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"Perfectionnements apportés aux procédés pour effectuer des réactions entre des gaz ".
L'exécution satisfaisante des réactions entre des gaz, plus spécialement celles qui se font en présence de contacts, n'est souvent possible qu'entre des limites de températures et de pressions très rapprochées et pour conserver ces limites les moyens couramment utilisés pour le réglage de la température et pour la constitution du mélange ne sont ordinairement pas suffisants.
On a déjà proposé, pour des réactions par contact, forte- ment exothermiques et sensibles à la température, de dériver la chaleur p adjonction de gaz inertes, qui peuvent être évacués aved le gaz final. Cette adjonction produit toutefois la dilution des gaz de réaction et letrment du mélange de réaction, dans des absorbeurs, des Tours, des condensateurs ou analogues, est rendu difficile.
Conformément à l'invention on évite ces difficultés en mélangeant au gaz frais d es substances telles que des sub- stances ou les produits finaux qui en résultent puissent être séparés du mélange gazeux avant que celui-ci subisse
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un autre traitement. Des substances, qui peuvent être aisé- ment écartées sont, par exemple, de la vapeur d'eau et de l'acide carbonique, qui se laissent aisément condenser ou absorber après avoir passé la phase de réaction.
Quand on effectue des réactions pour lesquelles un chauffage supplé- mentaire est voulu, on peut, par exemple, remplacer, dans les réactions par contact, la vapeur d'eau par de l'hydro- gène qui, avec dégagement de chaleur brûle, en présence des contacts, pour donner de l'eau que l'on condense avant l'ab- sorption et qui ne dilue plus les gaz pendant le traitement ultérieur. De la même façon on peut, dans certains cas, où une utilisation d'acide carbonique comme substance additive serait possible, avoir recours à de l'oxyde de carbone qui, en fournissant de la chaleur, brûle pour donner de l'acide carbonique qui peut alors être séparé du mélange gazeux.
On peut également utiliser, par exemple, du SO2 qui peut être séparé, ou bien comme tel, ou bien sous forme de SO3 ou H2S04-
Un exemple remarquable pour l'application de l'inven- tion réside dans la combustion de l'ammoniac pour donner des gaz nitreux. On parvient ainsi, par exemple, à brûler de l'ammoniac avec de l'oxygène pur directement sous forme d'acide nitrique fortement concentré en condensant de manière telle, dans des réfrigérants spéciaux, la vapeur d'eau ad- jointe, cela direotement après l'appareillage de combustion et éventuellement après le passage dans une chaudière, afin qu'il ne puisse se former de l'acide nitrique dilué. De cette façon on peut, en même temps, séparer l'eau contenue dans le produit de la réaction et qui résulte de la combustion.
Cette eau, ainsi que la vapeur d'eau adjointe, est également écartée quand on adjointe au gaz frais du SO2 qui est récu- péré, après le contact, sous forme d'acide sulfurique, de sorte que les gaz nitreux, en étant fortement débarrassés @
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de l'eau. peuvent être traités ensuite de la manière voulue.
L'acide sulfurique peut alors être séparé à une concentration voulue (dilué, concentré ou fumant), par exemple à 60%.
Le procédé selon l'invention peut être exécuté avec tout genre de réfrigérant et à toute pression voulue. Pour exécuter les réactions de gaz, pour lesquels les vapeurs formées au cours de la réaction ou adjointes au mélangea gazeux avant la réaction sont condensées avant un traitement ultérieur du mélange gazeux, la nouvelle méthode suivante a été trouvée comme étant parti- culièrement efficace.
Jusqu'ici on a généralement refroidi jusqu'en dessous de point de condensation pour séparer, par réfrigération, un des consti- tuants des mélanges gazeux. Il se produit alors, dans la chambre des gaz, des condensations et des buées qui peuvent rendre diffi- cile la séparation des constituants liquides ou solides.
En outre, on doit refroidir toute la masse des gaz jusqu'au moment où le constituant à séparer ne peut plus subsister dans cette masse sous une forme gazeuse. Ceci se présente, par exemple, dans le cas d'une tour de condensation dont la température à la sortie règle la composition du mélange galeux évacué. Quand, au lieu d'une tour pour la condensation fractionnée, la rectification, la déflegmation ou des réfrigérants métalliques, la particularité susdite intervient plus ou moins.
L'amélioration apportée à la séparation par la présente in- vention repose sur les constatations suivantes.
Des surfaces froides se recouvrent, dans certaines ciraon- stances, d'un condensat quand un mélange gazeux lèche cette sur- face, ce condensat étant formé par des particules gazeuses qui touchent cette surface sans que la température de ce mélange soit abaissée même jusqu'à être voisine du point de condensation. En utilisant cette particularité on peut produire dans le mélange gazeux une chute de pression partielle telle vers la surface ré-
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frigérante, que les constituants à séparer se/déposent, a l'état solide ou liquide, sur cette surface, alors que le mélange gazeux qui quitte le réfrigérant, est non saturé en ce qui concerne les constituants séparés.
