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Procédé et dispositif pour la fabrication de gaz pauvres en oxyde de carbone.
Pour réduite la teneur d'un mélange gazeux en CO toxique ou pour éliminer complètement ce dernier gaz ( détoxication du gaz) on fait appel des procédés connus, dans lesquels la matière de réaction est de la chaux dans lesquels on opère suivant les équations ci-après
EMI1.1
Ca0 CO. H30 Ca C03 Ii2o 11 2 Ca0 C02 II- 00 . MO " 3 Ca C0i * H2 21 2 caO p C il- (X)2 + 2 H20e 2 Ca C03 .. 2 Fi2 3) , Ces phases de ré action ont lieu à 5002 C environ.
Pour rendre à la matière de réaction son pouvoir 4*-réaation- nel, on la chauffe à 800 jusque 900ec: Ca CO:3 a Ca 0 00 2 La présente invention concerne la réalisatinqlirecte de ces eérréactions connues dans les opérations les plus diverses donnant lieu la fabrication des'gaz, pour obtenir
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déjà au moment de la production du gaz une teneur aussi faible que possible du gaz en CO, à l'aide des quantités de chaleur qui se dégagent et qui deviennent disponibles au cours de cette fabrication et en utilisant tout au moins partiellement, les appareils de fabrication du gaz, résulta;-; que l'on obtient par la transformation de CO en CO2 avec production de H2, Le processus de transformation du CO, c'est-à-dire la détoxication du gaz, est par ce procédé,rendue économique.
L'invention ne vise pas l'élimination complète du CO du gaz ou la détoxication complète de ce dernier, ce qui d'ailleurs n'est pas possible non plus, parce que presque chaque gaz contient en plias de CO, encore d'autres substances toxiques Le but de l'invention consiste à produire un gaz de ville su fissamment pauvre en CO pour les besoins de la pratique et de de façon écom&que et sans modification essentielle de ses propriétés combustibles.
Le procécé confor me à l'invention est applicable à toutes sortes de gaz, c'est-à-dire aussi bien au gaz à l'eau ou aux gaz analogues produits par voie dis- continue, qu'à tous les gaz produits de façon continue tels que 1 e gaz de gazogène ou le demi-gaz à l'eau ou encore le gaz d'éclairage ou des mélanges de ces gaz tels que le gaz double. Suivant l'invention le procédé s'adapte parfaitement à la production du gaz à obtenir, tant pendant la réaction que pendant la régénération de la matière de réaction et quand au dispositif utilisé pour la réalisation du procédé on utilise soit en totalité, soit en majeure partie, le dispositif corres- pondant servant à la fabrication du gaz.
C' est ce qu'on montrera à l'aide des exemples de réalisation qui vont être décrits et exposés plus loin avec référence aux dessins schématiques annexés
On produit du gaz à l'eau pauvre en CO, par le procédé discontinu connu, en deux phases alternatives. On modifie l'ins- tallation de fabrication du gaz en ce sens que la chambre de combustion ( l'accumulateur de chaleur) le carburateur et
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le surchauffeur peuvent servir à recevoir la matière de réac- tion ,
ou bien que celle-ci se trouve dans une autre chambre distincte au gazogène et dans laquelle ont lieu lesopérations de transformation suivant Ses équations 1 à 3 et l'opération de régénération suivant 1 équation 4 Dans la période de gazéification les réactions se font à 500 C environ et dans la période :le soufflage à chaud la matière de réaction est régénérée à 800 -900 C environo Les doux opérations peuvent être provoquées au cours de la production du gaz à l'eau ou d'un gaz ou mélange gazeux analogue au gaz à l'eau. On réaliâe ensuite le procédé de la façon suivante.
