Procédé et appareil pour produire un gaz combustible chaud exempt
de soufre et autres contaminants.
La présente invention concerne un procédé et un appareil pour produire un gaz combustible chaud exempt de soufre d'halogènes et de matières particulaires.
On a oherché depuis longtemps à éliminer le soufre des produits de combustion,tels que les gaz brûlés. De nombreuses études ont été faites pour éliminer le soufre fréquemment présent dans les gaz brûlés sous la forme d'acide sulfhydrique, de bloxyde de soufre et/ou d'anhydride sulfurique. La plupart de ces recherches ont été dirigées vers l'extraction à partir des composés ci-dessus du soufre des produits de combustion: on peut à
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3.^38.722, qui tous deux décrivent un procédé pour absorber l'acide sulfhydrique des gaz brûlés. Ces procédés n'ont obtenu qu'un succès industriel très limité en raison des problèmes inhé-
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un sel'fondu et des températures élevées nécessaires pour maintenir le sel à l'état fondu. Des problèmes supplémentaires apparais-
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dans le système d'absorption.
Il a aussi été proposé d'utiliser des solutions aqueuses de carbonate de sodium pour absorber l'acide sulfhydrique des gaz brûlés . Un tel procédé est décrit dans le brevet US
2.830.883. Cependant, ce procédé a l'inconvénient de nécessiter la manutention de quantités importantes de liquide.
Les procédés à l'aide de sel fondu et de solution de carbonate indiqués ci-dessus ont tous l'inconvénient de permettre l'échappement d'acide sulfhydrique dans l'atmosphère lorsque le fonctionnement n'est pas parfait pour une raison ou une autre.
En dehors des frais supplémentaires et de l'entretien spécial,l'équipement haute pression a l'inconvénient de permettre l'échappement de.particules solides avec les produits gazeux provenant du réacteur. Dans le cas d'un gaz combustible oela demande un filtre à solides avant le passage au brûleur faute de quoi il en résulte un danger d'incendie par engorgement des brûleurs et d'autres parties de l'équipement.
La présente invention a pour objet un procédé perfectionné pour éliminer le soufre,les halogènes et les matières
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antérieurs.
L'invention a aùssi pour objet un procédé permet.. tant l'extraction du soufre avant la formation de composés du soufre dans les gaz brûlés, qui ne nécessite pas l'absorption par un sel fondu pour l'extraction du soufre.
L'invention a aussi pour objet un procédé perfectionné ne nécessitant pas l'utilisation de solutions aqueuses de
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L'invention a aussi pour objet un Procédé perfectionné permettant le fonctionnement à la pression atmosphérique,
L'invention a aussi pour objet un procédé perfectionné permettant d'obtenir un composé du soufre sous une forme' utile .
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L'invention a aussi pour objet un nouveau réacteur pouvant être utilisé avec le présent procédé ainsi qu'avec d'autrès procédés.
L'invention a aussi pour objet la Production de gaz combustibles à partir de différents déchets organiques, des ordures ménagères.des déchets organiques contaminés par des matières radio_ actives, des déchets de l'industrie du papier et des déchets de l'industrie photographique. déchets de
L'invention concerne aussi l'élimination des polluants atmosphériques,tels que le soufre,les halogènes et les matières particulaires, et la chaleur des gaz brûlés produits pendant l'incinération des ordures urbaines,des pellicules photographiques, des résidus organiques des usines de traitement des produits radioactifs,des déchets de l'industrie du papier.des gaz brûlés provenant des fours industriels et des gaz combustibles produits à partir de combustibles carbonés contaminés par du soufre tels que
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L'invention a aussi pour objet la production d'un gaz combustible chaud ayant un faible pouvoir calorifique de
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d'exemple,et faite en se référant au dessin annexé.sur lequel: la figure unique représente schématiquement un appareil selon un mode de mise en oeuvre de l'invention.
