Procédé de dégazage du soufre liquide et dispositif pour sa mise en oeuvre
La présente invention comprend un procédé de dégazage du soufre liquide contenant de l'hydrogène sulfuré, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
Des essais de transport du soufre liquide dans des camions, des wagons, et des bateaux-citernes ont montré que lorsque la teneur en H2S du soufre liquide atteint ou dépasse 15 ppm (mg par kg), la teneur en H05 de la masse gazeuse atteint la limite inférieure d'inflammabilité qui est de 3,6 % (36000 ppm cm8/m8); à ce seuil d'inflammabilité, le sulfure de fer se formant sur les parois internes des réservoirs mobiles sert de catalyseur et entraîne l'inflammation spontanée de 1'H2S sans qu'il y ait flamme ou étincelle.
En plus, du fait que l'hydrogène sulfuré est très nocif, c'est-à-dire que l'atmosphère au-dessus du soufre liquide est progressivement dangereuse à partir d'une teneur en H2S supérieure à 70 ppm (cm8Jm5) la ma oeuvre de ces camions ou wagons ou bateaux-citernes, notamment l'ouverture du dôme de ces derniers est extrêmement dangereuse pour le personnel, le seuil de danger mortel pour l'homme étant 700 ppm.
Les spécifications commerciales existantes relatives à la manutention, au transport et à la vente du soufre liquide stipulent que celui-ci ne doit pas contenir plus de 5 ppm d'hydrogène sulfuré. Pour répondre à ces conditions, il est nécessaire, lorsque le soufre a une teneur en H2S supérieure à 15 ppm, de ramener la teneur en
H2S au niveau prescrit de 5 ppm d'hydrogène sulfuré.
Le soufre de Lacq contient de 70 à 250 ppm d'hydrogène sulfuré selon les usines où il est produit.
Par ailleurs, le soufre de Lacq est très pur et pratiquement exempt de matières organiques. Si la teneur en
H2S est ramenée au départ de l'usine au seuil de 5 ppm, on est assuré d'avoir écarté définitivement tout danger d'explosiorl, de combustion spontanée ou d'asphyxie et même d'incommodation vis-à-vis du personnel.
La présente invention a pour but d'abaisser la teneur en H2S du soufre liquide obtenu à l'usine de production. A cet effet, elle a pour objet un procédé de dégazage du soufre liquide contenant de l'hydrogène sulfuré, caractérisé en ce qu'on forme d'abord au moins un jet de soufre liquide que l'on pulvérise en le projetant contre un obstacle ou contre au moins un autre jet de soufre liquide.
L'objet de la présente invention sera encore mieux compris à l'aide de la description suivante de deux modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples et à l'aide des dessins annexés sur lesquels:
La fig. 1 représente une vue latérale schématique du dispositif de pulvérisation utilisé pour le premier mode de réalisation du procédé conforme à l'invention.
La fig. 2 représente une vue en perspective d'un second mode de réalisation du dispositif de pulvérisation utilisé pour le second mode de réalisation du procédé, conforme à l'invention.
La fig. 3 représente une coupe axiale d'une buse du dispositif de pulvérisation selon la fig. 2, coupe passant par le plan HIJU de la fig. 4.
La fig. 4 représente une vue de dessus de la buse selon la fig. 3.
La fig. 5 représente une vue de dessous de la buse suivant la ligne V-V de la fig. 3.
La fig. 6 représente un graphique dont les deux courbes A, B, indiquent respectivement les résultats du dégazage du soufre liquide, dégazage obtenu au moyen d'une part du premier mode de réalisation et d'autre part, du second mode de réalisation du procédé conforme à l'invention.
La fig. 7 représente un graphique dont les deux courbes B, C, montrent l'influence de la vitesse des jets du soufre liquide dans le cas du procédé de dégazage conforme à l'invention. et,
la fig. 8 représente un graphique dont les courbes
C, D, montrent l'influence de la quantité de soufre liquide à dégazer sur l'efficacité de dégazage et dont les courbes D, E, montrent l'influence de l'ammoniac sur l'efficacité du dégazage.
Selon un premier mode de réalisation du procédé, on projette un jet de soufre liquide sortant d'un tuyau ou d'une buse 1 inclinée de 15 degrés par rapport à la verticale contre une plaque 2 faisant avec l'axe du tuyau 1 un angle de l'ordre de 135 degrés, de sorte que le jet incident est brisé à 90 degrés. Autrement dit, le jet incident et le jet réfléchi forment ensemble un angle de l'ordre de 90 degrés. Ce procédé de dégazage du soufre liquide, procédé dit à bris de jet à 90 degrés présente déjà un très bon rendement de dégazage de telle sorte que pour une quantité de soufre donnée, et présentant initialement une teneur en hydrogène sulfuré de 70 ppm, deux cycles de dégazage de la quantité de soufre donnée suffisent pour obtenir une teneur en H9S inférieure à 10 ppm.
