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"PROCEDE ET DISPOSITIF POUR LE DECOMPOSITION THERMIQUE DE MATIERES OU MELANGES DE MATIERES"
L'invention concerne la décomposition thermique de matières qui, aux températures élevées, ne sont plus stables et se décom- posent en composés chimiques plus simples, ou en composés ohimi- ' ques plus simples et en éléments. A ces matières appartiennent par exemple la plupart des sels des métaux lourds et de nombreux sels des métaux terreux, alcaline terreux, et alcalins. Par exem- ple, le sulfate d'argent se décompose à environ II00 C en argent, anhydride sulfureux, anhydride sulfurique et oxygène.
Avec ou sans séparation d'oxygène et formation de. composés oxygénés du sou- fre et d'oxydes métalliques se décomposent par exemple aussi les sulfates de fer, de manganèse, de cuivre,de nickel, de cobalt,
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de zinc, de magnésium, etc., à des températures connues comme telles, situées entre 8000 et 1300 C. D'une manière semblable peu- vent être décomposés thermiquement les chlorures, les nitrates, les carbonates, les hydrates et les composés analogues des mé- taux lourds. De même les nitrates, les carbonates ou les hydre,... tes terreux, aloalino-terreux et alcalins, ainsi que différents chlorures de ces matières,par exemple le chlorure de magnésium, se laissent décomposer par phauffage, sous formation dtoxydes.
De plus, les mélanges des dites matières ainsi que des nombreux composés organiques, peuvent être décomposés thermiquement sui- vant l'invention.
Suivant l'invention des solutions concentrées, des suspen- sions, ou des bains de fusion à teneur d'eau des matières de ces espèces, ou de mélanges de ces matières, sont finement divisés et portés ,à l'état de répartition fine, suivant le principe des équicourants en contact intime, dans une chambre étendue en lon- gueur, avec un agent gazeux chauffé à haute température. L'agent gazeux chauffé à haute température cède ainsi sa chaleur aux matières de départ pulvérisées. Il est employé à une température tellement élevée et en quantités telles, qu'il en résulte successi- vement l'élimination d'eau et la transformation thermique en- trant en ligne de compte dans chaque cas particulier,des matières de départ.
L'élimination d'eau se produit ainsi d'une manière ins- tantanée et provoque une division ultérieure très prononcée des gouttelettes distinctes. Ensuite, les produits solides de la décomposition thermique sont séparés de l'agent gazeux, généra- lement sous Poorme d'un produit pulvérulent solide. Les produits gazeux de la décomposition et l'eau vaporisée de la solution,de la suspension ou du bain de fusion, passent à l'agent gazeux, duquel ils peuvent être séparés et récupérés le cas échéant.
Le procédé suivant l'invention est réalisé par exemple par le fait,que les matières de départ sont finement pulvérisées et sont
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portées en contact intime avec de la vapeur d'eau fortement surchauffée, ou avec des gaz chauds, dont la température est supérieure à la température de décomposition des matières de départ. Par la pulvérisation des matières de départ en forme de solution concentrée, ou de bain de fusion à teneur d'eau, ou de suspension de matières solides, par exemple dans l'eau ,ou dans des solutions aqueuses, on parvient à pouvoir réaliser la pulvé- risation d'une manière très uniforme, et surtout à pouvoir par- faient contrôler le mouvement des brouillards, ou nappes, de pulvérisation au travers de la chambre de chauffage.
Ceci à son tour, a pour résultat que la décomposition thermique se produit d'une manière très uniforme et complète ainsi qu'en très pou de temps. Le procédé travaille donc avec des grands rendements de production. Par la transformation en brouillard, ou la pulvé- risation, suivie d'une vaporisation subite, d'eau, on atteint une répartition particulièrement avantageuse des matières de départ dans la chambre de décomposition. D'autre part, la surface de réaction est augmentée à l'optimum.
Les gaz chauds peuvent, par conséquent, agir d'une manière très intense sur les matières de départ.Il en résulte l'avantage ultérieur, qu'en cas de néces- sité les gaz servant à, la décomposition nont besoin d'être chauf- fés qu'à. une température dépassant modérément la température de décomposition théoriquement nécessaire. Mais on peut naturellement travailler aussi en chauffant plus fort.
8'fil y a danger que les produitsde décomposition réagissent, lors du refroidissement,d'une manière indésirable avec des ma- tières oontenues dans les gaz sortant , on évite ceci par exemple par le fait qu'on sépare les composantes solides d'avec les gaz des températures tellement élevées, ou qu'on refroidit les gaz avec une rapidité telle en dessous de la température de réaction, que des changements nuisibles ne puissent plus se produire. Après la séparation des matières solides, les gaz et leurs composantes distinctes peuvent être utilisés comme décrit.
