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DISPOSITIF POUR LA MISE EN CONTACT D'UN GAZ ET D'UN'LIQUIDEo
La présente invention a pour objet un appareil assurant la mise en contact d'un gaz et d'un'liquide, et elle couvre plus particulièrement une colonne à pulvérisation, nouvelle et perfectionnée, assurant le contact entre le gaz et le liquide et destinée plus-particulièrement au refroidissement des gaz de four à coke, et à l'absorption de l'ammoniaque, des huiles.légères et autres constituants des gaz de fours à coke.
L'invention a plus particulièrement pour objet un appareil de mise en contact entre un gaz et un liquide, comprenant une chambre verticale comportant une entrée de gaz et une sortie de liquide au voisinage de son fond et une sortie de gaz et une admission de liquide au voisinage de la partie su- périeure de la chambre, tandis qu'une série de pulvérisateurs à liquide sont disposés à intervalles à différentes hauteurs de la chambre entre-la sortie des gaz et l'admission du liquide au-voisinage de la partie supérieure de la chambre d'une part, et l'admission de gaz et la sortie de liquide au voisinage du fond d'autre part ;
chaque pulvérisateur est constitué par un plateur tra- versant la chambre, et comportant un puisard pour recueillir une masse de li- quide sous une charge suffisante pour obliger le liquide à s'écouler sous l'effet de- la pesanteur en forme de pulvérisation à partir d'un ajutage dis- posé au-dessous de la masse de liquide considérée¯, une ouverture étant prévue dans le plateau à une petite distance de la masse de liquide pour permettre au gaz de monter librement à travers le plateau, et une chicane étant disposée au-dessus de cette ouverture pour dévier le liquide- qui pourrait avoir ten- dance à tomber à travers cette ouverture.
Des dispositifs de contact entre gaz et liquide qui utilisent des garnitures, des plateaux à barbotage, des plaques perforées et des chicanes ont déjà été essayés avec des résultats plus ou moins favorables. Ces. dispo- sitifs antérieurs présentent tous des inconvénients plus ou moins marqués et consistant en particulier en un grand encombrement, une capacité réduite en raison du faible rendement par volume occupé, des frais de première instal- lation très élevés, un.colmatage très rapide de l'appareil, un ravinement
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facile et ce qui est plus particulièrement important dans l'industrie des gaz de fours à coke, une résistance notable à l'écoulement des fluides.
On a eu parfois recours à des colonnes où le liquide arrivant par le haut était pul- vérisé vers le bas à contre-courant par rapport à un courant dirigé vers le haut de gaz introduit par la base. Alors que ces colonnes réduisaient sensi- blement la chute de pression, on arrivait malheureusement en raison du long trajet suivi par le liquide en chute libre, à une stratification du liquide et par suite à une distribution non uniforme et à un contact médiocre avec les gaz, ce qui réduisait l'efficacité du fonctionnement. On pouvait obtenir un meilleur contact, mais non une meilleure distribution de liquide en intro- duisant des quantités extrêmement élevées de liquide, mais cela bien entendu en acceptant un sacrifice en ce qui concerne la dilution des produits liquides et un accroissement des frais de fonctionnement.
On a amélioré quelque peu les dispositifs à pulvérisation par utilisation d'une série de pulvérisateurs comportant chacun une canalisation, des pompes et des moyens de réglage pour refouler mécaniquement le liquide d'un pulvérisateur à l'autre. L'addition d'un tel équipement auxiliaire augmente sensiblement les frais d'installation de l'appareil et complique le fonctionnement en raison de l'obligation d'assurer une série de réglages. C'est pourquoi on n'utilise que peu les appareils de ce type dans l'industrie des fours à coke. De plus, dans le cas où l'on veut traiter les produits des fours à coke, les fluides contiennent souvent des matières solides en suspension qui occasionnent des difficultés notables par colmatage ou usure des pompes ou autres parties de l'appareillage, su- jettes à corrosion et à abrasion.
Conformément à l'invention, il est prévu une colonne de pulvé- risation de constitution économique destinée à assurer une nouvelle distribu- tion répétée du liquide et un contact intime poussé à l'extrême entre le gaz et le liquide tout en obtenant dans la colonne une chute de pression faible et régulière.
