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Procédé et dispositif pour le traitement catalytique ou la trans- formation de gaz.
L'invention concerne un procédé et un dispositif pour le traite- ment catalytique de gaz, visant spécialement l'élimination du CO et (ou) CO2 du gaz en présence d'une matière de réaction, qui est régé- nérée par échauffement. L'invention est applicable en premier lieu à la désintoxication du gaz de ville par la transformation du CO to- xique en acide carbonique ou en hydrogène. En outre l'invention peut servir à éliminer du gaz entièrement ou en partie l'acide carbonique provenant de cette transformation de l'oxyde de carbone. L'invention est applicable d'une façon générale parce-qu'elle permet d'éliminer aussi bien l'acide carbonique provenant de la transformation de l'oxy- de de carbone que l'acide carbonique contenu primitivement dans le .gaz.
Une autre application de l'invention concerne la production de diffé- rents gaz servant à la fabrication synthétique de l'ammoniaque et de l'essence, l'invention permettant de régler le rapport entre le te- neur en oxyde de carbone et en hydrogène de telle façon que ce rapport atteint la valeur requise pour les gaz susnommés.
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Dans les dispositifs connus pour la transformation du CO cette transformation et la régénération de la matière de réaction se font d'habitude dans le même récipient. On est forcé par là d'interrompre la transformation du gaz péréodiquement pour régé- nérer la matière de réaction;
pour chasser l'acide carbonique la matière de réaction doit être portée à une température sensiblement de carbone plus élevée que celle nécessaire pour la transformation de l'oxyder Si l'on veut obtenir avec ces installations un processus de trans- formation du gaz (transformation du CO) continu, il faut prévoir deux ou plusieurs chambres, dans lesquelles se fait la transformation de carbon [le de l'oxyde, nommée par la suite "chambre de contact" tout court); il en résulte des installations compliquées difficiles à surveiller et coûteuses, qui ont en outre l'inconvénient de donner des pertes de chaleur importantes.
Le procédé conforme à l'invention est caractérisé par ce fait que la matière de réaction se déplace à l'état chaud d'une façon continue dans un circuit fermé entre une chambre de contact et une chambre de régénération distincte, dans laquelle s'opère la régéné- ration de la matière de éaction, opération au cours de laquelle la température de la matière de réaction n'étant sensiblement ni supérieure ni inférieure aux limites entre la température de traite- ment et la tempéreture de régénération. Bar "température de traite- ment" nous entendons la température à laquelle se fait le traitement ou la transformation du gaz, par"température de régénération'' nous entendons la température à laquelle se fait la régénération de la matière réactionelle.
La marche de la matière de réaction à l'état chaud en circuit fermé donne lieu à un procédé par voie continue, comportant une chambre de contact et une chambre de régénération nain-tenues à des températures différences mais invariables. Tour la désintoxication du gaz de ville p.e. la température de la chambre de contact est de 350-400 C. et celle dans la chambre de régénération d'environ 8000 C. Par contre la matière de réaction atteint pendant sa marche
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répétée en circuit fermé alternativement l'une ou l'autre de ces températures sans toutefois sortir de la lignite entre ces tempéra- tures en se déplaçant entre la cha:nbre de contact et la chambre de régénération.
Un pareil procédé est avantageux. En premier lieu il en résulte une économie de chaleur appréciable, la température de la matière de réaction restant dans les limites de températures sus- nommées de façon qu'il n'est pas nécessaire de la réchauffer avant son introduction dans la chambre de contact. L'économie de chaleur se trouve accrue du faitque la température des chambres de contact et de régénération est maintenue constante. Grâce à la marche en circuit fermé de la matière réactionelle le gaz à traiter est rais permanentement en contact avec la matière réactionelle fraîche de façon que la transformation catalytique se fait rapidement, com- plètement et d'une façon uniforme.
Il a été déjà proposé d'introduire la matière de réaction dans la chambre de contactet de l'en extraired'une façon continue aussi pendant la transformation du gaz. Cependant dans cette proposition il n'a pas été prévu de transporter la matière réactionelle chaude extraite de la chambre de contacte dans une chambre de régénération et de ramener la matière réactionelle régénérée de cette dernière chambre dans la chambre de contact à l'état chaud aussi. Cette ab- sence d'un circuit fermé dans les procédés connus caractérise la présente invention, dans laquelle la matière réactionelle se dé- place à l'état chaud, la température étant toujours comprise entre les limites déterminées empêche ces procédés connus de bénificier des avantages de la présente invention réalisant des économies de chaleur.
Pour la réalisation du procédé faisant l'objet de l'invention, surtout dans le cas de la désintoxication du gaz de-ville,on se sert avantageusement d'une matière de réaction gui provoque d'une façon connue non seulement la transformation de l'oxyde de carbone mais qui élimine (absorbe) simultanément l'acide carbonique se dégageant pendant cette transformation.
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Dans le procédé connu, décrit dans le deuxième alinéa de la description, la matière de réaction se sature lors de la transforma- tion de l'oxyde de carbone rapidement d'acide carsonique et l'élimi- nation de ce dernier par la matière de réaction ne tarde pas à cesser.
Il faut donc que le gaz désintoxique soit dépouillé de l'acide carbo- nique soit par un procédé de lavage coûteux, soit d'une autre manière.
Par contre, en procédant suivant l'invention il y a toujours dans la chambre de contact de la matière réactionelle fraîche et active de telle façon que par cette dernière l'acide carbonique est extrait d'une façon efficace et il n'est pas besoin de prévoir à cet effet des mesures spéciales.
