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PROCEDE D'EPURATION DES GAZ,. EN PARTICULIER DES GAZ.DE
SYNTHESE ET DE'CHAUFFAGE.
Selon la composition du gaz et son utilisation,.il est posé dif- férentes exigences pour ce qui concerne le degré d'élimination des impure- tés, telles que en particulier les composés de soufre, les résinifiants, l'anhydride carbonique, lors de l'épuration des gaz qui doivent être utili- sés par exemple pour la synthèse, comme celles du méthanol, de l'ammonia- que ou des hydro-carbures, ou pour le chauffage, comme par exemple le gaz de ville, le gaz pour les usines et les machines à gazo Ces exigences au point de vue pureté du gaz sont particulièrement sévères lorsque le gaz épu- ré doit servir à des fins chimiques, par exemple ' la production synthéti- que des hydro-carbures selon la synthèse Fischer-Tropseh ou autre procédé de ce genreo Ce procédé exige un gaz épuré,
complètement débarrassé des ré- sinifiants et dont la teneur en composés de soufre est plus que de l'ordre de 0,1 gr.par 100m3n.
Jusqu'à présent, pour épurer le gaz, on appliquait toute une série de procédés et on utilisait bon nombre d'appareils; en règle générale, il s'agissait d'une épuration primaire, au cours de laquelle on travaille avec de la limonite, d'une épuration secondaire qui, à haute température et en présence d'un catalyseur, détruit et élimine les composés organiques de soufre, et en fin de compte, d'un traitement au charbon actif permettant le départ par adsorption des résinifiantso S'il faut également éliminer de l'anhydride carbonique des gaz, aux fins d'augmenter le pouvoir calorifique des gaz de chauffage, par exemple, ou, dans la synthèse, de diminuer le dan- ger de précipitation du carbone sur le catalyseur et d'augmenter la concen- tration du gaz de synthèse en composants actifs, jusqu'à présent,
il a été nécessaire d'avoir recours à un lavage d'eau sous pression, qui permet l'é- limination par le dit lavage de l'anhydride carbonique. Les installations de cette espèce sont non seulement onéreuses, mais leur encombrement est très grand et elles exigent une main d'oeuvre nombreuseo
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On a déjà éliminé des gaz composants à point d'ébullition élevé par refroidissement à basse température, par.exemple du benzol hors du gaz de fours à cokeo Ce procédé ne permet pratiquement pas l'élimination com- plète d'impuretés à point d'ébullition très bas.
Pour cette raison, lors- que l'on désire une épuration fort poussée, il semblait hors de question d'appliquer ce principe d'épuration à l'élimination des composés de soufreo
Les gaz qui contiennent des composés de soufre et des résini- fiants ont déjà pu être débarrassés de ces dernières impuretés en étant la- vés avec des alcools à faible poids moléculaire ou autres liquides sembla- bles, à de basses températures, de préférence'de -20 C à -80 C.
Ceci permit d'éliminer en même temps que les résinifiants, le benzol éventuellement pré- sent dans les gaz, tandis que les hydro-carbures gazeux, comme l'éthane et le propane, restaient dans le gazo En même temps que l'élimination des ma- tières résineuses, les composés organiques de soufre furent éliminés par des masses épurantes dans la chaleur, c'est-à-dire à des températures de l'ordre de 200 - 400 C.
On a trouvé que les gaz, en particulier les mélanges d'oxyde de carbone et d'hydrogène qui sont employés pour les différentes synthèses ou également les gaz utilisés pour l'éclairage, les usines, les machines, peu- vent être débarrassés des composés organiques de soufre, du sulfure d'hy- drogène et d'autres corps tels que l'anhydride carbonique et aussi des ré- sinifiants s'ils en contiennent, dans une seule installation, à partir des mêmes principes de lavage et de refroidissement à basse température, en étant traités à une pression dépassant 2 atmosphères, de préférence 8 - 20 atmosphères, à des températures inférieures à -30 C, avec un liquide de la- vage approprié, par exemple du méthanolo On travaille de préférence à des températures voisines du point d'ébullition le plus bas du composant à éli- miner par lavage,
afin de pouvoir effectuer l'opération,avec une quantité d'agent de lavage la plus faible possible.
