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Publication number: BE562928A
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Description


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   Le but de la présente invention est de séparer de gaz et de préférence aussi de récupérer des oxydes à l'état de vapeur ou ga- zeux de différents éléments contenus d'une manière très diluée dans ces gaz. 



   Par exemple, les fumées de combustion de charbon, huiles de chauffage et autres produits sulfureux ainsi que les gaz per-   du&des   fabriques d'acide sulfurique ne contiennent que des frac- tions pour cent en volume d'anhydride sulfureux. Des dilutions semblables de protoxyde (NO) et de bioxyde   (N02)   d'azote existent dans les gaz sortant des installations de préparation d'acide ni- trique. De telles conditions peuvent aussi se présenter dans d'au tres .opérations industrielles. 



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Il est comme on le sait souhaitable, non seulement au point de vue de l'utilisation de ces oxydes comme matières pre- mières -------- importantes de l'industrie chimique, mais aussi notamment pour éviter des dommages importants dans les champs et à la santé publique,de disposer d'un procédé permettant d'ex-. traire ces oxydes de grandes quantités de gaz perdus avec une dépense supportable ou même avec profit. 



   Il est d'autre part nécessaire de débarrasser de tels corps dans une grande mesure ou entièrement des gaz destinés à certains usages, par exemple les gaz de protection pour traiter ment thermique, les gaz de synthèse, etc. 



   Les procédés connus utilisés pour les buts ci-dessus peuvent être essentiellement divisés en deux groupes principaux; 
1  - Les procédés par voie sèche, dans lesquels les gaz impurs passent à travers des agents d'absorption solides tels que des hydroxydes alcalins, de la chaux calcinée,des matières spé- ciales ou autres. L'épuration a alors souvent lieu à la tempé- rature généralement élevée à laquelle les gaz se présentent, sans refroidissement préalable de ces gaz. La régénération des agents d'absorption n'est rémunératrice que dans les cas les plus rares, à cause des hautes températures et de la grande consommation de chaleur nécessaires, et il se produit alors des quantités consi- dérables de matières de décharge, telles que du plâtre ou autres. 



   Il n'est pas économique d'utiliser pour les buts précités des adsorbants, tels/que des charbons actifs, des gels de silice ou d'aluminium, à cause de leur forte usure   et de   leur prix éle- vé. En outre, dans ce cas, on doit opérer l'adsorption à de bas- ses températures (inférieures à   50 C),   ce qui crée des difficul- tés par suite de la condensation de l'eau. 



   2  - Les procédés par voie humide, caractérisés par   l'uti   lisation de solutions aqueuses ou de liquides organiques avec lesquels on lave les gaz. A cause de leur prix élevé, ou pour éviter des souillures de drainage, le liquide de lavage doit 

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 circuler en circuit fermé et être constamment   régénère.   Pour les faibles teneurs des gaz en oxyde, inférieures à 1% en volume, cela est extrêmement coûteux par suite des grandes quan- tités de chaleur nécessaires. En outre, les gaz doivent être presque toujours refroidis au-dessous de leur point de.rosée, ce qui entraîne non seulement l'utilisation d'appareils supplé- mentaires importants mais aussi, comme on le sait, d'autres com- plications, telles que des corrosions, etc. 



   On entrevoit la solution technique économique de ce problème dans un procédé par voie sèche qui permette d'une part de débarrasser complètement les gaz desdits oxydes à la tempéra- ture où ces gaz se présentent et d'autre part de récupérer-les oxydes à l'état concentré ou pur, les adsorbants devant être bon marché, suffisamment abondants et régénérables sans qu'on ait à dépenser chaque fois pour une nouvelle charge des quantités particulièrement importantes de chaleur, de produits chimiques et autres, et sans que d'autre part il se produise des quantités appréciables de matières de décharge difficilement ou pas du tout utilisables. 



   La présente invention résout de la manière suivante le problème ainsi posé 
La Demanderesse a constaté que le S02, le N0 et autres oxydes gazeux ou à l'état de vapeur sont aussi adsorbés en quantités suffisantes par des corps à faible activité superfi- cielle tels que le charbon de bois, le coke de tourbe, le semi- coke de houille, la lignite et autres résidus de carbonisation à basse température de matières organiques, si on leur permet, grâce à la présence d'oxygène libre, de s'oxyder sur la surface à action catalytique des adsorbants utilisés de façon à se trans- former en oxydes plus élevés, tels que SO3, NO2, etc.