Les conditions énoncées sont remplies très parfaitement par le minéral Ankérite, cet-à-dire un mélange naturel de fer, de chaux et de magnésie. L'emploi de l'Ankérite comme matière réactionelle a été déjà proposé; cependant,ainsi qu'il ressort des explications précé- dentes, l'emploi de ce minéral dans notre cas spécial, ce-à-dire combiné avec la marche en circuit fermé de la matière réactionelle à l'état chaud et nouveau et il est d'une importance particulière*
Le dessin ci-joint représente à titre d'exemple l'objet de l'invention.
La fig.l est une coupe en élévation d'un four combiné de con- tact etde régénération exécute conformément à l'invention.
La fig.2 est une coupe suivant la ligne II-II de la fig.l.
La fig.3 estune coupe suivantla ligne III-III dela fig.l.
La. fig.4 montre une batterie composée de plusieurs fours de contact et de régénération.
Les fig.6,7 et 8 sont des coupes en élévation d'un détail de la fig.l en trois positions différentes.
L'installation suivant les fig.1-3 comporte un four de contact 1, dans lequel s'opère la transformation du CO du gaz à traiter et l'absorption de 1'acide carbonique en présence de vapeur d'eau et de la matière de réaction setrouvant dans les deux chambres 2,3
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de ce four. Endessous du four de contact 1 se trouve le four de régénération 4 qui est subdivisé aussi en deux chambres 5,6, servant à la régénération de la matière réactionelle. Les deux carneaux 9 entourant ces chambres sont traversés par une matière chauffante ou reffroidissante et servent au chauffage ou au refroidissement des chambres de contact 2,3, ainsi qu'il sera dé- crit plus loin.
Le chauffage des chambres de régénération se fait d'une façon analogue par descarneaux 25. l'aide d'un dispositif d'alimentation et de fermeture décrit plus loin la matière de réaction se trouvant dans le mesure chambre de contact 2,3, a mesure qu'elle devient inefficace par l'absprption de CO2, est transportée à des intervalles déterminés et dosée d'une façon déterminée du four de contact 1 dans le four de régénération 4, d'où elle tombe après régénération dans un wagonnet 43. Ce wagonnet est amené à un ascenseur vertical (non représenté) qui le monte au niveau de la platforme 46, sur laquelle le wagonnet atteint la position 341.
Le wagonnet décharge la matière réactionelle régénérée dans le four de contact et ce trajet de la matière de réaction régénérée est répété plusieurs fois de suite.
Le chauffage du four de régénération 4 (p.e. à 8000 04 se fait par un gaz de chauffage quelconque p.e. par du gaz pauvre, qui est amené par la tuyauterie 26. L'air est introduit par un conduit 27 dans le conduit 26 immédiatement avant l'entrée du tuyau 26 dans lescarneaux de chauffage 25. Le mélange gaz-air brûle dans les carneaux de chauffage 25 et porte la matière de réaction se trouvant dans les chambres 5,6 à la température de régénération. Les gaz brûlés chauds s'échappant des carneaux 25 sont amenés par la tuyauterie 28 dans la chaudière de récupération 30, oula chaleur sensible des fumées sert àla production de vapeur d'eau.
La chaudière 30 est alimentée par la tuyauterie 40 racordée à l'économiseur 20, dans lequel l'eau est réchauffée. été Après avoir ete dépouillées d'une partie de leur chaleur dans la chaudière 30, les fumées s'échappent par le tuyau 32 à l'air
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libre ou bien elles passent par la tuyauterie 31 dans les carneaux 9 du four de contact 1 pour chauffer les chambres 2,3.
La vapeur produite dans la chaudière 30 passe dans la tuyau- terie 34 et dans la partie inférieure 35 du four de régénération 4, dans lequel elle entre par une serie d'ouvertures 36. Dans la partie inférieure 35 la matière réactionelle quittant les chambres 5,6 est refroidie par la vapeur de la haute température de régéné- ration (pe. 8000 C)- à une température (p.e.400 C) qui estun peu supérieure à la température à laquelle s'opère dans le four de de carbone contact 1 la transformation de l'oxyde et l'absorption de l'acide carbonique.
De cette façon la perte de chaleur inévitable de la matière réactionelle entre le four de régénération 4 et le four de contact 1 se trouve compensée et la matière réactionelle a en entrant dans les chambres 2,3 la température nécessaire aux réactions ayant lieu dans ces chambres.
On voit que la matière de réaction traverse le circuit à l'état chaud et qu'il n'est pas nécessaire de réchauffer la matière réactio= nelle avant son introduction dans le four de contact 1, ce qui ang- mente le rendement économique de ce procédé.
La vapeur servant au refroidissement de la matière réactionelle dans la partie inférieure 35 pent être remplacée par un autre moyen p. e. de l'air ou des gaz inertes. L'emploi de la vapeur a cet avan- tag e que sa présence dans les chambres 5,6 dans lesquelles elle pénètre en montant de 35, facilite et accélère la régénération de la matière de réaction.
La vapeur en excès produite par la chaudière¯30 et s'échappent par la conduit 29 peut servir à n'importe quel autre usage. Une partie de la vapeur est introduite dans le four de contact 1 à l'endroit 7.
A la mise en marche de l'installation de four de contact 1 est chauffé par les gaz de combustion amenés dans les carneaux 9 par la canalisation 31 jusqu'à l'obtention de la température de trans- formation nécessaire (p.e.3500 C). Par la suite le régime dans le
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four de contact 1 est variable suivant la nature de la matière de réaction employée, le maintien de la température de réaction voulue nécessitant soit un chauffage, soit un refroidissement permanent des chambres 2,3.