Il a déjà été proposé, pour l'épuration du gaz de charbon,de la- ver le gaz avec un alcool refroidi à 0 C ou à une température inférieure ou avec un autre.liquide qui, d'une part, empêche la congélation à de telles températures de l'humidité séparée du gaz et qui, d'autre part, dissout les impuretés (par exemple les composés de soufre, le benzol, la naphtaline).
Au liquide de lavage, il a aussi été ajouté des matières qui forment des composés chimiques avec celui-ci ou avec les corps.à éliminer (brevet alle- mand 268 070). De préférence, il est travaillé dans ce cas à des tempéra- tures de -15 à - 20 .
On n'obtient pas encore.par là, dans des conditions économiques, une séparation complète des composés de soufre. Selon l'invention, ceci ne peut avoir lieu que si les composants indésirables, de préférence les com- posés de soufre, et autres matières à bas point d'ébullition, comme l'an- hydride carbonique, sont éliminés au cours du même procédé de lavage et de refroidissement à basse températureo L'adsorption simultanée de l'anhydride carbonique ou matières du même genre favorise sérieusement la séparation des composés de soufre. La séparation de ces matières au cours du même pro- cédé de lavage et de refroidissement à basse température exige des tempé- ratures inférieures à -30 C qui, comme on le sait, ne peuvent pas être at- teintes,sinon difficilement, avec les réfrigérants normaux.
On travaille de préférence à des températures allant de -45 C à -75 C. En même temps, les gaz se trouvent sous pression.
En effectuant le choix de la température, il faut aussi veiller à ce que les pertes en agent de lavage par évaporation dans le gaz épuré soient très faibles de manière qu'en général une phase spéciale pour la ré- cupération de l'agent de lavage de gaz n'est pas nécessaire. Si, d'un gaz produit par gazéification de charbon, par exemple débarrassé de ses compo- sants condensables et se trouvant à une pression de 20 atmosphères, on doit éliminer pratiquement la totalité de l'oxysulfure de carbone etle
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sulfure d'hydrogène,on choisira comme température de lavage le point d'é- bullition du sulfure dhydrogène, c'est-à-dire environ -60 C. La quantité d'agent de lavage nécessaire enlève pratiquement, outre le sulfure d'hy- drogène,
non seulement la totalité de l'oxysulfure de carbone, dont le point d'ébullition est de -47 C, mais aussi environ 25 % de l'anhydride carbonique contenu dans le gazo S'il est nécessaire de procéder à une éli- mination plus poussée de l'anhydride carbonique, aux fins d'augmenter par exemple le pouvoir calorifique du gaz, on abaissera la température ou bien on augmentera la quantité d'agent de lavage. En une seule phase, on peut éliminer du gaz les composés de soufre et 25 % ou plus de l'anhydride car- bonique contenu dans le gaz.
Si l'on veut récupérer l'anhydride carboni- que libre séparément des composés de soufre, on peut procéder à un lavage de la plus grande quantité d'anhydride carbonique dans un autre laveur à basse températureo
D'autre part, il est également possible, et même particulière- ment avantageux pour ce qui concerne la quantité d'agent de lavage néces- saire, d'enlever la quantité principale d'anhydride carbonique par des la- vages antérieurs à basse températureo Pour ce faire, on procède de préféren- ce de la manière suivante:
on ne régénère plus complètement l'agent de la- vage venant du laveur a basse température, ayant éliminé les composés de soufre sans plus, mais on le détend seulement le cas échéant en augmentant la température, et on se sert dans le stade antérieur de lavage de l'agent de lavage rendu capable d'absorption grâce à la libération de l'anhydride carbonique. La détente et la recharge de l'agent de lavage peuvent être répétées plusieurs fois.
Comme agent de lavage destiné à l'élimination des composés de soufre, des résinifiants et d'anhydride carbonique, entrent en considéra- tion des matières organiques, surtout celles de caractère polaire et dont le point de congélation est situé en dessous de la température de lavage, en particulier les matières à pouvoir absorbant à l'eau, par exemple les composés organiques oxygènifères, comme les alcools légers, l'éther, l'é- thersel, la cétone, les acides ou les composés azotés, tels que l'ammonia- que, les amines, les bases de pyridine et autres corps de ce genreo Ces matières peuvent être employées comme agent de lavage séparément ou en mé- langes appropriés même ceux de composés oxygénifères avec des composés azotés.