On introduit dans le gazogène, par couches, du coke, du charbon et de la chaux, ou au lieu de celle-ci, les oxydes ou carbonates pouvant la remplacer ('de préférence de l'ankérite, c'est-'à-dire un mélange naturel de carbonate de calcium et de carbonate de fer) ou des hydroxydes ( par exemples des métaux alcalins, des métaux alcalino-terreux ou des métaux liurds et on réalise l'opération périodique de fabrication du gaz à l'eau. Les réactions et la régénération de la matière de réaction ont lieu de la même façon que lorsque cette matière se trouve dans une chambre distincte du gazogène à cette exception près que la matière de réaction est détournée, le cas échéant au moyen d'appareils mécaniques ,
en même temps que les scories de la matière de gazéification, scories qui restent aptes la production du gaz.. La matième réactionnelle extraite du gazogène peut être séparée desscories par un triage et être réintroduite dans le gazogène, le cas échéant après avoir été régénérée par chauffage ( grillage ), Lorsqu'il s'agit de gaz de gazogène ou demi-gaz à l'eau ou encore de gaz analogues, tous pauvres en CO, obtenus par un procédé par voie continue, la transformation du CO et la régénération de la matière de réaction peuvent avoir lieu le cas échéant par l'amenée alternative dans le gazogène ou dans
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la chambre dans laquelle se trouve la matière de réaction d 'un excès de vapeur d'eau et d'un excès d'air.
La tempe rature d'environ 500 à 6002 C nécessaire pour la réaction et la température d'environ 800-900 C nécessaire pour la régénéra- tion peuvent être réglées directement à l'aide de l'excès alternatif de vapeur et d'air, sans qu'on soit obligé de renoncer à la continuité de la production du gaz. Ce procédé décrit en dernier lieu peut être appliqué aussi avantageusement. dans la fabrication dite continue du gaz à l'eau;
Enfin, on peut aussi effectuer le chauffage de la matière de réaction par voie de régénération d'après le principe :le Siemens à l'aide d'une installation qui sera décrite plus loin.
Ce procédé qu'on met en oeuvre de préférence a moyen de deux chambres dans lesquelles suivant l'invention, se trouve la masse de réaction, convient bien de préférence pour le mode de fabrication du gaz qui a .ieu par voie continue et sans intermittences ( par exemple la fabrication du gaz d'éclairage dans des cornues, des chambres de fours etc, ou la fabrication du gaz pauvre dans des gazogènes, etc). Le chauffage'des chambres de récupération peut se faire par la chaleur propre du gaz produit avec une combustion supplémen- taire, dans les chambres de régénération, d'une partie du gaz produit, combustion ayant lieu au moyen de gaz de chauffage étrangers qu'on fait bruler dans les chambres de régénération, ou par le chauffage de ces chambres de l'extérieur au moyen d'une source de chaleur étrangère extérieure.
Le chauffage des chambres de régénération et le chauffage, suivant l'in- vention, de la matière de réaction qui s' y trouver pour la réaction et la régénération dans les conditions de tempé- rature optima indiquées, suivant l'invention, avec et sans vapeur d'eau) peutent aussi être réalisé par l'utilisation de la chaleur d'échappement d'une source de chaleur étrangère extérieure.
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Ainsi qu'on l'a déjà dit, l'application des réactions sur lesquelles est basé le procédé à l'aide de CaO servant -l'agent de réaction est connue. Ce qui est toutefois nouveau, cest l'utilisation de cette matière déjà dès la production des gaz dans une installation de fabrication de gaz fournis- sant un gaz prêt à servir, pauvre en CO et enrichi en H2, On a constaté qu'il est avantageux d'ajouter à la chaux des oxydes hydroxydes ou des carb&nates d'autres métaux ( seuls ou mélangés avec de l'ankérite par exemple ceux des métaux alcalins ou des métaux alcalino-terreux , du fer, du chrome, du nickel, du cobalt ou du zinc On décrira en principe ci-dessous à l'aide d'exemples de réalisation,
les installations nécessaires pour la réalisa- tion du procécé donforme à 1 invention Ces installations constituent une partie essentielle de l'invention en ce sens que la succession correcte des appareils est une condition essentielle de la réussite du procédé et de sa réalisation économique. Autrement dit, on n'obtient l'effet cherché qu'en montant à l'endroit voulu ie l'installation la chambre contenant la matière de réaction pour la conversion du CO, Quant à l'ins- tallation même de fabrication du gaz, elle peut être quelconque, mais on utilisera de préférence, pour la mise en pratique du procédé conforme à l'invention, des gazogènes comportant des chaudières à vapeur et construits en substance comme ceux qui sont décrits dans les brevets autrichiens 101466 et 114467.