Le chauffage permanent des chambres 2,3 s'obtient par les gaz brûles amènes dans les carneaux 9 par la tuyauterie 31, ou bien par les gaz chauds s'échappant des chambres de régénération 5,6, par la tuyauterie 18. Une partie de ces gaz est évacuée dans la cheminée 21 par la tuyauterie19; pendant cetrajet ils communiquent leur chaleur à l'économiseur 20. Si l'on veut affecter d'autres emplois l'acide carbonique ehassé: de la matière de réaction dans les chambres 5,6, le-gaz sortant du four de régé- nération 4 est évacué par la tuyauterie 38. En agissant sur un jeu de valves on peut faire passer une partie de ce gaz dans la canalisation 23 et dans les carneaux de ahauffage 9, d'où ils sont évacués'par la tuyauterie 24.
Si la matière de réaction employée donne lieu à un processus exotherme dans le four de contact 1, la chaleur engendrée est détruite par un moyen refroi- dissant p.e. de l'air ou de la vapeur introduite dans les carneaux9,
On obtient par ces moyens que les températures du four de contact et du four de régénération sont maintenues sensiblement constantes pendant toute la durée-.du processus, et que les pro- oessuses se font d'une façon continue, ce qui se traduit par une économie de combustible et par un meilleur rendement économique du procédé.
Le gaz à traiter ast amené au four de contact 1 par une canalisation 10 (fig.2) qui a deux branchements 11 et 12. Les deux tuyaux sont introduits dans le four de contact 1 à deux coins opposés en dessous des chambres 2,3.Aux. deux autres coins sont introduits deux tuyaux semblables 111,121 branchés sur la canali- sation 101. Suivant la position des valves 13 et 14 le gaz à traiter entre dans, le four de contact 1 alternativement par 11 ou par 12. Dans le dernier cas le gaz monte dans la chambre 2
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suivant les flèches tracés en traits pleins (fig.1,3) et il est réchauffé par la matière réactionelle chaude. En passant la chambre 2 à la chambre 3 le gaz entre en contact avec la vapeur entrant à 1'endroit 7 qui est entrainée dans cette chambre par le gaz.
Le mélange gaz-vapeur se déplace dans la chambre 3 de haut en bas, en même temps l'oxyde de carbone est transformé jet l'acide carbo- nique qui se produit est absorbé par la matière de réaction. Le gaz transforme s'échappe par le tuyau 111 et est évacué par le tuyau 101.
Apres un certain temps les valves 131,141 sont :nanoeuvrées de telle façon que le gaz est introduit dans la chambre 3 par la canalisation 11 et passe ensuite dans la chambre 2 suivant les flèches en pointillé; le gaz quitte le four de contact 1 par la canalisation 121 et est evacué par la canalisation 101. Dans ce cas le réchauffement du gaz se fait donc dans la chambre 3 et la transformation du 00 et ],'absorption du CO2 se font dans la chambre 2. En faisant passer le gaz successivement en sens inverse on obtient une autre augmentation du rendement thermique de l'installation.
Les dispositifs d'alimentation et de fermeture permettent de charger la matière de réaction dans le four de contact 1 à des intervalles et en doses déterminées. Les dispositifs, à l'aide desquels la matière réactionelle est introduite dans le four de régénération 4 et dont elle est extraite ensuite, sont exécutes de la façon suivante:
A la partie supérieure du four de contact 1 est prévue une trémie 47 et en dessous de cette trémie une trémie intermédiaire 49 à fond incliné 54. Entre ces deux trémies se trouve un cône 48 suspendu à une chaîne. Dans le centre se trouve un distriouteur fixe 50 de forme conique ou pyramidale, fixé aux bras 501, destiné à distribuer la matière réactionelle tombant de la trémie 47.
Le cylindre 541 constitue le prolongement du fond incliné 54; le manchon cylindrique 51 peut êtremonté ou baissé.La valve 52 s'applique sur le bord inférieur de 541; cette valve sert à isoler
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la trémie intermédiaire 54 du four de contact 1.
Dans les fig.6,7 et 8 ce dispositif de fermeture et d'alimen- tation est représenté dans trois positions différentes. La fig. 6 montre 51 et 52 dans la position inférieure, dans laquelle la matière réactionelle tombe de 49 dans le four de contact 1.
Après fig. 7 le manchon cylindrique 51 et la valve 52 se trouvent dans une position intermédiaire, la partie supérieure de 51 arrêtant la matière réactionelle glissant sur le fond incliné 54.
La fig.8 représante 51 et 52 dans la position supérieure, la valve s'appliquant à son siège et isolant la trémie intermédiaire 49 du four de contact 1. On voit que le manchon 51 a pour effet d'empêcher la chute de la matière réactionelle avant que la valve 52 vienne s'appliquer sur son siège de façon à éviter que des morceaux de matière de réaction ne soient coincés entre 52 et son siège, ce qui serait préjudicable à l'étanchéité.
La valve 52 et le cylindre 51 sont montés et descendus à des intervalles déterminés par un mécanisme qui peut être construit d'une façon quelconque, que nous nous abstenons de décrire.
Il est avantageux de faire agir la commande de ce dispositif en sorte qu'à des intervalles déterminés, des quantités déterminées de matière réactionelle sont introduites dans le four de contact 1.
Il est évident que le dispositif décrit peut être affecté à d'autres usages au.. si.
Pour empêcher que le gaz s'échappe des chambres 2,3 dans la trémie intermédiaire 49 quand la valve 52 est ouverte ou quand elle n'est pas étanche, il a été prévu le dispositif suivant : Un venti- lateur 56 (fig.l) aspire de la conduite 18 une partie du gaz sortant du four de régénération 4 (mélange acide carbonique-vapeur) et le refoule par le tuyau 55 dans la trémie.intermédiaire 49.