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Lorsque la décomposition thermique est réalisée suivant l'inven- tion par le fait que la solution,ou la susponsion, finement pulvé- risée, ou le bain de fusion à teneur d'eau finement pulvérisé, est conduit en équicourant avec l'agent de chauffage par une chambre état- due en longueur,par exemple une tour, ou un canal oblique ou horizon- tal,l'agent de chauffage à hautetempérature provoque d'abord la vaporisation de l'eau introduite avec les matières de départ dans la chambre de décomposition,et devient inopérant lorsque sa tem- pérature est descendue sous la température de décomposition des matières de départ.Pat contre ,
l'invention offre l'avantage que - l'agent de chauffage peut être conduit à grande vitesse au travers du dispositif de décomposition et que le rendement de production de ce dernier peut être augmenté dans une mesure extraordinairement élevée.
On introduit par exemple une solution concentrée de sel, ou un bain de fusion à teneur d'eau, par une tuyère avec de la vapeur ou de l'air comprimé, ou analogue, dans la partie inférieure de la tour de manière, à ce que le liquide introduit soit dispersé sous forme de brouillards fins ou de nappes fines montant dans la tour. Le dispositif pulvérisateur peut être prévu dans le fond inférieur de la tour,utilement dans son centre.Mais il peut aussi être prévu aux, ou dans les parois latérales de la partie inférieure de la tour,ou,l'on peut prévoir plusieurs dispositifs pulvérisateurs dans le fond et/ou dans les parois latétales. L'agent de chauffage entre dans la tour près de l'entrée de la solution de sel, à un ou plusieurs ene 5 droits, et se mélange rapidement avec les brouillards ou nappes de liquide.
A titre d'exemple, l'agent de chauffage est appli- qué, - si des températures de décomposition élevées sont avan- tageuses ou nécessaires,- à une température de 15000 à. I800 0.
Pendant que le mélange de l'agent de chauffage avec les matières de départ pulvérisées monte dans la tour,il se produit la vaporisation de l'eau véhiculée par les matières de départ,le chauffage de ces
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dernières à la température de décomposition et leur décomposi- tion.
Si l'on veut maintenir l'agent de chauffage à des tempé- ratures plus basses, on peut prévoir aans lesparties plus éle- yées de la tour des admissions supplémentaires d'agent de chauffage, de manière à avoir dans la chambre de décomposition étendue en longueur un apport de chaleur par étapes.
Afin d'utiliser la chambre de décomposition aussi complè- tement que possible il est recommandable de coordonner l'apport de chaleur et l'admission des matières à décomposer de manière, à ce que les gaz sortent de la tour à des températures situées dans la, voisinage de la température de décomposition des ma- tières à décomposer.
Les gaz sortant de la dour emportent,suivant cette méthode de travail en équioourant, pratiquement toute la quantité des produits de décomposition solides. Utilement la majeure partie des matières solides est d'abord séparée des gaz par exemple dans un cyclone.Ensuite les gaz sont conduits,- enves de l'uti- lisation de leur chaleur, par exemple dans une chaudière à cha- leur perdue, ou dans un récupérateur , ou analogue. Cependant ces échangeurs de chaleur peuvent aussi être disposés entre la chambre de décomposition et le cyclone.
En vue d'un refroidisse- ment ultérieur les gaz passent par exemple par un préchauffeur diair, ou par des dispositifs échangeurs de chaleur semblables, pour être ensuite libérés le cas échéant, dans des dispositifs épurateurs finisseurs, par exemple à épuration électrique de gaz, du reste des matières solides.
On a fait la constatation surprenante que la ohaleur des gaz pout être récupérée dans une très large mesure au moyen des dispositifs échangeurs de chaleur susmentionnés ou autres.
Comme agent de chauffage gazeux on peut employer suivant l'invention, outre la vapeur d'eau surchauffée, des gaz de oom- bustion, qui sont portés à la température la plus appropriée dans chaque cas, par leur production appropriée, ou par mélan-
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ge avec de l'air ou avec d'autre gaz, ou par mélange.- avec du gaz conduit en circuit. Au lieu de gaz de combustion on peut aussi employer d'autres gaz chauds, comme agent de chauf- fage, par exemple de l'air, de l'azote, ou de l'acide carbonique, correspondamment chauffés.
L'agent de chauffage est appliqué suivant l'invention a- vantageusement sous pression atmosphérique. mans certains cas il peut cependant être recommandable de travailler à une pres- sion plus élevée, ou avec une faible dépression. En cas d'em-, ploi de vapeur d'eau surohauffée comme agent de chauifage, l'ex- cès de vapeur généré dans le procédé, pour autant qu'il n'est pas consommé dans le procédé même, peut ëtre utilisé à d'autres buts, par exemple à des buts de préchauffage ou de vaporisation, ou il peut être employé comme vapeur motrice pour appareils à. jet.
Lemploi de gaz comme le Na ou le CO2' dont la prépa- ration entraine certains frais , peut être-rendu économique par le fait qu'on réutilise les gaz de chauffage en circuit.
