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La présente invention est relative à un nouveau procédé d'élimination de constituants gazeux acides, principalement de l'hydrogène sulfu- ré,des gaz obtenus dans la carbonisation de matières charbonneuses, tels , que le gaz de cokerie, le gaz d'éclairage et des gaz similaireso
Il est connu d'éliminer du gaz de cokerie et de gaz similaires l'hydrogène sulfuré et d'autres constituants gazeux acides, en lavant lesdits gaz avec une solution aqueuse d'ammoniac obtenue en utilisant la teneur naturelle en ammoniac desdits gazo La solution d'ammoniac sortant de l'appareil de lavage et chargée de gaz acides absorbés, principalement de l'hydrogène sulfurés est régénérée par distillation effectuée dans un "dissociateur" et recyclée au laveuro Il est connu, en outre, d'effectuer les deux phases,
c'est- à-dire le lavage et la dissociation, sous pression. A cette fin le gaz dégou- dronné et refroidi est sous la pression désirée, tandis que le dissociateur fonctionne comprimé avant d'entrer dans le laveur,qui fonctionne sous pression obtenue thermiquement (comme une chaudière). Le lavage du gaz comprimé offre l'avantage qui consiste en ce qu'on peut conférer au laveur des dimensions relativement restreintes,et en ce que l'on peut employer une solution d'ammoniac aqueuse plus concentrée, en sorte qu'on obtienne une concentration élevée d'hydrogène sulfuré dans le liquide sortant du laveur. En tous cas, il faut comprimer les gaz destinés à être utilisés à distance, et les dépenses inévitables de compression sont éliminées, au moins partiellement, par l'emploi de laveurs de volume restreint, comme susdit.
D'autre part, il est connu que la dissociation du liquide ammoniacal de lavage s'effectue avec plus de précision sous pression superatmosphérique plutôt que sous pression normale, de sorte que la quantité d'ammoniac entraîné par les gaz pendant la distillation du liquide de lavage est relativement modique, le résidu de H2S et de C02 dans le liquide distillé restant modéré de manière correspondanteo Lorsque le liquide circule entre le laveur et le dissociateur, on ne peut pas éviter en permanence des pertes d'ammoniac, que le dissociateur fonctionne sous pression élevée ou sous pression normale.
En conséquence le problème consiste à équilibrer lesdites pertes d'ammoniaco A cette fin, il serait possible de séparer de manière quelconque l'ammoniac contenu dans le gaz et d'en introduire une partie dans le liquide circulant entre le laveur et le disseciateur, en employant l'ammoniac sous forme de gaz ou de solution aqueuse concentréeo Toutefois, une telle séparation d'ammoniac serait bien onéreuse et compliquée, puisqu'elle nécessiterait de grands appareils d'absorption et de distillation, ainsi que des quantités considérables d'énergie thermique.
La présente invention a pour objet d'éviter les désavantages décrits ci-devant en procédant de la manière suivante :
On conduit le gaz comprimé sortant du compresseur, avant d'entrer dans le laveur, par un condenseur,, dans lequel se forme un condensat aqueux représentant une solution aqueuse fortement concentrée d'ammoniac (10-15% de NH3). On introduit de façon continue une partie dudit condensat dans le liquide .ammoniacal sortant du laveur et entrant dans le dissociateur, de fa- çon à pourvoir ainsi de manière continue., le liquide de lavage circulant, d'ammoniac frais.
D'autre part., le volume du liquide de lavage est augmenté en permanence par le condensat du compresseur introduite Il va sans dire que cela ne peut pas se faire; il est donc nécessaire de soutirer continuellement de l'ammoniac aqueux du liquide afin de maintenir le volume dudit liquide constant. En tout cas, il faut que la quantité d'ammoniac introduit au moyen .du condensat du compresseur soit suffisamment grande pour compenser les per- tes d'ammoniac causées par l'entraînement d'ammoniac par les gaz acides sor- tant du dissociateur, ainsi que par le soutirage d'ammoniac aqueux du liqui- de circulant.
(H2S, CO2 Comme susdit, on élimine du liquide constituants gazeux acides (H2S, dans un dissociateur qui fonctionne sous pression élevéeo Confor- mément à la technique connue, le liquide ammoniacal sortant du dissociateur est refroidi et alors réintroduit ou recyclé au sommet du laveur et mis en
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contact, à contre-courant., avec le gaz à purifier. Toutefois, pour arriver, autant que possible,à une élimination sélective de l'hydrogène sulfuré, ain- si qu'à une absorption faible d'acide carbonique et une concentration écono- mique d'hydrogène sulfuré au sein du liquide de lavage, la demanderesse pré- fère faire fonctionner le laveur en deux phases. A cette fin, le laveur est divisé en deux régions, une supérieure et une inférieure.
