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PROCEDE POUR L'EXTRACTION D'AMMONIAC DES GAZ DE DISTILLATION DU CHARBON
ET SIMILAIRES.
L'invention concerne un procédé pour l'extraction de l'ammonian des gaz de distillation du charbon et similaires dans lequel h'ammoniac des gaz est absorbé, depuis le gaz arrosé dans le barillet du four, partiellement par le produit condensé du refroidisseur de gaz, partiellement dans une installation de lavage au moyen d'eau de lavage amenée en contre-courant : l'ammoniac étant éliminé ensuite du liquide ammoniacal. Habituellement le liquide d'arrosage s'écoulant du barillet est amené à un décanteur à goudron servant à la séparation grossière du goudron et de l'eau ammoniacale et la partie aque use du liquide est ensuite, ramenée en circuit fermé au barillet.
Le goudron,'. évacué du décanteur et contenant encore une grande quantité d'eau est introduit avec le produit''.. condensé du refroidisseur de gaz contenant également du goudron, dans un éliminateur de goudron et, après élimination de l'eau. le goudron est pompé vers une colonne en vue de son traitement ultérieur.
L'eau ammoniacale, s'écoulant de l'éliminateur de goudron et largemeht débarrassée du goudron est conduite, partiellement dans le circuit d'arrosage du barillet pour remplacer l'eau évaporée dans ce dernier et, partiellement après un refroidissement approprié vers le premier ou les premiers étages du laveur servant à l'élimination par lavage de l'ammoniac pour servir dans ces étages d'eau de lavage. Les. dernières fractions d*ammoniac des gaz sont récupérées dans le dernier étage du laveur d'ammoniac au moyen d'eau fraîche.
'Les gaz de distillation de charbon contiennent généralement des quantités importantes d'eau sous la forme de vapeur d'eau surchauffée qui provient, d'une part, de l'humidité propre du charbon et qui se forme; d'autre part, au cours de la décomposition pyrogénée du charbon. Lors du trai- tement des gaz, toujours accompagné d'un refroidissement de ces derniers, cette quantité d'eau se dépose sous la forme de produit condensé, suivant le point de rosée des gaz.
Lorsque la température la plus basse qui peut #tre
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@@ enus dans le refroidisseur de gaz, à savoir 15 C est prise comme base, en- viron. 120 à 125 litres de produit condensé se déposent par tonne de charbon d? mise, lorsque le charbon présente une teneur en eau d'environ 10%. Dans les procédés connus, cette importante quantité d'eau obtenue à chaud, doit être refroidie jusqu'à la température la plus basse du gaz et doit de nouveau être réchauffée à la température d'ébullition avec l'eau fraiche amenée au laveur d'ammoniac, ce qui exige une consommation considérable de chaleur, de manière à permettre l'élimination de l'ammoniac contenu sous forme libre ou combinée dans la dite eau.
Les proportions, résultant dans ce cas par rapport à la quantité des différents liquides en circulation, par rapport à la composition de l'eau ammoniacale s'écoulant vers l'éliminateur, par rapport à la consommation de vapeur dans l'éliminateur et par rapport à la teneur en ammoniac des vapeurs éliminées, sont expliquées en détail au schéma représenté à la fig. 1, illustrait une installation usuelle pour l'extraction de l'ammoniac,
Les gaz chauds, arrivant des tubes verticaux 1 des fours pour la production ie gaz, sont introduits à environ 700 C dans le barillet 2 du four et sont refroidis par arrosage au moyen d'eau ammoniacale jusqu'à environ 100 à 120 C L'eau d'arrosage, contenant du goudron, est amenée par les canalisations 4a et 4b au décanteur à goudron 16.
Le goudron, éliminé grossièrement, s'écoule par la canalisation 4c vers l'éliminateur de goudron 14 et l'eau, débarrassée du goudron, est pompée à travers la canalisation 18a de nouveau vers le barillet 2 du four, Les refroidisseurs de gaz usuels 5a, 5b, etc..sont intercalés dans la canalisation principale de gaz 4a conduisant depuis le barillet 2 jusqu'au surpresseur de gaz 3 et derrière le dit surpresseur 3 est prévu un refroidisseur complémentaire 6 qui sert à éliminer la chaleur de compression produite dans le surpresseur 3.