La pulvérisation des matières de départ est réalisée avan- tageusement au moyen d'air comprimé ou de vapeur, qui est amené dans le dispositif pulvérisateur,- par exemple une tuyère,- par une conduite, la vapeur pouvant cependant être générée en- tièrement ou en partie par le fait, qu'une solution ,ou une sus- pension, ou un bain de fusion à. teneur d'eau, des matières de départ, est soumise , ou soumis, a une détente à partir d'une pression plus élevée,- par exemple de la pression à la- quelle fût concentrée auparavant la solution étendue,- à la pres- sion réguant dans le récipient de décomposition.
Suivant l'in- vention l'économie thermique du procédépeut être rendue dans tous les cas très avantageuse par le fait que la chaleur des gaz de sortie chauds est utilisée dans le procédé même, ou dans d'autres buts, par exemple par le fait qu'on réutilise les gaz
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de chauffage en qirouit ,avantageusement en leur soustrayant d'abord leur chaleur en excès dans des échangeurs de chaleur, après une séparation plus ou moins complète des produits aoli- des de la décomposition. Ensuite on procède à la séparation des produits de décomposition gazeux et le cas échéant de la vapeur d'eau. Les gaz traités de cette manière sont ensuite d'abord préchauffés par échange de chaleur avec les gaz de sortie chauds, et sont ensuite portés à la température de tra- vail nécessaire, dans un réchauffeur spécial.
Ce chauffage définitif peut se faire dans des régénérateurs ou récupérateurs.
Mais il est également possible de réaliser le chauffagepar l'ad- mission de gaz chauffés à hautes températures.Au lieu de cir- cuit à gaz on peut faire usage d'un circuit thermique réalisé par la génération d'un agent de chauffage continuellement frais, par exemple par la combustion de combustibles gazeux ou liquides avec de l'air, l'air de combustion, ou le gaz combustible, ou les deux étant préchauffée par exemple à l'aide de la chaleur des gaz de sortie ou de cheminée .D'autre part il est possible qu'une partie des gaz présents dans le procédé suivant l'invention soit réutilisée,après un chauffage correspondant, directement comme agent de chauffage, c'est à dire sans dépoussiérage préa- lable, ni séparation préalable des produits de décomposition gazeux ou de la vapeur,
tandis qu'une partieexcédente de gaz peut être exploitée de la manière décrite plus haut, c'est à dir.e en la soumettant à une séparation et récupération des produits de décomposition solides et le cas échéant gazeux avec récupération de chaleur. Cette forme d'exécution du procéde suivant l'invention peut encore être modifiée de manière qu'on élimine du gaz conduit en circuit les produits de décomposition solides et le cas échéant gazeux, ainsi que la vapeur d'eau.
Si l'on utilise suivant la présente invention, comme agent de chauffage de la vapeur d'eau surohauffée, la récupération de -chaleur se fait d'une manière semblable, par exemple, en pas de
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décomposition thermique de sels dissouts ou analogue, susoepti- bles de former des cristaux à teneur d'eau de constitution, on conduit de la vapeur d'eauen circuit par la chambre de chauffa- ge et par un surchauffeur, tandis que la vapeur en excès est séparée du circuit et est utilisée à d'autres buts de chauffage, par exémple à. la préparation ou à la concentration des solu- tions à traiter.
Les exemples suivants expliquent le fond de l'invention d'une manière plus détaillée.
Par exemple, une solution de sulfate de magpésium, ou analogue, est pulvérisée au moyen de tuyères disposées dans la partie inférieure d'un récipient de l'espèce d'une tour, pen- dant que des gaz chauds, par exemple des gaz de combustion chauds, entrent -simultanément dans la tour par sa partie in- férieure, la température des dits gaz étant située correspon- damment au dessus de la température de décomposition théori- quement déterminée du sulfate de magnésium, ces gaz cheminant en équicourant avec la matière traitée dans la tour, de manié- re à provoquer l'élimination de l'eau du sulfate de magnésium, le chauffage du suliate de magnésium à.
la température de décon- position et la décomposition du sulfate de magnésium en oxyde de magnésium et anhydride sulfutique, respectivement anhydti- de sulfureux.
Les gaz produits dans le traitement se mélangent aveo l'agent de chauffage gazeux et sont évacués par la partie supé- rieure de la tour. Vu que la décomposition du sulfate de magné- sium se produit en un temps extrêmement court, les produits de décomposition gazeux contenus dans les gaz de sortie sont en ma- jeure partie de l'anhydride sulfurique. Ce dernier peut donc être récupéré des gaz de sortie déjà par simple condensation à une température correspondante, sous forme d'acide sulfurique con- centré.
Lorsque les gaz de sortie contiennent des quantités assez
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importantes d'anhydride sulfureux ,il est possible de le récupérer également sous forme d'acide sulfurique,-,après un ré- glage approprié de la température et pares procédés connus, par exemple dans des installations de contact, ou dans des systèmes de tours, - soit séparément, soit ensemble avec l'anhy- dride sulfurique.
Les gaz de sortie contiennent également les produits de décomposition solides, par exemple l'oxyde de-magnésium. Ces derniers sont séparés des premiers'par des procédés connus, avant le traitement des gaz, en vue de-l'obtention de l'acide sulfurique.