   Une teneur de   0,5   à 2% en oxygène-dans le gaza épurer est   suffisante.-Une   adsorption et une charge complète d'oxydes dans les adsorbants 

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 est particulièrement bien assurée si la présence simultanée de vapeur d'eau permet la formation des acides correspondants tels que H2SO4,   EN 3,   etc. 



   L'adsorption a encore lieu à un degré suffisant jusqu'à des températures atteignant 200 C, de sorte qu'on peut épurer tout gaz de fumée à peu de frais, avant qu'il pénètre-dans la cheminée. 



   On constate en outre que l'oxydation et ainsi également l'adsorption peuvent être fortement accélérées si l'on arrose ou imprègne préalablement l'adsorbant avec de faibles quantités de solutions de sels de fer, de manganèse ou autres métaux. 



   Une autre particularité de l'invention réside dans le fait qu'aux températures supérieures   à 300 C   et en l'absence d'oxygène les oxydes supérieurs formés dans le processus d'ad- sorption sont réduits au degré d'oxydation initial ou à un degré encore plus bas et peuvent être alors entièrement libérés de la surface de   l'adsorbant.   Le carbone de l'adsorbant agit alors comme réducteur à peu près suivant les équations: 
2 SO3+C=2 SO2 + CO2 
2   N02 + C = 2   NO+ CO2 
Pour aider à débarrasser les adsorbants des oxydes infé- rieurs qui restent, il est avantageux de se servir d'un gaz de balayage.

   On peut utiliser pour cela un gaz quelconque ne conte- nant pas où ne contenant que peu d'oxygène, tel que par exemple le gaz perdu épuré ou une partie du gaz obtenu par désorption, après libération des oxydes récupérés. Pour améliorer la trans-   missLon   de chaleur entre les surfaces chauffantes et l'adsorbant dans l'opération de désorption, où l'adsorbant doit être porté à des températures de 300 à 600 C. On peut en outre faire recircu- ler dans l'appareil de désorption le mélange de SO2, C02 et cer- taines proportions d'azote obtenu par la désorption, sans le débarrasser préalablement des oxydes correspondants. A la fin de 

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 la désorption, l'adsorbant se trouve à une température trop élevée pour l'opération d'adsorption.

   On peut effectuer le   refro   dissement en contre-courant avec le gaz à épurer, sans que cela entraîne des inconvénients pour l'adsorption. Il est cependant plus avantageux de récupérer la chaleur et de l'utiliser dans d'autres phases du procédé. Cela peut se faire directement ou à l'aide d'intermédiaires de transmission, par exemple en passant par la génération de -vapeur d'eau. 



   La mélange gazeux obtenu par la désorption confient les oxydes en plus forte concentration, à savoir 25 à 60% en volume. 



  Ceux-ci peuvent alors être obtenus à l'état pur d'une manière économique par les procédés connus, par exemple par lavage avec de l'eau, de la toluidine, des alcools de rang élevé, par adsorp- tion sur des corps à surface active, etc. La chaleur nécessaire pour la régénération continue des liquides de lavage, c'est-à- dire pour en chasser les oxydes purs, est avantageusement fournie par l'excès de chaleur sensible   contenu   dans l'adsorbant fraîche- ment désorbé comme on l'a déjà mentionné plus haut. 



   On constate un autre fait décisif pour rendre économi- que le procédé de l'invention. Lorsqu'on utilise plusieurs fois pour l'épuration du gaz de la manière décrite un des adsorbants proposés, par exemple le coke de houille, son efficacité aug- mente constamment de sorte que l'adsorption et la capacité de charge deviennent plus complètes, et finalement, après trois à cinq répétitions, l'activité devient égale à celle des meilleurs charbons actifs du commerce. Cela permet d'une part de se con- tenter de relativement faibles quantités d'adsorbant, ce qui est particulièrement précieux au point de vue de la dépense de cha- leur nécessaire pour la désorption, et aussi au point de vue de la production de grains fins et de poussière par usure mécanique de l'adsorbant utilisé.

