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méthode d'élimination du gaz carbonique des méklanges gazeux,
Dans le brevet italien n 545 908 du 6 décembre 1954 on a décrit les avantages qui dérivent de l'addition d'anhydride arsénieux dans une solution aqueuse minérale à réaction alcaline pour l'absorption du gaz carbonique . contenu dans un mélange gazeux à purifier. Les avantagea résident dana une action d'activation exercée par l'anhydride arsénieux qui facilite le passage de la molécule de az carbonique d'une phase gazeuse dans une phase liquide, et vice versé dans l'étape d'absorption et de régénération, respectivement.
Les substances à réaction alcaline qui peuvent être contenues dans la solution comprennent les carbonates, les phosphates, les borates et les phénolates de métaux alcaline et aloalino-terreux et l'ammoniaque.
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On a trouve selon la prisent# invention 4*U,e IÀ régénération d'une solution aqueuse ;éi#j4jéf'6 riutioù alcaline contenant de l'anhydride arnénieux nécienite seulement l'emploi d'une température qui est &*nul 1blèmenfs inférieure à la température de regé4értàoÀ.,éloùo solution &réaction alcaline formulée de façon ïn'âu¯ t, ïaais ne contenant pas d'anhydride aroênli%uci t6îte les autres conditions étant nimjlaimoe tn-deeautres tormoo, on a trouvé que la température de,ddo6mpooftfoii dw bioar- w- b4nate (qui est le produit d'absorption) eot abaia<<e par la présence de l'anhydride arsënieirc :'iôp'e ihradnite dans la solution, le rapport de rdggndrîtiân'Otant le môme.
Il est bien connu que la régénération conduite par mise en ébullition d'une solution usée et entraîne- ment au moyen de vapeur d'eau provoque l'expulsion du gaz carbonique préalablement absorbé, le bicarbonate'étant décomposé en carbonate et en CO2, Le rapport de régénération de la solution en question est exprimé en rapport en pour-
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eente entrede la quantité (en poids) de carbonate dans la solution et la quantité totale de carbonate et de bicarbonate.
Comme mentionné précédemment, ona trouve selon l'invention que la regénération d'une solution contenant de l'anhydride arsénieux, conduite à un rapport de régé- nération requis, implique l'emploi d'une température qui est sensiblement inférieure à la température de régénéra- tion d'une solution formulée de façon identique mais non , activée par l'anhydride arsénieux, dans des..
conditions autrement similaires,
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Par exemple, lorsqu'une solution aqueuse typique contenant 25% en poids de carbonate de potassium est employée pour l'absorption, la solution épuisée doit être chauffée et bouillie à une température dépassant 100 C en vue d'atteindre un rapport de regénération de 55-60% (40-45% de bicarbonate et 60-55% de carbonate), alors qu'une solution identique qui a été aotivée par. addition de 140 g/litre de As2O3 atteint le même rapport de regénération à une température de 84'C seulement.
De plus, lorsque cette dernière solution est chauffée et bouillie à une température de 102-103 C, elle atteint un rapport de régénération de 95% (5% de bicarbonate, 95% de carbonate), c'est-à-dire qu'elle est régénérée avec une plus grande efficacité que les solutions minérales conventionnelles non activées qui, .
comme mentionné précédemment, atteignent un rapport de régénération de 55-60% (40-45% de bioarbonate) seulement, comme confirmé par la littérature technique, Les résultats des recherches et des expériences conduites par la Demanderesse à cet effet sont donnés ' à titre d'exemple dans le graphique de la figure 1 se rapportant à une solution aqueuse typique absorbante oontenant 25% de K2CO3 et 140 g/litre de As2O3, ce graphique donnant en abscisses la température d'ébullition de la solution durant la régénération à la pression atmos- phérique, en fonction du rapport de régénération atteinte indiqué en ordonnées.
Les propriétés nouvelles décrites précédemment des solutions absorbantes contenant du As2O3 ont été expérimentées pratiquement à l'échelle industrielle
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et 17 500 m3/heure de gaz, ont été purifiés 4 une pression de 27 atmosphères absolues au moyen d'une solution aqueuse contenant du carbonate de potassium \ ayant une proportion de 200 g/litre de K2O et de
140 g/litre de Après l'absortion du As2O3, la CO2, solution épuisée est régénérée dans une colonne conven- tionnelle chauffée au fond par la chaleur contenue dans le gaz à purifier, à une température d'environ
88 C seulement : le rapport de régénération atteint s'élève à 58% (42% de bioarbonate, 58% de carbonate).
Comme résultat de la régénération de la solution à une température inférieure à celle connue jusqu'à présent, quand on conduit le procédé selon l'invention, on renvoie la solution régénérée vers l'étape d'abcorp- . tion directement sans réfrigération préalable, de sorte . qu'un cycle isothermique d'absorption-régénération est réalisé .