Si on veut condenser, par exemple, 3/4 de la teneur en eau, à une pression de 1 atm., d'un mélange, d'air et de 11,2% en volume de vapeur d'eau, chauffée x à 500 C ce qui correspond à de condensation égal à 48 C., la température du mélange gazeux à la sortie du condenseur peut être su- périeure à 48 0 et être, par exemple, 80 C quand la chute de pression partielle est, au début, par exemple, 0,2 atm/cm, cette pression étant, en conséquence, moindre après la sé- paration des 3/4 de la quantité totale de vapeur d'eau. On peut utiliser notamment dans ce cas le plus simple, donné simplement à titre d'exemple, des tubes en aluminium dont le diamètre intérieur est de 10 m/m et dont la longueur est de un mètre, ces tubes étant refroidis avec de l'eau à 2 C circulant en contre-courant.
Un tel condensateur donnerait, en admettant que le condensat coule le long de la surface ré- frigérante dans le même sens que le courant gazeux, 8 litres d'eau liquide par heure et par m de surface réfrigérante, alors que le mélange gazeux qui s'échappe et dont le point de condensation est de 22.5 C a encore une température de 80 C. Ce mélange reste donc lcin du point de condensation initial qui est de 48 C.
Pour une teneur en vapeur d'eau plus élevée pour le mélange gazeux pénétrant ou sortant du condenseur on peut, éventuellement, utiliser par exemple des tubes plus gros, coniques ou de longueur différente ou encore des plaques réfrigérantes. Pour une teneur en vapeur d'eau moins élevée, on peut, par exemple, avoir recours à des températures moin- dres pour .les surfaces réfrigérantes. Le condensat et l'eau
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de refroidissement peuvent, dans certains cas particuliers, être déplacés en sans contraire par rapport au courant gazeux ou transversalement par rapport à celui-ci et les surfaces ré- frigérantes peuvent également être constituées par le condensat refroidi ou par un liquide réfrigérant.
Toutes les indications concernant les températures et autres particularités du fonu- tionnement ne comptent donc, pour ce qui est dit ci-dessus ou ci-après, que pour l'exemple considéré. Dans chaque cas parti- culier, ces valeus sont modifiées en conséquence.
L'avantage résultant de la méthode selon l'invention ré- side, d'abord, dans une réduction notable de la surface réfrigé- rante utilisée. Un autre avantage dans bien des cas réside dans le fait que moins de chaleur doit être cédée aux parois réfri- gérantes. On peut utiliser des appareils qui servent à séparer le condensat obtenu pour gagner des constituants volatils, à récupérer des solvants, au fractionnement à la rectification ou analogues.
Le procédé présente une importance capitale dans le cas où se produisent des réactions chimiques, dans le cas où se forment des équilibres chimiques, car ces processus se laissent influ- encer principaliment par la température. Cette méthode permet, par exemple, en partant de mélanges d'oxydes d'azote chauds et con- tenant de l'eau tels qu'obtenus par exemple par la combustion de l'ammoniac de séparer un condensat ne contenant pas d'acide ni- trique ou pauvre en acide nitriqze en évitant des températures basses pour l'ensemble du mélange gazeux, ce qui n'était.pas pos- sible par toute autre méthode.
D'après ce qui est dit ci-dessus, on parvient à faire cette opération avec un minimum de surface refroidissante. Très souvent il est surtout avantageux de soustraire le condensat formé, dès qu'il quitte la surface réfrigérante, à toute action aupplémentai- re de la part du courant gazeux pour éviter par exemple une nou-
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velle vaporisation, une réaction chimique non désirée ou tout autre effet. Ceci a lieu, par exemple, en faisant dé- vier le courant gazeux ou des courants partiels d'un angle de 90 ou 1800 par exemple ou en le soumetant à une ro- tation.
On peut également engager, l'un dans l'autre, deux tubes éventuellement avec extrémités coniques ou de diamètre différents et faire passer le courant gazeux en ligne droite et sans perte de pression dans le tube le plus etroit alors que le condensat coule, de même, le long de la paroi du tube le plus large. On obtient également de bons résultats en faisant couler le condensat transversalement par rapport au courant gazeux ou en faisant passer le gaz extérieurement au contact d'ailettes réfrigérantes. Quand on le juge favo- rable, la séparation peut également se faire par des moyens mécaniques.