La présente invention a encore pour objet une colonne de pulvé- risation à rendement élevé et grande capacité, tout en étant d'une concep- tion simple, et cela en évitant toute possibilité d'un fonctionnement défec- tueux.
Conformément à l'invention, le liquide peut être pulvérisé sous l'effet de la pesanteur de la colonne par une série de pulvérisateurs agissant l'un après l'autre et formant le dispositif de contact, le pompage généralement utilisé étant remplacé par une montée à l'origine du liquide.
L'invention a encore pour objet un pulvérisateur perfectionné fonctionnant sous l'effet de la pesanteur dans des colonnes d'absorption ou de refroidissement.
D'autres objets et d'autres avantages apparaîtront d'après la 'description suivants se référant aux dessins ci-joints :
Conformément à l'invention, il est prévu une tour perfectionnée d'absorption et de refroidissement destinée plus particulièrement à la sépa- ration et au traitement des constituants des gaz de fours à coke. En fonc- tionnement, le gaz introduit au fond de la colonne monte à contre-courant par rapport à une série du pulvérisateurs; le gaz lavé ou refroidi est évacué par la partie supérieure de la colonne et le liquide s'accumule au fond de la colonne pour être- prélevé à cet endroit.
Suivant une caractéristique de l'invention, on peut prévoir des dispositifs distribués sur la hauteur de la colonne pour recueillir des masses de liquide sous une charge suffisante pour obliger le liquide à s'écouler sous forme de pulvérisation à partir des ajutages disposés entre les dites masses. Ainsi, la pesanteur est utilisée pour la redistribution du liquide d'absorption dans la colonne, ce qui élimine l'emploi de pompes, tuyauteries et réglages utilisés normalement à cet effet.
Tenant compte des frais accrus de garniture ou de remplissage et des difficultés inhérentes au nettoyage de telles garnitures ou de tels remplissages dans les "scrubbers" à colonne classiques, la colonne conforme à l'invention est particulièrement intéressante
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parce que l'on supprime toutes garnitures et tous remplissages et que les pulvérisateurs non susceptibles de se colmater et fonctionnant sous une fai- ble charge due à la pesanteur et servant à la redistribution du liquide ab- sorbant suppriment les canalisations généralement nécessaires pour une telle distribution.
Dans un mode d'exécution de l'invention, l'appareil comprend une enveloppe cylindrique verticale présentant une admission de gaz et une sortie de liquide au voisinage du fond et une entrée de liquide et une sor- tie des gaz au voisinage de son extrémité supérieure, des pulvérisateurs de liquide étant distribués dans la hauteur de la chambre cylindrique et comprenant chacun un plateau circulaire subdivisé en deux segments dont les cordes se raccordent à l'entrée d'un puisard central pour recueillir le liquide tombant sur les segments qui sont inclinés vers ce puisard; un tuyau aboutissant à un ajutage est relié au fond du puisard et une ouverture ou une encoche semi-circulaire est prévue dans chaque segment de part et d'autre du puisard pour permettre le libre passage des gaz vers le haut en tra- versant les segments.
Un rebord vertical s'étendant le long de ces ouver- tures semi-circulaires empêche le courant de liquide de les traverser et une chicane en forme de cuvette renversée disposée au-dessus des deux ouvertures semi-circulaires empêche le liquide de pénétrer dans lesdites ouvertures semi-circulaires, et enfin des ouvertures latérales dans les chicanes en forme de cuvette renversée permettent l'échappement des gaz traversant les ouvertures semi-circulaires.
Sur les dessins ci-joints, la figure 1 est une vue en coupe ver- ticale d'une colonne d'absorption du type à pulvérisateur conforme à l'in- vention.
La figure 2 est une vue fragmentaire en coupe-élévation repré- sentant un pulvérisateur de la colonne d'absorption à une plus grande échelle,
La figure 3 est une vue en perspective d'un pulvérisateur de colonne d'absorption après enlèvement de la chicane en cuvette renversée.