L'invention concerne donc un procédé pour produire un gaz combustible chaud exempt de soufre, d'halogènes et de matières particulaires. Le procédé de l'invention consiste à envoyer de l'oxygène et un gaz choisi parmi' la. vapeur d'eau, le bioxyde de carbone et leurs mélanges à travers une zone de réaction contenant un oxyde, un hydroxyde, un bicarbonate ou un carbonate d'un métal alcalin ou d'un métal alcalino-terreux. La zone de réaction contient aussi un combustible carboné contaminé avec du soufre. Le procédé de l'invention est conduit dans des conditions telles que pratiquement tout le soufre du combustible carbo-
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le bioxyde de carbone, et le carbone présents dans le combustible carboné forment un gaz combustible chaud contenant de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, ce mélange de gaz combustibles est pratiquement exempt de soufre,d'halogènes et de matières particulaires . Pratiquement tout le soufre initialement présent dans le combustible carboné est extrait de la zone réactionnelle sous la forme de sulfure métallique.
Le mode opératoire préféré de l'invention pour produire un gaz combustible chaud exempt de soufre et amener le soufre sous la forme de sulfure métallique consiste à maintenir la zone réactionnelle à une température comprise entre 700[deg.]C et 900[deg.]C
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trique de 0 à 7 kg/cm<2> et de préférence 0 à 3,5 kg/cm<2>, A des températures bien inférieures à cette gamme, la formation indésirable d'acide sulfhydrique est favorisée, tandis qu'au-dessus de
900[deg.]C il apparaît les inconvénients suivants: (1) une augmentation énorme de la tension de vapeur du sodium se traduit par des pertes excessives du sodium mélangé au gaz combustible;cela peut conduire à des besoins supérieurs en carbonate de sodium de complément,
à des pertes en soufre et à la possibilité de corrosion des cuves des éohangeurs de chaleur;(2) un ramollissement indésirable des cendres faisant apparaître des problèmes pour le maintien du carbonate de soiium là où il est nécessaire, et aussi la possibilité d'une attaque chimique des parois du réacteur, et (3) à des tempé-
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être muni d'un revêtement intérieur coûteux.
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rature dans la gamme ci-dessus consiste à ajouter de la vapeur d'eau et/ou à recycler le bioxyde de carbone vers la zone de réaction. La vapeur d'eau et/ou le bioxyde de carbone réagissent endothermiquement avec le carbone pour consommer la chaleur dégagée par d'autres réactions exothermiques, en maintenant ainsi la température dans la plage désirée. La vapeur d'eau et/ou le bioxyde de carbone sont envoyés avec des débits suffisants pour maintenir la température dans la gamme désirée, et en général avec un rapport molaire de la vapeur d'eau et/ou du bioxyde de carbone
au carbone du combustible carboné compris entre 1/50 et 1/200.
Selon un mode de mise en oeuvre préféré de l'inven-
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d'un agencement particulier, ce réacteur a une section à contrecourant, la partie supérieure de celle-ci comportant une conduite
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section à contre-courant est montée en dessous d'une section à co-courant ayant une conduite d'arrivée pour les solides et communiquant avec celle-ci. La section à contre-courant a une conduite d'arrivée pour le gaz à son extrémité inférieure et la section à cocourant a une conduite d'arrivée pour le gaz à son extrémité supérieure. Le gaz combustible sort du réacteur à partir de l'extrémité supérieure de la section à contre-courant. Dans le procédé
selon l'invention,les solides et une partie du mélange gazeux
sont chargés dans la section à co-courant tandis que le reste
du mélange gazeux est chargé dans la section à contre-courant du réacteur.
Bien que n'importe quel oxyde, hydroxyde, bicarbonate ou carbonate d'un métal alcalin ou alcalino-terreux quelconque puisse être utilisé, les composés préférés selon l'invention sont l'oxyde de calcium, 1 'hydroxyde de calcium, le bicarbonate de
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magnésium, le bicarbonate de magnésium, le carbonate de magnésium, le carbonate de strontium,l'hydroxyde de baryum, l'oxyde de potassium,l'hydroxyde de potassium,le bicarbonate de potassium,le carbonate de potassium, l'oxyde de sodium, l'hydroxyde de sodium,le bicarbonate de sodium et le carbonate de sodium qui est préféré en raison de son prix, de sa disponibilité et de sa réactivité.
Suivant les aspects les plus larges de l'invention,
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carboné contenant des quantités contaminantes de soufre et/ou d'halogènes et/ou tendant à libérer des matières particulaires pendant l'incinération. Des exemples de ces combustibles carbonés sont, parmi d'autres, le charbon bitumeux, l'anthracite, la tourbe, le coke, différents débris organiques, les ordures municipales, les débris organiques solides contaminés par des matières radioactives, les déchets de l'industrie du papier et les déchets de l'industrie photographique. En bref, le procédé peut être utilisé pour n'importe quel combustible carboné à l'état solide.