Il s'ensuit que cette trémie est toujours sous pression et que de l'acide carbonique peut passer de 49 dans les chambres 2,3, (ce qui est sans inconvénient), mais quil ne peut pas passer de gaz de ces chambres dans 49. La pression à l'intérieur de 49 peut être
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produite par un autre gaz inerte ou par la vapeur d'eau.
Le four de contact 1 a un fond incliné 58 et connue prolonge- ment un cylindre 581. Un manchon 60 se trouvant sous un distri- buteur fixe 39 et une valve 61 travaillent de la même façon que les parties analogues 50,51 et 52. La matière de réaction tombe du four de contact 1 dans une trémie intermédiaire 62, dans le cône renversé 64 et ensuite dans le four de régénération 4.Le cône renversé 64 est .nuni de la valve de fermeture 65. A la sortie de la partie inférieure 35 du four de régénération 4 se trouvent un distributeur 68, un manchon 69 et une valve 70; ces parties travaillent de la même façon que les parties 51 et 52.
La matière réactionelle évacuée de la partie inférieure 35 est receuillie dans une trémie intermédiaire 51, d'où elle tombe dans le wagonnet 43, quand l'obturateur 42 est ouvert. Ce dernier estmuni d'un obturateur supérieur 44 et d'un obturateur inférieur 45.
La cadence laquelle travaillent tous ces dispositifs est telle que la matière réactionelle, à mesure qu'elle devient inactive, est évacuée du four de contact 1 et remplacée par la matière réactionelle régénérée. Le gaz à traiter se trouve donc dans les chambres 2,3 toujours en présence de lamatière de réaction se trouvant en état de pleine activité, ce qui garantit la transformation de CO et l'absorption de CO2 complètes.
Le four de contact et le four de régénération peuvent être disposés l'un à côté de l'autre, se -qui réduit -la hauteur de l'in- stallation. Dans ce cas il y a lieu de prévoir un (ou deux) élévateur pour le transport de la matière réactionelle de la sortie du four de régénération à làentrée du four de contact et de la sortie du four de contact à l'entrée du four de régénération. La fig.4 montre plusieurs fours de contact et de régénération placés les uns à côté des autres réunis en une batterie. Dans l'exemple reprétenté il y a cinq fours de contact 72 et cinq fours de régénération 73.
La fig.4 montre une coupe d'un four de contact et d'un four de régénération.
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L'agencement de ces fours est esséntiellemenhle même Q..e celm.i du four- 1 et 4, de la fig.1-3, nous pouvons donc nous abstenir de les décrire. En-dessous des fours 72 et 73 il y a une voie de chemin de
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fer 74, sur laquelle circulent un ou plusieurs wagonnets 43. Il y a deux ascenseurs 75 servant à monter le wagonnet 43; au-dessous des fours se trouve une deuxième voie 76 permettant d'amener les wagons 43 à l'un quelconque des fours.
La matière réactionelle évacuée à la sortie 77 d'un four de contact 72 tombe dans le wagonnet 73 et est transportée au gueulard 78 d'un four de régénération 73 et la matière réactionelle régénérée évacuée par la sortie 79 d'un four de régénération 73 est transportée au gueulard 80 d'un four-de contact 72. Ici aussi la matière de réaction fait un circuit fermé à l'état chaud. Il est évident que les appareils de manutention de la matière de réaction (wagonnet 43, voies 74,76,ascenseur 75) desservent tous les fours de telle façon que la matière réactionelle sortant de l'un quelconque'des fours de contact 72 peut être chargée dans l'un quelconque des fours de régénération 73 et vice versâ.
On évite par là les pertes de chaleur et le chauffage est réduit au minimum étant donné la possibilité de charger la matière réactionelle dans n'importe quel four nécessitant à un moment donné l'introduction de matière réactionelle. Ainsi que le montre la fig.4 les fours de contact 72 et les fours de régéné- ration 73 sont subdivisés chacun en deux chambres, ainsi que le montrent les fig. 1-3. Cependant il est possible d'employer des fours à une seule chambre, de connecter deux fpurs de contact 72 voisins et de les faire marcher de telle façon que l'ensemble se comporte comme un seul four de contact à deux chambres.
La fig.5représente en plan une installation servant à la trans- formation du gaz à l'eau en un gaz à haut- teneur d'hydrogène, our simplifier le dessin on a supprimé les installations d'usage courant pour l'épuration du gaz ainsi que les échangeurs de chaleur.
Le génératuer de gaz à l'eau 81 est muni d'une chaudière ré- 'cupératrice de chaleur 82. 83 est le four de contact, 84 est le four de régénération, 85 est l'ascenseur servant à la manutention de la matière réactionelle entre les deux fpurs en circuit fermé. L'agen- cement et le fonctionnement des fours 83,84 sont les mêmes que pour .
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les fours 1 et 4 des fig.1-3 ou des fours 72-73 de la fig.4 et ne nécessite aucune explication complémentaire. Il y a lieu de faire observer cependant qu'à l'encontre des dispositifs décrits précédémment, le gaz à traiter traverse suivant la fig. 5 les fours 85 et 84 l'un après l'autre.
Dans le générateur de gaz à l'eau 81 le gaz à l'eau est produit de la façon accoutumée en deux phases alternatives à savoir dans la phase de soufflage à chaud et dans la phase de gazéification.
Le soufflage à chaud se fait ainsi: e ventilateur 86 insuffle l'ai primaire dans le gazogène ,81 et le gaz de soufflage s'écoulant du gazogène 81 passe par la tuyauterie 87 et entre dans le four de régénération 84, dans lequel se fait la combustion des gaz de soufflage, qui d'habitude sont brûlés dans la chambre de combustion.