Similairement à ce qui vient d'être décrit par rapport au sulfate de magnésium on peut aussi réaliser la décomposi- tion thermique d'autres sels qui se décomposent en leurs oxy- des à des températures techniquement réalisables.On peut trai- ter de la même manière par exemple les sulfates, les chlorures, les nitrates, les carbonates, les hydrates, ou analogues, de manganèse de fer, de cuivre ou de zinc et de métaux semblables.
Dans ces cas et dans d'autres, les oxydes métalliques peuvent souvent être récupérés sous forme de corps colorants précieux, dont les tons peuvent être changés suivant les besoins par un réglage correspondant des conditions auxquelles se fait la décomposition, par exemple par le réglage de la composition et de la température de l'agent de chauffage, ou par 1 'addition de faibles quantités d'autres matières appropriées.
Par exemple lorsqu'il s'agit de traiter des matières qui peuvent subir un changement par oxydation , ou analogue, à la température de travail nécessaire, et lorsqu'il s'agit d'éviter de tels changements, on se servira d'un agent de chauffage i- nete, par exemple de gaz exempt d'oxygène comme l'azote. Lorsqu'il s'agit, d'autre part, de ne pas dépasser une certaine tempera- ture de travail, afin d'éviter une décomposition indésirable, comme c'est le cas pour certains sels organiques ou des matières
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semblables, on emploie l'agent de chauffage gazeux à, une @ basse température d'entrée, en une quantité correspondamment grande suffisante pour le convertissement chimique en un trai- tement unique.
Comme exemple d'exécution Ultérieur on décrira dans ce qui suit d'une manière plus détaillée la décomposition du chlo- rure de magnésium.
Suivant l'invention les solutions concentrées de chlorure de magnésium,-,avantageusement à l'état chaud,- ou des bains de fusion de chlorure de magnésium à teneur d'eau, par exemple de l'hexahydrate de chlorure de magnésium fondu, qui peuvent e@core contenir certaines quantités d'oxyde de magnésium ou d'oxychlorure de magnésium finement réparties, par exemple en suspension,sont transformés enrouillard ou pulvérisés dame un agent gazeux.
L'agent gazeux est employé à des températures tellement élevées,- à environ 1300 -1700 c,- qu'il provoque une élimination subite de l'eau des brouillards ou des gouttelettes fines, ainsique la décomposition de chlorure de magnésium et le cas échéant de l'oxychlorure de magnésium en oxyde de magnésium et en acide chlorhydrique.Ce derniet ainsi que le cas échéant la vapeur d'eau ,peuvent être séparés de l'agent gazeux suivant des procédés connus.
Aprèsréchauffage et le cas échéant après séparation de l'acide chlorhydrique et de la vapeur d'eau, l'agent gazeux peut être réutilisé comme agent de chauffage dans le procédé suivant l'invention. L'oxyde de magnésium est entraîné par l'agent gazeux et peut en être récupéré suivant des procédés connus, par exemple au moyen d'un cyclone ou par épuration é- lectrique de gaz.
Le dessin annexé sert à. l'explication ultérieure de l'in- vent ion.
En 21 est représenté un récipient semblable à une tour, dont l'enveloppe en fer est utilement garnie d'un revêtement
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en matière céramique, résistant àla corrosion et réfractaire, ou est constituée en aciers précieux, alliages chrome-nickel, Chrome-nickel-cobalt et analogue. En 23 est représenté un dis- positif pulvérisateur, en 23 un(ou plusieurs) four de combustion ou brûleur, auquel le combustible, par exemple un gaz combus- tible, ou une huile combustible, est admis par la conduite 24 et l'air utilement préchauffé, par la conduite 25. En 2b sont représentés des dispositifs ultérieurs pour la génération de gaz de chauffage.
Ils sont alimentés, par les conduites 27, en combustibles gazeux, liquides ou solides, l'air de combustion y étant admis par la conduite 28. Avantageusement chaque brû- leur ou analogue 26 possède une amenée de combustible et une amenée d'air. Mais le combustible et l'air peuvent être admis aussi séparément dans la,tour 21, le mélange d'air et de com- bustible et la combustion du dernier s'effectuant alors seu- lement dans la tour même. En 9 est représenté le raccordement de la tour de décomposition à une chaudière à chaleur perdue 30, un cyclone 31 étant intercalé dans ce raccordement.
De la chaudière à chaleur perdue 30 les gaz s'écoulent par la con- duite 32 dans le préchauffeur d'air 33, pour arriver de là par la conduite 34 dans l'installation d'épuration définitive 35, en l'occurence un épurateur électrique de gaz. De ce der- nier part une conduite 36 soit vers la cheminée, soit vers des installations d'utilisation connues. L'air de combustion entre par la conduite 37 dans le préchauffeur d'air 33 et est amené par la conduite 38 aux brûleurs ou analogue 23 respective- ment 26.