Afin d'augmenter son effet, on peut également ajouter de l'eau à l'agent de lavage organique. De plus, on peut ajouter à l'agent de lavage, respectivement au mélange de celui-ci avec de l'eau, dès sels, comme les sels métalliques complexes, par exemple des sels de cuivre monovalents, qui augmentent la solubilité de l'entièreté ou d'une partie du corps à éliminer par lavage. Ceci présente un avantage lorsque l'on envisage d'é- liminer de l'oxyde de carbone ou des oléfines comme par exemple l'éthy- lèneo
Le procédé est particulièrement approprié à l'élimination du gaz des composés de soufre en même temps que d'autres impuretés.
On peut également l'appliquer avantageusement à l'épuration des gaz exempts de composés de soufre;, par exemple à l'épuration du gaz résiduaire produit au procédé Fischer-Tropsch, afin d'augmenter le pouvoir calorifique, par exemple par séparation de l'anhydride carbonique qui s'est formé à nouveau au cours de la synthèse Fischer-Tropscho
Pour éliminer les matières à caractère non polaire, par exemple le méthane, les liquides de lavage polaires sont moins indiqués;
dans ce cas, on donnera la préférence à des liquides de lavage non polaires, à ti- tre d'exemple le propane ou le titaneo
La régénération de l'agent de lavage a lieu de préférence par distillation et rectification, et l'on se sert des différentes phases du procédé conformément à l'économie calorifique, respectivement à la techni- que du froid.
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Si le point d'ébullition de l'agent de lavage se trouve entre ceux des impuretés, les matières plus facilement solubles peuvent être chas- sées par distillation; la séparation de l'agent de lavage des impuretés à point d'ébullition plus élevé exige toutefois une élimination par distilla- tion de l'agent de lavage même. Si l'on épure en un stade dans le laveur à basse température et si l'on procède à la régénération de l'agent de lava- ge grâce à l'élimination par distillation des impuretésà point d'ébulli- tion plus faible, celles à point d'ébullition plus élevé se concentrent dans l'agent de lavage. Cette concentration est limitée, parce que la pression de vapeur des impuretés restant dans l'agent de lavage est à maintenir si faible que le gaz épuré peut encore être débarrassé de façon suffisante des impuretés.
On peut maintenir une pression de vapeur suffisamment basse des impuretés contenues dans l'agent de lavage, par exemple en détournant un courant partiel du liquide de lavage et en éliminant du dit courant partiel les composés à point d'ébullition plus élevé, par exemple par distillationo Après cela, le courant partiel peut être ramené dans le circuit de lavage.
Un prélavage permet d'éliminer avantageusement les impuretés à point d'ébullition élevéo Ce prélavage peut avoir lieu, le cas échéant, à des températures dépassant -30 C, par exemple au cours du refroidissement du gaz. Si le gaz entre par exemple dans le laveur à basse température à -45 C, le prélavage aura lieu pendant le refroidissement du gaz depuis sa température initiale jusqu'à celle de travail de -45 C du laveur à basse température.
A cause de la faible pression de vapeur des composants du gaz à point d'ébullition élevé, par exemple le thiophène, le sulfhydrate du bu- tyle, le sulfure diéthylé, le sulfure éthylé et autres de ce genre, il ne faut employer pour ce prélavage qu'une quantité relativement très faible d'agent de lavage.
Par conséquent, l'élimination par distillation de cette quantité d'agent de lavage des impuretés à point d'ébullition élevé est moins encombrante et moins onéreuseo
Pour le prélavage, il peut aussi être fait usage d'un agent de lavage différent de celui du lavage à basse températureo
Le travail sous pression présente, pour la régénération du li- quide de lavage, l'avantage que l'on sépare de l'agent, par une simple dé- tente, une partie des matières absorbées de l'agent de lavage et que l'on retire du gaz à épurer, à un endroit approprié, la chaleur de vaporisation nécessaire.
Si, par exemple, il faut éliminer des quantités relativement im- portantes d'anhydride carbonique, l'anhydride carbonique recueilli par l'a- gent de lavage dans le laveur à basse température peut être, pour la plus grande partie, libéré à nouveau par détente et contribuer à la production du froid par la chaleur de vaporisation nécessaire.