Suivant la solubilité de l'ammoniac dans l'eau, solubilité qui décroît lorsque la température baisse lorsqu'il s'agit d'ammoniac combiné et qui s'accroît lorsqu'il s'agit d'ammoniac libre. les produits condensés des différents refroidisseurs de gaz contiennent des quantités très différentes en ammoniac combiné ou libre suivant les températures régnant dans les refroidisseurs. Dans la direction du trajet du gaz, la teneur en ammoniac libre des produits condensés s'accroît et la teneur en ammoniac combiné décroît.
Les produits condensés, se déposant dans les r-efroi- disseurs 5a, 5b, etc... et dans le refroidisseur complémentaure 6 traverse% une canalisation collectrice 13 et pénètrent dans l'éliminateur de goudron 14 et, de cet endroit, ils arrivent dans un clarificateur 15a, faisant suite à l'éliminateur 14. Le goudron déposé dans les récipients 14 et 15a est pompé à travers la canalisation 17 jusqu'au lieu de traitement ultérieur, Une partie du liquide rassemblé dans le clarificateur 15a et correspondant au moins à l'eau d'arrosage évaporée dans le barillet, est corJuite à travers la canalisation 18b vers le décanteur à goudron 16.
La quantité résiduaire, correspondant à la quantité d'eau amenée avec le charbon et se formant depuis celui-ci, est conduite depuis le clarificateur 15a, à travers le refroidisseur 15b et la canalisation 19, vers le laveur servant à éliminer l'ammoniac.
Les gaz, venant depuis le refroidisseur complémentaire 6, pénè- trent à la température d'environ 15 C dans les laveurs 7a, 7b, etc.. servant à éliminer l'ammoniac et dans lesquels l'ammoniac subsistant dans les gaz après le refroidissement est éliminé par lavage. A cette fin de l'eau fraiche est amenée au moyen de la canalisation 8 dans le dernier étage de lavage 7c et le produit d'évacuation de cet étage est amené par un collecteur 9 vers le deuxième étage 7b, de là par un collecteur 10 vers l'étage suivaht'7a, etc...
Le produit d'évacuation du premier étage 7a pénètre dans un collecteur 11.
Au moyen des trop-pleins 12, prévus entre les collecteurs 9 à 11, il est possible de régler de manière appropriée la quantité et la teneur en ammoniac du liquide de lavage des-différents étages de lavage. Du collecteur 11, la totalité de l'eau ammoniacale, correspondant à la valeur du produit condensé arrivant par la canalisation 19 dans le récipient 10 et à celle de l'eau fraîche ajoutée au laveur 7c, est envoyée à l'usine d'ammoniaque par la canalisation 20. Les pompes de refoulement prévues dans les différentes canalisations pour les liquides sont repérées par P.
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Il est possible de pomper environ 190 litres d'eau ammoniacale depuis le collecteur 11 jusqu'à l'usine d'ammoniaque lorsque, par tonne de charbon de mise, environ 125 litres de produit condensé sont obtenus dans la canalisation 19 et lorsque les gaz ayant une température de 15 C environ
65 litres d'eau fraiche sont ajoutés au dernier étage de lavage 7c. Avec une extraction de 2. 5 kg NH3 par tohne de charbon de mise, cette eau contient en- viron 12 g NH3/1, à savoir : environ un quart sous la forme d'ammoniac combiné et environ trois quarts sous la forme d'ammoniac libre.
Dans ce cas, le produit condensé se déposant dans la canalisation 19, contient environ 4g NH3/1. à savoir : environ 60% sous forme d'ammoniac combiné et environ 40 % sous for- me d'ammoniac libre; lors du refroidissement du gaz on obtient environ 80% et lors du lavage NH , 20% d'ammoniac libre; lors du refroidissement du gaz on obtient environ 20% et par le lavage NH 80% : donc, de la totalité NH , environ 35 % sont obtenus lors du refroidisement du gaz et environ 65% par le lavage NH3
Des chiffres indiqués, qui peuvent évidemment varier dans chaque cas particulier dans l'un ou dans l'autre sens, il ressort que l'eau contenant des gaz dissous, obtenue pendant le refroidissement du gaz, contient des quan- tités considérables d'ammoniac libre.