Lorsqu'il 9agit de convertir une solution de sulfate de magnésium en oxyde de magnésium, le sulfate de magnésium, par exemple la solution de sulfate de magnésium,- portée utilement à une concentrationaussi élevée que possible,- est injectée par pulvérisation au moyen de vapeur au travers de la tuyère 22 dans la tour 21, Là ,elle se mélange avec des gaz de chauffage qui sont fournis par le dispositif de combustion 23. La dispo- @
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sition peut aussi être telle qu'on prévoit à la partie infé- rieure de la tour plusieurs dispositifs de combustion 23, par lesquels les gaz de chauffage entrent dans la tour.
Le mélange de gaz de chauffage et de sulfate de magnésium monte dans la tour avec une vitesse de cheminement de part exemple I à 3 m par seccnde. Afin due sur le traj et dans la tour la température du mélange ne descende pas trop fort par suite de la consommation de chaleur occasionnée par la vapori- sation d'eau et par la décomposition du sulfate de magnésium, et afin que la décomposition se passe le plus complètement pos- sible, il est utile d'introduire des gaz de chauffage addition-- nels dans les parties supérieures de la tour de décomposition.
Les dispositifs 26 servant à la génération et à l'introduction de ces gaz de chauffage additionnels, peuvent être disposé à une même hauteur les uns par rapport aux autres et de la même manière que les fours de combustion ou brûleurs 23. Des gaz de chauffage addi- tionnels peuvent aussi être introduits dans la tour, ou .être générés dans la tour même, à plusieurs endroits superposés à des distances appropriées. Par ces. endroits on peut aussi introduire seulement de l'air de combustion,surtout lorsque les brûleurs 23 travaillent avec une flamme réductrice. Les gaz sortent de la tour à une température d'environ 1100 C et sont refroidis dans la chaudière à chaleur perdue 30 jusqu'à envi- ron 900 0.
La vapeur d'eau générée dans la chaudière à chaleur perdue peut être utilisée avantageusement pour la préparation ou la concentration de la solution de sulfate de magnésium, Après séparation dans le cyclone, ou analogue 31 d'une grande partie des composantes solides entrainées, et après refroidisse- ment dans la chaudière à chaleur perdue 30,le s gaz sont ulté- rieurement refroidis dans le préchauffeur d'air 33 jusqu'à. en- viron 250 C. La température de sortie des gaz de l'épurateur élec- trique de gaz 35 est d'environ 230 C.
Le préchauffage de l'air de combustion dans le préchauffeur d'air 33 peut
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se faire jusque des températures d'environ 400 à 700 0. Lorsque l'air de combustion arrive avec ces températures aux .brûleurs ou analogues 23 ,respectivement 26, on peut atteindre facile- ment des températures mêmes très élevées, d'environ 1700 C, de l'agent de chauffage. En cas de décomposition d'autres sels, dont les températures de décomposition sont plus basses que celle du sulfate de magnésium, on. peut aussi travailler à des températures plus baases dans la chambre de décomposition. Par exemple,en cas de décomposition de sulfate de fer on peut choi- sir pour les gaz de chautfage comme température d'entrée 1000- 1300 C et comme température de sortie 700-900 C.
Le procédé suivant l'invention peut aussi être réalisé en conduisant la solution ,le bain de fusion, ou analogue, ensemble avec l'agent de chauffage de haut en bas par la tour, ou par une autre chambre de décomposition disposée horizonta- lement ou obliquement.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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"METHOD AND DEVICE FOR THE THERMAL DECOMPOSITION OF MATERIALS OR MIXTURES OF MATERIALS"
The invention relates to the thermal decomposition of materials which at elevated temperatures are no longer stable and decompose into simpler chemical compounds, or simpler chemical compounds and elements. To these materials belong, for example, most salts of heavy metals and many salts of earth metals, alkaline earth metals, and alkalis. For example, silver sulphate decomposes at about 1100 C to silver, sulfur dioxide, sulfur dioxide and oxygen.
With or without oxygen separation and formation of. oxygenated compounds of sulfur and metal oxides, for example also decompose the sulphates of iron, manganese, copper, nickel, cobalt,
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of zinc, magnesium, etc., at temperatures known as such, between 8000 and 1300 C. In a similar manner can be thermally decomposed the chlorides, the nitrates, the carbonates, the hydrates and the analogous compounds of the heavy metals. Likewise nitrates, carbonates or hydra, ... earthy, aloalino-earthy and alkaline metals, as well as various chlorides of these materials, for example magnesium chloride, can be decomposed by heating, under the formation of oxides.
In addition, mixtures of said materials as well as numerous organic compounds can be thermally decomposed according to the invention.
According to the invention, concentrated solutions, suspensions, or melting baths with a water content of the materials of these species, or of mixtures of these materials, are finely divided and brought, in the state of fine distribution, according to the principle of equicurrent in intimate contact, in a chamber extended in length, with a gaseous agent heated to high temperature. The gaseous agent heated to high temperature thus transfers its heat to the pulverized starting materials. It is used at such a high temperature and in such quantities as to successively result in the removal of water and the thermal transformation taken into account in each particular case of the starting materials.