Le froid nécessaire en supplément au maintien du procédé d'épu- ration est produit par des machines frigorifiques à un ou à plusieurs éta- geso De préférence, on emploie des machines frigorifiques d'adsorption.
Celles-ci offrent des avantages économiques particuliers lors de l'épura- tion.de gaz pour la synthèse Fischer-Tropsch, en ce sens que l'on peut uti- liser la chaleur de réaction libérée par le procédé de synthèse pour la production du froid. Les machines frigorifiques d'adsorption peuvent, lors- qu'elles sont conçues à plusieurs étages, être actionnées dans le premier stade de production du froid avec de l'eau ammoniacale. A une'température plus basse, la machine frigorifique d'adsorption peut être actionnée avec des mélanges anhydres, par exemple avec de l'ammoniaque-méthanol ou de l'am- moniaque-acétone ou avec du propane-heptane.
L'invention est expliquée plus clairement à la lumière des quel- ques exemples suivants et des représentations schématiques des figures 1 à
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La fig. 1 représente une forme d'exécution de l'invention, telle qu'elle peut être appliquée à 1?épuration des gaz qui sont produits sous pression par gazéification de charbon ou de coke au moyen d'oxygène et de vapeur d'eau et destinés pour la synthèse des hydro-carbures selon le pro- cédé Fischer-Tropsch.
A titre d'exemple, le gaz brut est à une pression de 20 atmosphères et il a la composition suivantes
EMI5.1
<tb> 002 <SEP> 31
<tb>
<tb>
<tb> H2S <SEP> et <SEP> composés <SEP> organiques <SEP> de <SEP> S <SEP> 0,5 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 8
<tb>
<tb>
<tb> C2H6 <SEP> 2
<tb>
<tb>
<tb> CnHm <SEP> 0,5%
<tb>
<tb>
<tb> CO <SEP> 15 <SEP> %
<tb>
<tb> H2 <SEP> 41 <SEP> %
<tb>
<tb> N2 <SEP> 2
<tb>
Aux termes du traitement propre à l'invention, l'anhydride car- bonique, les composés de soufre, les hydro-carbures lourds et en particulier les résinifiants et une petite partie du méthane sont éliminés, de sorte que la quantité de gaz épuréne représente plus qu'environ les 2/3 de la quanti- té de gaz brut.
Dans la tour de lavage 1 à basse température a lieu l'élimina- tion par lavage des impuretés à bas point d'ébullition et de l'anhydride car- boniqueo Le gaz brut refroidi à environ -45 C entre par 2 dans la tour de làvage à sa partie inférieure, est refroidi à environ -65 C par la machine frigorifique 3 et par le système 4, il quitte le laveur à cette températuxe par 5 et en sort comme gaz épuré. L'agent de lavage frais, par exemple du méthanol, entre par 6, à une température d'environ -65 C, dans le laveur à basse température, recueille les composants à éliminer et quitte la tour de lavage à sa partie inférieure par 7.
Il est ensuite détendu à la pression atmosphérique par les vannes d'étranglement 8 et 90 De ce fait, réapparaît une évaporation de la plus grande partie de l'anhydride carbonique recueil- li. La quantité de chaleur nécessaire est prélevée sur le système de refroi- dissement 4, par lequel est envoyée la plus grande partie de l'agent'de la- vage détendu, respectivement sur le refroidisseur 10 servant au refroidisse- ment du méthanol pur.
La détente de l'anhydride carbonique consomme donc la plus grande partie de la chaleur, qui est libérée lors de l'absorption de, l'anhydride carbonique.La production principale de froid a donc lieu en circuit.Seule le froid supplémentaire nécessaire par exemple au refroidis- sement du gaz au refroidissement subséquent du liquide de lavage est livré par une source étrangère, par exemple par la machine frigorifique 3.On peut aussi utiliser le froid de la détente dans le système de refroidisse- ment 4 et produire en supplément la quantité de froid relativement faible pour le refroidisseur 10.