Avant son utilisation comme eau de la- vage dans le laveur servant à éliminer l'ammoniac, cette eau doit être refroi- die à la température nécessaire et, plus tard, dans l'usine d'ammoniaque., elle doit de nouveau être réchauffée à la température permettant l'élimination, ce qui exige une consommation considérable de chaleur.
Un préchauffage de l'eau ammoniacale au moyen du produit d'évacuation chaud de l'éliminateur, eau ammoniacale pompée vers l'usine d'ammoniaque et comprenant également l'eau contenant des gaz dissous ainsi que déjà mentionné, n'est possible que dans de faibles proportions, étant donné que pour libérer l'ammoniac contenu dans l'eau ammoniacale, il est nécessaire d'utiliser une colonne secondaire, dénom- mée colonne au lait de chaux, dans laquelle des matières, telles que de l'eau de chaux, provoquant la décomposition des combinaisons stables de l'ammoniac, sont ajoutées en excès à l'eau ammoniacale en présence de vapeur d'eau.
Le roduit d'évacuation de cette colonne secondaire contient donc des schlammes de chaux qui se déposent sur les parois de l'échangeur de chaleur, faisant suite à la dite colonne secondaire, et qui gênent considérablement la trans- mission de la chaleur à l'eau brute, de manière que très souvent cet échange de chaleur doit être négligé.
En raison de la faible concentration d'ammoniac dans l'eau ammo- niacale (environ 12g/1 = 1,2%) la teneur en ammoniac de la vapeur quittant l'éliminateur est également relativement faible et contient tout au plus 12 à 15%. La vapeur servant à l'élimination, introduite habituellement dans un saturateur d'ammoniac, contient donc un multiple de la quantité d'ammoniac sbus la forme de charge qui se retrouve dans les volutes d'évacuation du sa- turateur, dénommées gaz putrides.
Lorsque ces gaz putrides, principalement l'hydrogène sulfuré e@ l'acide carbonique, doivent subir un traitement ulté- rieur, par exemple peur la production d'acide sulfurique, les grandes quanti - tés de vapeur d'eau, contenues dans les dits gaz putrides, doivent être con- densées par le refroidissement de ces gaz. A cette fin, des quantités consi- dérables d'eau de refroidissement sont nécessaires et, en raison de l'action corrosive des gaz acides, il faut également utiliser des refroidissements exé- cutés en une matière de première qualité, résistante à la corrosion.
Outre une consommation considérable en eau de refroidissement, servant à refroidir le produit condensé depuis environ 70 C jusqu'à environ 15 C et servant également à condenser la charge de la vapeur des volutes de saturation, le procédé connu exige, pour réchauffer la totalité de l'eau ammoniacale depuis environ 15 C jusqu'à 100 C, des quantités considérables de vapeur, en raison de la difficulté présenté par l'échange de chaleur entre l'eau d'évacuation de l'éliminateur d'eau et l'eau ammoniacale et en raison de la charge importante se trouvant dans les volutes d'évacuation.
Ces quantités considérables de vapeur représentent des frais tels que l'extraction de l'ammoniac n'est souvent que d'un faible rendement économique en raison
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@ peu is bénéficeobtenu lors de la vente de l'ammoniac. C' e st ici que '''invention trouve son application. Le but de l'invention est d'effectuer le refroidissement du gaz et le lavzge pour l'élimination de l'ammoniac de manière qu'on obtienne séparément, une eau contenant des gaz dissous aussi chaude que possible comprenant, si possible, seul de l'ammoniac combiné, et que le produit d'évacuation du laveur d'ammoniac soit constitué par une eau ammoniacale présentant un maximum de concentration et ne contenant, autant que possible, que de l'ammoniac libre.