La présente invention a donc pour objet une méthode d'élimination du gaz carbonique d'un mélange gazeux par lavage de ce dernier par une solution absorbante aqueuse à réaction alcaline de carbonate, de phosphate, de borate, de phénolate d'un métal alcalin ou d'ammoniaque, méthode selon laquelle la solution est mise en circulation dans un cyole isothermique d'absorption-régénération, ladite méthode étant caractérisée,en ce qu'une quantité appréciable d'anhydride arsénieux est contenue dans la solution en circulation et que la régénération de la - solution est conduite à une température inférieure à celle requise pour regénérer , à un rapport de régénération identique et dans des conditions identiques, une solution identique ne contenant pas d'anhydride arsénieux.
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La régénération est effectuée avantageusement 'la pression atmosphérique par entraînement de la solution usée au moyen de la vapeur d'eau, tandis que l'absorption est conduite à une pression sur- atmosphérique de préférence d'au moins 4 atmosphères manométriques.
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1- La quantité d'anhydride arsénieux dans la . solution dépend principalement de la pression d'absorption et de la concentration en oarbonate, phosphate, borate ou phénolate de la solution. La quantité minimum est d'environ 10-15 g/litre à des pression d'absorption
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aussi élevées que 25-30 atmosphères manométriqueno et d'environ 50 g/litre h des pressions aussi basses que 3.4 atmosphériques 8Anor#trlques. La quantité préférée est celle qui correspond atoeehiométriquement la forma- tion de l'ortho-arsén1te avec le métal alcalin (ammoniaque inclus) présent dans la solution, quelle que soit la pression d'absorption.
Des quantités supérieures, attel-
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giant celles correspondant à la formation du méba-araénito peuvent être employées, à moins que ce ne soit aor.t.'e indiqué par des raisons économiques.
.">' Un cycle 1sothermlque simple ou double peut être adopté. Dans un cycle simple, le mélange gazeux :.I.mpur est mis en contact intime à une pression auratmoaphérique choisie aveo la solution absorbante régénérée, de façon -que le gaz carbonique soit absorbé par la solution à ; partir du mélange. La solution usée est recueillie, décomprimée à la pression atmosphérique et régénérée par chauffage (et avantageusement par entraînement à la vapeur) à la température choisie pour le cycle, de
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sorte que le gac carbonique absorba soit expulsé : la solution régénérée est ensuite remise en circulation dans l'appareil d'absorption au moyen d'une pompe appropriée.
En ce qui concerne le cycle double, un exemple aéra donn4 ci-après en référence à la figure 2 du dessin ci-joint qui représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre du cycle. D'une façon générale. le cycle comporte un étage d'élimination grossière du CO2, opérant à une température inférieure à 100 C associé à un étage de régénération grossière opérant de façon similaire à une température intérieure à 100 C, et un étage d'élimination fine de C02 opérant à une température supéroeure à 100 C associé à un étage de régénération fine opérant de façon similaire au-dessus de 100 C.
On a déjà proposé de conduire lea étapes d'absorption et de régénération à peu près à la même température. Par exemple dans le brevet allemand n'l62 655 du 26 mai 1904 il a été suggéré de conduire l'absorption à une tempéra- ture d'environ 100-105 C correspondant àla température d'abullition de la soultion à la pression atmosphérique et à la température de décomposition du bicarbonate, Le ' même enseignement est donné par "Carbone Dioxide" pages . 177-179 (Quinn et Jones, 1936, Am. 'Chem. Soo. Monographs
Series, New York).
Le procédé Benson et Field décrit dans le brevet anglais n' 725 000 du 11 mars 1953 comporte l'absorption et la régénération à la même température de 100-105 C approximativement.
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Tous les procédés antérieurs mentionnât précédemment employant un cycle isothermique utilisent des solutions minérales , notamment des solutions Je carbonate de potassium.
Le prooédé selon la présente invention a'en distingue par l'emploi de solutions minérales alcalines obtenant de l'anhydride arsénieux pour abaisser , par
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et présence, la température d"buIU.t1on et de rdgdné- ; ration, afin de pouvoir oonduire le cycle isothersique à des températures inférieures à celles employées jusqu'à présent.
Dans ces conditions, l'absorption est effectuée à des températures beauooup plus avantageuses correspon-
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,dant aux conditions optima, et un autre avantage rdmlte du tait que de la chaleur à bas prix et à basse teoopé- rature peut être employée pour oonduire la régénération, D'après le graphique de la figure 1, les tempé-
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ratures de régénération peuvent même être COD81Mrabl¯' inférieures à 100 C,
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Dans le procédé selon la présente uftIlt1-. "' bien que la température du cycle 1sotbersdque pu188e être intérieurs à 100 C, l'étape de régénération est
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oonduite par ébullition et entra3icwent au mra de la vapeur d'eau.