C'est à l'aide de ces gazogènes que le procédé peut être appliqué dans les meilleurs conditions au double point de vue industriel et économique,
Les fige 1, 2 et 3 des dessins annexés représentent trois installations différentes de fabrication du gaz, au moyen desquelles l'invention petit être,mise en pratique,
L'installation représentée enfig<, 1 montre schématiquement le montage en série d' un gazogène ordinaire a monté dans un
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massif en maçonnerie ou refroidi par de l'eau, pour la fabrica- tion du gaz à l'eau, d'une chambre de combustion b ( chambre d'allumage, accumulateur de chaleur, carburateur ) et de la chambre c, qui contient la matière de réactionk, ( CaO ou autre matière) pour la conversion du 00 en CO2 avec production de H2.
Au-dessus de cette chambre se trouve une cheminée cl. e dispositif de queue de ce groupe d'appareils est l'épura- teur,d,dans la partie Inférieure duquel se trouve l'otu- rateur hydraulique dl. Le fonctionnement de cette installation est le suivant :
On procède alternativement au " soufflage à chaud " et à la gazéification, celle-ci ayant lieu uniquement d'en bas ou alternativement d'en bas et d'en haut.
L'air servant au soufflage à chaud entre dans le gazogène a par la conduite d'air e ou el, le registre à air 1 étant ouvert, tandis que les gaz de soufflage à chaud entrent dans l'accumulateur de chaleur ( carburateur ) b par la conduite g, le registre à gaz 3 étant ouvert, et par la conduite Ils y cèdent de façon connue une partie de leur chaleur au cloison- nage en matière réfractaire, grace au fait que de l'air secon- daire venant de la conduite d'air e2 est introduit dans l'ac- cumulateur de chaleur, le registre 2 étant ouvert et fait brûler le Co des gaz de soufflage à chaud.
Les gaz de combustion chauds passent alors de l'accumulateur de chaleur par la conduite g3 dans la chambre c qui contient la matière de réac- tion k disposée comme habituellement, qui suivant k'invention, est nécessaire pendant la période ultérieure de gazéification pour la conversion du CO en CO2 avec production simultanée de H2. Les gaz de soufflage à chaud s'échappent ensuite par la cheminée C1, le clapet 10 étant ouvert. Le cas échéant on peut aussi introduire de l'air dans la chambre c par le regis- tre ouvert 2 et par la conduite d'air e3, pour y faire brûler encore le CO qui peut rester dans les gaz de la combustion de
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la période de soufflage à chaud et ppur porter la matière de réaction k à la température de conversion nécessaire.
Pendant le soufflage à chaud, la matière de réaction qui a absorbé le CO2 pendant la période précédente de gazéification, est simultanément régénérée. Le CO2 libéré s'échappe par la chemi- née c1. La matière de réaction est donc rendue de nouveau capable de réagir, au cours de la période de soufflage chaud pour l'absorption de CO2.
Chaque période de soufflage à chaud est suivie d'une période, de gazéification. Le processus est le suivants
En fermant les registres à air, 1, 2 et 2' on arrête l'arrivée de l'air dans les conduites e, e, e2 et e3 qui aboutissent aux appareils a, b, et c. Le registre à gaz 3 reste ouvert lorsque la gazéification a lieu e d'en bas" et le registre à gaz 4 reste ouvert lorsque la gazéification alieu d'en haut".