Seule l'eau contenant des gaz dissous très chaude est évacuée vers la colonne à chaux, tandis que le produit d'évacuation du laveur d'ammoniac, par la suite nommé eau de lavage, est soumis à une simple distillation. Entre l'eau d'évacuation de l'éliminateur d'eau de lavage et l'eau de lavage à éliminer il est maintenant possible de procéder à un large échange de chaleur sans être gêné par les schlammes de chaux.
En raison de la grande solubilité à de faibles températures du gaz ammoniacal dans l'eau, il n'est nécessaire de consommer dans le laveur d'ammoniac que tout au plus la même quantité d'eau fraiche que dans le procédé connu et, de ce fait, il est possible d'obtenir une plus faible quantité d'eau de lava;e présentant une concentration considérablement plus forte en ammoniac. Les très faibles quantités d'ammoniac combiné contenues dans l'eau de lavage subsistent dans l'eau d'évacuation de la colonne éliminatrice et peuvent être évacuées sans scrupule avec la dite eau d'évacuation, après avoir servi polir le réchauffage de l'eau de lavage..
Suivant l'invention, tous ces avantages importants sont obtenus de la manière suivante : D'une part, les produits condensés se déposant dans le deuxième, troisième, etc... refroidisseur, dans le surpresseur de gaz et dans le refroidisseur complémentaire, sont pompés à travers le premier refroidisseur, donc celui qui est le plus chaud. Dans ce refroidisseur, les produits condensés provoquent une condensation supplémentaire de la vapeur d'eau et du goudron et sont en même temps débarrassés largement de leur teneur en ammoniac libre. Le produit d'évacuation du premier refroidisseur est amené à l'eau d'arrosage conduite vers le barillet et est pompé en;même temps que cette eau sur le barillet.
En évacuant une quantité partielle de l'eau d'arrosai quantité partielle correspondant à l'eau qui se forme depuis le charbon, une eau contenant des gaz dissous est obtenue qui présente la température maximum, la teneur maximum en ammoniac combiné et la teneur minimum en ammoniac libre e, qui peut être amenée immédiatement à la colonne à chaux en vue de l'élimination. D'autre part, les premiers laveurs d'ammoniac sont alimentés par étages; uniquement avec l'eau s'écoulant du dernier laveur de manière que le produit d'évacuation du premier laveur contienne une teneur maximum en ammoniac libre et une teneur minimum en ammoniac combiné.(lette eau de lavage est évacuée vers une simple colonne de distillation après son réchauffage dans un échangeur de chaleur, au moyen de l'eau d'évacuation de la colonne.
D'autres détails de l'invention ressortent du schéma d'une installation pour l'extraction d'ammoniac suivant la figo 2 et, dans ce cas, les parties de l'installation portent les mêmes repères que celles de la fig. 1.
Ainsi qu'il ressort de la fige 2, le circuit de l'eau d'arrosage, constitué: par le barillet du four, par le circuit du gaz, par tous les appareils traversés par le gaz, ensuite par le décanteur à goudron, par l'éliminateur de goudron et par le récipient intermédiaire pour le procédé de lavage servant à éliminer l'ammoniac, reste identique. Par contre, les produits condensés des refroidisseurs 5a, 5b, etc... et 6 sont transmis par la canalisation 21, par l'intermédiaire d'un petit collecteur 22 et par la canalisation 23 au premier refroidisseur de gaz 5a dont le produit d'évacuation s'écoule par les canalisations 2 et 4b directement vers le décanteur à goudron 16, pénètre dans le circuit d'eau d'arrosage et est, de ce fait, mis en contact avec le gaz le plus chaud du barillet du four.
L'eau contenant des gaz dissous est recoltée, maintenant, au tropplein du décanteur à goudron 16 et circule à travers les canalisations 25 et 4c en traversant l'éliminateur de goudron 14, pour pénétrer dans le collecteur 15a duquel la dite eau est pompée à temparature élevée à travers la canalisation 26 vers la colonne à chaux faisant partie de l'usine d'ammoniaque. La
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refroidisseur de condensation 15b et l'introduction du produit condensé dans le circuit d'eau de lavage du laveur d'ammoniac sont donc négligés, à part cela le dit circuit reste inchangé. L'eau ammoniacale produite dans le col- , lecteur 11 est pompée à travers la canalisation 20 vers la colonne éliminatri- ce de l'usine d'ammoniaque en vue de l'élimination et sans addition de lait de chaux ou similaire.