La buse 1 utilisée dans le cas du premier mode de réalisation peut être d'un type classique, mais les résultats de dégazage sont encore améliorés lorsque l'on utilise une buse conforme au second mode de réalisation du dispositif de pulvérisation, lequel sera décrit plus en détail par la suite.
Selon un second mode de réalisation du procédé, on projette l'un contre l'autre, sous un certain angle solide, au moins deux jets de soufre liquide, de manière à les faire passer par un foyer commun et à les pulvériser violemment dans ledit foyer qui se trouve en dehors du plan des buses de projection. Bien entendu, dans les deux cas, le soufre liquide a été porté préalablement à une température de l'ordre de 1250 à 1450 C, à laquelle sa viscosité est assez faible. Du fait que le soufre est un isolant thermique, la chute de température de 1450 à 1250 C ne s'effectue que dans un délai de temps de l'orde de 60 heures, ce qui permet le dégazage sans nécessiter un réchauffement du soufre pendant au moins les deux premiers cycles de dégazage.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention (voir fig. 2), on utilise un dispositif de pulvérisation 3 comportant dans un même plan trois buses de projection 4, 5, 6, reliées chacune par l'intermédiaire d'un tuyau courbé 7, 8, 9 à un conduit de refoulement 10 du soufre liquide. Les buses 4, 5, 6, sont uniformément réparties sur un cercle et inclinées l'une contre l'autre de manière à faire converger les jets 11, 12, 13 sortant desdites buses, vers un foyer commun 14 qui est situé en dehors du plan passant par les buses 4, 5, 6. Bien entendu, on pourrait également utiliser quatre ou cinq buses uniformément réparties sur un cercle et disposées d'une façon similaire à celle précédemment décrite.
La pulvérisation des jets est due aux chocs mutuels entre les divers particules des jets. Du fait que les particules pulvérisées dans le foyer 14 peuvent pratiquement se dep!acer dans toutes les directions, ce second mode de réalisation du procédé est encore plus efficace, c'està-dire plus rapide pour le dégazage du soufre liquide que le premier mode de réalisation du procédé selon lequel les particules du jet sont projetées contre la plaque 2 et après pulvérisation sont toutes réfléchies dans la même direction.
Chaque buse de projection 4, 5, 6 comprend un corps constitué par deux éléments 15, 16 vissés l'un sur l'autre. Comme on peut le voir sur les fig. 3 à 5, I'élé- ment supérieur 15 possède un taraudage 17 dans lequel peut s'engager le tuyau correspondant 7, 8, 9, une chambre d'entrée cylindrique 18, une pièce 19 à palettes directrices 20, 21, 22, 23, pièce 19 munie d'un alésage calibré tronconique central 24, et un filetage 25 qui s'engage dans le taraudage correspondant 26 de l'élément inférieur 16 de la buse 4, 5, 6. Cet élément inférieur 16 comporte une chambre cylindrique de brassage 27 située en aval de la pièce 19 à palettes 20, 21, 22, 23, ainsi qu'un orifice de sortie 28 disposé dans l'axe de l'alésage calibré 24 et en aval de la chambre de brassage 27.
Le diamètre de l'orifice de sortie est supérieur à celui de l'extrémité inférieure de l'alésage calibré 24.
L'extrémité supérieure de chaque palette directrice 20, 21, 22, 23 est décalée de 90 degrés par rapport à son extrémité inférieure correspondante (voir fig. 4 et 5).
De ce fait, on imprime une rotation au jet sortant de l'orifice 28, ce qui améliore encore l'effet de pulvérisation et ainsi l'effet de dégazage.
Plusieurs dispositifs de pulvérisation à trois buses, dits tricônes peuvent être reliés à un seul conduit principal de refoulement du soufre liquide.
Sur la fig. 6 on a représenté un graphique dont la courbe A indique les résultats de dégazage du soufre liquide, dégazage obtenu par le premier mode de réalisation du procédé, et dont la courbe B indique les résultats de dégazage, obtenus par le second mode de réalisation du procédé conforme à l'invention. Dans les deux cas, le soufre à dégazer se trouve dans une fosse fermée chauffée de 125 à 145 degrés Celsius. La quantité de soufre est 30 tonnes. La teneur initiale du soufre en hydrogène sulfuré est 70 ppm. La quantité de l'ammoniac ajouté uniformément au soufre liquide pendant qu'il est aspiré de la fosse et refoulé vers le dispositif de pulvérisation au moyen d'une pompe est 100 ppm.
Dans le premier cas (courbe A) on utilise trois dispositifs de pulvérisation tels que celui qui est représenté sur la fig. 1. Dans le second cas (courbe B) on utilise un dispositif de pulvérisation du type tricône représenté sur la fig. 2. Le diamètre de l'orifice de sortie 28 de chaque buse 4, 5, 6 du tricône est 7 mm et le diamètre de chaque tuyau de pulvérisation du dispositif connu est également 7 mm. Le débit d'un tricône ou de trois dispositifs de pulvérisation classique est de 3,825 m3 de soufre liquidelheure, ce qui correspond pour le diamètre de buse donné, à une vitesse de jet de 9,2 mis, par buse ou par tuyau du dispositif de pulvérisation. La teneur en hydrogène sulfuré est mesurée dans la fosse dans laquelle est stocké le soufre liquide.