Afin d'atteindre une haute vitesse du courant de gaz et, par conséquente une durée de contact réduit du gaz dans la partie supérieure du laveur, cette partie affecte la forme d'un cylindre vertical vide et de diamètre restreint, tandis que la partie inférieure consister en un cylindre de hauteur restreinte, mais de diamètre relativement élevé , afin de retarder la vitesse du courant de gaz et d'atteindre dans cette partie une durée de contact prolongée du gaz. En outre, ce cylindre est rempli de corps à grandes surfaces, comme des anneaux de Raschig, pour garantir un contact intime entre le gaz et le liquide de lavage.
De l'ammoniaque aqueuse est projetée au sommet du cylindre supérieur; ce liquide tombe et ruissèle ensuite à travers la couche de remplissage du cylindre inférieur, tandis que le gaz entre à la base dudit cylindre et monte, en étant mis en contact, à contre-courant, avec le liquide. Dans ce cylindre inférieur, le gaz est lavé intensivement afin d'éliminer autant d'hydrogène sulfuré que possible, sans tenir compte de la quantité d'acide carbonique absorbé simultanément. Dans le cylindre supérieur le gaz est lavé de manière sélective avec du liquide frais pour éliminer additionnellement de l'hydrogè- ne sulfuré, mais pour absorber le moins que possible d'acide de carbone.
Le principe du lavage en deux phases mentionné ci-dessus est basé sur le fait qu'une bonne absorption sélective de H2S (c'est-à-dire, absorber du H2S et ne pas absorber, ou plutôt, absorber peu de CO2) n'est point syno- nyme d'une élimination satisfaisante de H2S hors du gaz. En lavant le gaz seulement dans un appareil similaire à la seconde partie supérieure de l'ap- pareil susdit (cylindre mince, durée de contact réduite), l'absorption de H2S n'est que modérée (ce qui n'est pas désirable), l'absorption de CO2 est faible (désirable), et le degré de sélectivité est bon.
D'autre part, en la- vant seulement dans un appareil similaire à la partie (première) inférieure de l'appareil susdit (cylindre court, volumineux et muni des corps de remplis- sage), l'absorption de H2S est intensive (désirable), mais celle de C02 est également intensive (indésirable), et il ne peut nullement être obtenu de sé- lectivité. En combinant les deux méthodes, comme susdit, l'absorption de H2S est intensive (désirable), celle de C02 n'est que modérée (désirable) et la sélectivité est satisfaisante. Si l'on considère la qualité du gaz final pro- duit, il va sans dire qu'aucun dommage ne serait causé par l'élimination de l'acide carbonique ne représentant qu'un lest thermique.
Toutefois, l'absorp- tion du CO2 nécessite pour sa part, de l'ammoniaque aqueuse.ce liquide étant de la sorte mis dans l'impossibilité d'absorber de l'hydrogène sulfuré. En con- séquence, si on élimine du H2S et si on charge le liquide de l'absorption ad- ditionnelle de CO2, des quantités plus élevées de liquide circulant (et des ap- pareils plus volumineux) et, enfin, des quantités plus importantes d'énergie thermique pour distiller le liquide de lavage employé sont nécessaires.
En absorbant l'hydrogène sulfuré de la manière décrite ci-dessus, on peut améliorer de plus la sélectivité de l'absorption de H2S, en introdui- sant des vapeurs ammoniacales fortement concentrées dans la partie supérieure du laveur (seconde phase), de préférence en plusieurs endroits de niveaux différents. Grâce à l'hydratation retardée du CO2, causée par l'introduction susdite d'ammoniaque, l'absorption sélective de H2S est favorisée ,l'ammonia- que ou la vapeur ammoniacale nécessaires à cette fin étant obtenus, par ail- leurs, d'une manière nouvelle et convenable, comme décrit ci-après, La haute teneur en ammoniac introduit dans le gaz passant dans la partie supérieure du laveur est compensée par la solution ammoniacale plus diluée introduite au sommet du dit laveur. Voir les détails ci-dessous.
