<Desc/Clms Page number 1>
PERFECTIONNEMENTS AUX GAZOGENESo 'La présente invention concerne les gazogènes et plus particulièrement ceux fournissant du gaz sec exempt de gaz carbonique et que l'on utilise largement comme atmosphère de protection dans de nombreuses opérations industrielles en particulier dans les fours métallurgiques. Le gaz brûle provient de la combustion contrôlée d'un combustible hydrocarboné dans l'air.
Les combustibles les plus souvent employés sont le gaz naturel., le gaz de four à coke, le propane et le butane, En règlant le rapport des quantités d'air et de combustible il est possible d'obtenir un mélange contenant des taux variables d'hydrogène, d'oxyde de carbone, d'acide carbonique et d'azote.
D'après des résultats d'analyse des gaz fournis par la combustion du gaz naturel et du gaz de coke±, on sait que.9 pour des taux croissants d'air, les quantités d'hydrogène et d'oxyde de carbone diminuent et celle de gaz carbonique augmente, jusqu'à ce que, pour une proportion de 100 %, 1, hydrogène et l'oxyde de carbone disparaissent.Ouand on utilise, comme atmosphère protectrice dans les fours de recuit de normalisation;, de cémentation de brasage, de frittage, etc... le résidu de combustion d'un combustible liquide,, il est souvent nécessaire de le purifier par élimination du gaz carbonique et de la vapeur d'eau.
Si le gaz carbonique n'est pas complètement éliminé du mélange d'hydrogène et d'oxyde de carbone à bas point de rosée$ la formation du gaz à l'eau dans le four, rétablit rapidement la condition d' équilibre par formation d'eau. Cette vapeur d'eau et le résidu de gaz carbonique dans un tel mélange,, provoquent une décarburation de l'acier traité.
Si le gaz carbonique est complètement éliminé., le mélange devient assez stable et la teneur en humidité peut alors se régler au degré désiré, Par conséquente dans la plupart des traitement d'aciers à teneur élevée ou moyenne en carbone, il convient d'utiliser dans le four une atmosphère de gaz sec, exempte de gaz carbonique.
<Desc/Clms Page number 2>
La teneur en gaz carbonique d'un gaz de combustion peut être réduite par un absorbant approprié. On utilise généralement un mélange d'eau et de monoéthanolamine pour l'absorber, en même temps que les autres gaz acides présents. Le mélange utilisé d'ordinaire contient 12 à 15 % en volume, de monoéthanolamine. L'équipement généralement utilisé pour traiter le gaz brûlée est constitué par une tour d'absorption, dans laquelle il est lavéle gaz carbonique étant éliminé à contre-courant dans le gaz ascendant, par les matières absorbantes qui sortent au bas de la tour. Le gaz purifié sort vers le haut.
L'absorbant chargé de gaz carbonique traverse une autre tour où, par chauffage, le gaz carbonique est séparé de la matière absorbante que 1' on ramène et réutilise, dans la tour d'absorption. Ce traitement des gaz brûlés élimine également les autres acides tels que l'hydrogène sulfuré et l'anhydride sulfureux. Le gaz épuré est ensuite séché par réfrigération et (ou) par dessication. Ces tours de dessication sont normalement remplies d' alumine activée ou d'un gel de silice, bien qu'évidemment l'on puisse utiliser tous autres agents de dessication.
Dans un générateur fournissant du gaz purifié, suivant le procédé défini ci-dessus, on a constaté, en cours de fonctionnement que, dans certaines conditions, le gaz sortant par le sommet de la tour d'absorption contenait une quantité excessive d'eau, sous forme d'un brouillard épais, non éliminé par passage dans le réfrigérant et dans le séparateur faisant partie de l'équipement utilisé. Ce brouillard traversait le réfrigérant utilisé pour le séchage partiel du gaz et pénétrait dans le dessicateur chi- mique destiné à éliminer l'humidité excédente, mais l'appareil se trouvait très surchargé, le gaz étant sursaturé. Le brouillard était constitué par des particules extrêmement fines que ni le filtrage, ni le refroidissement ne pouvaient éliminer.