L'air nécessaire est amenée :par la tuyam.terie 88 et pénètre dans le four de régénération 84 simultanément avec le gaz de soufflage. Ce four ne comporte pas comme les chambres d'allumage ou de combaation un accumulateur de chaleur en briques réfractaires, celui-ci étant remplacé par la matière réactionelle se trouvant dans le four. La combustion du gaz de soufflage dans le four 84 régénère la, matière de réaction, celle-ci est étant portée à une température telle, que CO2 absorbé dans le four de contact 83 par la matière réactionelle lors de la transformation du gaz est chassé de la matière réactionelle.
Les gaz chauds provenant de la combustion des gaz de soufflage quittent le four 84 par la tuyauterie 89 et entrent dans la chaudière récuperatrice 82 où la chaleur sensible de ces gaz sert à la production de vapeur. Les gaz refroidis sortant de la chaudière sont évacués par la cheminée 90,
La période de gazéification consécutive se fait de la façon suivante: Le gaz à l'eau sortant du gazogène 81 est conduit par la canalisation 87 dans le four de régénération 84, où il est préchauffé par la matière réactionelle chaude, il passe ensuite par la conduite 91 au four de contact 83. Ici le gaz à l'eau est transformé en hydrogène et en acide carbonique en présence de la matière réactionelle et de la vapeur d'eau arrivant par la tuyauterie 92.
Le gaz transformé sortant du four 83 traverse le condenseur 94 et s'en va à l'endroit
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d'utilisation. Un branchement 93 fournit au gazogène 81 la vapeur nécessaire. Il est évident que cet exemple d'exécution constitue la réalisation du prinzipe de l'invention, à savoir la marche en cir- cuit ferme de la matière de réaction à l'état chaud entre le four de contact et le four de régénération.
Résume.
Procède de traitenent ou de transformation de gaz en présence d'une.matière de réaction susceptible d'être régénérer par réchauffe- ment, spécialement en vue d'éliminer l'oxydede carbone et (ou) l'acide carbonique, caractérisé par ce fait qu'entre la chambre de contact, dans laquelle se fait le traitement du gaz, et une chambre de régénération distincte de la chambre de contact, dans laquelle a lieu la régénération de -La matière de réaction, cette matière de ré- action se déplace à l'état chaud en circuit fermé et répété plusieurs fois de suite, la température de la matière de réaction n'étant ni supérieure ni inférieure aux limites entre la température de traite- ment etla température derégénération.
Dans un tel procédé la matière de réaction régénérée est à un moment donné refroidie avant son introduction dans la chambre de contact par des moyens de refroidissement tel que vapeur d'eau, air ou gaz divers, p.e. jusqu'à la température de traitement et que la chaleur ainsi récupérée est utilisée dans le procédé d'ensemble.
En cas d'emploi d'une matiére de réaction donnant lieu à des réactions exothermes, la chaleur produite par ces réactions est con- duite à l'extérieur des fours et est utilisée dans le procédé d'en- semble, afin de pouvoir maintenir constante la température de réac- tion par des moyens de refroidissement tel que vapeur, eau ou diffe'- rents gaz.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Process and apparatus for the catalytic treatment or the conversion of gas.
The invention relates to a method and a device for the catalytic treatment of gases, especially aimed at removing CO and (or) CO2 from the gas in the presence of a reaction material, which is regenerated by heating. The invention is applicable in the first place to the detoxification of town gas by the transformation of toxic CO into carbonic acid or into hydrogen. Furthermore, the invention can be used to remove all or part of the carbonic acid from the gas resulting from this transformation of carbon monoxide. The invention is generally applicable because it makes it possible to remove both the carbonic acid originating from the conversion of carbon oxide and the carbonic acid originally contained in the gas.
Another application of the invention relates to the production of various gases serving for the synthetic manufacture of ammonia and gasoline, the invention making it possible to adjust the ratio between the content of carbon monoxide and of hydrogen. in such a way that this ratio reaches the value required for the aforementioned gases.
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In known devices for the conversion of CO this conversion and the regeneration of the reaction material usually take place in the same vessel. We are thereby forced to interrupt the transformation of the gas periodically in order to regenerate the reaction material;
in order to remove the carbonic acid, the reaction material must be brought to a carbon temperature appreciably higher than that necessary for the transformation of the oxidizer If a process of gas transformation (transformation of continuous CO), two or more chambers must be provided, in which the transformation of carbon (the oxide, hereinafter referred to as "contact chamber" is carried out); this results in complicated installations that are difficult to monitor and costly, which furthermore have the drawback of giving rise to significant heat losses.
The process according to the invention is characterized by the fact that the reaction material moves continuously in a hot state in a closed circuit between a contact chamber and a separate regeneration chamber, in which takes place the regeneration of the reaction material, wherein the temperature of the reaction material is neither substantially higher nor lower than the limits between the process temperature and the regeneration temperature. Bar "treatment temperature" we mean the temperature at which the treatment or transformation of the gas takes place, by "regeneration temperature" we mean the temperature at which the regeneration of the reaction material takes place.
Running the reaction material in the hot state in a closed circuit gives rise to a continuous process, comprising a contact chamber and a dwarf regeneration chamber held at different but unchanging temperatures. In the case of town gas detoxification e.g. the temperature of the contact chamber is 350-400 C. and that in the regeneration chamber about 8000 C. On the other hand, the reaction material reaches during its operation
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repeated in a closed circuit alternately one or the other of these temperatures without however leaving the lignite between these temperatures by moving between the contact chain and the regeneration chamber.