De cette manière, on arrive à changer , de manière avantageuse, la proportion de NH3 à H2S. Dans la partie inférieure du laveur, on élimine du gaz une partie du H2S comme sus- dit, et dans la partie supérieure le gaz est pourvu transitoirement d'am-
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moniaque additionnelle, de sorte qu'une petite quantité de H2S est mise en' contact avec une grande quantité de NH3. Plus haute sera la teneur en ammo- niaque non-hydratée du gaz, par rapport à l'hydrogène sulfuré présent, meil- leure sera l'élimination sélective du H2S.
Tout ceci se passe sans utilisation de dispositifs additionnels volumineux et coûteux, comme le montre le dessin ci-annexé; ce dessin repré- sente une forme d'exécution convenable de l'invention, sans que celle-ci y soit toutefois, limitée. Sur ces dessins les notations P et S désignent res- pectivement des pompes et soupapes.
Le gaz brut, débarrassé du goudron et de matière résineuse ou de substances formant des résines, entre dans le compresseur 1 où il est comprimé à la pression désirée. En passant par la conduite 2, le gaz entre dans un condenseur 3 entouré d'une chemise 4 refroidie par de l'eau, entrant en a et sortant en bo Alors, le gaz passe par la conduite 5 et entre dans un réservoir 6, ce dernier formant la base d'un laveur 7, au sommet duquel le gaz sort. La partie inférieure du laveur 7 est remplie de corps de gran- de surface, comme par exemple des anneaux Raschig, la partie supérieure étant vide. Par la conduite 8. on introduit de l'ammoniaque aqueuse au sommet du laveur 7 cette ammoniaque étant recueillie dans le réservoir 6.
Une partie du liquide ammoniacal sortant du réservoir 6 et passant par les conduites 9 et 10, l'échangeur de chaleur 11, la conduite 12 et la pompe 13, entre dans la partie inférieure 14 d'une dissociateur, cette partie inférieure étant remplie, tout comme la partie inférieure du laveur 7, de corps de remplis- sage. Le liquide ruisselant à travers la couche de corps de remplissage est recueilli dans le réservoir 15, dans lequel il est chauffé par un serpentin à vapeur. L'autre partie du liquide ammoniacal sortant du réservoir 6 passe par les conduites 9 et 16 et entre au sommet de la partie supérieure 17 du dissociateur où elle est projetée et refroidie par un système de serpentins refroidisseurs 18.
Les constituants gazeux acides (H2S, CO2) distillés dans le dissociateur et la partie d'ammoniaque entraînée par la dissociation sor- tent de l'appareil par la conduite 19 et la soupape de détente 20, qui règle la pression dans le dissociateur de sorte qu'on y obtient une pression de 5 à 7 atmosphères.
La solution aqueuse d'ammoniac libéré des constituants gazeux a- cides et recueillie dans le réservoir 15,passe par la conduite 21, et la sou- pape de détente 22 et entre alors dans le récipient 22 où grâce à la détente qui s'y effectue et à la température qui y règne une partie de l'ammoniac est distillée sous forme d'une vapeur d'ammoniac de haute concentration, ladite vapeur étant recyclée par la conduite 24, et la pompe 25 au laveur et intronuite, comme susdit, dans la région vide 7 du laveur en plusieurs endroits 26 si- 8,,).
un au-dessus de l'autre (le long du gaz en mouvement ascendant), en sorte que le ga s'élevant dans le laveur est additionné d'une quantité sup- plémentaire de gazo '
La solution diluée d'ammoniac recueillie dans le récipient 23 est recyclée au sommet du laveur par la conduite 27, l'achangeur de chaleur 11, la conduite 28, la pompe 29 et la conduite 8. Afin de compenser les per- tes d'ammoniac susdites se produisant dans le système de circulation, on in- troduit dans le dissociateur une partie du condensat ammoniacal se formant dans le condenseur 3 (voir conduites 10 et 16).
D'autre part, on soutire de façon continue une partie du liquide en circulation (voir conduite 33 et sou- pape 34), ce liquide étant relativement dilué et soutiré de manière telle que la quantité entière du liquide en circulation soit maintenue constante. Le condensat en excès formé dans le condenseur 3 est éliminé du système par la conduite 35 et la soupape 36, ce condensat pouvant être utilisé de n'importe quelle manière convenable.
Le gaz épuré sortant du laveur 7 passe par un laveur d'ammoniac additionnel ménagé de préférence au dessus du laveur 7, ledit laveur addi- tionnel fonctionnant à l'eau et servant à éliminer du gaz l'ammoniac et l'hy- drogène sulfuré résiduel. Comme ce laveur s'explique de soi-même et ne fait
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pas partie de la présente invention, la demanderesse a renoncé à en décrire les détails.