Comme mentionné précédemment, une solution typique
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5x de XaCO, contenant z0 g/litre de JlagO, qui ut régénérée par ébullition à une température de 500 en% à peu près totalement "lÛ'I'4.. le rapport de 1'C""'n.., tion m'élevant à 95$ bzz de bicarbonate, 95$" 081''''-). tandis qu'une solution de composition identique qui ne
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obtient pas d'anhydride arsénieux est moins bien régénérée, le rapport de régénération atteint par l'emploi d'une température de 105 C s'élevant à 55-60% seulement (40- 45% de bicarbonate, 60-65% de carbonate).
Grâce au rapport de régénération amélioré obtenu selon la présente invention, les solutions contenant de l'anhydride arsénieux donnent une purifica- tion des mélanges gazeux contenant du gaz carbonique beau- coup plus efficaceque les solutions ne contenant pas de As@O3' La pression partielle du gaz carbonique d'une solution typique à 25% de K2CO3 contenant 140 g/litre de As2O3 à une température de 95 C, 100 C, 105'C s'élève à 0,055, 0,064 et 0,076 atmosphère absolue respectivement, de sorte qu'en opérant à une pression de travail de 25 atmosphères absolues avec un cycle isothermique à un étage aux températures mentionnées précédemment,
on peut atteindre les conditions d'équilibre pour une purifi- cation correspondant à un pourcentage de CO2 dans le gaz purifié égal à 0,25, 0,32%, 0,37%, respactivement, ce qui représente une amélioration considérable par rapport aux quantités qui peuvent être obtenues théoriquement et industriellement par des solutions contenant seulement du carbonate de potassium dans des conditions similaires,
Un autre avantage résulte de l'adoption d'un cycle incluant deux étages isothermiques, comme montré par le schéma de la figure 2 employant comme solution absorbante une solution aqucuse à 25% de K2CO3 contenant
140 g/litre de As2O3 par exemple.
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Le mélange gazeux 1 purifier est amené par une conduite 10 dans uno colonne d'absorption 1 dans laquelle le mélange s'écoule de bas en haut à travers deux zones garnies superposées et est déchargé par le sommet de la colonne, Le mélange gazeux est mis en oontaot intime dans les zones garnies avec la solution absorbante descendant à travers lesdites zones. La zone garnie inférieure opère à une température ne dépassant pas
100 C et la pression dans la colonne est de 25 atmos- phéres absolues.
La solution usée se rassemble au tond de la oolonne 1 et est envoyée au sommet d'une colonne de régénération 2 par une conduite 3 incluant une vanne de réduction de pression 3a. La colonne 2 opère à la pression atmosphérique et comprend deux zones garnies superposées séparées par un plateau de barbotage à déversoir. Une certaine proportion (environ 1/3 dans . cet exemple) de la solution descendant à travers la zone garnie inférieure de la colonne 2 est captée par un collecteur 8 dans cette colonne et remise en circulation dans la section de fond de cette colonne via un bouilleur 6 dans lequel elle est cjhauffée à l'ébullition à une température supérieure à 100'C. De plus, la vapeur d'eau d'entraînement est fournie à cette section de fond par une conduite 7.
La solution dans la zone garnie inférieure de la colonne 2 est finement régénérée par chauffage et par entraînement à la vapeur à un rapport de régénération d'environ 95%. Les produits gazeux se dégageant de la zone garnie inférieure passent à travers le plateau de barbotage dans la zone garnie supérieure,
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dans laquelle il extrait le gaz carbonique de la solution qui descend dans cette zone à une température inférieure à 100'C, correspondant à la température dans la moitié inférieure de la colonne d'absorption 1,.
Un courant gazeux contenant le gaz carbonique expulsé est soutiré du sommet de la colonne 2. Le rapport de régénération de la solution qui se rassemble sur le plateau de barbotage dans la oolonne 2 est d'environ 55-60%. Une certaine proportion (environ 2/3 dqns cet exemple) de la solution rassemblée est pompée par une pompe 4a à travers une conduite 4 vers un point situé entre les deux zones garnies de la colonne d'absorption
1 pour être utilisée dans la zone garnie inférieure de cette colonne ;
la portion restante (1/3) est régénérée . dans la zone garnie inférieure de la oolonne 2 jusqu'au rapport mentionné d'environ 95% et est pompée à travers la conduite 5 et la pompe 5a vers la section de sommet de la colonne de régénération 1 pour effectuer une purifi- cation fine du mélange gazeux s'écoulant à travées la zone garnie supérieure de la colonne ,puia cetts portion rejoint la portion fournie par la conduite 4 et contri- bue aveo cette dernière portion à la purification gros- sière du mélange gazeux dans la zone garnie inférieure de la colonne 1.
Il est entendu que la zone garnie supé- rieure de la colonne d'absorption 1 opère à une température. qui est sensiblement égale à celle qui règne dans la . zone garnie inférieure de la colonne de régénération
2, alors, que, comme mentionné précédemment, la tempé- , rature dans la zone garnie inférieure de la colonne d'absorption 1 est pratiquement égale à celle de la zone garnie inférieure de la colonne de régénération 2, conformément à la conception conventionnelle du "cycle isothermique double".