambers, and which may be of the same construction as the valve mechanisms 27 and 28 of tower 21 or which may be of the construction shown at 145 to Figure 1 and detailed in Figure 5.
The modified valve mechanism 145, shown in Figure 5, comprises a funnel 146, which is suitably fixed to the cylindrical wall 141 of the tower 140, its diverging end constituting the bottom of the upper processing chamber 142. Said funnel is provided with the usual tubular funnel extension, shown at 147, but, while said tubular extension has a passage 148 directed downward-, its lower end is directed laterally, to form a passage 149, sloping in the direction side, which in turn is bent upwards in a bend to form a terminal passage 150, directed upwards, which flows into the lower processing chamber 143,
at a significant level
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lower than that of the entry point of the tubular funnel extension.
A duct 151, of small diameter, leads to the downwardly directed passage 148 of the funnel tube 147, in the region where the latter passes to the sideways slope 149, and this duct is arranged to bring a small amount of the gaseous fluid passing through the upper chamber 142, in the tube 147, while another conduit 152, of small diameter, leads to the tube 147, in the region where its end passage 150 rises from the passage 149 on a slope lateral, and is arranged to supply a limited quantity of the gaseous fluid passing through the lower treatment chamber 133, into said tube 147.
During operation, the granules descending through the upper processing chamber 142 collect in the funnel 146 and flow into the downwardly directed passage 148 of the tubular extension of the funnel. The gas stream injected through line 151 into the descending passage at the lower end thereof is not strong enough to force the granules into the upper processing chamber, but it is strong enough to maintain the descending granules. suspended in the fluid o As a result, the granules fall into the downwardly directed passage of tube 147, freely, and after that, slide along passage 149, sloping sideways, towards the most bottom, where the gas stream injected into the funnel tube 147, through the conduit 152,
keeps them free to the point of allowing them to rise, with the second gas stream, through the passage 150, directed upwards, of the funnel tube, towards the upper end of said passage, from where they fall into the lower treatment chamber 143, in the same way as a liquid flowing from an upper level, through a pipe bent in the opposite direction, of the type described.
Thus, granular solids falling through tower 140 can flow continuously from the upper processing chamber 142, through the described valve mechanism 145, into the lower processing chamber 143, without any appreciable exchange of gases is not possible between the different treatment chambers, because the gas stream injected into the tube 147, through the conduit 151, returns to the upper chamber, through the initial passage 148 of said tube, while the current gas injected into the-tube 147, through the conduit 152, returns to the lower chamber, crossing the terminal passage of said tube-,
the relatively dense mass of the granules sliding downward in the sloping central passage 149, from which a calm zone is created between the aforementioned gas streams, this region forming a satisfactory sealing means, for the separation of the gases .
The larger upper chamber of the two chambers into which the treatment tower 140 is divided by means of the valve mechanism 145 described above, has 18 superimposed plates 155, as shown in Figure 11 which can be of the same construction as the plates 30 of the dryer tower 21 and which have ducts? descent 156 -whose lower ends are closed by covers 157, under the effect of spring members, as can be seen in Figures 4 and 5.
A duct 159 brings cold furnace gases containing nitrogen dioxide into the upper processing chamber, at the lower end thereof, as shown in Figure 1 from where they can rise. , passing through the perforations of the plates 155, against a downward flow of granular solids which preferably have the property of adsorbing nitrogen dioxide, solids such as silica gel, adsorbent carbon or titanium gel.
Said adsorbent agents? granular are, again, preferably on the order of 1/32 to 1/8 inch in diameter and they enter tower 140, in a direct current, at its upper end, through an inclined passage 160, coming from a tank 161, in the form of a hopper, which forms part of an air circuit 162, which may be of the same construction as the air circuit-44 associated with the tower of desiccator 21.
As a result of the intimate contact established by the arrangement, described between the ascending gases of the furnace and the descending stream of granular adsorbent, in the eighteen layers? fluidized superimposed, said granular adsorbent extracts the content of nitrogen dioxide from said gases, the charged particles of nitrogen dioxide passing through
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the valve mechanism 145 described to reach the lower chamber 143, while the gases freed from nitrogen dioxide escape from the chamber 142, through a duct 164 provided at the upper end of the saddle and which passes them by a cyclone 165,
for the recovery of granules of adsorbent material which could have been entrained with said gases
While the gases containing nitrogen dioxide conducted into chamber 142, at the lower end thereof, are suitably cooled under the effect of the battery 137 of cooling coils, provided in tubular chamber 138. , as previously described, the nitrogen dioxide adsorption process releases quantities.
considerable heat and, in order to maintain the granules of adsorbent material in the chamber of the adsorption medium 142, at a suitable low temperature, at which the adsorption process proceeds favorably, batteries of heat exchanger coils 166 are interposed between the plates 155, except between some of the upper plates, as shown in Figures 1 and 4.