Comme on le voit en figure 1, la colonne comprend une enveloppe cylindrique verticale définissant une chambre 1. L'admission des gaz se fait en 2 au-dessous des- pulvérisateurs pour être évacués à la partie supérieure par la sortie des gaz 3. Le véhicule liquide destiné à l'absorption pénètre par le conduit 4 pour être recueilli dans un puisard-en formant une masse sous une charge suffisante sur le pulvérisateur 5 pour pouvoir être évacué sous l'effe-t de la pesanteur par l'ajutage de pulvérisat-ion 6. Le véhicule d'absorption distribué par l'ajutage 6 sous forme de particules finement divisées ou d'un brouillard sur toute la section droite- de la. chambre 1, tombe sur le pulvérisateur suivant 5 pour y former une masse se déchargeant à nouveau sous l'effet de la pesanteur dans-l'ajutage suivant 6-.
Le dernier pulvérisateur inférieur 5, au lieu de se terminer par un ajutage 6, s'ouvre dans un tuyau de descente 7 où le liquide s'écoule pour s'accumuler- au fond de la colonne 1 et en être retiré par la tubulure de sortie 8. Comme on le voit en-figure I, on peut utiliser un grand nombre de pulvérisateurs 5, ce nombre dépendant.bien entendu des exigences du procédé à considérer. La chambre-1 peut comporter lea fenêtres et trous d'homme habituels non repré- sentés, pour permettre de voir facilement l'intérieur- de la colonne et y entrer facilement. Les différents pulvérisateurs 5 dans la colonne 1 ont une constitution analogue, mais sont de préférence décalés les uns par rap- port aux autres en-présentant leurs puisards perpendiculairement l'un à l'autre, comme on le voit en figure 1.
Pour assurer le maintien d'un ni- veau liquide- convenable dans les pulvérisateurs 5, on peut utiliser un niveau 9 relié à un point disposé au-dessus du pulvérisateur 5 par un tube 11 d'une part et à la masse liquide dans le puisard par le tube inférieur 12 d'autre part'. Le réglage du niveau liquide dans les pulvérisateurs 5 peut être obtenu en pompant plus ou moins le véhicule d'absorption arrivant par l'admission de liquide 4.
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Sur la figure 2, le pulvérisateur 5 est représenté comme porté par les cornières 13 ; un scellement au ciment 14 reliant la paroi inté- rieure de la chambre 1 aux extrémités du pulvérisateur 5 empêche toute fuite de gaz le long des parois. Un plateau circulaire est constitué par des segments 15 s'inclinant vers le puisard recueillant le liquide et qui est délimité par les parois terminales 16, les parois latérales 17 et le fond 18. Un plateau ou. couvercle 19 fixé aux parois latérales 17 du puisard fa- cilite la distribution du gaz et empêche le liquide de sortir en ce point.
Au-dessus des ouvertures semi-cylindriques 21 prévues dans les segments 15 se trouve une chicane 22 en forme de cuvette renversée présentant de préférence un diamètre réduit et des ouvertures latérales 23 pour l'échap- pement des gaz qui la traversent. Du fond 18 du puisard se détache le tuyau de descente 24 se terminant par un ajutage 6.
Bien que l'on puisse utiliser un pulvérisateur quelconque pour assurer la dispersion du liquide sous forme de fines gouttelettes dans toute la section droite de- la colonne,l'invention prévoit un ajutage de pul- vérisation comportant plusieurs plaquettes convexes 25 superposées à inter- valles et de- dimensions progressivement décroissantes; ces plaquettes, reliées par les pièces 26 et comportant des ouvertures centrales 27 de dimensions de plus en plus faibles forment une série de rideaux d'intensité variable, de telle sorte que l'on répartit d'une manière efficace les gouttelettes liquides dans toute la section droite de la colonne, comme représenté en traits inter- rompus.
Le montage du pulvérisateur 5 apparaît plus clairement en fi- gure 3 sur laquelle, pour plus de clarté, ne figure pas la chicane 22. Le plateau circulaire comprenant les segments inclinés 15 est monté sur un organe en forme de L 28 reposant sur la cornière 13, comme on le voit en figure 2. Entre les segments en regard 15 se trouve le puisard délimité, com- me il a été dit, par les parois terminales 16, les parois 17 et le fond 18.
