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PROCEDE POUR CONVERTIR, AVEC DE LA VAPEUR D'EAU, DES MELANGES CONTENANT DE L'OXYDE DE CARBONE.
On sait comment produire,par conversion à la vapeur d'eau, à partir de mélanges gazeux contenant de l'oxyde de carbone, des mélanges gazeux assez riches en hydrogène. On sait en outre procéder à cette conversion sous pression accrue en traitant le gaz converti obtenu à une pression assez élevéepar exemple pour éliminer par lavage l'acide carbonique que contient ce gaz ou bien lorsque le gaz converti doit âtre traité sous pression.
Habituellement, la conversion se fait comme suit : la vapeur contenue dans le mélange gaz-vapeur converti est condensée par arrosage direct à l'eau,assez froide. Avec l'ear. assez chaude ainsi obtenue, on arrose le gaz frais qui se présente On ne peut toutefois lui amener ainsi qu'une partie de la quantité de vapeur d'eau nécessaire pour la conversion. Le restant de vapeur d'eau est amené par addition d'une quantité correspondante de vapeur.
Cette façon de procéder présente l'inconvénient qu'il faut de la vapeur d'addition à une pression un peu plus forte que la pression de servide de l'installation de conversion. Surtout quand on veut convertir sous pression accrue, cette vapeur est plus chère que celle qu'on obtient par arrosage du gaz à convertir; en outre il faut, pour produire cette vapeur , une installation de chaudières fonctionnant à la pression nécessaire, laquelle installation, dans beaucoup de cas, doit etre spécialement construite à cette fin.
L'invention a pour but de produire dans l'installation de conversion même la quantité de vapeur d'eau nécessaire pour la conversion.Selon l'invention, on apporte à l'eau en circulation, avant son entrée dans le vaporisateur - où elle entre en contact avec le gaz à convertir - une quantité de chaleur telle que 1-'eau, dans le vaporisateur, cède au gaz à convertir toute la vapeur d'eau nécessaire pour la conversion. A cet effet, l'eau en circulation, venant de l'installation de condensation où elle a refroidi le gaz converti et condensé la vapeur d'eau contenue dans celui-ci, est conduite par
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un réchauffeur dans le vaporisateur.
Pour chauffer le réchauffeur, on peut employer du gaz ou de l'huile et, le cas échéant, l'électricité ou même de la vapeur d'une pression inférieure à la pression de service de la conversion, à condition cependant que la pression de la vapeur employée pour le chauffage soit supérieure à la pression partielle vapeur d'eau nécessaire du mélange gaz-vapeur utilisé pour la conversion envisagée. On peut employer par ailleurs de la chaleur perdue d'autres procédés.
L'invention a l'avantage qu'on peut employer, pour produire la vapeur d'eau nécessaire pour la conversion, des installations particulièrement simples. le coût de production de la vapeur d'eau est ainsi considérablement réduit. Ceci est vtrai surtout pour la conversion sous pression.
Mais dans la conversion sous pression normale ou faiblement accrue, l'invention présente aussi des avantages économiques appréciables.
Les figures 1 à 3 représentent schématiquement trois installations différentes convenant pour le procédé qui fait l'objet de l'invention.
Dans ces figures, 1 est un vaporisateur, 2 un échangeur thermique, 3 un four par contact et 4 un condensateur.
Du vaporisateur 1 ( figure 1), le mélange gaz-vapeur arrive par la conduite 5 dans l'échangeur thermique 2 où. il est porté à la température de réaction avec le gaz converti sortant par la conduite 6 du four par contact 3. Le mélange gaz-vapeur passe alors, par la conduite 7, dans le four par contact 3 où se produit, avec de la vapeur d'eau, la conversion de l'oxyde de carbone en hydrogène et acide carbonique, avec dégagement de chaleur.
Par la conduite 8, le gaz converti arrive, après avoir cédé de la chaleur dans l'échangeur thermique 2, dans le condensateur 4 où. il est arrosé avec de l'eau qui y est amenée, du vaporisateur 1 par la conduite 9 au moyen de la pompe 10. Dans le condensateur 4, de la vapeur d'eau est précipitée des gaz convertis, l'eau d'arrosage étant simultanément échauffée.