De ce fait, on obtient approximativement les concentrations sui- vantes en ammoniac : Une tonne de charbon contient : environ 5,7g NE /1, dont environ 12% sous forme d'ammoniac libre et environ 88% sous forme d'ammoniac combiné, et ce, dans les 125 litres d'eau contenant des gaz dissous obtenus à une température d'environ 70 C l'eau de lavage de tout au plus 65 litres contient ; environ 24 g NH3/1 dont environ 98% sous forme d'ammoniac libre et environ 2% sous forme dammoniac combiné, de manière que l'extraction se présente comme suit: De la totalité de 1'ammoniac extrait, environ 30% sort obtenus lors du refroidissement du gaz, environ 70% lors de l'élimination par lavage; de l'ammoniac combiné, environ 95% sont obtenus lors du refroi- dissement du gaz et de l'ammoniac libre, environ 95% lors de l'élimination par lavage.
Le fait que l'ammoniac libre est extrait presque totalement lors de l'élimination par lavage, c'est-à-dire que les gaz pénètrent avec leur- presque totalité en ammoniac libre dans le laveur d'ammoniac, agit avantagEU- sement également dans un autre sens, par exemple, lorsque le procédé en cir- cuit de l'eau ammoniacale est utilisé pour la désulfuration du gaz. La con- sommation en vapeur et, par conséquent le rendement économique du procédé dé- pendent directement de la quantité d'eau ammoniacale à pomper dans le circuit et cette quantité d'eau ammoniacale dépend à son tour directement de la teneur en ammoniac, c'est-à-dire de la quantité d'ammoniac contenue dans les gaz avant l'élimination par lavage.
Grâce au procédé d'extraction d'ammoniac suivant l'invention, le rendement économique de la désulfuration du gaz est égalemen accru.
La fige 3 représente le procédé connu pour l'élimination de l'am- moniac. L'eau ammoniacale, obtenue suivant le procédé connu d'extraction, et contenant donc l'ammoniac libre et combiné produit lors du refroidissement du gaz dans le laveur d'ammoniac, est amenée en 27 au plateau supérieur 28a de la colonne principale 29 et s'écoule vers le bas depuis le plateau 28a vens le pla- teau 28@etc.. en contre-courant de la vapeur qui s'eleve.Cette,eau ,ammoniacàle quitte la colonne 29 à l'endroit du plateau intermédiaire 30 et s'écoule par la canali- sation 31 vers le décomposeur à chaux 32;
à cet endroit du lait de chaux, ve- nant de la canalisation 33, est ajouté à l'eau ammoniacale et dans le dit dé- composeur également, le mélange constitué par de l'eau ammoniacale et le lait de chaux, est amené à ébullition au moyen de la vapeur amenée par la canalisa- tion 34. De ce fait l'ammoniac combiné est libéré de ses combinaisons chimi- ques.
Le mélange vapeur d'eau-gaz ammoniacaldu décomposeur à chaux monte vers le plateau intermédiaire 30, de celui-ci vers le plateau 28z. de celui-ci vers le plateau 28v. etc... en contre-courant par rapport à l'eau ammoniacale s'é- coulant vers le bas, pour traverser la colonne principale 29. Le mélange eau ammoniacale-lait de chaux s'écoule vers le bas par la canalisation 35 sur le plateau supérieur de la colonne secondaire 36 pour être débarrassé totalement de l'ammoniac pendant son parcours à travers les plateaux 37a, 37b, 37c, etc,. au moyen de la vapeur amenée en contre-courant par la canalisation 38. L'eau d'évacuation est évacuée en 39. La vapeur de la colonne secondaire pénètre par la canalisation 40 sur le plateau intermédiaire 30 de la colonne princi- pale 29.
L'ammoniac éliminé quitte l'installation d'élimination par la cana - lisation 41, avec la vapeur d'eau et les gaz putrides éliminés presque tota- lement dans la colonne principale 29.