La pulvérisation du soufre liquide est effectuée dans une fosse close à quelques dizaines de centimètres au-dessus du niveau du soufre liquide dont retombe la masse pulvérisée sur le soufre liquide qui s'y trouve. La pompe refoulant le soufre vers le dispositif de pulvérisation est immergée dans le soufre au fond de la fosse. A son extrémité supérieure la fosse est reliée à une cheminée, de sorte qu'au-dessus du niveau du soufre règne une certaine dépression permettant l'évacuation immédiate du H2S vers la cheminée par tirage naturel. Sur les graphiques représentés sur les fig. 6 à 8, l'abscisse indique le nombre d'heures de pulvérisation et l'ordonnée indique la teneur en H2S du soufre liquide se trouvant dans la fosse.
Comme on peut le voir sur la courbe A de la fig. 6, courbe A qui représente les résultats obtenus avec le premier mode de réalisation du procédé, mode de réali sation dit par bris de jet à 90 degrés , une quantité de soufre liquide de 30 tonnes correspondant à un volume de 15,3 m5 subit deux cycles de pulvérisation avant que sa teneur en HSS descende au-dessous de 10 ppm. Cette valeur de la teneur en H2S peut être obtenue avec un seul cycle de pulvérisation lorsqu'on utilise le second mode de réalisation du procédé et du dispositif conformes à l'invention (courbe B). En comparant les courbes A et B, on constate que le second mode de réalisation du procédé conforme à l'invention permet d'abaisser la teneur en HSS encore plus rapidement que cela est possible avec le premier mode de réalisation du procédé.
Du fait de la pente initialement assez forte de la courbe B, le gain en temps de dégazage est très considérable et est supérieur à cent pour cent pour des teneurs en H2S supérieures à 5 ppm.
Grâce aux deux modes de réalisation du procédé conforme à l'invention, il est possible de ramener la la teneur en H2S à 1 ppm (H2S à l'état de traces) soit avec trois, soit avec deux cycles de dégazage seulement; selon que l'on utilise le premier ou 1e second mode de réalisation dudit procédé. L'addition de l'ammoniac au soufre liquide lorsqu'il est envoyé vers le dispositif de pulvérisation joue également un rôle important. Sur la fig. 7, la courbe C représente les résultats obtenus avec le tricône précédemment décrit, mais avec une vitesse des jets de 4,6m/sec seulement.
Dans ce cas, le dégazage est plus faible par rapport à celui obtenu avec une vitesse des jets de 9,2 mise (voir courbe B), mais dans ce cas aussi un seul cycle de dégazage suffit pour abaisser la teneur en H2S à une valeur inférieure à 10 ppm, tandis que dans le cas du premier mode de réalisation du procédé (vitesse des jets 9,2mise, courbe
A de la fig. 6) il faut deux cycles de dégazage pour atteindre le même but.
Les courbes D et E représentées sur la fig. 8 montrent l'influence de l'ammoniac sur le dégazage du soufre liquide. Dans les deux cas, on utilise un tricône conforme à l'invention. Le taux d'addition de l'ammoniac est de 100 ppm. Le débit est de 0,64 m3 de soufre liquide par heure et par buse, ce qui représente une vitesse de jet de 9,2mise, et la quantité du soufre liquide à dégazer est 60 tonnes, ce qui correspond à un volume de 30,6 m3. La courbe D montre la teneur en R2S obtenue au cours du dégazage avec addition d'ammoniac et la courbe E montre la teneur en H2S obtenue avec le même dispositif de pulvérisation conforme à l'invention, mais sans addition d'ammoniac.
Il ressort de ce graphique que pour obtenir la même teneur en IS de 25 ppm, par exemple, il faut 60 t0 de temps de plus lorsque l'on n'utilise pas d'ammoniac pour le dégazage du soufre.
L'ammoniac sert de catalyseur au cours du dégazage du soufre et notamment sert à briser les liaisons pouvant exister entre les molécules du soufre et de l'hydrogène sulfuré. Du fait que le soufre liquide se trouve à des températures comprises entre 125 et 150 degrés C, et que le sulfure d'ammonium est dissocié à des températures supérieures à 1180 C, il n'y a pas de réaction chimique entre l'ammoniac et l'hydrogène sulfuré.
Bien entendu, au lieu d'utiliser des dispositifs à trois buses on peut également employer des dispositifs de pulvérisation à quatre, cinq ou même encore plus de cinq buses. Le diamètre de l'orifice de sortie des buses varie selon les besoins entre 5 à 15 min. Ceci dépend évidemment de la quantité de soufre à traiter et de la vitesse du jet permettant un dégazage optimal. Pour de très grandes quantités de soufre à traiter il est indiqué d'utiliser plusieurs, par exemple quatre dispositifs de pulvérisation à la fois, et d'augmenter la vitesse des jets par exemple jusqu'à 25 mise, ainsi que les diamètres des buses (jusqu'à 15 mm).