Such a process is advantageous. In the first place, an appreciable saving in heat results, the temperature of the reaction material remaining within the above temperature limits so that it is not necessary to heat it before its introduction into the contact chamber. The heat saving is increased because the temperature of the contact and regeneration chambers is kept constant. Thanks to the closed-loop operation of the reaction material, the gas to be treated is constantly in contact with the fresh reaction material so that the catalytic transformation takes place quickly, completely and uniformly.
It has already been proposed to introduce the reaction material into the contact chamber and to extract therefrom continuously also during the transformation of the gas. However, in this proposal it was not intended to transport the hot reaction material extracted from the contact chamber into a regeneration chamber and to return the regenerated reaction material from this latter chamber to the contact chamber in the hot state as well. . This absence of a closed circuit in the known methods characterizes the present invention, in which the reaction material moves in a hot state, the temperature being always between the determined limits prevents these known methods from enjoying any advantages. of the present invention achieving heat savings.
For carrying out the process forming the subject of the invention, especially in the case of town gas detoxification, a reaction material is advantageously used which causes in a known manner not only the transformation of the gas. carbon monoxide but which simultaneously removes (absorbs) the carbonic acid released during this transformation.
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In the known process, described in the second paragraph of the description, the reaction material becomes saturated during the rapid transformation of carbon monoxide with carsonic acid and the removal of the latter by the carbon monoxide. reaction does not take long to cease.
The detoxic gas must therefore be stripped of carbonic acid either by an expensive washing process or otherwise.
On the other hand, by proceeding according to the invention there is always in the contact chamber fresh and active reaction material in such a way that by this latter the carbonic acid is extracted in an efficient manner and it is not necessary to provide for special measures for this purpose.
The stated conditions are fulfilled very perfectly by the mineral Ankerite, that is to say a natural mixture of iron, lime and magnesia. The use of Ankerite as a reaction material has already been proposed; however, as it emerges from the preceding explanations, the use of this mineral in our special case, that is to say combined with the closed-circuit operation of the reaction material in the hot and new state, and it is of particular importance *
The accompanying drawing represents by way of example the subject of the invention.
Fig. 1 is a sectional elevation of a combined contact and regeneration furnace constructed in accordance with the invention.
Fig.2 is a section on line II-II of fig.l.
Fig.3 is a section along the line III-III dela fig.l.
Fig. 4 shows a battery made up of several contact and regeneration furnaces.
Fig. 6, 7 and 8 are sectional elevations of a detail of fig.l in three different positions.
The installation according to fig. 1-3 comprises a contact furnace 1, in which the transformation of CO from the gas to be treated and the absorption of carbonic acid in the presence of water vapor and the material takes place. reaction found in both chambers 2,3
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of this oven. Underneath the contact furnace 1 is the regeneration furnace 4 which is also subdivided into two chambers 5,6, serving for the regeneration of the reaction material. The two flues 9 surrounding these chambers are crossed by a heating or cooling material and serve for heating or cooling the contact chambers 2, 3, as will be described later.
The heating of the regeneration chambers is carried out in a similar manner by means of flanges 25. with the aid of a feeding and closing device described below, the reaction material being in the measuring contact chamber 2,3, a As it becomes ineffective through the absorption of CO2, is transported at determined intervals and dosed in a determined manner from the contact furnace 1 into the regeneration furnace 4, from where it falls after regeneration into a wagon 43. This wagon is brought to a vertical elevator (not shown) which raises it to the level of the platform 46, on which the wagon reaches position 341.
The wagon discharges the regenerated reaction material into the contact furnace and this path of the regenerated reaction material is repeated several times in succession.
The heating of the regeneration furnace 4 (eg at 8000 04 is effected by any heating gas eg by lean gas, which is supplied through the pipe 26. The air is introduced through a pipe 27 into the pipe 26 immediately before the The inlet of the pipe 26 into the heating flues 25. The gas-air mixture burns in the heating flues 25 and brings the reaction material in the chambers 5,6 to the regeneration temperature. flues 25 are fed through the pipe 28 into the recovery boiler 30, where the sensible heat of the flue gases is used for the production of water vapor.
The boiler 30 is fed by the pipe 40 connected to the economizer 20, in which the water is heated. summer After having been stripped of part of their heat in the boiler 30, the fumes escape through pipe 32 to the air
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free or they pass through the pipe 31 in the flues 9 of the contact furnace 1 to heat the chambers 2, 3.
The steam produced in the boiler 30 passes into the pipe 34 and into the lower part 35 of the regeneration furnace 4, into which it enters through a series of openings 36. In the lower part 35 the reaction material leaving the chambers 5. , 6 is cooled by steam from the high regeneration temperature (eg 8000 C) - to a temperature (eg 400 C) which is a little higher than the temperature at which occurs in the contact carbon furnace 1 the transformation of the oxide and the absorption of carbonic acid.
In this way the inevitable loss of heat of the reaction material between the regeneration furnace 4 and the contact furnace 1 is compensated for and the reaction material has on entering the chambers 2, 3 the temperature necessary for the reactions taking place in these chambers. .
It can be seen that the reaction material passes through the circuit in the hot state and that it is not necessary to heat the reaction material before it is introduced into the contact furnace 1, which adversely affects the economic efficiency of this process.
The vapor used for cooling the reaction material in the lower part 35 can be replaced by other means eg. e. air or inert gases. The use of steam has the advantage that its presence in the chambers 5,6 into which it enters at an amount of 35, facilitates and accelerates the regeneration of the reaction material.
The excess steam produced by the boiler 30 and escaping through line 29 can be used for any other purpose. Part of the steam is introduced into the contact oven 1 at location 7.
When the contact furnace installation 1 is put into operation, it is heated by the combustion gases brought into the flues 9 via the pipe 31 until the necessary transformation temperature is obtained (e.g. 3500 C). Thereafter the regime in the
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contact furnace 1 is variable depending on the nature of the reaction material employed, the maintenance of the desired reaction temperature requiring either permanent heating or cooling of the chambers 2, 3.