La tour de lavage à basse température peut, soit être maintenue remplie avec le liquide de lavage, au travers duquel le gaz passe en pétillant, soit être remplie avec le gaz, à contre-courant duquel ruisselle l'agent de lavageo Cette disposition entraîne une transmission de chaleur importante, parce que, .des deux côtés du système de refroidissement, on atteint par condensation, respectivement par évaporation un coefficient élevé de transmission de chaleur et parce que, au côté extérieur , le gaz se trouve en contact direct avec le liquide transmettant le froid à contre- courant
La régénération de l'agent de lavage a lieu de la façon suivan- tes dans le séparateur 11, les gaz libérés par la détente sont séparés de l'agent de lavage froid, venant du système de refroidissement 4, respecti- vement 10.
Le gaz séparé, en règle générale de l'anhydride carbonique, quit- te le séparateur.en 12 et est évacué par la conduite 13. L'agent de lavage quitte le séparateur en 14 et passe dans l'échangeur thermique l à contre- courant de l'agent de lavage régénéré à refroidira Il entre à -60 C par exemple par 16 dans l'échangeur thermique et le quitte par 17 à une tempé- rature d'environ -40 C. L'échauffement de l'agent de lavage provoque la va-
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porisation de l'anhydride carbonique, qui est encore absorbé dans l'agent de lavage. Ceci provoque du froid supplémentaire. L'agent de lavage régéné- ré entre par 18 dans l'échangeur thermique à une température d'environ -7 C et en sort par 19 à environ -53 C.
Le refroidissement subséquent dans le système 10 abaisse sa température à -65 C et il arrive par 6 à la tour de lavage. L'agent de lavage à régénérer, en même temps que les gaz libérés par l'échauffement dans l'échangeur thermique 15, passe par 20 à l'échan- geur thermique 21, où il est réchauffé de -40 C à environ +10 C et qu'il quitte en 22. Les gaz libérés par cette opération montent dans l'échangeur thermique vertical 21 et quittent celui-ci par 23 à une température d'envi- ron -40 C, en même temps que les gaz entrés par 20. On évite ainsi des per- tes d'agents de lavage, les gaz affluant de l'échangeur thermique 21 à l'en- droit où règne la température la plus basse.
L'agent de lavage à régénérer ayant une température d'environ 10 C, passe dans le réchauffeur 24 et de là par 26 dans le rectificateur 25. Une partie de l'agent de lavage est con- duite de la partie inférieure du rectificateur 25 dans l'alambic distilla- toire 27 chauffé, les vapeurs de celui-ci étant amenées dans le rectifies. - teur 25.
L'agent de lavage débarrassé des composants à bas point d'ébulli- tion, quitte le rectificateur 25 en 26 à une température d'environ + 65 Co L'agent de lavage régénéré de cette manière est ensuite introduit, au moyen de la pompe 29, dans l'échangeur thermique 21 par 30 et il s'y refroidit à une température d'environ -7 Co Il le quitte en 31 et repasse, de la maniè- re déjà décrite, par l'échangeur thermique 15 et par 10 dans la tour de la- vage 1 à basse température. Les composants à bas point d'ébullition libérés dans le rectificateur 25 quittent celui-ci par 32 à l'état vaporisé et sont liquéfiés en partie dans le condenseur 33. Les composants liquéfiés sont ras- semblés dans le séparateur 34 et séparés des gaz non condensés.
Ceux-ci pas- sent par la conduite 35 dans le condenseur 36,qui est refroidi à basse tem- pérature par les gaz froids sortant par 23 de l'échangeur thermique 210 Le gaz résiduaire est évacué par la conduite 37. Le liquide assemblé dans le séparateur 34 passe en partie comme reflux au rectificateur 25 par la con- duite 38, tandis que l'autre partie est prélevée comme distillat par la con- duite 390
Les gaz froids épurés, quittant la tour de lavage 1 par 5, sont utilisés pour le refroidissement du gaz brut. Ceci peut avoir lieu de la manière habituelle dans un refroidisseur à contre-courant. Il est particu- lièrement avantageux d'adjoindre à ce refroidissement préliminaire un pré- lavage permettant l'élimination des impuretés à point de fusion élevé. Une forme d'exécution servant à ces fins est représentée à la partie de gauche de la fig. 1.