La demanderesse ne prétend pas être la première à faire passer de l'oxygène et de la vapeur d'eau à travers un mélange de charbon et de carbonate de sodium. Un tel procédé est décrit dans le brevet US 1.948.084, appelé procédé White. Cependant, White ne décrit pas le procédé de la présente invention et il n'élimine en aucune façon le soufre du gaz combustible produit. Pour éliminer l'acide sulfhydrique on utilise dans le procédé White un laveur contenant une solution de carbonate de sodium. De plus, aux températures élevées de fonctionnement de 1000[deg.]C
du procédé White, les pertes de sodium sont très élevées, ce qui demande une alimentation complémentaire supérieure et un équipement coûteux.
L'oxygène est envoyé vers le charbon en quantité suffisante pour convertir pratiquement tout le carbone présent dans le charbon en monoxyde de carbone, mais en quantité insuffisante pour convertir le carbone présent en bioxyde de carbone, et
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sent dans le combustible carboné de 1/1 à 1/5 et de préférence de 1/1 à 1/3.
Le composé métallique, qui est un oxyde, un hydroxyde, un bicarbonate ou un carbonate d'un métal, est ajouté au combustible carboné au moins en quantité suffisante pour réagir avec le soufre et les halogènes présents dans le combustible carboné. Le composé métallique est de.préférence ajouté avec un léger excédent stoechiométrique par rapport à la quantité nécessaire pour convertir tout le soufre et les halogènes en sulfure dudit métal et en halogénures dudit métal, et en général dans un rapport atomique du métal du composé métallique au soufre et aux halogènes contenus dans le combustible carboné au moins égal à
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L'oxygène peut être envoyé dans la zone réactionnelle sous la forme d'oxygène pur,mais de préférence il est envoyé sous
la forme d'air atmosphérique.
Suivant un autre aspect, l'invention concerne un nouveau réacteur. La figure unique représente un réacteur 10 à oo-courant et à contre-courant combinés. Le réacteur 10 comporte une section à co-courant 21 compcrtant un conduit 22 ayant une paroi latérale 23 pratiquement verticale. La section à co-courant 21 comporte aussi un conduit d'arrivée des solides 24 débouchant dans la partie supérieure 25 de la section à co-courant 21. La section
à co-courant 21 comporte aussi une première arrivée de gaz 12 débouchant dans la partie supérieure 25 de cette section. De cette façon,les solides descendent dans le conduit 22 par gravité. Le
gaz provenant de l'arrivée 12 s'écoule dans le même sens que les solides, de la façon indiquée par la flèche 27. Le réacteur 10 comporte aussi une section à contre-courant 28. La section à contre-
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conduit 22 de la section à co-courant 21. La section à contrecourant 28 comporte une paroi 29 s'étendant au-dessus de l'extrémité inférieure 30 du conduit 22.,La paroi 29 est fixée au conduit 22 à un niveau au-dessus de l'extrémité inférieure 30 du conduit 22. Dans la partie inférieure de la section à contre-courant 28 une grille 31 supporte les solides 32 présents dans la section 28.
La section à contre-courant 28 comporte une seconde arrivée de gaz
L4 en dessous de la grille 31. Le gaz arrive par la canalisation
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aussi une canalisation de sortie 46 à travers laquelle le gaz s'échappe du réacteur 10. En raison de cette nouvelle combinaison,
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46 est en équilibre thermique avec la surface supérieure 34 des solides 32 se trouvant dans la section à contre-courant 28.