The permanent heating of the chambers 2, 3 is obtained by the burnt gases brought into the flues 9 by the pipe 31, or else by the hot gases escaping from the regeneration chambers 5, 6, by the pipe 18. A part of these gases are discharged into the chimney 21 through the piping 19; during this course they communicate their heat to the economizer 20. If one wishes to use other uses the carbonic acid expelled: from the reaction material in the chambers 5,6, the gas leaving the regeneration furnace 4 is evacuated by pipe 38. By acting on a set of valves, part of this gas can be passed through pipe 23 and into the heating flues 9, from where they are evacuated by pipe 24.
If the reaction material used gives rise to an exothermic process in the contact furnace 1, the heat generated is destroyed by cooling means, e.g. air or steam introduced into the flues9,
By these means, it is obtained that the temperatures of the contact furnace and of the regeneration furnace are kept substantially constant throughout the duration of the process, and that the processes are carried out in a continuous manner, which results in a fuel economy and better economic efficiency of the process.
The gas to be treated is brought to the contact furnace 1 by a pipe 10 (fig.2) which has two connections 11 and 12. The two pipes are introduced into the contact furnace 1 at two opposite corners below the chambers 2, 3 .To the. two other corners are introduced two similar pipes 111, 121 connected to the pipe 101. Depending on the position of the valves 13 and 14, the gas to be treated enters, the contact furnace 1 alternately through 11 or 12. In the latter case, the gas go up to room 2
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according to the arrows drawn in solid lines (fig.1,3) and it is heated by the hot reaction material. On passing from chamber 2 to chamber 3 the gas comes into contact with the steam entering at the place 7 which is carried into this chamber by the gas.
The gas-vapor mixture moves in chamber 3 from top to bottom, at the same time the carbon monoxide is converted and the resulting carbonic acid is absorbed by the reaction material. The converted gas escapes through pipe 111 and is discharged through pipe 101.
After a certain time, the valves 131,141 are: nano-operated so that the gas is introduced into chamber 3 through line 11 and then passes into chamber 2 following the dotted arrows; the gas leaves the contact furnace 1 via line 121 and is evacuated via line 101. In this case, the heating of the gas therefore takes place in chamber 3 and the transformation of 00 and], absorption of CO2 takes place in the chamber 2. By passing the gas successively in the opposite direction, another increase in the thermal efficiency of the installation is obtained.
The feed and closure devices allow the reaction material to be loaded into the contact furnace 1 at predetermined intervals and doses. The devices, with the help of which the reaction material is introduced into the regeneration furnace 4 and from which it is subsequently extracted, are carried out as follows:
At the top of the contact furnace 1 is provided a hopper 47 and below this hopper an intermediate hopper 49 with an inclined bottom 54. Between these two hoppers is a cone 48 suspended from a chain. In the center is a fixed distributor 50 of conical or pyramidal shape, fixed to the arms 501, intended to distribute the reaction material falling from the hopper 47.
The cylinder 541 constitutes the extension of the inclined bottom 54; the cylindrical sleeve 51 can be raised or lowered. The valve 52 is applied to the lower edge of 541; this valve is used to isolate
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the intermediate hopper 54 of the contact furnace 1.
In fig. 6, 7 and 8 this closing and feeding device is shown in three different positions. Fig. 6 shows 51 and 52 in the lower position, in which the reaction material drops from 49 into the contact furnace 1.
After fig. 7 the cylindrical sleeve 51 and the valve 52 are in an intermediate position, the upper part of 51 stopping the reaction material sliding on the inclined bottom 54.
Fig.8 shows 51 and 52 in the upper position, the valve being applied to its seat and isolating the intermediate hopper 49 from the contact furnace 1. It can be seen that the sleeve 51 has the effect of preventing the material from falling. reaction before the valve 52 comes to rest on its seat so as to prevent pieces of reaction material from being stuck between 52 and its seat, which would be detrimental to the seal.
Valve 52 and cylinder 51 are raised and lowered at determined intervals by a mechanism which can be constructed in any way, which we refrain from describing.
It is advantageous to make the control of this device act so that at determined intervals, determined quantities of reaction material are introduced into the contact furnace 1.
It is obvious that the device described can be assigned to other uses at .. if.
To prevent gas from escaping from the chambers 2, 3 into the intermediate hopper 49 when the valve 52 is open or when it is not tight, the following device has been provided: A fan 56 (fig.l ) sucks from the pipe 18 part of the gas leaving the regeneration furnace 4 (carbonic acid-vapor mixture) and delivers it through the pipe 55 into the intermediate hopper 49.
It follows that this hopper is always under pressure and that carbonic acid can pass from 49 into chambers 2, 3, (which is without inconvenience), but that it cannot pass gas from these chambers into 49 The pressure inside 49 can be
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produced by another inert gas or by water vapor.
The contact furnace 1 has an inclined bottom 58 and known as an extension of a cylinder 581. A sleeve 60 located under a fixed distributor 39 and a valve 61 work in the same way as the like parts 50, 51 and 52. The reaction material falls from the contact furnace 1 into an intermediate hopper 62, into the inverted cone 64 and then into the regeneration furnace 4. The inverted cone 64 is provided with the shut-off valve 65. At the exit of the part. lower 35 of the regeneration oven 4 are a distributor 68, a sleeve 69 and a valve 70; these parts work in the same way as parts 51 and 52.
The reaction material discharged from the lower part 35 is collected in an intermediate hopper 51, from where it falls into the wagon 43, when the shutter 42 is open. The latter is provided with an upper shutter 44 and a lower shutter 45.