Le registre à gaz 5 ne sert qu'à la sortie des cendres folles, La gazéification se produit par litxoduction dans le gazogène a', de vapeur d'eau venant des conduites f et f2, le registre à vapeur 9' étant ouvert dans le cas de la gazéification par en haut et de vapeur venant des conduites f et fl les registres à vapeur 6 et 9 étant ouverts dans le cas de la gazéification par en base
Lorsque la gazéification a lieu Il d'en haut" le gaz à 117,au ainsi produit sort du gazogène a par les conduites à gaz gl et g2 pour entrer dans l'accumulateur de chaleur b et il sort de celui-ci par la conduite g3, pour enfin entrer dans la -chambre c,
dont le clapet 10 est fermée Le gaz à l'eau pauvre en CO et enrichi en H2 sort de la chambre c par l'ouverture 13 et entre dans l'épurateur d en passant par la conduite g4 et à travers l'obturateur hydraulique de sûreté d1. Lorsque la gagéification a lieu d'en bas le trajet est le même, sauf que le gaz à l'eau produit passe par la conduite g au lieu de passer par la conduite gl.
Pour augmenter dans la mesure du possible la conversion
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de CO en CO2 et la production en H2, on introduit de la vapeur pendant la période de gazéification dans 1' accumu-lateur de chaleur b en oàvrant le registre à vapeur 7, et dans la chambre c, par la conduite de vapeur f3 en ouvrant le regis- tre ,à vapeur 8.
Dès que la température a baissé, à 1a fin de la période de gazéification, suffisamment pour produire un gaez à l'eau de la qualité voulue, on recommence le soufflage à chaud. Ainsi qu'on l'a déjà dit, ce soufflgge à chaud rend à la matière de réaction k sa capacité d'entrer à nouveab en réaction. Le remplacement de cette matière est opéré après des périodes de fonctionnement assez longues, la matière à remplacer étant extraite par l'ouverture 12 et la nouvelle matière étant introduite dans la chambre c par l'ouverture IL].
Ainsi qu'on l'a déjà dit, le procédé conforme à l'invention peut être appliqué très avantageusement au moyen d'un gazogène construit d'après le brevet français N2603536 et relié, de la façon représentée dans la fig, 1 à une chambre c destinée à contenir la matière de réaction. Le fonctionnement est aaalogue à celui qui a été décrit- en regard de la fig.1.
L'installation représentée dans la fige 2 montre encore schématiquement la combinaison, avec la chambre c, d'un gazogène de fabrication de gaz à l'eau, combiné avec une chaudière à vapeur, construit et fonctionnant suivant les brevets français Nos. 603535 et 672271, Le gazogène utilisé dans ce cas, conr- biné avec un générateur de vapeur, comporte, au lieu des tubes de chauffage du générateur, dans l'enveloppe extérieure du gazogène enveloppe servant de chambre à gaz, un cloisonnage en matière réfractaire servant d'accumulateur de chaleur. Dans l'installation représentée par la fig. 2 la chambre de com- bustion b, agencée comme dans la fig. 1 est montée dans le gazogène lui-meme.
La matière à gazéifier contenue dans la cuve du gazogène a, cuve qui est constituée par des tubes a 1 conformes au brevet français N 672271, cède d'abord de la
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chaleur au générateur tubulaire all. Les tubes de ce générateur reçoivent en butre de la chaleur de la chambre à gaz de l'enveloppe b, par suite du rayonnement du cloison- nage réfractaire qui s'y trouve et qui est chauffé pendant la période :
le soufflage à chaud, Cette disposition présente en ce qui concerne le procédé conforme à l'invention, l'a- vantage que toute la chaleur des gaz de soufflage à chaud de l'opération de production du gaz à l'eau n'est pas utilisée exclusivement pour la production de la vapeur, mais qu'il reste encore assez de chaleur pour la régénération de la matière de réaction k contenue dans la chambre c. Néanmoins la quantité de vapeur produite dans l'enveloppe ou chambre à gaz extérieure du gazogène, grâce au cloisonnage en matière réfractaire et de sa chaleur de rayonnement, suffit pour activer sensiblement l'enrichissement du gaz en hydrogène par l'apport de vapeur dans la chambre c, en plus de la quantité de vapeur nécessaire pour la production du gaz à 1' eau..