Quand le réacteur selon l'invention est utilisé dans la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il a différents avantages aussi bien par rapport au réacteur à contre courant qu'au réacteur à co-courant. Un exemple de réacteur à contre-courant est celui décrit par White. Comme le montre la figure 3
du brevet US 1.948.085, la température la plus élevée d'environ
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ment des gaz à contre-courant,la température dans la zone 5 peu près la moitié de cette valeur. Aux températures voi-
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est favorisée, ce qui justifie au moins en partie l'utilisation
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est nécessaire dans le procédé White malgré la présence de carbonate de sodium mélangé au combustible carboné . Un réacteur à cocourant simple a pour inconvénient que l'écoulement du gaz dans le même sens que l'écoulement des solides a tendance à tasser les solides et à empêcher l'écoulement des gaz. De .plus, il est pratiquement impossible de consommer tout le carbone dans un réacteur à 00-courant,de sorte qu'il subsiste toujours du carbone n'ayant pas réagi. Dans le cas de la'réaction d'un combustible carboné avec de la vapeur d'eau et de l'oxygène, ce tassement a tendance à empêcher la réaction. Le réacteur comportant une section à contre-courant et une section a concourant selon l'in-
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Pour une compréhension plus complète de l'invention, il est fait référence à la figure unique représentant un dispositif comportant un réacteur selon l'invention ainsi que des éléments supplémentaires convenant pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
L'appareil représenté comporte un réacteur à concourant /contre-courant 10 ayant des canalisations d'arrivée pour les gaz 12 et 14 et une ^canalisation d'arrivée de solides 16 qui est munie d'un sas pneumatique 18 et communique avec une canalisation d'arrivée 20. Les canalisations 12 et 14 communiquent respectivement avec des soufflantes 13 et 15. Les produits du réacteur 10 sont déchargés à travers la canalisation de sortie 46 et une canalisation de sortie des solides 42 qui communique avec un conduit 35 formé à l'extrémité inférieure du réacteur et qui oomporte une vanne 44. La canalisation de sortie des solides 42 communique avec un réacteur à contre-courant 48.
Le réacteur à contre-courant 48 comporte une grille
49 supportant les solides 53,des canalisations d'entrée 50 et 52 et des canalisations de sortie 54 et 56. La canalisation de sortie
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lixiviation 60 communique à travers un conduit 74 et une vanne
76 avec un centrifugeur tubulaire continu 72. Les solides provenant du centrifugeur sont pompés à travers une canalisation de sortie des solides 78 munie d'une vanne 81. Le centrifugeur tubulaire continu 72 comporte une canalisation de sortie du liquide 82 munie d'une vanne 80. La canalisation 82 est raccordée
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Les solides produits dans le refroidisseuroristalliseur 84 passent à travers la vanne 86 et la canalisation
20 vers le réacteur à co-courant/oontre-courant 10. Le liquide du
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viation 60 à travers la vanne 88 et la canalisation 64.
Les gaz combustibles sortant par la canalisation
46 du réacteur 10 sont utilisés à différentes fins selon la composition des gaz combustibles et la demande. Par exemple, les gaz combustibles peuvent être utilisés pour produire de la vapeur d'eau, pour produire de l'électricité,pour chauffer des immeubles, pour produire du gaz pauvre,pour produire de 1; hydrogène, pour établir des plages de température commandées et pour préchauffer des matières utilisées pour des opérations industrielles. Dans le cas de la combustion de certains déchets,les gaz de combustion seront exempts de polluants tels que le soufre, les halogènes et
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dans l'atmosphère après utilisation de leur chaleur. Une utilisation particulière du gaz combustible produit dans le réacteur 10 est décrite ci-après dans le cas de la production de l'électrici.. t6.
Les gaz combustibles chauds sortant du réacteur 10 passent à travers la canalisation 46 vers un brûleur 90 pour chauffer une chaudière 92 ayant une canalisation de sortie 94. Une partie de la vapeur d'eau passant par la canalisation 94 est envoyée au réacteur 10 à travers la canalisation 96 munie d'une vanne 98. Une partie des gaz de combustion du brûleur 90 est envoyée au réacteur 10 à travers les canalisations 12 et 14.
La vapeur d'eau de la chaudière 92 passe à travers la canalisation 94 vers une turbine 100 pour la production d'électricité par une génératrice 102.
Les additifs, c'est-à-dire le carbonate de sodium,
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d'après les équations 1 à 9 suivantes :
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des cendres, du sulfure de sodium, du sulfite de sodium et du sulfate de sodium. Les produits gazeux, exempts de soufre, d'halogènes et de matières en particules, sortent du réacteur 10 à travers la canalisation 46.