The coiled pipes 100 of said batteries may be of the same construction. tion that the coiled pipes 100 of the heat exchanger coils 105 located in the chamber 24 of the adsorption means of the dryer tower 21, but, so as to establish isothermal conditions inside the chamber. chamber 142 of tower 140 intended for the recovery of nitrogen dioxide, the plates 155 in said chamber 142 may be spaced from each other to a lesser degree than the plates-30 of chamber 24, so that the different chamber sections 142 are of less height than the corresponding sections of the chamber 24;
and the heat exchanging coils 166, provided in the chamber sections 142 will therefore comprise a lower number of coiled pipes than the coils 105, as shown in Fig. 4, in which it is seen that each battery 166 includes only six 100 'stacked chops of pipes. As in the case of the heat exchanger coils 105, the different pipe coils 100e of each heat exchanger coil 166 are connected, in pairs in parallel, to the inlet and outlet pipes which flank each. battery of pipes.
The heat exchanger coils, in chamber 142, are preferably connected to a chilled water system 110 previously discussed and, for this purpose, may be arranged in pairs which are suitably interconnected by pipes 106 ', each pair thus interconnected being shunted to the respective inlet and outlet pipes 167a and 167b, arranged vertically (fig. 4), which, in turn, are connected to the circulation pump 110a and to the reconditioning tank 110b, described above, of the chilled water system 110 (fig.
1)
As previously indicated, the adsorbent granules loaded with nitrogen dioxide pass through the valve mechanism 145, to reach the lower processing chamber 143. There they are heated: by contact with a hot gaseous fluid, in order to determine the evolution of adsorbed nitrogen dioxide. So that the nitrogen dioxide can be recovered in a relatively concentrated form, preferably hot or hot nitrogen dioxide is used or a gas mixture comprising a large part ¯ of nitrogen dioxide-. Referring to Figure 1,
it is seen that a continuously operating gas pump $ 16 drives a suitable amount of a gaseous heating agent through a heat exchanging coil 169, where it is heated to an appropriate temperature, as, for example, at 4000 F. The heat exchanger coil 169 can be heated anyway conveniently but, for reasons of economy, the inventor prefers to use the heat of the flue gases effluent from the nitrogen fixing furnace. , to meet this goal.
For this purpose, the aforementioned duct 20 can be arranged to conduct the hot furnace gases through a heating chamber 170, in which the heat exchanger coil 169 is located, before bringing them into the middle chamber 25. , of the desiccation tower 21 as described above. From the heat exchanger coil 169, the heated fluid is conducted, through a conduit 171, into the release chamber 143, where it rises from a suitable distributor head 172, provided at 1 '. end of conduit 171, in- many currents, against the current
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descendant of solid adsorbent loaded with nitrogen dioxide.
To ensure intimate contact between the granules and the hot fluid such as to promote the proper transfer of heat from the fluid to the granular solids in a minimum of time and space, an appropriate number of plates 155 are provided in the chamber. 143, as shown, to make the required contact in the form of fluidized layers. After the heating fluid has passed through all of the plates provided in the release chamber 143, it can escape through a cyclone 174, which retains any particles of adsorbent material which may have been entrained. From cyclone 174, said fluid returns through conduit 175 to the inlet of gas pump 178, which returns it through heat exchanger coil 169 and the chamber of adsorption means 143.
As the granules descending through chamber 143 are heated by contact with the heating fluid, they release, in gaseous form, the nitrogen dioxide previously adsorbed, which increases the amount of current of gaseous fluid flowing through. the clearance chamber and the heat exchanger coil. A pressure relief valve 176, intended to open at a predetermined pressure, is placed at a suitable point in the circulatory system described, as shown in Figure 1, and as the pressure in said system increases due to the pressure. Increasing the amount of fluid flowing through it, valve 176 opens and allows some of the fluid to exit the system.
Depending on the nature of the gaseous heating fluid initially employed, the excess fluid purged from the system described by the decompression valve 176 constitutes more or less concentrated nitrogen dioxide, which can be led to a condenser, to be liquefied, or to a water tower, to be converted into nitric acid.
The height of the release chamber 143 and the number of fluidized layers established therein should be chosen, relative to the temperature at which the emerging fluid is maintained by the heating chamber 170, so that the cold granules loaded with nitrogen dioxide entering through the valve mechanism 145 are perfectly heated to the appropriate release temperature as they descend through chamber 143 so that a maximum portion of the nitrogen dioxide adsorbed in the chamber upper 142 is released from said granules, before they reach the funnel-shaped lower end 177 of said chamber 143.