Un exemple de réalisation réside, par exemple, en un réfrigérant à tubes métalliques qui, par le procédé selon l'invention, sépare un condensat aqueux des oxydes azotiques chauds à 2000 C. C'est la température des oxydes azotiques résultant de la combustion de l'ammoniac, quand leur chaleur est utilisée dans la chaudière à vapeur, On monte, par exmm- ple et avantageusement, l'appareil de combustion de l'ammo- niao, la chaudière et le réfrigérant, intervenant dans la réalisation du présent procédé, directement les uns à la suite des autres.
Pour une surface réfrigérante de 5 m2/t d'ammoniac brûlé on obtient une séparation des 3/4 de l'eau de réaction et 9% en volume des oxydes azotiques avec une teneur en acide nitrique tellement faible qu'on peut les uti- liser pour l'absorption finale des oxydes azotiques, alors que les oxydes azotiques mêmes entrent dans l'appareil de production bien refroidis et sans perte da concentration. On épargne-dans ce cas,'1/2 à 2/3 de la surface réfrigérante ré- sistant aux acides ou un multiple de cette surface dans le
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cas où l'installation ne comportait, avant, pas de réfrigé- rant pour les gaz. Pour une ,chambre de condensation donnée on peut obtenir un acide plus concentré ou on peut adopter une chambre de condensation plus petite. On peut également écar- ter ou réduire toute absorption alcaline.
Ceci peut également se faire quand l'air utilisé est enrichi en oxygène ou en hy- drogne, de sorte que l'on obtient ainsi des procédésnooveaux et nullement appliqués jusqu'ici.
Si on monte, par exemple, directement l'un derrière l'autre, un appareil pour la combustion de l'ammoniac et un séparateur de condensat fonctionnant selon le procédé objet de l'invention, on peut, même dans le cas où le mélange con- tient 30% en volume en oxygène, séparer la moitié de l'eau de réaction avec moins de 1 gr. d'acide nitrique N/I pour une surface réfrigérante de seulement 5 m2/t de NH3. En même temps on refroidit les gaz, par exemple à 70 C ou 80 C. Pour un refroidissement ordinaire, en dessous du point de condensation, on doit utiliser si le gaz sortant est sensiblement saturé,une surface trois fois plus grande pour le même effet. On obtient par contre, pas le condensat pauvre en acide nitrique et tel que désiré, mais bien un acide nitrique dilué qui ne peut ser- vir ni à l'absorption finale ni comme acide d'utilisation.
Si on travaille avec des mélanges riches en oxygène et des gaz fortement concentrés, l'application du procédé selon l'invention permet un accroissement notable de la condentration que l'on peut obtenir pour l'acide et simultanément, une ré- duction notable de la surface réfrigérante. Ceci se présente, particulièrement, pour tous les procédés pour lesquels de la vapeur d'eau se trouve dans le gaz frais. Si on travaille, par exemple, avec des gaz contenant 20% en volume d'ammoniac et de l'air traité selon Linde et contenant environ 60% en vo- lume d'oxygène, ainsi que les déposants l'ont proposé dans und demande antérieure, on peut, en appliquant la méthode ci-des- sus,obtenir un rendement de plus de 95% en acide à 40 Bé.
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Si on travaille, par exemple', avec de l'oxygène par,on peut obtenir du tétraoxyde, sous forme gazeuse ou liquide, qui peut être transformé en acide nitrique fortement concen- tré sonans avoir recours à la condensation selon les anciens procédés avec Tours de ruissellement, pompes, colonnes mon- tantes et ventilateurs.
Exemple: Si on brûle, plus particulièrement, un mélange de 1 volume de NH3 avec 1,5 à 2,5 volumes d'oxygène non di- lué, par exemple, selon la demande à laquelle il est fait allusion plus haut, on parvient, à l'aide du présent procédé, a condenser la plus grande partie de l'eau résultant de la combustion et celle adjointe au gaz frais ainsi que la va- peur d'eau dégagée de la couche liquide, cette eau étant pau- vre en azote. La condensation se fait avant la transformation du mélange gazeux en acide nitrique fortement concentré ou en tétraoxyde d'azote liquide. Le mélange gazeux quitte le réfrigérant à une température supérieure à 100 C par exemple a 1100 ou à 190 C. La température du mélange gazeux sortant se trouve donc au-dessus de la température d'ébullition du constituant séparé.
Sans le présent procédé on ne pourrait pas obtenir, en partant de mélanges d'oxydes d'azote conte- nant un aussi fort pourcentage d'oxygène, un condensat pauvre en azote.
Un autre exemple pour l'application du procédé est la séparation, par exemple, d'eau, de sels d'ammonium et d'acide cyanhydrique de mélanges gazeux contenant de l'ammoniac et ainsi que cela se présente notamment lors de la synthèse de l'acide cyanhydrique en partant de l'ammoniac et d'oxyde de carbone ou pour la constitution de cyanamide, Le mélange ga- zeux traité selon l'invention peut être ramené dans le pro- cessus pour subir une nouvelle décomposition.