   Il est ainsi possible, d'autre part, en passant par l'élimination déjà profitable des oxydes des gaz perdus ou autres par le procédé de l'invention, de préparer 

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 aussi accessoirement des charbons fortement actifs pour d'autres usages industriels tels que par exemple la récupération de benzè- ne ou   d'éthylène   à partir des gaz de cokerie, la   déso-dorisation   des gaz de fabrique de farine de poisson, etc., en partant de produits de carbonisation à basse température peu coûteux. 



   Il est avantageux de mettre en oeuvre le procédé en main- tenant constamment l'adsorbant en circuit fermé entre l'adsorption et la désorption. D'autre part, on effectue d'une manière conti- nue en un point de l'appareil, par exemple après la désorption, la séparation de la poussière, des grains fins et des cendres qui se produisent lors de la désorption par suite du frottement mécanique et de la consommation de carbone pour la réduction des oxydes. 



   Les quantités d'adsorbant destinées à d'autres usages ainsi que mentionné dans le paragraphe qui précède peuvent être   prélevée auprès   une telle séparation. 



   La compensation des pertes d'adsorbant qui se produisent au cours des opérations peut être effectuée à d'autres endroits., par exemple avant l'appareil de désorption. 



   Cependant, l'endroit   où   a lieu le prélèvement ou l'addi- tion d'adsorbant activé, usé ou frais, ou le fait que ce prélè- vement ou cette addition ont lieu d'une manière intermittente ou d'une manière continue, ne constituent pas des caractéristiques essentielles du procédé. 



   Pour effectuer l'adsorption, on peut utiliser tous les appareils connus de traitement des gaz avec des corps solides granuleux ou pulvérulents, tels que par exemple des trommels rotatifs, des appareils à plateaux ou à étages, des cuves verti- cales avec ou sans dispositifs intérieurs, des appareils à couche tourbillonnante, etc. On peut aussi établir des construc- tions spéciales pour cette opération. 



   Pour la désorption, on utilise des appareils semblables, 

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 mais on crée la température de désorption par un   cnauffage   direct ; ou indirect   quelconque.   



   Pour la récupération de la chaleur sensible en excès   .de   l'agent d'adsorption après la désorption, on peut se   1 servir     d'un   procédé connu quelconque d'échange de chaleur;, ou bien des formes de construction ou des modes opératoires convenables spé- ciaux seront créés au cours de l'utilisation du procédé selon l'invention. 



   La description qui va suivre en regard du dessin annexé à titre d'exemple non limitatif fera bien comprendre comment l'in- vention peut être mise en pratique. 



   La figure unique représente schématiquement une instal- lation destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. 



   La cuve d'adsorption 1 est pourvue de tôles inclinées . la le long desquelles l'adsorbant, qui est chargé en haut au moyen d'un dispositif de distribution, tombe, pour finalement, chargé d'oxydes, quitter la cuve à l'extrémité inférieure. Le gaz à épurer pénètre à l'extrémité inférieure de la cuve après qu'éventuellement, c'est-à-dire au cas où sa teneur en oxygène n'est pas suffisante pour l'oxydation des oxydes, on lui a mélan- gé de l'air, et il quitte la cuve, épuré, à la partie supérieure, d'où il est conduit à une cheminée ou au lieu d'utilisation. 



   Au moyen-d'un dispositif de transport, par exemple un transporteur à godets 2, l'adsorbant chargé   d'oxydes,   qui avan- tageusement a une granulométrie de 3 à 10 mm, parvient à la par- tie supérieure de l'appareil'de désorption 3, qui dans l'exemple représenté est constitué par une cuve verticale, à travers laquel- le passent des tuyaux de chauffage transversaux 3a. Dans ces tuyaux circulent les fumées chaudes d'un brûleur à   huile   de sorte que l'adsorbant est porté à la température de désorption. 



   A la partie inférieure de la cuve de désorption est raccordé le   @   récupérateur de chaleur 5. Celui-ci contient des tubes   ,La   remplis 

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      d'eau auxquels l'adsorbant cède sa chaleur en excès en engen- drant de la vapeur. A peu près au milieu de la hauteur du récupérateur de chaleur est introduit du gaz épuré de balayage qui chasse vers le haut le mélange degaz formé dans la   désorp-   tion. 