The removal of water thus occurs instantaneously and causes a very pronounced subsequent division of the distinct droplets. Thereafter, the solid products of thermal decomposition are separated from the gaseous agent, generally as a solid powder product. The gaseous products of the decomposition and the vaporized water of the solution, of the suspension or of the molten bath pass to the gaseous agent, from which they can be separated and recovered if necessary.
The process according to the invention is carried out, for example, by the fact that the starting materials are finely pulverized and are
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brought into intimate contact with highly superheated water vapor, or with hot gases, the temperature of which is higher than the decomposition temperature of the starting materials. By spraying the starting materials in the form of a concentrated solution, or of a water-content molten bath, or of a suspension of solids, for example in water, or in aqueous solutions, it is possible to achieve the spraying in a very uniform manner, and above all in being able to perfectly control the movement of the spray mists, or layers, through the heating chamber.
This in turn results in thermal decomposition occurring in a very uniform and complete manner as well as in a very short time. The process therefore works with high production yields. By misting, or spraying, followed by sudden vaporization, of water, a particularly advantageous distribution of the starting materials in the decomposition chamber is achieved. On the other hand, the reaction surface is maximally increased.
The hot gases can therefore act very intensely on the starting materials, resulting in the further advantage that, if necessary, the gases used for decomposition need not be heated. - fairies only. a temperature moderately exceeding the theoretically necessary decomposition temperature. But we can of course also work by heating more strongly.
8 'If there is a danger that the decomposition products react, on cooling, in an undesirable manner with materials contained in the outgoing gases, this is avoided, for example, by separating the solid components from them. gases at such high temperatures, or that the gases are cooled so rapidly below the reaction temperature, that harmful changes can no longer occur. After separation of the solids, the gases and their distinct components can be used as described.
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When the thermal decomposition is carried out according to the invention in that the finely pulverized solution, or susponsion, or the finely pulverized water-content molten bath, is carried out in equicurrent with the cleaning agent. heating by a state-length chamber, for example a tower, or an oblique or horizontal channel, the high temperature heating agent first causes the vaporization of the water introduced with the starting materials into the chamber decomposition, and becomes inoperative when its temperature has fallen below the decomposition temperature of the starting materials.
the invention offers the advantage that - the heating agent can be conducted at high speed through the decomposing device and that the production efficiency thereof can be increased to an extraordinarily high extent.
For example, a concentrated salt solution, or a water-content molten bath, is introduced through a nozzle with steam or compressed air, or the like, into the lower part of the tower so as to that the liquid introduced is dispersed in the form of fine mists or fine sheets rising in the tower. The spray device can be provided in the lower bottom of the tower, usefully in its center, but it can also be provided at, or in the side walls of the lower part of the tower, or, it is possible to provide several spray devices in the bottom and / or in the side walls. The heating medium enters the tower near the inlet of the salt solution, at one or more points, and mixes rapidly with the mists or slicks of liquid.
For example, the heating agent is applied, - if high decomposition temperatures are advantageous or necessary, - at a temperature of 15000 to. I800 0.
As the mixture of the heating agent with the pulverized starting materials rises in the tower, the vaporization of the water carried by the starting materials takes place, the heating of these starting materials.
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last at the decomposition temperature and their decomposition.
If the heating medium is to be maintained at lower temperatures, additional heating medium inlets can be provided in the higher parts of the tower, so as to have in the extended decomposition chamber. in length a supply of heat in stages.
In order to use the decomposition chamber as fully as possible, it is advisable to coordinate the heat input and the intake of the materials to be decomposed in such a way that the gases exit the tower at temperatures in the chamber. , vicinity of the decomposition temperature of the materials to be decomposed.
The gases leaving the dour carry away, according to this method of working in equiourant, practically all the quantity of the solid decomposition products. Usefully the major part of the solids is first separated from the gases, for example in a cyclone. Then the gases are conducted, - against the use of their heat, for example in a waste heat boiler, or in a recuperator, or the like. However, these heat exchangers can also be placed between the decomposition chamber and the cyclone.
With a view to subsequent cooling, the gases pass, for example, through an air preheater, or through similar heat-exchanging devices, to then be released, if necessary, in finishing purifying devices, for example with electric gas purification, the rest of the solids.
It has been surprisingly found that the heat of the gases can be recovered to a very large extent by means of the aforementioned heat exchanging devices or the like.
As gaseous heating agent according to the invention, in addition to the superheated water vapor, combustion gases can be employed, which are brought to the most suitable temperature in each case by their appropriate production or by mixing.
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ge with air or with other gas, or by mixing. - with gas conducted in circuit. Instead of combustion gases, it is also possible to use other hot gases, as a heating agent, for example air, nitrogen or carbonic acid, correspondingly heated.