Pour le procédé d'élimination de l'ammoniac suivant l'invention il est possible d'utiliser toutes les pièces des appareils de l'installation éliminatrice connue. Pour cette raison ces pièces portent les mêmes référen- ces dans l'illustration schématique représentée à la fige 4. Seuls le nombre et la disposition des plateaux doivent être adaptés aux conditions modifiées.
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L'eau chaude contenant des gaz dissous, comprenant presque uniquement de l'ammoniac combiné, s'écoule en 42 dans le but d'éliminer la faible teneur en ammoniac libre, vers le plateau 43a et, de cet endroit, elle traverse un petit nombre de plateaux pour s'écouler par la canalisation 31; ensuite, avec addition de lait de chaux, cette eau s'écoule par la canalisation 33 vers le décomposeur à chaux 32 dans lequel l'ammonia-c combiné est libéré de ses combinaisons chimiques.
Le mélange eau ammoniacale-lait de chaux s'écoule vers le bas, par la canalisation 44 vers la colonne secondaire 36, par les plateaux 37a, 37b, etc... de cette dernière et en contre-courant par rapport à la vapeur pénétrant par la canalisation 38, et est évacué en 39 sous forme d'eau d'évacuation débarrassée d'ammoniac. La vapeur de la colonne secondaire 36 pénètre par la canalisation 40 sur le plateau intermédiaire 30 de la colonne principale 29.
L'eau de lavage froide, chargée presque uniquement d'ammoniac libre hautement concentré, circule à travers la canalisation 45 et l'échangeur de chaleur 46 et pénètre préchauffée en 27 dans la colonne principale 29, sur les plateaux 28a. 28b, etc... de cette dernière et, en contre-courant par rapport à la vapeur montante,, arrive sur le plateau intermédiaire 30, de celuici l'eau de lavage s'écoule vers le bas par la canalisation 47 vers la colon- ne,,,8, sur les plateaux 49a, 49b, etc...de cette dernière et en contre-courant par rapport à la vapeur pénétrant en 50 pour être évacuée par la canalisation 51 et l'échangeur de chaleur 46.
Seule la transmission directe, possible grâce à l'invention, de l'eau chaude contenant des gaz dissous vers la colonne à chaux, ainsi que l'échange de chaleur non-perturbé entre l'eau d'évacuation de la colonne éliminatrice d'eau de lavage et l'eau de lavage à éliminer, permet de réduire la consommation de vapeur de l'usine d'ammoniaque de plus.de la moitié en opposition aux procédés connus. Une réduction additionnelle de la consommation de vapeur est obtenue du fait que le mélange vapeur d'eau-gaz ammoniacal, quittant l'installation d'élimination, présente une forte concentration en ammoniac, donc une plus faible charge de la vapeur.
REVENDICATIONS.
--------------- l. Procédé pour l'extraction de l'ammoniac des gaz de distillation du charbon qui sont arrosés en permanence par de l'eau ammoniacale conduite en circuit fermé dans un barillet et dont l'ammoniac est émiminé partiellenent dans le produit condensé du refroidisseur de gaz, partiellement par le lavag e à l'eau et qui est obtenu ensuite par l'élimination des liquides contenant de l'ammoniac, caractérisé par la combinaison des particularités suivantes : a.- le premier refroidisseur de gaz est arrosé par le produit condensé des autres refroidisseurs et son produit d'évacuation est amené dans le circuit d'eau ammoniacale de l'arrosage du barillet;
b.- une quantité partielle de l'eau ammoniacale, correspondant à la production d'eau depuis le charbon à coke dégazéifié, est soutirée à température élevée du circuit servant à l'arrosage du barillet et l'ammoniac est ensuite immédiatement éliminé en présence de matières telles que du lait de chaux, servant à la décomposition des combinaisons stables de l'ammoniac et en présence de vapeur; c.- l'ammoniac est éliminé du,liquide obtenu par l'élimination par lavage à l'eau de l'ammoniac en négligeant une disposition pour décomposer les combinaisons stables.