Les produits solides et le carbonate de sodium n'ayant pas réagi sont évacués du réacteur 10 à travers la vanne
44 et la canalisation 42 vers le réacteur à contre-courant 48 dans lequel ils réagissent avec le charbon, la vapeur d'eau et l'air arrivant par les canalisations 50 et 52,à une température de 200[deg.]C
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pour produire de l'acide sulfhydrique brut, du carbonate de sodium et des cendres. Les réactions indiquées ci-dessus ont lieu dans
le réacteur 48 quand le rapport atomique de l'oxygène de l'air au carbone du charbon est compris entre 1/1 et 1/3 et quand le rap-, port molaire du sulfure métallique au carbone du charbon est compris entre 1/3 et 1/10. L'acide sulfhydrique brut est extrait à travers la canalisation de sortie 64 pour produire de l'acide
sulfurique ou du soufre à l'état d'élément en utilisant le procédé par contact ou procédé Claus ou par d'autres procédés industriels choisis en général d'après des considérations économiques et
des considérations de marché.
Les produits solides provenant du réacteur à contrecourant 48 passent dans la chambre de lixiviation 60 à travers la vanne 58 et la canalisation 56.Ces solides sont mis en contact
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canalisation 62 et en utilisant un agitateur 66 pour dissoudre le carbonate de sodium afin de permettre la séparation des cendres dans le centrifugeur tubulaire continu 72.
La solution de carbonate de sodium contenant les
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au centrifugeur tubulaire continu 72. Les cendres sont rejetées à travers la canalisation de sortie des solides 78 et la vanne 81. Le liquide provenant du centrifugeur tubulaire continu 72 passe
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dans le réacteur à co-courant/contre-courant 10 à travers la canalisation 20 raccordée à.la canalisation 16. Le liquide surna-
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médiaire d'une pompe dans la chambre de lixiviation 60 à travers la canalisation 64.
Bien entendu,,la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre.
-REVENDICATIONS-
1.Procédé pour l'obtention d'un gaz combustible
onaud exempt de soufre, d'halogènes et de matières par titulaires, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer de l'oxygène et de la
<EMI ID=44.1> A) un oxyde, un hydroyyde, un bicarbonate ou un carbonate d'un métal alcalin et B) un combustible carboné contenant du soufre,
dans des conditions telles que pratiquement tout le soufre du combustible carboné forme un sulfure du nétal,que l'oxygène.la
vapeur d'eau et le carbone présents dans le combustible carboné forment un mélange de gaz combustibles chauds formé d'hydrogène
et de monoxyde de carbone pratiquement exempt de soufre,et que pratiquement tout le soufre initialement présent dans le combustible carboné est évacué de la zone de réaction sous la forme de sulfure du métal.
Method and apparatus for producing hot fuel gas free
sulfur and other contaminants.
The present invention relates to a method and apparatus for producing a hot fuel gas free of sulfur, halogens and particulate matter.
It has long been sought to remove sulfur from combustion products, such as flue gases. Numerous studies have been made to remove the sulfur frequently present in flue gases in the form of hydrogen sulphide, sulfur bloxide and / or sulfur trioxide. Most of this research has been directed towards the extraction from the above sulfur compounds of combustion products: one can at
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3. ^ 38.722, both of which describe a process for absorbing hydrogen sulfide from flue gases. These processes have only achieved very limited industrial success because of the inherent problems.
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molten salt and elevated temperatures necessary to maintain the salt in a molten state. Additional problems appear
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in the absorption system.
It has also been proposed to use aqueous solutions of sodium carbonate to absorb hydrogen sulfide from the flue gases. Such a method is described in US patent
2,830,883. However, this method has the drawback of requiring the handling of large quantities of liquid.
The processes using molten salt and carbonate solution shown above all have the disadvantage of allowing the escape of hydrogen sulfide into the atmosphere when operation is not perfect for one reason or another. .
Apart from the additional costs and special maintenance, the high pressure equipment has the disadvantage of allowing the escape of solid particles with the gaseous products from the reactor. In the case of a combustible gas this requires a solid filter before passing to the burner, otherwise there is a danger of fire by clogging the burners and other parts of the equipment.
The present invention relates to an improved process for removing sulfur, halogens and materials.
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earlier.
The object of the invention is also a process which allows the extraction of sulfur before the formation of sulfur compounds in the flue gases, which does not require absorption by a molten salt for the extraction of sulfur.
The subject of the invention is also an improved process which does not require the use of aqueous solutions of
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The subject of the invention is also an improved method allowing operation at atmospheric pressure,
Another subject of the invention is an improved process for obtaining a sulfur compound in a useful form.
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The invention also relates to a new reactor which can be used with the present process as well as with other processes.