Le gaz brut arrivant par la conduite 40, entre par 41 dans la tour de lavage 42, dans laquelle il est traité à contre-courant avec une petite quantité d'eau, afin d'éliminer les composants solubles dans l'eau, tels que l'acide cyanhydrique et l'ammoniaque. L'eau est amenée, au moyen de la pompe 43, par la conduite 44 à la partie supérieure de la tour de la- vage 42 et quitte celle-ci à la partie inférieure par la conduite 45. Le gaz brut quitte la tour de lavage 42 par 46 et entre par 47 dans le refroi- disseur à contre-courant servant de prélaveur. Dans celui-ci, il est re- froidi à environ -45 C par les systèmes de refroidissement 49 et 50. Le système 49 est parcouru par le gaz épuré froid sortant par 5 hors de la tour de lavage à basse température.
Le système 50 est parcouru par le gaz de dé- tente froid venant du séparateur 11. Dans le refroidisseur à contre-courant 48, le gaz brut est mis en contact avec un liquide de lavage qui élimine les composants à point d'ébullition élevé, pour autant que ceux-ci ne l'aient déjà été dans la tour de lavage 42. La quantité d'agent de lavage utilisée dans ce but est faible, comparée à la quantité circulant dans le laveur à basse température la L'agent de lavage entre par 51, à une température d'en- viron -30 C, dans le refroidisseur à contre-courant 48 et le quitte en 520 Il est alors, aux fins de régénération, réchauffé dans l'échangeur thermi- que 53 de environ -40 C à + 20 C environ et après détente dans la vanne 54, il entre à cette température dans le réchauffeur 55.
D'ici il passe par la
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conduite 56 dans la colonne à distiller 57.Celle-ci est chauffée par de la 'vapeur provenant de l'alambic distillatoire 58. Dans celui-ci, est introdui- te, aux fins de, vaporisation, une partie du liquide provenant du fond de la. colonne à distiller 57. Dans cette colonne 57, l'agent de lavage est élimi- né par distillation et après liquéfaction dans le condenseur 59, il est ra- mené en partie comme reflux à la colonne 57 par la conduite 60 et l'autre partie est rendue au refroidisseur à contre-courant 48, par la pompe 61 et l'échangeur thermique 53, par la conduite 62 et par 51, formant ainsi cir- cuit.
Dans le fond de la colonne à distiller 57 s'assemblent les impuretés, dont le point d'ébullition est supérieur à celui de l'agent de lavageo Elles sont évacuées par la conduite 630 Si dans le gaz à épurer, il se trouve des matières qui arri- vent dans 1?agent de lavage dans le refroidisseur à contre-courant 48, ma- tières qui ont le même point d'ébullition ¯que l'agent de lavage ou qui sont distillées de façon aséotrope dans la colonne 57, on peut appliquer d'au- tres procédés connus en soi pour séparer les dites matières de l'agent de lavageo Si, par exemple, de l'hexane est contenu dans le gaz à épurer, dont le point d'ébullition est très voisin de celui du méthanol, il est recueil- li hors du gaz dans le refroidisseur à contre-courant 48.
Il repasse ensui- te dans la colonne 57 vu que, avec l'humidité recueillie en même temps dans le refroidisseur à contre-courant, il est porté à ébullition en tant que mélange aséotropique à un point plus bas que l'agent de lavageo
Sa séparation du méthanol peut par exemple être favorisée par une amenée supplémentaire d'eauo
Si, par exemple, à la suite d'une fausse manoeuvre,, des impure- tés à point d'ébullition plus élevé passent dans le laveur à basse tempéra- ture 1 et de ce fait dans le circuit de l'agent de lavage, on peut, dans le cas où on utilise le même agent de lavage dans les deux circuits, détourner un courant partiel de 12agent de lavage utilisé pour le lavage à basse tem- pérature, par exemple, par la conduite 64,
et unir ce courant partiel à l'a- gent de lavage du circuit de prélavage venant de la vanne de détente 54 et l'introduire dans la colonne 57 par le réchauffeur 55 et la conduite 560 Une quantité équivalente d'agent de lavage peut alors être retournée dans le circuit principal en 66 après sortie de la pompe 61 par la conduite'65
Pour l'épuration du gaz dont question au début à une pression de 20 atmosphères, on a besoin d'environ 500 kgrs de méthanol par exemple par 1000 m3n de gaz épuré dans le laveur à basse température 1 et d'environ 1 kgr de méthanol par 1000 m3n-pour le prélavage dans le refroidisseur à contre-courant 480 Le gaz en question produit par gazéification sous pres- sion après avoir été traité à l'installation schématisée à la fig.