Il est évident que l'on doit prendre des dispositions qui évitent que le gaz montant n'emmène des gouttes du liquide introduit dans le haut du laveur 7. De telles dispositions sont par exemple des plaques perforées, dont les ouvertures sont telles que la plaque supérieure fait fonction de boutoir vis-à-vis de la plaque inférieure.
Comme mentionné ci-dessus., on fait fonctionner le laveur et le dissociateur sous pression élevée, cette pression assurant une haute concen- tration de H2S dans le liquide de lavage. Toutefois, il n'est pas opportun d'employer des pressions excessives. Abstraction faite de ce qu'en diminuant de plus en plus la pression, la concentration de H2S s'approche de manière asymptotique d'une valeur finale, de sorte qu'à la fin la concentration en H2S obtenue ne compense plus les pertes de compression, il faut remarquer de plus, que des pressions excessives favorisent l'absorption de CO2, en sorte que l'élimination sélective désirée de H2S, est ainsi entravée. Pour cette raison, il serait inutile d'employer dans le laveur des pressions dépassant 20 atmosphères environ.
Des conditions similaires se présentent lors du fonctionnement du dissociateur, la dissociation s'effectuant avec plus de précision sous pression élevée. Mais cet avantage est partiellement annulé par l'énergie thermique nécessaire. L'élévation de pression a comme corrolaire une élévation de température, et le maintien d'une température élevée nécessite plus d'énergie. La limite économique est ainsi bientôt atteinte, et cette limite n'est pas modifiée sensiblement, lorsqu'on utilise l'énergie thermique du liquide distillé pour chauffer par échange de chaleur le liquide entrant dans le dissociateur. Il convient donc a'employer dans le dissociateur des pressions de 7 atmosphères environ.
Deux exemples spécifiques permettront de mettre davantage en lumière les avantages de .L'invention, étant entendu que celle-ci ne se limi- te pas à ces exemples.
Exemple 1.-
On comprime à 10 atmosphères (abs. ) 316 mètres cubes (température normale, pression normale: "NTP") d'un gaz brut contenant 40 g de CO2, 2 g de NH3 et $ g de H2S par mètre cube NTP. Ensuite, on met en contact à contrecourant le gaz comprimé avec 140 litres d'uns solution aqueuse d'amoniac (8% de NH3), ce procédé s'effectuant dans un laveur formé par un cylindre vertical (diamètre 35 cm environ). La durée de contact du gaz est de 2 secondes.
Après l'épuration, le gaz-contient 28,8 g de CO2, 3,0 g de NH3 et encore 0,1 g de H2S 'par mètre cube NTP'.
Si l'on lave le même gaz sous la même pression et dans le même temps de contact dans un laveur à deux étages, conformément à la présente invention (diamètre de la partie inférieure 35 cm environ, cette partie étant chargée de corps de remplissage; diamètre de la partie.supérieure 16 cm environ, cette partie étant vide), le gaz sortant contient 31 g de CO2, 3,0 g de NH3 et seulement 0,001 g de H2S par mètre cube NTP. Le'liquide sortant contient 18,5 g de H2S et 20 g de CO2 par litre.
Exemple 2.-
On comprime à 10 atmosphères(abs.) 316 mètres cubes NTP du gaz employé dans l'exemple 1. Ensuite, on traite le gaz comprimé avec 130 litres d'une solution aqueuse d'ammoniac, correspondant à 130 litres d'une solution contenant 8% de NH3. Toutefois, dans ce cas, la quantité d'ammoniac (la,4 kg) supposée être contenue dans le liquide susdit, est introduite, partiellement sous forme gazeuse dans le laveur lui-même, c'est-à-dire, en introduisant une solution plus diluée d'ammoniac au sommet de la partie supérieure du laveur
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et en complétant le déficit de NH3 par introduction d'ammoniac gazeux dans la partie supérieure du laveur,, comme décrit ci-dessus, de sorte que, pour ainsi dire,, la solution contenant 8% de NH3 est formée dans le laveur lui- même.
Le liquide sortant contient 19,2 g de H2S, 15 g de C02 et 78 g de NH3 par litreoLe gaz lavé sortant contient 34 g de CO2, 3,2 g de NH3 et la te- neur en H2S est inférieure à 0,1 g par mètre cube NTP.