On a constaté pouvoir réduire un peu la quantité de brouillard par l'utilisation de certains gaz naturels comme combustibles. On a aussi observé que le brouillard se forme dans la tour d'absorption? car le gaz entrant en était exempt. La formation du brouillard est, en général, associée à l'emploi d'une forte proportion d'air pour la combustion du gaz.Avec le gaz de coke, cet état de choses est considérablement exagéré. Gomme pour le gaz naturel, le brouillard devient plus important quand on utilise le gaz de coke, avec très forte proportion d'air.
Il est parfois nécessaire de dépasser 100 % d'air, par exemple quand le gaz est utilisé dans des appareils purgeurs, il convient aussi d'en éliminer l'oxyde de carbone pour éviter que le personnel ne travaille en atmosphère toxique. D ans certains cas, la formation de brouillard à partir du gaz naturel brûlé avec plus de 100 % d'air, était telle qu'il fallait l'éliminer ,car le brouillard était formé d'eau avec des quantités excessives du liquide absorbant ; sa teneur en monoéthanolamine risquant de dissoudre les lubrifiants utilisés dans les machines, par exemple les compresseurs in- stallés sur les conduites de gaz.
Si le gaz de combustion débarrassé de son gaz carbonique, mais chargé de brouillard, traverse un élément chauffant qui le porte à des températures comprises entre 65 et 91 C, le brouillard se vaporise et peut se condenser dans un réfrigérant. Chauffage et réfrigération sont toutefois coûteux et doivent être évités si possible.
La présente invention a pour objet un équipement permettant de traiter les gaz brûlés, de façon à ne pas former de brouillard dans la tour d'absorption, par conséquent de supprimer les dispositifs éliminateurs du brouillard qui surchargé les appareils dessicateurs. On a constaté qu'en faisant passer le gaz brûlé par une tour désulfurante, conforme à celles utilisées depuis de nombreuses années par les producteurs de gaz pour éliminer l'hydrogène sulfuré, le gaz brûlé ainsi traité ne forme plus de brouillard en traversant la tour d'absorption servant à la laver par la solution de monoéthanolamine pour en éliminer les gaz acides, dont le principal est le gaz carbo-
<Desc/Clms Page number 3>
nique.
La tour de désulfuration utilisée contient de l'oxyde de fer hydraté actif et une matière alcalines par exemple de la chaux supportée par un lit perméable de frison de bois. On utilise souvent, comme désulfurant,,une composition d'hydroxyde ferrique colloïdal alcalinisé mélangé à du frison de boisa des débris de corne, ou des laitiers de hauts fourneaux à raison de 9 à 11 Kg de matière purificatrice pour une quarantaine de litres du sup- port. L'hydroxyde ferrique alcalinisé se prépare à partir du résidu ferru- gineux que laisse la bauxite après extraction de l'alumine par les alcalis.
0' est un oxyde de fer hydraté,, finement divisé, exempt de matière organique et de fer libre, mais contenant un pourcentage important d'alcali actif.
Cette matière peut être régénérée sans la sortir de la tour., par passage d'un courant d'airo La tour désulfurante n'est pas utilisée pour éliminer l'hydrogène sulfuré des gaz brûlés, car certains de ces gaz qui en sont dé- pourvus., produisent du brouillard età un gaz brûlé qui n'en produit pas, on peut toutefois ajouter de l'hydrogène sulfurée sans formation de brouil- lard.
De mémeg le gaz sulfureux prêtant dans le gaz ne produit pas de brouillard, mais!) quand il s'en trouve dans le gaz naturel brûlé avec excès d'air, le brouillard se forme en abondance. En excès d'air c'est-à- dire dépassant 100% pour brûler le gaz naturels conduit aussi à du brouil- lard par addition à ce gaz naturel d'hydrogène sulfuré. Ainsi., ni l'hydro- gène sulfurée ni 1.9 anhydride sulfureux ajoutés au gaz issu de la chambre de combustion du générateur ne produisent de brouillards si on les mélange avant l'entrée dans la tour éliminant le gaz carbonique.
Toutefois l'anhydride sulfureux présent dans le gaz combustible que l'on brûle par plus de 100 % d'air, ou même moins,, produit dans la chambre de combustion du générateur, un composé sulfureux dont la présence dans le courant de gaz brdlé libère du brouillard dans la colonne de purification. On a constaté toutefois qu'en faisant passer ce gaz dans la tour normale à oxyde de fer, telle qu'on en utilise pour séparer l'hydrogène sulfuré du gaz naturel et du gaz de houille le gaz brûlé se trouve tels qu'on peut le diriger dans une colonne absorbante sans faire de brouillard après son passage à travers celui-ci.