The invention also relates to the production of combustible gases from various organic wastes, household refuse, organic wastes contaminated with radioactive materials, wastes from the paper industry and wastes from the photographic industry. waste of
The invention also relates to the removal of air pollutants, such as sulfur, halogens and particulate matter, and the heat of flue gases produced during the incineration of urban garbage, photographic film, organic residues from treatment plants. radioactive products, waste from the paper industry, flue gases from industrial furnaces and combustible gases produced from carbonaceous fuels contaminated with sulfur such as
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The invention also relates to the production of a hot fuel gas having a low calorific value of
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example, and made with reference to the appended drawing. In which: the single figure schematically represents an apparatus according to one embodiment of the invention.
The invention therefore relates to a process for producing a hot fuel gas free from sulfur, halogens and particulate matter. The method of the invention consists in supplying oxygen and a gas selected from 'la. water vapor, carbon dioxide and their mixtures through a reaction zone containing an oxide, hydroxide, bicarbonate or carbonate of an alkali metal or an alkaline earth metal. The reaction zone also contains carbonaceous fuel contaminated with sulfur. The process of the invention is carried out under conditions such that substantially all of the sulfur in the carbon fuel.
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carbon dioxide, and the carbon present in the carbonaceous fuel form a hot fuel gas containing hydrogen and carbon monoxide, this mixture of fuel gases is practically free of sulfur, halogens and particulate matter. Virtually all of the sulfur initially present in the carbonaceous fuel is removed from the reaction zone as metal sulfide.
The preferred procedure of the invention for producing a hot fuel gas free of sulfur and supplying the sulfur in the form of metal sulfide is to maintain the reaction zone at a temperature between 700 [deg.] C and 900 [deg.] VS
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from 0 to 7 kg / cm <2> and preferably 0 to 3.5 kg / cm <2>, At temperatures well below this range, the undesirable formation of hydrogen sulfide is favored, while at- top of
900 [deg.] C the following drawbacks appear: (1) an enormous increase in the vapor pressure of sodium results in excessive losses of sodium mixed with the fuel gas; this can lead to higher sodium carbonate requirements of complement,
to losses of sulfur and the possibility of corrosion of the heat exchanger vessels; (2) undesirable softening of the ash causing problems to maintain the Soiium carbonate where it is needed, and also the possibility of chemical attack on the walls of the reactor, and (3) at temperatures
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be provided with an expensive interior lining.
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erasing in the above range is to add water vapor and / or recycle carbon dioxide to the reaction zone. Water vapor and / or carbon dioxide reacts endothermically with carbon to consume heat given off by other exothermic reactions, thereby maintaining the temperature within the desired range. The water vapor and / or carbon dioxide are sent at flow rates sufficient to maintain the temperature in the desired range, and generally with a molar ratio of water vapor and / or carbon dioxide.
to the carbon of the carbonaceous fuel between 1/50 and 1/200.
According to a preferred embodiment of the invention
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of a particular arrangement, this reactor has a countercurrent section, the upper part thereof comprising a pipe
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Counterflow section is mounted below a downflow section having and communicating with an inlet line for solids. The counter-current section has a gas supply line at its lower end and the co-current section has a gas supply line at its upper end. Fuel gas exits the reactor from the upper end of the countercurrent section. In the process
according to the invention, the solids and part of the gas mixture
are loaded in the downstream section while the rest
gas mixture is charged to the countercurrent section of the reactor.
Although any oxide, hydroxide, bicarbonate or carbonate of an alkali or alkaline earth metal can be used, the preferred compounds according to the invention are calcium oxide, calcium hydroxide, sodium bicarbonate.
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magnesium, magnesium bicarbonate, magnesium carbonate, strontium carbonate, barium hydroxide, potassium oxide, potassium hydroxide, potassium bicarbonate, potassium carbonate, sodium oxide , sodium hydroxide, sodium bicarbonate and sodium carbonate which is preferred because of its price, availability and reactivity.
According to the broadest aspects of the invention,
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Carbonaceous containing contaminating amounts of sulfur and / or halogens and / or tending to release particulate matter during incineration. Examples of these carbonaceous fuels are, among others, bituminous coal, anthracite, peat, coke, various organic debris, municipal refuse, solid organic debris contaminated with radioactive materials, waste from the paper industry and photographic industry waste. In short, the process can be used for any solid state carbonaceous fuel.