Some traces of nitrogen dioxide may however still be retained 'in the pores of the hot granules which slide in the tubular extension 178' (: the funnel 177 and a small quantity of a gaseous purge fluid, such as de air, can therefore be continuously introduced into the funnel pipe 178, at its lower end, through a supply pipe 179, which has a number of discharge openings 180, as shown in figure 5.
As it rises in the funnel pipe 178, in close contact with the descending granules of adsorbent material, said fluid entrains the? last traces of nitrogen dioxide from said granules and it joins with the flow of gas release fluid which circulates through the release chamber 143, as previously described.
If the quantity of purge fluid introduced into chamber 143 through funnel pipe 178 is suitably proportioned, the degree of concentration of the gas mixture containing nitrogen dioxide re-evolved from the chamber. clearance 143 by the pressure relief valve 176 can be maintained at a selected level, such as, for example, 30%
From the tubular extension 178 of the funnel 177, the stripped granules of adsorbent material slide, passing through an inclined passage 181, controlled by a valve 182, into the upward branch 183 of the aforementioned air circuit 162, in which the blast coming from a blower 184 lifts them up to the hopper 161, from where they slide, passing through the aforementioned corridor 160, into the upper end of the treatment tower 140.
The granules of adsorbent material thus returned to the upper end of the treatment tower 140 are still hot from their contact with the hot release fluid and, although free from the nitrogen dioxide previously adsorbed, they are therefore. still unable to adsorb the nitrogen dioxide content of the furnace gases which continuously rise through
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the upper chamber 142 of the treatment tower 140 This is why means must be provided to cool these granules and bring them to the suitable temperature level at which they act effectively as an adsorbent agent, before coming into effect. contact with the oven gases which contain large quantities of nitrogen dioxide For this purpose,
the upper chamber 142 of the tower 140 is substantially longer than the corresponding chamber 24 of the dryer tower 21 and it has a considerably greater number of plates and heat exchangers than this chamber 24 (fig.l). By the intimate contact established, in the lower region of said chamber 142, between the furnace gases containing nitrogen dioxide, cold, which rise and the solid adsorbents which descend, said gases will have been freed. almost all the nitrogen dioxide they originally contained,
during the time they have traveled approximately 3/4 of the height of chamber 142. By extending the height of the chamber 142 to the extent necessary for the adsorption of practically all the nitrogen dioxide originally contained in the gases, it is created above the nitrogen dioxide adsorption zone of said gas. chamber, an area in which the descending particles of adsorbent material are suitably cooled by their contact, on the five upper plates 155 of the chamber 142, in the form of fluidized layers, with the cold furnace gases and practically free of continuously rising nitrogen dioxide.
Thus, according to the invention, the assembly for recovering the nitrogen dioxide with self-reconditioning, constituted by the tower 140, is arranged in such a way that its three phases, that is to say: - say (1) adsorption of nitrogen dioxide, (2) evolution of nitrogen dioxide and (3) cooling of the granules of adsorbent material, take place in only two processing chambers , -so although only one of the valves 145 is necessary.
The stripped furnace gases which have been employed to cool the descending granules of adsorbent material in the upper zone of chamber-142, are extremely dry and can be used efficiently to aid in the reconditioning of the encapsulated coolant. folded in the aforementioned cooling tower 80.
For this reason, a duct 185 can be provided for passing said gases, coming from the cyclane 165 from the top of the tower 140, through an additional heat exchanger 185a and leading them into the duct 93, described previously, by wherein the above-mentioned flante sound 92 supplies gaseous coolant to the coolant reconditioning chamber 88 of said tower 80 En.
In addition, part of the dry gases discharged from the upper end of tower 140 and directed through a heat exchanger 185a can -be- directed by-a gas pump 186, through a branch line 187, to the piping 119 , which delivers them, through several secondary pipes 120, to the lower chamber 26 of the dryer tower 21, where they can act as cooling and drying means for the granules of material. - adsorbent employed in said tower 21. In addition, another gas pump 188 may be provided to direct a small amount of dry gases discharged from the nitrogen dioxide adsorption chamber of tower 140 through the tower 140. intermediary of another secondary pipe.
189 and from the aforementioned inlet pipe 179, to and into the funnel pipe 178, provided: at the lower part of the nitrogen dioxide release chamber 143, where they will be rapidly brought to a higher temperature by virtue of their contacting the hot granules of adsorbent material descending through said tube and where, thus heated, they will act as purge fluid for said granules, as described above.
The methods and apparatus which form the subject of the invention have been described with the aid of embodiments given by way of example, but it is understood that it is not desired to be limited to the specific data or the construction details shown or described,
from which one can move away without departing from the scope and spirit of the invention.