Les gouttelettes liquides tombant sur les segments inclinés 15 pénètrent dans le puisard et sont évacuées par la canalisation conique 29 aboutissant au tuyau 24. Le courant liquide sortant de la partie inférieure du tube 24 tombe sur la première plaquette distributrice 25 d'où une partie du liquide est diri- gée latéralement dans le sens transversal par rapport à la colonne sous forme d'un rideau liquide. Une autre partie du liquide tombe. par l'ouverture 27 de la plaquette déflectrice 25 sur la plaquette suivante pour former un deuxième rideau liquide de plus faible intensité s'étendant transversalement par rap- port à la colonne.
La charge d'une masse liquide se formant par l'accumulation du véhicule d'absorption dans le puisard et dans un tube 24 d'environ 1 m 25 produira généralement une pression suffisante pour la formation de jeta-de pulvérisation d'intensité désirée. Les gaz montent en traversant le pulvéri- sateur 25 sans entrer en contact avec le liquide grâce au fait qu'ils tra- versent en montant les ouvertures semi-circulaires et ensuite la chicane 22, comme représenté en figure 2. Un rebord vertical 31 s'étend le long de la pé- riphérie des ouvertures semi-circulaires 21 pour empêcher le liquide de tomber dans ces ouvertures.
Ainsi, tout le liquide se trouvant au-dessus du pulvérisateur se trouve utilisé pour produire une charge pesante sur l'ajuta- ge de pulvérisation se trouvant immédiatement au-dessous de 'lui. Les ouver- tures semi-circulaires 21 doivent présenter des dimensions suffisantes pour ne pas retarder sensiblement l'écoulement des gaz qui les traversent. Géné- ralement le fonctionnement sera satisfaisant si le rayon de l'ouverture semi- circulaire 21 est égal à environ un quart du rayon des segments 15. Comme on l'a déjà signalé, en s& référant à la figure 2, le plateau ou couvercle 19 fixé à la paroi latérale 17 du puisard représenté avec plus de détail en fi- gure 3, empêche le liquide de gicler en ce point.
Bien que-l'on ait représenté certains modes d'exécution préfé- rés de l'invention pour faciliter l'exposé, il est évident que différentes modifications et différents changements peuvent y être apportés sans que l'on sorte pour cela du domaine de ladite invention.
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DEVICE FOR CONTACT OF GAS AND LIQUIDEo
The present invention relates to an apparatus ensuring the contacting of a gas and a liquid, and it covers more particularly a spray column, new and improved, ensuring contact between the gas and the liquid and intended more -particularly for the cooling of coke oven gases, and the absorption of ammonia, light oils and other constituents of coke oven gases.
A more particular subject of the invention is an apparatus for bringing a gas into contact with a liquid, comprising a vertical chamber comprising a gas inlet and a liquid outlet near its bottom and a gas outlet and a liquid inlet. in the vicinity of the upper part of the chamber, while a series of liquid sprayers are arranged at intervals at different heights of the chamber between the gas outlet and the liquid inlet in the vicinity of the upper part from the chamber on the one hand, and the gas inlet and the liquid outlet near the bottom on the other hand;
each sprayer consists of a plator passing through the chamber, and comprising a sump for collecting a mass of liquid under a sufficient load to force the liquid to flow under the effect of gravity in the form of a spray. from a nozzle disposed below the mass of liquid considered, an opening being provided in the plate at a small distance from the mass of liquid to allow gas to rise freely through the plate, and a baffle being disposed above this opening to deflect liquid which might tend to fall through this opening.
Gas-liquid contact devices which use gaskets, bubble trays, perforated plates and baffles have already been tried with more or less favorable results. These. Prior devices all have more or less marked drawbacks, consisting in particular of a large footprint, reduced capacity due to the low yield per volume occupied, very high initial installation costs, very rapid clogging of the system. 'device, a gully
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easy and more particularly important in the coke oven gas industry, a noticeable resistance to the flow of fluids.