L'invention sera mieux comprise par la description qui suit et l'examen de la figure annexée.
Celle-ci correspond à un générateur du type ci-dessus, mais avec l'addition d'une tour désulfurante 1, entre la chambre de combustion 2 du générateur et la tour absorbante 3, que traverse le gaz brûlé pour éliminer le gaz carbonique. Dans la chambre de combustion avec bouilleur 4, on introduit un gaz combustible, brflé en présence d'air la chaleur produite servant à faire bouillir le liquide qui a absorbé le gaz carbonique de façon à décarbonater ce liquide en le réactivant pour réutilisation dans la tour absorbante. Un mélange de gaz combustible et d'air arrive dans la chambre de combustion 2 sous pression appropriée, par une conduite 5 ; il y est brulé et ses produits de combustion descendent dans cette chambre une conduite 6 les amenant par l'échangeur de chaleur 7 à une conduite de décharge 8.
La chambre de combustion 2, la conduite 6 et l'échangeur de chaleur 7 sont immergés dans du liquide qui a absorbé le gaz carbonique liquide disposé à l'intérieur du bouilleur 4 et qui est chauffé à sa température d' ébullition (environ 90 C). Ce liquide d'absorption est un mélange de mono- éthanolamine (de préférence 12- 15% en volume) et d'eau. Le gaz quitte le dispositif 4 par la conduite 8 et sa température est d'environ 150 C. Il passe de la conduite 8 dana le réfrigérant 9 qui l'amène vers 27 C. Du réfrigérateur 9, le gaz passe par la conduite 10 dans un séparateur d'eau 11, où l'humi- dité en excès condensée par le refroidissement se sépare. Une conduite 12, commandée par la vanne 13 l'amène au bas de la chambre désulfurante 1.
Il y remonte et s'échappe en suivant la conduite 14,la valve 15, les tuyauteries 16 & 17., la valve 18 et la chambre 19, pour entrer au bas de la tour de décarbonisation 30
<Desc/Clms Page number 4>
Gomme on l'a dit précédemment la tour de désulfuration 1 est du type connu et usuel chez les producteurs d'éclairage de gaz pour éliminer l'hydrogène sulfuré des gaz naturels et du gaz de houille. La même tour de désulfuration sert également à séparer l'hydrogène sulfuré des gaz de combustion, quand on y laisse le gaz carbonique, si on les utilise pour constituer des atmosphères protectrices dans le recuit bouillant du cuivre et des métaux non ferreux. Ces tours contiennent un oxyde de fer hydraté dispersé sur des frisons de bois.
De préférences on ajoute de la chaux, de telle sorte qu'il soit alcalin ou neutre. Commp matière préférée pour la purification, on utilise un hydroxyde ferrique colloïdal alcalinisé finement divisé et exempt de matières organiques et de fer libre, mais riche en alcali actif. Ge mélange est réparti sur des copeaux de fois$,de manière à constituer un ensem- ble spongieux qui remplit pratiquement la tour. La tour absorbante 3 comporte des orifices d'admission et de sortie des gaze ainsi que des chicanes entre lesquelles le liquide absorbant débarrasse le gaz brûlé de son gaz carbonique. Les chicanes peuvent être de formes diverses et constituées par des plaques, des galets., ou d'autres corps de remplissage, permettant de ralentir les vitesse.. du gaz et du liquide en établissant un contact efficace entre eux.
Dans le dispositif représenté., la tour d'absorption 3 est du type connu, avec des corps de remplissage, ici des anneaux de porcelaine (dits anneaux Raschig) sur lesquels le gaz chargé d'acide carbonique passe en contact intime avec le liquide absorbant déversé dans la tour par la conduite 20. Ce liquide absorbant descend par la matière de remplissage, élimine pratiquement tout le gaz carbonique et les quantités relativement faibles de gaz sulfureux et d'hydrogène sulfuré non retenues dans la tour désulfurante 1.
Le liquide chargé de gaz se rassemble dans la chambre 19 en bas de la tour 3.
Le gaz purifié sort de la tour d'absorption 3 par la conduite 21, descend par le réfrigérateur 22 et arrive au séparateur 23 qui rassemble l'eau (contenant des traces de monoéthanolamine) condensée par la réfrigéra tion du gaz. Ce liquide séparée passe dans la conduite 24 et la chambre 19.