The heating agent is advantageously applied according to the invention under atmospheric pressure. However, in some cases it may be advisable to work at a higher pressure, or with a low vacuum. If superheated steam is used as a heating agent, the excess steam generated in the process, as long as it is not consumed in the process itself, can be used as a heating agent. for other purposes, for example for preheating or vaporization purposes, or it can be employed as motive steam for appliances. jet.
The use of gases such as Na or CO2 ', the preparation of which entails certain costs, can be made economical by the fact that the heating gases in the circuit are reused.
The spraying of the starting materials is advantageously carried out by means of compressed air or steam, which is fed into the spray device, - for example a nozzle, - via a pipe, the steam being able, however, to be generated entirely or in part by the fact that a solution, or a suspension, or a weld pool. water content of the starting materials is subjected, or subjected, to an expansion from a higher pressure, - for example from the pressure at which the drum was previously concentrated the extended solution, - to the pressure ion regulating in the decomposition vessel.
According to the invention the thermal economy of the process can be made in any case very advantageous by the fact that the heat of the hot exit gases is used in the process itself, or for other purposes, for example by the fact that that we reuse the gases
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heating, advantageously by first subtracting their excess heat from them in heat exchangers, after a more or less complete separation of the solid products of decomposition. Next, the gaseous decomposition products and, where appropriate, the water vapor are separated. The gases treated in this way are then first preheated by heat exchange with the hot outlet gases, and are then brought to the required working temperature in a special heater.
This final heating can be done in regenerators or recuperators.
But it is also possible to realize the heating by the admission of gases heated to high temperatures. Instead of a gas circuit, use can be made of a thermal circuit produced by the generation of a continuously fresh heating medium. , for example by the combustion of gaseous or liquid fuels with air, combustion air, or the combustible gas, or both being preheated for example with the aid of the heat of the exhaust or stack gases. On the other hand, it is possible that a part of the gases present in the process according to the invention is reused, after corresponding heating, directly as a heating agent, that is to say without prior dedusting or prior separation of the gases. gaseous or vapor decomposition products,
while an excess part of the gas can be exploited in the manner described above, that is to say by subjecting it to a separation and recovery of the solid and optionally gaseous decomposition products with recovery of heat. This embodiment of the process according to the invention can be further modified so that the solid and optionally gaseous decomposition products, as well as the water vapor, are eliminated from the gas in the circuit.
If, according to the present invention, superheated steam is used as a heating agent, the heat recovery takes place in a similar manner, for example, in steps of
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thermal decomposition of dissolved salts or the like, liable to form crystals with a water content of constitution, water vapor is passed through the heating chamber and through a superheater, while the excess vapor is separate from the circuit and is used for other heating purposes, eg. the preparation or concentration of the solutions to be treated.
The following examples explain the background of the invention in more detail.
For example, a solution of magpnesium sulphate, or the like, is sprayed by means of nozzles arranged in the lower part of a container of the kind of a tower, while hot gases, for example gas gases. hot combustion, simultaneously enter the tower through its lower part, the temperature of the said gases being situated corre- spondingly above the theoretically determined decomposition temperature of the magnesium sulphate, these gases traveling in equicurrent with the material treated in the tower, so as to cause the removal of the water from the magnesium sulfate, the heating of the magnesium sulfate to.
the decomposition temperature and the decomposition of magnesium sulphate into magnesium oxide and sulphutic anhydride, respectively sulfur dioxide.
The gases produced in the process mix with the gaseous heating agent and are discharged through the upper part of the tower. Since the decomposition of magnesium sulphate occurs in an extremely short time, the gaseous decomposition products contained in the exit gases are mostly sulfur trioxide. The latter can therefore be recovered from the exit gases already by simple condensation at a corresponding temperature, in the form of concentrated sulfuric acid.
When the outlet gases contain sufficient quantities
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sulfur dioxide, it can also be recovered in the form of sulfuric acid, -, after appropriate control of the temperature and by known methods, for example in contact plants, or in tower systems - either separately or together with sulfuric anhydride.
The exit gases also contain the solid decomposition products, for example magnesium oxide. The latter are separated from the former by known methods, before the treatment of the gases, with a view to obtaining sulfuric acid.
Similar to what has just been described with respect to magnesium sulphate, it is also possible to carry out the thermal decomposition of other salts which decompose into their oxides at technically achievable temperatures. The same can be done. such as, for example, sulphates, chlorides, nitrates, carbonates, hydrates, or the like, of manganese, iron, copper or zinc and the like.
In these and other cases, the metal oxides can often be recovered as valuable coloring bodies, the tones of which can be changed as required by corresponding adjustment of the conditions under which decomposition takes place, for example by adjusting the temperature. the composition and temperature of the heating agent, or by adding small amounts of other suitable materials.
For example, when it comes to treating materials which may undergo a change by oxidation, or the like, at the necessary working temperature, and when it comes to avoiding such changes, a clear heating agent, for example oxygen-free gas such as nitrogen. When, on the other hand, it is a question of not exceeding a certain working temperature, in order to avoid undesirable decomposition, as is the case with certain organic salts or substances
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Similarly, the gaseous heating agent at low inlet temperature is employed in a correspondingly large amount sufficient for chemical conversion in a single process.