The Applicant does not claim to be the first to pass oxygen and water vapor through a mixture of carbon and sodium carbonate. Such a process is described in US Pat. No. 1,948,084, called the White process. However, White does not describe the process of the present invention and he does not in any way remove sulfur from the fuel gas produced. To remove hydrogen sulphide, a scrubber containing sodium carbonate solution is used in the White process. In addition, at high operating temperatures of 1000 [deg.] C
In the White process, sodium losses are very high, requiring more supplemental feed and expensive equipment.
Oxygen is sent to the coal in an amount sufficient to convert virtually all of the carbon present in the coal to carbon monoxide, but in an insufficient amount to convert the carbon present to carbon dioxide, and
<EMI ID = 18.1>
smells in carbonaceous fuel from 1/1 to 1/5 and preferably from 1/1 to 1/3.
The metallic compound, which is an oxide, hydroxide, bicarbonate or carbonate of a metal, is added to the carbonaceous fuel at least in an amount sufficient to react with the sulfur and halogens present in the carbonaceous fuel. The metal compound is preferably added with a slight stoichiometric excess over the amount needed to convert all the sulfur and halogens to sulphide of said metal and to halides of said metal, and generally in an atomic ratio of the metal of the metal compound to sulfur and halogens contained in the carbonaceous fuel at least equal to
<EMI ID = 19.1>
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Oxygen can be sent to the reaction zone as pure oxygen, but preferably it is sent as
the form of atmospheric air.
According to another aspect, the invention relates to a new reactor. The single figure shows a combined oo-current and counter-current reactor 10. The reactor 10 has a co-current section 21 comprising a duct 22 having a side wall 23 which is substantially vertical. The co-current section 21 also comprises a solids inlet duct 24 opening into the upper part 25 of the co-current section 21. The section
co-current 21 also includes a first gas inlet 12 opening into the upper part 25 of this section. In this way, the solids descend into the conduit 22 by gravity. The
gas from inlet 12 flows in the same direction as the solids, as indicated by arrow 27. Reactor 10 also has a countercurrent section 28. The countercurrent section
<EMI ID = 21.1>
conduit 22 of the co-current section 21. The counter-current section 28 has a wall 29 extending above the lower end 30 of the conduit 22. The wall 29 is attached to the conduit 22 at a level below above the lower end 30 of the duct 22. In the lower part of the counter-current section 28 a grid 31 supports the solids 32 present in the section 28.
The counter-current section 28 has a second gas inlet
L4 below the grid 31. The gas arrives through the pipeline
<EMI ID = 22.1>
<EMI ID = 23.1>
also an outlet pipe 46 through which the gas escapes from the reactor 10. Due to this new combination,
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46 is in thermal equilibrium with the top surface 34 of the solids 32 in the countercurrent section 28.
When the reactor according to the invention is used in the implementation of the process according to the invention, it has various advantages both with respect to the counter-current reactor and to the cocurrent reactor. An example of a countercurrent reactor is that described by White. As shown in figure 3
of US Patent 1,948,085, the highest temperature of about
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In countercurrent gases, the temperature in zone 5 is about half of this value. At the temperatures you see
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is favored, which at least partly justifies the use
<EMI ID = 27.1>
is necessary in the White process despite the presence of sodium carbonate mixed with the carbonaceous fuel. A single co-current reactor has the disadvantage that the flow of gas in the same direction as the flow of solids tends to pack the solids and prevent the flow of gases. In addition, it is virtually impossible to consume all of the carbon in a 00-stream reactor, so there is always unreacted carbon remaining. In the case of the reaction of a carbonaceous fuel with water vapor and oxygen, this settling tends to prevent the reaction. The reactor comprising a counter-current section and a section a concurring according to the in-
<EMI ID = 28.1>
For a more complete understanding of the invention, reference is made to the single figure showing a device comprising a reactor according to the invention as well as additional elements suitable for implementing the method according to the invention.
The apparatus shown includes a concurrent / countercurrent reactor 10 having inlet lines for gases 12 and 14 and a solids inlet line 16 which is provided with a pneumatic lock 18 and communicates with a line. inlet 20. The pipes 12 and 14 communicate respectively with blowers 13 and 15. The products from the reactor 10 are discharged through the outlet pipe 46 and a solids outlet pipe 42 which communicates with a pipe 35 formed at the end of the pipe. The lower end of the reactor and which has a valve 44. The solids outlet line 42 communicates with a countercurrent reactor 48.