Selon l'invention, cette eau d'arrosage est alors amenée, par une conduite 11 et une pompe 12,à un réchauffeur 13 où sa température est élevée au point que l'eau peut, dans le vaporisateur 1 où. elle arrive par la conduite 14., céder au gaz qui entre dans ce vaporisateur par la conduite 15, la quantité de vapeur d'eau nécessaire pour la conversion au four par contact 3. Le réchauffeur 13 est chauffé au gaz. Le gaz et l'air entrent en 16 et les gaz perdus quittent le réchauffeur par la conduite 17.
Le gaz converti sort, refroidi, du condensateur 4 par la conduite 18 pour 4tre retraité ensuite de la manière connue
Dans les installations des figures 2 et 3, le vaporisateur 1, l'échangeur thermique 2, le four par contact 3 et le condensateur 4 sont con- çus et disposés de la même façon qu'à la figure 1. Selon figure 2 toutefois, l'eau en circulation est portée, avec de la vapeur, à la température néces- saire. Au lieu du réchauffeur 13 de la figure 1, il y a un appareil 19 résistant à la pression et pourvu d'une conduite à vapeur chaude 20 et d'une décharge de condensé 21. L'eau en circulation passe dans le serpentin 22 et y est portée à la température nécessaire.
Selon figure 3, l'eau en circulation est portée à la température nécessaire pour la marche du vaporisateur au moyen de gaz chauds qui, par exem- ple, ont préalablement cédé, dans une chaudière à vapeur 23, une partie de leur chaleur. Ces gaz sont amenés à la chaudière à vapeur par la conduite 24 et, de la chaudière à vapeur, ils passent par la conduite 25 dans le réchauffeur 26 qu'ils quittent par la conduite 27. L'eau en circulation à échauffer entre par la conduite 11 dans le corps chauffant 29 pour arriver au vaporisateur par la conduite 14.
EXEMPLE 1
On convertit à l'heure au four par contact 3 de la figure 1, 120000 Nm3 de gaz à l'eau à 18 % de monoxyde de carbone de façon à ramener
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cette teneur à 2.5 %. On obtient ainsi à l'heure 13.800 Nm3 de gaz converti.
Le gaz à l'eau, qui doit être retraité à environ 11 atmosphères, est fourni à la conversion sous une pression de 12 atmosphères. Pour la conversion, il faut environ 12.000 Nm3 de vapeur d'eau à l'heure.
Pour mélanger au gaz à l'eau la quantité nécessaire de vapeur d'eau, on maintient en circulation par le vaporisateur 1, le condensateur 4 et le réchauffeur 13 environ 72 m3 d'eau par heure. L'eau en circulation est portée à environ 165 C dans le réchauffeur 13. En passant par le vaporisateur, elle se refroidit à environ 90 à 100 C. A cette température, elle arrive dans le condensateur 4 où elle se réchauffe à environ 150-155 Co Dans le réchauf- feur 13, sa température est augmentée de environ 10 à 15 encore: à cet effet, il faut une quantité relativement faible, par exemple 600 Nm3/heure, de gaz d'un pouvoir calorifique de environ 1600 kcal/Nm3 ou une quantité correspon- dante d'un gaz d'un pouvoir calorifique autre.
La quantité d'eau consommée par la réaction peut être remplacée de façon continue ou non continue, par exemple par addition d'eau en provenance de la conduite 31.
EXE MP LE 2 :
A la figure 2, on emploie pour chauffer le réchauffeur, de la vapeur d'eau. Si l'on traite la même quantité de gaz à l'eau qu'à l'exemple 1, il faut 1500 kg/heure de vapeur d'eau à 8 atmosphères.