The rate at which all these devices work is such that the reaction material, as it becomes inactive, is removed from the contact furnace 1 and replaced by the regenerated reaction material. The gas to be treated is therefore in the chambers 2, 3, still in the presence of the reaction material which is in a state of full activity, which guarantees the conversion of CO and the absorption of complete CO2.
The contact furnace and the regeneration furnace can be arranged next to each other, thereby reducing the height of the installation. In this case it is necessary to provide one (or two) elevator for transporting the reaction material from the outlet of the regeneration furnace to the inlet of the contact furnace and from the outlet of the contact furnace to the inlet of the regeneration furnace. regeneration. Fig. 4 shows several contact and regeneration furnaces placed side by side in a battery. In the example shown there are five contact furnaces 72 and five regeneration furnaces 73.
Fig. 4 shows a section through a contact furnace and a regeneration furnace.
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The arrangement of these ovens is esséntiellemenhle same Q..e celm.i of the oven- 1 and 4, of fig.1-3, we can therefore refrain from describing them. Below ovens 72 and 73 there is a path of
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rail 74, on which run one or more wagons 43. There are two elevators 75 used to mount the wagon 43; below the ovens is a second track 76 making it possible to bring the wagons 43 to any of the ovens.
The reaction material discharged at the outlet 77 of a contact furnace 72 falls into the wagon 73 and is transported to the top 78 of a regeneration furnace 73 and the regenerated reaction material discharged through the outlet 79 of a regeneration furnace 73 is transported to the top 80 of a contact furnace 72. Here too the reaction material forms a closed circuit in the hot state. It is obvious that the reaction material handling devices (car 43, tracks 74,76, elevator 75) serve all the furnaces so that the reaction material exiting any of the contact furnaces 72 can be. loaded in any one of the regeneration ovens 73 and vice versa.
Heat loss is thereby avoided and heating is reduced to a minimum given the possibility of charging the reaction material into any furnace requiring at any given time the introduction of reaction material. As shown in Fig. 4, the contact furnaces 72 and the regeneration furnaces 73 are each subdivided into two chambers, as shown in Figs. 1-3. However, it is possible to use single-chamber furnaces, to connect two neighboring contact fpurs 72 and to operate them in such a way that the assembly behaves as a single two-chamber contact furnace.
Fig. 5 shows a plan of an installation serving for the transformation of gas in water into a gas with a high hydrogen content, to simplify the drawing, the installations in common use for gas purification have been omitted. as well as heat exchangers.
The water-gas generator 81 is provided with a heat recovery boiler 82. 83 is the contact furnace, 84 is the regeneration furnace, 85 is the elevator for handling the reaction material. between the two fpurs in a closed circuit. The arrangement and operation of the ovens 83,84 are the same as for.
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ovens 1 and 4 of fig.1-3 or ovens 72-73 of fig.4 and does not require any additional explanation. It should be noted, however, that unlike the devices described above, the gas to be treated passes through according to FIG. 5 ovens 85 and 84 one after the other.
In the water gas generator 81 the water gas is produced in the usual way in two alternating phases, namely in the hot blowing phase and in the gasification phase.
The hot blowing is done as follows: the fan 86 blows the primary air into the gasifier, 81 and the blowing gas flowing from the gasifier 81 passes through the pipe 87 and enters the regeneration furnace 84, in which is made combustion of the blast gases, which are usually burned in the combustion chamber.
The necessary air is supplied: by the tuyam.terie 88 and enters the regeneration furnace 84 simultaneously with the blowing gas. This furnace does not include, like the ignition or combaation chambers, a heat accumulator made of refractory bricks, the latter being replaced by the reaction material located in the furnace. The combustion of the blowing gas in the furnace 84 regenerates the reaction material, the latter being brought to a temperature such that CO2 absorbed in the contact furnace 83 by the reaction material during the transformation of the gas is driven off. reactional matter.
The hot gases originating from the combustion of the blowing gases leave the furnace 84 through the piping 89 and enter the recovery boiler 82 where the sensible heat of these gases is used for the production of steam. The cooled gases leaving the boiler are discharged through the chimney 90,
The consecutive gasification period takes place as follows: The water gas leaving the gasifier 81 is conducted through line 87 into the regeneration furnace 84, where it is preheated by the hot reaction material, it then passes through the pipe 91 to the contact furnace 83. Here the water gas is transformed into hydrogen and carbonic acid in the presence of the reaction material and the water vapor arriving through the pipe 92.
The transformed gas leaving the furnace 83 passes through the condenser 94 and goes to the place
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of use. A connection 93 supplies the gasifier 81 with the necessary steam. It is obvious that this exemplary embodiment constitutes the realization of the principle of the invention, namely the operation in a firm circuit of the reaction material in the hot state between the contact furnace and the regeneration furnace.
Summary.
Process for treating or transforming gases in the presence of a reaction material capable of being regenerated by heating, especially with a view to removing carbon oxides and (or) carbonic acid, characterized thereby that between the contact chamber, in which the treatment of the gas takes place, and a regeneration chamber separate from the contact chamber, in which the regeneration of the reaction material takes place, this reaction material moves in the hot state in a closed circuit and repeated several times in succession, the temperature of the reaction material being neither above nor below the limits between the process temperature and the regeneration temperature.
In such a process, the regenerated reaction material is at a given moment cooled before its introduction into the contact chamber by cooling means such as water vapor, air or various gases, eg up to the treatment temperature and that the heat thus recovered is used in the overall process.
If a reaction material is used which gives rise to exothermic reactions, the heat produced by these reactions is conducted outside the furnaces and is used in the overall process, in order to be able to maintain constant reaction temperature by cooling means such as steam, water or different gases.
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