The countercurrent reactor 48 has a grid
49 supporting the solids 53, inlet pipes 50 and 52 and outlet pipes 54 and 56. The outlet pipe
<EMI ID = 29.1> <EMI ID = 30.1>
leaching 60 communicates through a conduit 74 and a valve
76 with a continuous tubular centrifuge 72. The solids from the centrifuge are pumped through a solids outlet line 78 provided with a valve 81. The continuous tubular centrifuge 72 has a liquid outlet line 82 provided with a valve 80 . Line 82 is connected
<EMI ID = 31.1>
The solids produced in the cooler-crystallizer 84 pass through the valve 86 and the pipeline
20 to the cocurrent / countercurrent reactor 10. The liquid of the
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viation 60 through valve 88 and line 64.
Combustible gases exiting through the pipeline
46 of reactor 10 are used for different purposes depending on the composition of the fuel gases and the demand. For example, fuel gases can be used to produce water vapor, to produce electricity, to heat buildings, to produce lean gas, to produce 1; hydrogen, to establish controlled temperature ranges and to preheat materials used in industrial operations. In the case of the combustion of certain wastes, the combustion gases will be free of pollutants such as sulfur, halogens and
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in the atmosphere after using their heat. A particular use of the fuel gas produced in the reactor 10 is described below in the case of the production of electricity.
Hot fuel gases leaving reactor 10 pass through line 46 to a burner 90 to heat a boiler 92 having an outlet line 94. A portion of the water vapor passing through line 94 is sent to reactor 10 through. the line 96 provided with a valve 98. A portion of the combustion gases from the burner 90 is sent to the reactor 10 through the lines 12 and 14.
The water vapor from the boiler 92 passes through the line 94 to a turbine 100 for the production of electricity by a generator 102.
Additives, i.e. sodium carbonate,
<EMI ID = 34.1> <EMI ID = 35.1>
according to the following equations 1 to 9:
<EMI ID = 36.1>
<EMI ID = 37.1>
ash, sodium sulfide, sodium sulfite and sodium sulfate. The gaseous products, free of sulfur, halogens and particulate matter, exit from reactor 10 through line 46.
Solid products and unreacted sodium carbonate are discharged from reactor 10 through valve
44 and line 42 to the countercurrent reactor 48 in which they react with the coal, water vapor and air arriving through lines 50 and 52, at a temperature of 200 [deg.] C
<EMI ID = 38.1>
<EMI ID = 39.1>
to produce crude hydrogen sulfide, sodium carbonate and ash. The reactions indicated above take place in
the reactor 48 when the atomic ratio of oxygen in the air to the carbon of the carbon is between 1/1 and 1/3 and when the molar ratio of metal sulphide to the carbon of the carbon is between 1/3 and 1/10. Crude hydrogen sulfide is extracted through outlet line 64 to produce acid
sulfuric acid or elemental sulfur using the contact process or Claus process or by other industrial processes generally chosen from economic considerations and
market considerations.
Solid products from the counterflow reactor 48 pass into the leach chamber 60 through valve 58 and line 56. These solids are contacted.
<EMI ID = 40.1>
line 62 and using an agitator 66 to dissolve the sodium carbonate to allow separation of the ash in the continuous tubular centrifuge 72.
The sodium carbonate solution containing the
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to the continuous tubular centrifuge 72. The ash is discharged through the solids outlet line 78 and the valve 81. The liquid from the continuous tubular centrifuge 72 passes
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in the co-current / counter-current reactor 10 through the line 20 connected to the line 16. The liquid surna-
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mediate a pump in the leachate chamber 60 through the pipe 64.
Of course, the above description is not limiting and the invention can be implemented according to other variants, without going beyond its scope.
-CLAIMS-
1.Process for obtaining a combustible gas
onaud free of sulfur, halogens and materials by holders, characterized in that it consists in sending oxygen and
<EMI ID = 44.1> A) an oxide, hydroyide, bicarbonate or carbonate of an alkali metal and B) a carbonaceous fuel containing sulfur,
under conditions such that virtually all of the sulfur in the carbonaceous fuel forms a netal sulfide, than oxygen.
water vapor and the carbon present in the carbonaceous fuel form a mixture of hot fuel gases formed from hydrogen
and substantially sulfur-free carbon monoxide, and that substantially all of the sulfur initially present in the carbonaceous fuel is discharged from the reaction zone as metal sulfide.