EXEMPLE 3 :
Le fonctionnement du réchauffeur pour l'eau en circulation est particulièrement économique si on emploie pour chauffer le réchauffeur, des gaz perdus provenant par exemple d'une installation de chaudières à vapeur ou d'une chaudière à récupération de chaleur perdue selon figure 3, gaz qui sont alors amenés au réchauffeur à environ 300 à 400 C. De cette façon, on peut par exemple utiliser encore de la chaleur contenue dans le gaz à l'eau nécessaire pour le procédé, après passage par une chaudière à récupération de chaleur perdue. On peut de même facon utiliser de la chaleur de gaz qui sont passés par une dissociation de méthane.
REVENDICATIONS.
1 - Procédé pour convertir, avec de la vapeur d'eau, des mélanges gazeux contenant de l'oxyde de carbone, en vue d'obtenir de l'hydrogène, particulièrement sous pression accrue, caractérisé par le fait que toute la quantité de vapeur d'eau nécessaire à la conversion est produite dans l'installation de conversion même de telle manière qu'il est donné à l'eau précipitée dans un condensateur et ramenée en circuit à un vaporisateur, avant son entrée dans ce vaporisateur, une chaleur telle de source extérieure que l'eau cède dans le vaporisateur au mélange gazeux qui y passe la quantité de vapeur d'eau nécessaire.
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PROCESS FOR CONVERTING, WITH WATER VAPOR, MIXTURES CONTAINING CARBON OXIDE.
We know how to produce, by conversion to water vapor, from gas mixtures containing carbon monoxide, gas mixtures which are fairly rich in hydrogen. It is also known to carry out this conversion under increased pressure by treating the converted gas obtained at a pressure high enough, for example to remove the carbonic acid contained in this gas by washing or else when the converted gas must be treated under pressure.
Usually, the conversion is carried out as follows: the vapor contained in the converted gas-vapor mixture is condensed by direct spraying with water, which is fairly cold. With ear. hot enough thus obtained, the fresh gas which arises is sprayed on. However, it is only possible to bring it as well as part of the quantity of water vapor necessary for the conversion. The remaining water vapor is supplied by adding a corresponding amount of vapor.
This way of proceeding has the drawback that addition steam is required at a pressure slightly higher than the service pressure of the conversion installation. Especially when one wants to convert under increased pressure, this vapor is more expensive than that which one obtains by spraying the gas to be converted; in addition, to produce this steam, a boiler plant operating at the necessary pressure is needed, which plant, in many cases, has to be specially constructed for this purpose.
The object of the invention is to produce, in the conversion plant itself, the quantity of water vapor necessary for the conversion. According to the invention, the circulating water is supplied to the water before it enters the vaporizer - where it comes into contact with the gas to be converted - a quantity of heat such as 1-water, in the vaporizer, gives to the gas to be converted all the water vapor necessary for the conversion. For this purpose, the circulating water, coming from the condensation installation where it has cooled the converted gas and condensed the water vapor contained therein, is conducted by
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a heater in the vaporizer.
To heat the heater, gas or oil and, if necessary, electricity or even steam may be used at a pressure lower than the working pressure of the conversion, provided, however, that the pressure of the steam used for heating is greater than the partial water vapor pressure required of the gas-vapor mixture used for the envisaged conversion. In addition, waste heat can be used by other methods.
The invention has the advantage that particularly simple installations can be employed to produce the steam necessary for the conversion. the cost of producing water vapor is thus considerably reduced. This is especially true for conversion under pressure.
But in the conversion under normal or slightly increased pressure, the invention also has appreciable economic advantages.
Figures 1 to 3 schematically show three different installations suitable for the method which is the subject of the invention.
In these figures, 1 is a vaporizer, 2 a heat exchanger, 3 a contact furnace and 4 a condenser.
From vaporizer 1 (Figure 1), the gas-vapor mixture arrives through line 5 in heat exchanger 2 where. it is brought to the reaction temperature with the converted gas exiting through line 6 of the furnace by contact 3. The gas-vapor mixture then passes, through line 7, into the furnace by contact 3 where it occurs, with steam of water, the conversion of carbon monoxide into hydrogen and carbonic acid, with the release of heat.