Columns have sometimes been used in which the liquid coming in from the top is sprayed downwards in counter-current to an upward flow of gas introduced by the base. While these columns significantly reduced the pressure drop, unfortunately, due to the long path followed by the free-falling liquid, stratification of the liquid and consequently non-uniform distribution and poor contact with the gases resulted. , which reduced the efficiency of operation. Better contact, but not better liquid distribution, could be achieved by introducing extremely large amounts of liquid, but this of course by accepting a sacrifice in dilution of liquid products and increased operating costs.
Spray devices have been improved somewhat by the use of a series of sprayers each comprising a line, pumps and control means for mechanically discharging the liquid from one sprayer to another. The addition of such auxiliary equipment significantly increases the installation costs of the apparatus and complicates the operation due to the obligation to ensure a series of adjustments. This is why apparatus of this type is seldom used in the coke oven industry. In addition, in the case where it is desired to treat the products of coke ovens, the fluids often contain suspended solids which cause notable difficulties by clogging or wear of the pumps or other parts of the apparatus, subject corrosion and abrasion.
In accordance with the invention, there is provided an economically constructed spray column intended to ensure a new and repeated distribution of the liquid and an extreme intimate contact between the gas and the liquid while obtaining in the column low and steady pressure drop.
A further object of the present invention is a high-efficiency, large-capacity spray column, while being of a simple design, and this while avoiding any possibility of faulty operation.
According to the invention, the liquid can be sprayed under the effect of the gravity of the column by a series of sprayers acting one after the other and forming the contact device, the pumping generally used being replaced by a rise the origin of the liquid.
The subject of the invention is also an improved sprayer operating under the effect of gravity in absorption or cooling columns.
Other objects and advantages will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings:
According to the invention, there is provided an improved absorption and cooling tower intended more particularly for the separation and treatment of the constituents of coke oven gases. In operation, the gas introduced at the bottom of the column rises in countercurrent with respect to a series of sprayers; the washed or cooled gas is discharged through the upper part of the column and the liquid accumulates at the bottom of the column to be taken there.
According to one characteristic of the invention, it is possible to provide devices distributed over the height of the column to collect masses of liquid under a sufficient load to force the liquid to flow in the form of a spray from the nozzles arranged between said masses. Thus, gravity is used for the redistribution of the absorption liquid in the column, which eliminates the use of pumps, piping and controls normally used for this purpose.
Taking into account the increased costs of packing or filling and the difficulties inherent in cleaning such packing or such fillings in conventional column "scrubbers", the column according to the invention is particularly advantageous.
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because all gaskets and fillings are omitted and the sprayers which are not liable to clogging and which operate under a low load due to gravity and which serve to redistribute the absorbent liquid, do away with the pipes generally necessary for such a distribution.
In one embodiment of the invention, the apparatus comprises a vertical cylindrical casing having a gas inlet and a liquid outlet near the bottom and a liquid inlet and a gas outlet near its end. upper, liquid sprayers being distributed in the height of the cylindrical chamber and each comprising a circular plate subdivided into two segments whose ropes connect to the inlet of a central sump to collect the liquid falling on the segments which are inclined to this sump; a pipe leading to a nozzle is connected to the bottom of the sump and an opening or a semi-circular notch is provided in each segment on either side of the sump to allow the free passage of gases upwards through the segments .
A vertical rim extending along these semicircular openings prevents the flow of liquid from passing through them and an inverted bowl-shaped baffle disposed above the two semi-circular openings prevents liquid from entering said openings. semi-circular, and finally side openings in the baffles in the form of an inverted bowl allow the escape of gases passing through the semi-circular openings.
In the accompanying drawings, Figure 1 is a vertical sectional view of a sprayer type absorption column according to the invention.
Fig. 2 is a fragmentary sectional elevation view showing an absorption column sprayer on a larger scale,
Figure 3 is a perspective view of an absorption column sprayer after removal of the inverted bowl baffle.
As seen in Figure 1, the column comprises a vertical cylindrical casing defining a chamber 1. The gas is admitted at 2 below the sprayers to be evacuated at the upper part through the gas outlet 3. The liquid vehicle intended for absorption enters through line 4 to be collected in a sump-forming a mass under a sufficient load on the sprayer 5 to be able to be evacuated under the effect of gravity by the spray nozzle -ion 6. The absorption vehicle distributed through the nozzle 6 in the form of finely divided particles or a mist over the entire cross section of the. chamber 1, falls on the next sprayer 5 to form there a mass discharging again under the effect of gravity in the following nozzle 6-.