As an example of subsequent execution, the decomposition of magnesium chloride will be described in more detail in the following.
According to the invention, concentrated solutions of magnesium chloride, -, advantageously in the hot state, - or magnesium chloride melt baths with a water content, for example molten magnesium chloride hexahydrate, which may contain certain quantities of finely distributed magnesium oxide or magnesium oxychloride, for example in suspension, are transformed into a mist or sprayed into a gaseous agent.
The gaseous agent is used at such high temperatures, - at about 1300 -1700 c, - that it causes sudden elimination from the water of mists or fine droplets, as well as the decomposition of magnesium chloride and if necessary from magnesium oxychloride to magnesium oxide and hydrochloric acid. The latter as well as the water vapor, if necessary, can be separated from the gaseous agent according to known methods.
After reheating and where appropriate after separation of the hydrochloric acid and the water vapor, the gaseous agent can be reused as a heating agent in the process according to the invention. The magnesium oxide is entrained by the gaseous agent and can be recovered therefrom by known methods, for example by means of a cyclone or by electric gas scrubbing.
The attached drawing is used for. the subsequent explanation of the invention.
At 21 is shown a container similar to a tower, the iron casing of which is usefully lined with a coating
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of ceramic material, corrosion resistant and refractory, or is made of precious steels, chromium-nickel alloys, Chromium-nickel-cobalt and the like. At 23 is shown a spray device, at 23 one (or more) combustion furnace or burner, to which the fuel, for example a combustible gas, or a combustible oil, is admitted through line 24 and air. usefully preheated, via line 25. In 2b are shown subsequent devices for the generation of heating gas.
They are supplied, via the conduits 27, with gaseous, liquid or solid fuels, the combustion air being admitted thereto via the conduit 28. Advantageously each burner or the like 26 has a fuel supply and an air supply. However, the fuel and the air can also be admitted separately into tower 21, the mixing of air and fuel and the combustion of the latter then taking place only in the tower itself. At 9 is shown the connection of the decomposition tower to a waste heat boiler 30, a cyclone 31 being interposed in this connection.
From the waste heat boiler 30 the gases flow through line 32 into the air preheater 33, from there through line 34 into the final purification plant 35, in this case a scrubber. gas electric. From the latter starts a pipe 36 either towards the chimney or towards known use installations. Combustion air enters through line 37 into air preheater 33 and is supplied through line 38 to burners or the like 23 respectively 26.
When it comes to converting a solution of magnesium sulphate to magnesium oxide, the magnesium sulphate, for example the solution of magnesium sulphate, - usefully brought to a concentration as high as possible, - is injected by spraying by means of steam through the nozzle 22 in the tower 21, there it mixes with heating gases which are supplied by the combustion device 23.
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The arrangement can also be such that several combustion devices 23 are provided at the lower part of the tower, through which the heating gases enter the tower.
The mixture of heating gas and magnesium sulphate rises in the tower with a travel speed of for example I at 3 m per sec. In order due to the traj and in the tower the temperature of the mixture does not drop too much owing to the consumption of heat caused by the vaporization of water and by the decomposition of the magnesium sulphate, and so that the decomposition takes place As completely as possible, it is useful to introduce additional heating gases to the upper parts of the decomposition tower.
The devices 26 serving for the generation and introduction of these additional heating gases can be placed at the same height relative to each other and in the same way as the combustion furnaces or burners 23. Heating gases Additions can also be introduced into the tower, or be generated within the tower itself, at several superimposed locations at appropriate distances. By these. places it is also possible to introduce only combustion air, especially when the burners 23 are working with a reducing flame. The gases exit the tower at a temperature of about 1100 ° C. and are cooled in the waste heat boiler 30 to about 900 ° C.
The water vapor generated in the waste heat boiler can be used advantageously for the preparation or concentration of the magnesium sulphate solution, after separation in the cyclone, or the like 31 of a large part of the entrained solid components, and after cooling in the waste heat boiler 30, the gas is subsequently cooled in the air preheater 33 to. about 250 C. The gas outlet temperature of the electric gas scrubber 35 is about 230 C.
The preheating of the combustion air in the air preheater 33 can
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This can be done up to temperatures of about 400 to 700 0. When the combustion air arrives with these temperatures at the burners or the like 23, respectively 26, even very high temperatures of about 1700 C can easily be reached. , heating agent. In the event of decomposition of other salts, the decomposition temperatures of which are lower than that of magnesium sulfate, one. can also work at lower temperatures in the decomposition chamber. For example, in the event of decomposition of iron sulphate, the heating gases can be chosen as the inlet temperature 1000-1300 C and as the outlet temperature 700-900 C.
The process according to the invention can also be carried out by leading the solution, the molten bath, or the like, together with the heating agent from top to bottom through the tower, or through another decomposition chamber arranged horizontally or obliquely.
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