Via line 8, the converted gas arrives, after having given up heat in the heat exchanger 2, in the condenser 4 where. it is sprayed with water supplied to it, from the vaporizer 1 through the pipe 9 by means of the pump 10. In the condenser 4, water vapor is precipitated from the converted gases, the sprinkling water being simultaneously heated.
According to the invention, this sprinkling water is then brought, by a pipe 11 and a pump 12, to a heater 13 where its temperature is high to the point that the water can, in the vaporizer 1 where. it arrives via line 14., yield to the gas which enters this vaporizer via line 15, the quantity of water vapor necessary for conversion to the furnace by contact 3. The heater 13 is heated with gas. Gas and air enter at 16 and waste gases leave the heater through line 17.
The converted gas leaves the condenser 4 through line 18, cooled, to be subsequently reprocessed in known manner.
In the installations of figures 2 and 3, the vaporizer 1, the heat exchanger 2, the contact furnace 3 and the condenser 4 are designed and arranged in the same way as in figure 1. According to figure 2 however, the circulating water is brought to the required temperature using steam. Instead of the heater 13 of Figure 1, there is a pressure-resistant apparatus 19 provided with a hot steam line 20 and a condensate discharge 21. The circulating water passes through the coil 22 and is brought to the necessary temperature.
According to FIG. 3, the circulating water is brought to the temperature necessary for the operation of the vaporizer by means of hot gases which, for example, have previously given up, in a steam boiler 23, part of their heat. These gases are brought to the steam boiler through line 24 and, from the steam boiler, they pass through line 25 into heater 26 which they leave through line 27. The circulating water to be heated enters through line. pipe 11 in the heating body 29 to reach the vaporizer through pipe 14.
EXAMPLE 1
120,000 Nm3 of water gas at 18% carbon monoxide is converted per hour in the oven by contact 3 of FIG. 1 so as to reduce
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this content to 2.5%. 13,800 Nm3 of converted gas are thus obtained per hour.
The water gas, which must be reprocessed to about 11 atmospheres, is supplied to the conversion at a pressure of 12 atmospheres. For the conversion, approximately 12,000 Nm3 of water vapor is required per hour.
In order to mix the necessary quantity of water vapor with gas with water, approximately 72 m 3 of water per hour is kept in circulation by the vaporizer 1, the condenser 4 and the heater 13. The circulating water is brought to about 165 C in the heater 13. Passing through the vaporizer, it cools to about 90 to 100 C. At this temperature, it arrives in the condenser 4 where it heats up to about 150- 155 Co In heater 13 its temperature is increased by about 10 to 15 more: for this a relatively small quantity, for example 600 Nm3 / hour, of gas with a calorific value of about 1600 kcal / Nm3 or a corresponding quantity of a gas of a different calorific value.
The quantity of water consumed by the reaction can be replaced continuously or not continuously, for example by adding water from line 31.
EXE MP LE 2:
In FIG. 2, water vapor is used to heat the heater. If the same quantity of gas is treated with water as in Example 1, 1500 kg / hour of water vapor at 8 atmospheres are required.
EXAMPLE 3:
The operation of the heater for the circulating water is particularly economical if one uses to heat the heater, waste gases from, for example, a steam boiler installation or a waste heat recovery boiler according to figure 3, gas which are then brought to the heater at approximately 300 to 400 C. In this way, it is possible, for example, to still use the heat contained in the gas in the water necessary for the process, after passing through a boiler with waste heat recovery. It is also possible to use the heat of gases which have passed through a dissociation of methane.
CLAIMS.
1 - Process for converting, with water vapor, gas mixtures containing carbon monoxide, with a view to obtaining hydrogen, particularly under increased pressure, characterized in that the entire quantity of vapor of water necessary for the conversion is produced in the conversion plant itself in such a way that it is given to the water precipitated in a condenser and brought back in circuit to a vaporizer, before its entry into this vaporizer, a heat such from an external source that the water yields in the vaporizer to the gas mixture which passes through it the necessary quantity of water vapor.