Grâce à la tour de désulfuration 1 il n'y a pas de brouillard dans la tour d'absorption 3 et le réfrigérateur 22 sert uniquement à séparer la vapeur condensée présente dans le gaz au moment où il quitte la tour d'absorption par la conduite 21. Le gaz purifié sort ensuite par la conduite 25 vers le sécheur convenable,, auquel on a fait allusion, puis vers le four ou tout autre dispositif utilisant le gaz purifié.
Le liquide absorbant chargé de gaz carbonique est extrait de la chambre 19 de la tour d'absorption 3, par une conduite 26 sous l'action d9 une moto-pompe 27 il passe ensuite dans un échangeur de chaleur 28, d'où la conduite 29 l'envoie en haut de la tour 30 de séparation des gaz ou de réactivation analogue à la tour d'absorption 3. Dans la tour de réactivation 30, le liquide chargé d'acide carbonique s'écoule sur des anneaux Raschig en porcelaine,, comme dans la tour 3. Pendant qu'il ruisselle sur les anneaux., ce qui facilite la libération des gaz., il est chauffé par un courant de vapeur provenant du liquide absorbant présent dans le bouilleur 4, dont l'extrémité supérieure est connectée avec le bas de la tour 30.
L'acide carbonique (et l'hydrogène sulfuré$ s'il y en a ) libérés, sortent au sommet de la tour de réactivation 30 par la conduite 31., pour aller dans le réfrigérateur de gaz 32, avec séparateur 33 du liquide condensé. Le gaz s'échappe dans l'atmosphère par une conduite 34. Le liquide provenant du séparateur 33 peut contenir une petite quantité de monoéthanolamine ; la conduite 35 le ramène à la chambre 19 au bas de la tour absorbante 3.
Le liquide chaud réactivé dans le bouilleur de l'assemblage est pompé vers le haut de ce dernier par une moto-pompe 36, à travers la conduite 35. Une conduite 37 l'amène à l'échangeur de température 28. De là, le liquide passe par la conduite 38 au réfrigérateur 39, où. sa température est abaissée vers 38 C. Le liquide passe ensuite dans la conduite 20 pour descendre dans la tour d'absorption 3, comme on l'a dit précédemment.
<Desc/Clms Page number 5>
Le gaz combustible à brûler dans l'appareil 4 y est amené par une conduite 40, un compteur 41 et une conduite 42, pour aboutir à un mé- langeur 43, cependant que l'on introduit une quantité prédéterminée d'air dans le mélangeur, à travers le filtre 44 et le compteur 45, par la condui- te 46. Du mélangeur 43, qui comporte également un régulateur égalisant les pressions de gaz et d'air, le mélange aboutit à un compresseur 47, le mé- lange et le compresseur étant entraînés par un moteur électrique appropriée non représenté.
Du compresseurs le mélange, sous une pression convenable d'environ 140 gr par cm2, passe par une conduite 48, une valve 49, un disposi- tif coupe-feu 50 et une valve 51 pour aboutir à la conduite d'alimentation 5a
Au démarrage , [; la valve 51 est fermée,, la valve 52 de la conduite
57 est ouverte pour permettre au mélange de gaz et d'air de s'échapper dans l'atmosphère par les conduites 48 & 57 jusqu'à ce que le mélangeur 43 soit réglé suivant les proportions désirées. On ferme ensuite la valve 52 et on ouvre la valve 51 ; on ouvre aussi la valve 53 pour éviter une pression excessive dans la conduite 8.
Le mélange d'air et de gaz de la chambre de combustion 2 est al- lumé par le brûleur 54, connecté aux conduites 57 & 48,par un tube de caout- chouc 55 et un robinet 56. On ouvre la valve 56, on allume le gaz au moment où il sort du brûleur 54. L'extrémité de ce dernier est portée au rouge très rapidement si les proportions d'air et de gaz sont convenables. Cet échauf- fement, observé par l'opérateur, constitue un test du bon fonctionnement du mélangeur 47. On ouvre ensuite une valve 58 donnant accès à la chambre de combustion 2, et on introduit l'extrémité chaude du brûleur 54 dans cette dernière, pour allumer le mélange gazeux qu'elle contient ; on retire alors le brûleur et ferme la valve 58. Une seconde valve 59 donne accès à la chambre de combustion 2 et, quand elle est ouverte sert de regard pour observer la température et le degré de la combustion.