Le fonctionnement de cette ànstallation en substance est le suivante
On procède alternativement au soufflage à chaud et à la gazéification, comme dans l'installation représentée par la fig. 2 Le soufflage à chaud peut avoir lieu d'en bas seulement ou alternativement 3 en haut et 3 en bas.
L'air nécessaire au soufflage à chaud entre dans la cuve du gazogène a, le registre à air 1 étant ouvert, par la conduite el et provient de la conduite d'air e Le registre 'il gaz 3 est femmé, et le réglette à gaz le de g2 est ouvert Les gaz de soufflage à chaud sortant de la cuve a passent par la conduite g2 et entrent dans l'enveloppe ou chambre à gaz extérieure b dans laquelle se trouve le cbisonnage en briques réfractai- res ( accumulateur de chaleur).
En faisant arriver de l'air par la conduite e2, le registre à air 2 étant ouvert, on fait brûler les gaz de soufflage à chaud dans l'enveloppe ou
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chambre à gaz b et ces gaz y chauffent non seulement l'accumulateur de chaleur, mais encore, par cette enveloppe, les tubes a 1 qui constituent la cuve du gazogène. Les gaz de la combustion des gaz du soufflage à chaud passent, avec les gaz contenus dans cette enveloppe et non encore brûlés à travers le registre à gaz 15, qui est ouvert, en- trent dans la conduite g3 et arrivent ainsi à la chambrec.
Pour le reste le fonctionnement est exactement le meme que celui qui est décrit en regard de la fig, 1, de sorte qu'aucune autre description détaillée n'est nécessaire.
Pendant la période de gazéification on prélevé de la vapeur d'eau à lachaudière secondaire a2.
Les formes de réalisations représentées à titre d'exem- ple dans les fig, 1 et 2, des installations serrant à la mise en pratique eu procédé conforme à l'invention peu-? vent naturellement subit différentes mmdifications. La seule chose essentielle est que l'on doit toujours pré- voir, dans toutes les installations quelles quelles soient une chambre c contenant la matière de réaction k nécessaire pour la réalisation du procédé, à moins que cette matière ne soit introduite dans le gazogène ou autre appareil de production du gaz ( four de distillation, cornues, etc) en même temps que la matière à gazéifier.
La chambre u ne sert d'ailleurs pas seulement de dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention dans la fabrication du gaz à l'eau mais ellepeut aussi servir pour la fabri- cation de tout autre gaz ou mélange gazeux quel qu'il soit, lorsque s'agit de transformer CO en CO2 avec production de H2 ou enrichissement en H2 à l'aide d'une matière de réaction à laquelle on peut rendre , après transformation son pouvoir de réaction par chauffage et expulsion de CO2.
L'installation représentée dans la fig. 3 est un exem. ple de réalisation d'une installation destinée à l'applica-
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tion du procédé de transformation de CO suivant l'invention à la fabrication de gaz par un procédé continu de fabrica- tion d'après le principe de récupération de Siemens.
L'ins- tallation est constituée principalement par un gazogène , par exemple un gazogène combiné avec un générateur de vaper a pour la fabrication continue d'un gaz, et par deux chambres e régénération cl et c2 de construction semblable, con- tenant la matière de réaction k et agencées, dans cet exemple de réalisation, en vue du chauffage *intérieur par la chaleur même du gaz produit et en vue d'un chauffage supplémentaire par la combustion périodique de quantités partielles de ce gaz, Un branchement e 1 partant de la conduite de gaz e abouti au gazogène tandis que les branchements, e2, e3, e4, et e5, e6 etc.. aboutissent aux chambres de régénération.