   L'adsorbant, refroidi à une température convenable, quitte la cuve de désorption par un dispositif d'extraction   6   passe sur un tamis vibrant 7, où la poussière, les grains fins et la cendre se séparent, et est ramené à la cuve d'adsorption par un autre transporteur à   godets .2.. Au   point 8, une fraction de l'adsorbant qui circule est prélevée pour être utilisée plus tard en un autre lieu, par exemple pour débarrasser un gaz de cokerie des éléments formateurs de résine. Au point 10 est effec- tué l'addition d'adsorbant frais pour compléter la quantité en circulation. 



   Le mélange de gaz formé par la désorption et le gaz de balayage introduit s'élèvent ensemble dans la cuve de désorption et parviennent dans le laveur 11, où l'oxyde ou les oxydes sont séparés, par lavage à l'eau dans l'exemple décrit. La solution aqueuse d'oxyde est amenée, en passant par l'échangeur de cha- leur 12, dans une colonne d'extraction 13 chauffée par la Vapeur provenant du récupérateur de chaleur, quitte cette colonne à l'extrémité inférieure et revient au laveur   11   en passant par l'échangeur 12 et le refroidisseur 14. 



   L'oxyde presque pur sort à l'extrémité supérieure de la colonne d'extraction et est envoyé par exemple à une fabrique d'acide sulfurique ou à d'autres lieux d'utilisation ou de trai- tement préparatoire.

Claims

RESUME.

1. - Procédé permettant de séparer des gaz industriels par adsorption et de récupérer des oxydes gazeux ou à l'état de vapeur de corps pouvant se présenter sous divers degrés d'oxydation, tels <Desc/Clms Page number 9> que par exemple le soufre,l'azote, le phosphore et/ou d'autres éléments, existant dans ces gaz en faibles concentrations, au moyen d'adsorbants solides contenant du carbone, selon lequel, lors de l'adsorption, à l'aide d'oxygène libre et en utilisant l'action catalytique de la surface de l'adsorbant, on fait passer ces oxydes à un degré d'oxydation plus élevé auquel ils se fixent mieux sur l'adsorbant, et on effectue ensuite la désorption à des températures supérieures à 300 C avec réduction au degré d'oxydation initial ou à un degré encore plus bas,

le carbone de l'adsorbant servant de réducteur.

2. - Modes de mise en oeuvre du procédé spécifié sous 1, présentant notamment les particularités suivantes, séparément ou en toutes combinaisons possibles: a) on utilise comme adsorbant du charbon de bois, du coke de tourbe,du semi-coke de houille ou de tpurbe et/ou d'autres produits semblables de carbonisation à basse tempéra- ture de substances organiques, sans activation chimique et/ou thermique préalable; b) on fait circuler l'adsorbant d'une manière continue en circuit fermé à l'état pulvérulent et/ou granuleux entre l'ad. sorption et la désorption; c) après plusieurs cycles, on prélève d'une manière con- tinue ou intermittente des fractions de l'adsorbant qui circule en circuit fermé pour utiliser ces fractions à d'autres fins ;

d) on complète d'une manière continue ou à intervalles par du produit frais l'adsorbant qui circule en circuit fermé ; e) l'adsorption a lieu en présence de vapeur d'eau; f) on ajoute à l'adsorbant des sels métalliques ou autres corps catalyseurs favorisant l'oxydation par l'oxygène libre ; g) on utilise un gaz de balayage dans la désorption; h) on utilise comme gaz de balayage les gaz recueillis dans la désorption; i) on récupère les oxydes désorbés et enrichis dans les <Desc/Clms Page number 10> gaz recueillis lors de la désorption ou dans le gaz de balayage par lavage avec des solutions aqueuses et/ou des solvants orga- niques .ou par adsorption par des corps solides;

j) on utilise la chaleur sensible en excès contenue dans l'adsorbant après la désorption de préférence pour chasser les oxydes récupérés des produits de lavage et/ou d'adsorption uti- lisés.pour séparer les oxydes des.. gaz de désorption.