L'extrémité externe de cette valve 59 est fermée par un matériau transparent et réfractaire. Une fois le gaz allumé, on ferme la valve 53.
L'appareil est mis en marche avec une quantité prédéterminée du liquide absorbant dans le bouilleur 60 du dispositif 4 et dans les conduites qui lui sont connectées. De préférence on laisse la valve 53 ouverte jusqu'à ce que le liquide contenu dans le réservoir 60 atteigne la température d'ébullition,\) de telle sorte que le gaz carbonique se dégage du liquide pompé venu de la tour d'absorption 3. On ferme ensuite la valve 53 et on actionne les pompes 27 & 36.
On peut adopter tout mode de construction approprié pour les réfrigérateurs 9, 22, 32, 39, ainsi que pour l'échangeur de chaleur 28.
Dans les réfrigérateurs., l'eau circule à travers le réservoir cependant que le gaz ou le liquide à refroidir traverse un faisceau de tubes intérieure à ce réservoir. Pour l'échangeur de chaleur 28,la conduite 38 est,, de pré- férence, connectée à la jaquette et la pompe 27 au faisceau des tubes qu'elle contient. L'eau de réfrigération est amenée par la conduite 61 au réfrigérateur 22 et passe de là par une conduite 62, le réfrigérateur 39 et la conduite 63, au purgeur 64. De même, ).'eau de réfrigération est fournie par une conduite 65 au réfrigérateur 9 et de là, par la conduite 66, le réfrigérateur 32 et la conduite 67, au purgeur 64. Le liquide provenant du séparateur 11 passe par un séparateur 68 dans ce purgeur 64.
De préférence il convient de chauffer suffisamment la chambre de combustion 2pour maintenirbouillant le liquide absorbant dans le bouilleur 60, en y envoyant le maximum de liquide et tant que la combustion de gaz provenant de l'équipement dépasse 50 % de sa capacité maxima. On conçoit que le compresseur 47 doit maintenir une pression constantes, indépendante des volumes de gaz et du mélange avec l'air et, en conséquence, si la quantité de gaz prélevée par la conduite 25 diminue il. faut envoyer une quantité moindre de mélange de gaz combustible et d'air dans la chambre de combustion.
Quand la demande diminue jusqu'à 50% ou moins du maximum dont est capable l'équipement représentée ce qu'indiquent les compteurs 41 & 45, on ferme par-
<Desc/Clms Page number 6>
tiellement une valve 69 sur la conduite 20,de manière à diminuer la circulation de liquide absorbante ce qu'indique le compteur 70Des contrôles supplémentaires de fonctionnement de l'appareil sont fournis par les thermomètres 71, 72, 73, relativement aux températures du liquide ou du gaz en ces points.
Le liquide absorbant peut être complété en utilisant l'entonnoir 749connecté par une valve 75 à la conduite 26. Un indicateur de niveau de liquide, non représentée est prévu sur le bouilleur., ainsi qu'un indicateur de pression également non représenté. D'autres valves normalement fermées, sont encore prévues pour les purgeurs et les nettoyages.
La tour de désulfuration 1 comporte une fermeture amovible,!) permettant d'y introduire ou d'en extraire la matière désulfurante, ou de la remplacer quand c'est nécessaire. Le bas de cette tour comporte un condenseur à piège 75 connecté par une conduite 76 au purgeur 64. Cette tour de désulfuration peut être déconnectée d'avec-la conduite de gaz brûlé? en fermant les valves 13 & 15 et en ouvrant la valve 77 d'une conduite de dérivation 78; ainsi les gaz brûlés sont directement amenés à la chambre 19, au bas de la tour d'absorption 3.
La matière de remplissage de la tour de désulfuration 1 peut ainsi être réactivée en soufflant de l'air comprimé par la conduite 75 et la valve 80 ; cet air comprimé, après avoir traversé la matière de remplissage de la tour 1 sort par la conduite 14 et par la valve 81, pour s'échapper dans l'atmosphère. Il. convient de réactiver périodiquement cette manière de remplissage,!) bien que l'on ait constaté que, même avec de la macère usagée, on peut continuer à traiter les gaz brûlés de telle sorte que.9 par leur admission dans la tour d'absorption, ils ne provoquent pas les brouillards que l'invention a pour objet d'éliminer.