Pour la réalisation du procédé conforme à l'invention la conduite de gaz e contient des organes 3 arrêt ou obturateurs 1,2,3,4.
Au sortir du gazogène, le gaz produit et contenant 00 est conduit par g, gl et g2 en cl et c2, les manoeuvres né ces- saires étant effectuées par une ouverture et une fermeture systématises des obturateurs 5 et 6 montés dans les condui- tes de gaz. Une conduite :le vapeur f partant du gazogène comporte en outre des branchements f1, f2 confisant à en et c2. En outre un brahchement f3 partant de f aboutit au gazogène lui-même au-dessous de la grille (vapeur arrivant en bas). f1, f2 et f3 contiennet des obturateurs 11,12, 13 pour l'ouverture et la fermeture systématiques de l'arrivée de la vapeur en vue de la mise en pratique suivant l'invention du procédé dont il s'agit.
Des condittens de gaz g3, g4 et g5 servantévacuer le gaz de cl et de c2 après l'ovation de transformation, g3 et g4 contiennent également des organes d'arrêt 7 et 8 pour l'ouverture et la fermeture systématiques en vue de la mise en pratique du procédé conforme à l'invention.
Un branchement g6 partant de g5 comporte des obturateurs 9 et 10 pour l'ouverture et la fermeture systématiques. C sert
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aafaire arriver une partie du gaz produit (dont le CO est déjà transformé dans cet exemple de réalisai,ion),, gaz qui est brûlé périodiquement dans cl et c2 ppur chauffer la matière de réaction k le cas échéant et pour la porter à la température de régénération, Les gaz de la combus- tion, gaz qui contiennent aussi le CO2 expulsé de la matière.de réaction au cours de sa régénération, sortent de cl et de c2 par les cheminées c1 et c", les obturateurs étant ouverts.
Le procédé de transformation de CO en CO2 avec enrichissement simultané en H2 et avec expulsion ultérieure du CO2 hors de la matière de réaction est dans le dispositif décrit, réalisé de la façon suivante :
En produit de façon continue du 'gaz en a et ce gaz encore chaud traverse cl ou c2, où son CO est transformé en 002 avec production de H2 par le contact avec K en présance de vapeur d'eau à la température de 500 à 600 C qui . est nécessaire à la réaction. Pendant que la transformation a lieu par exemple en c2, k est régénéré en cl à la tempé- rature de 800 à 9002 C nécessaire à cette régénération, c'est-à-dire que k est débarrassé du CO2 absorbé auparavant.
!Au bout d'un certain temps, lorsque les températures mptima indispensables à la réalisation du procédé n'existent plus dans les chambres cl et c2 on effectue le changement, la réaction ayant alors lieu en cl et la régénération de la matière de réaction en c2. Le même jeu se répète continuel- lement avec ces opérations alternatives.
La position des organes d'arrêt dans les conduites ( de gaz, d'air et de vapeur) variera haturellement pour c1 et c2 pour chaque opération; cette position sera la suivante : a) réaction dans c 1 et réservation dans c 1 : ouverts ;6,8,12, 5, 9 et clapet de c2 fermés: 5,4,10, 13, 7 et clapet de cl b) réaction dans c1 et régénérationdans c2
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ouverts5, 7, 11, 4, 10 et clapet de cl fermés: 3, 9, 6, 12, 8 et clapet de c2, Revendications.
1/ Procédé de fabrication de gaz pauvres en CO par la transformation du 00 en d'autres gaz à l'aide d'une matière de réaction contenant CaO, caractérisé en ce que la réac- tion de transformation du Co en présence de vapeur de H20, ainsi que la régénération de la matière de réaction ont lieu pendant la phase de production du gaz, ce qui fait que les quantités de chaleur libérées au cours de cette opération peuveht servir pour la réaction aussi bien que pour la régénération de la matière et que la production de gaz pauvres enCO est ainsi rendue économique..