The last lower sprayer 5, instead of ending with a nozzle 6, opens into a downpipe 7 where the liquid flows to accumulate at the bottom of column 1 and be withdrawn from it through the tubing of outlet 8. As can be seen in FIG. I, a large number of sprayers 5 can be used, this number depending of course on the requirements of the process to be considered. Chamber-1 may have the usual windows and manholes not shown, to allow easy viewing of the interior of the column and easy entry. The different sprayers 5 in column 1 have a similar construction, but are preferably offset from one another by presenting their sumps perpendicular to each other, as seen in Figure 1.
To ensure that a suitable liquid level is maintained in the sprayers 5, it is possible to use a level 9 connected to a point arranged above the sprayer 5 by a tube 11 on the one hand and to the liquid mass in the sump through the lower tube 12 on the other hand '. The regulation of the liquid level in the sprayers 5 can be obtained by more or less pumping the absorption vehicle arriving through the liquid inlet 4.
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In Figure 2, the sprayer 5 is shown as carried by the angles 13; a cement seal 14 connecting the inner wall of chamber 1 to the ends of sprayer 5 prevents gas leakage along the walls. A circular plate is formed by segments 15 inclining towards the sump collecting the liquid and which is delimited by the end walls 16, the side walls 17 and the bottom 18. A plate or. cover 19 fixed to the side walls 17 of the sump facilitates the distribution of gas and prevents liquid from escaping at this point.
Above the semi-cylindrical openings 21 provided in the segments 15 is a baffle 22 in the form of an inverted cup, preferably having a reduced diameter and lateral openings 23 for the escape of gases passing therethrough. From the bottom 18 of the sump is detached the downpipe 24 ending in a nozzle 6.
Although any sprayer can be used to disperse the liquid in fine droplet form throughout the cross section of the column, the invention provides a spray nozzle having a plurality of convex pads superimposed in between. gradually decreasing valleys and dimensions; these plates, connected by the parts 26 and comprising central openings 27 of increasingly smaller dimensions form a series of curtains of varying intensity, so that the liquid droplets are distributed effectively throughout the right section of the column, as shown in broken lines.
The assembly of the sprayer 5 appears more clearly in FIG. 3 on which, for greater clarity, the baffle 22. The circular plate comprising the inclined segments 15 is mounted on an L-shaped member 28 resting on the angle iron. 13, as seen in Figure 2. Between the facing segments 15 is the sump delimited, as has been said, by the end walls 16, the walls 17 and the bottom 18.
The liquid droplets falling on the inclined segments 15 enter the sump and are discharged through the conical pipe 29 leading to the pipe 24. The liquid stream exiting the lower part of the tube 24 falls onto the first distributor plate 25 from where part of the liquid. liquid is directed laterally transversely to the column in the form of a liquid curtain. Another part of the liquid falls out. through the opening 27 of the deflector plate 25 on the next plate to form a second liquid curtain of lower intensity extending transversely to the column.
The charge of a liquid mass formed by the accumulation of the absorption vehicle in the sump and in a tube 24 of about 1 m 25 will generally produce sufficient pressure to form a spray jet of the desired intensity. The gases rise through the sprayer 25 without coming into contact with the liquid thanks to the fact that they pass through the semi-circular openings and then the baffle 22, as shown in figure 2. A vertical rim 31 s 'extends along the periphery of semicircular openings 21 to prevent liquid from falling into these openings.
Thus, all of the liquid above the sprayer is used to create a heavy load on the spray nozzle immediately below it. The semi-circular openings 21 must be of sufficient size not to substantially retard the flow of gases passing through them. Generally, the operation will be satisfactory if the radius of the semicircular opening 21 is equal to about a quarter of the radius of the segments 15. As has already been pointed out, with reference to FIG. 2, the tray or cover 19 attached to the side wall 17 of the sump, shown in more detail in Figure 3, prevents liquid from squirting at this point.
Although some preferred embodiments of the invention have been shown for ease of disclosure, it is evident that various modifications and changes may be made thereto without departing from the scope of the invention. said invention.