1 avait la composition -suivante,.
EMI7.1
<tb>
C02 <SEP> 1 <SEP> volume
<tb>
<tb>
<tb> CH4 <SEP> 11 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> C2H6
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CO <SEP> 23 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H2 <SEP> 62 <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> N2 <SEP> 3 <SEP> vol. <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> CnHm <SEP> - <SEP> -
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> H2S <SEP> et <SEP> composés <SEP> organiques <SEP> de
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> soufre <SEP> 0,08 <SEP> gr/100 <SEP> m3no
<tb>
670 m3n de gaz épuré furent recueillis de 1000 m3n de gaz brut.Les cou- rants gazeux qui sortent du-serpentin du refroidisseur 36 et de la con- duite 13, se composent en ordre principal de C02 et contiennent en outre du CH4, C2H6 et H2So Le gaz résiduaire,
qui est libéré lors de 1-'échauffe- ment dans la colonne à distiller 25 et qui quitte le refroidisseur à basse température 36 par la conduite 37 se compose d'hydrocarbures à bas point d'ébullition, H2S et CO2. Le distillat liquide, qui est repris au sépara-
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teur 34 par la conduite 39, contient des composés organiques de soufre à point d'ébullition plus bas, comme le COS, CH3SH, CS2 et autres corps semblables ainsi que des hydro-carbures liquéfiableso Par la conduite 63, les compo- sés de soufre à point d'ébullition plus élevé, comme le thiophène, ainsi que les hydro-carbures de benzine et l'eau sont évacués de l'installation, ma- tières qui, lors du refroidissement du gaz,
furent enlevées du gaz par l'a- gent de lavage pratiquement complètement dans le refroidisseur 48 et qui furent séparées de l'agent de lavage dans la colonne 570
Les résultats atteints avec ces gaz et d'autres gaz similaires dans les installations schématisées aux figo 2, 3 et 4, furent analogues.
Les figo 2 et 3 représentent d'autres exemples d'exécution qui se distinguent de celui schématisé à la figo 1 par le mode d'amenée et d'u- tilisation de la chaleur.
Dans la fig. 2, le repère 1 représente la tour de lavage à bas- se température avec les systèmes de refroidissement 3 et 4. Le repère 10 montre un refroidisseur préliminaire pour l'agent de lavage épuré, 11 est un séparateur destiné à la séparation du gaz de détente, 15 et 21 sont des é- changeurs thermiques pour le circuit principal de l'agent de lavage, 25 est la colonne à distiller dans laquelle les corps à bas point d'ébullition sont éliminés de l'agent de lavage par distillation, 42 est un laveur à eau, 68 une tour de refroidissement fonctionnant comme prélaveur, 57 l'installation de distillation dans laquelle l'agent de lavage utilisé dans le circuit du prélaveur est régénéré.
Dans la forme d'exécution de l'invention représen- tée à la figo 2, le gaz brut entre également en 41, par la conduite 40 dans la laveur à eau 42 et quitte celui-ci en 46 pour être amené en 67 à la partie inférieure de la tour de refroidissement 680 Dans celle-ci, il y a un ruis- sellement par un liquide de refroidissement entrant en 69, liquide qui sert en même temps comme agent de lavage pour le prélavage. De cette façon, le refroidissement du gaz est particulièrement intensif et on évite de grandes surfaces de transmission de chaleur qui seraient nécessaires pour la trans- mission de chaleur de gaz à gaz. Un autre liquide de lavage entre par 70 à la partie supérieure de la tour de refroidissement 68, descend dans le re- froidisseur 68 à contre-courant du gaz et se mélange avec le liquide de re- froidissement entré par 69.
Tous les deux quittent la tour de refroidisse- ment après d'être échauffés approximativement à la température du gaz brut entrant et ils passent dans l'échangeur thermique 74 par la conduite 71.Par la conduite 72, on détourne un courant partiel qui est conduit à la colonne à distiller 57 dans laquelle, comme description en a déjà été donnée à la figo 1, le liquide de lavage est débarrassé des corps à haut point d'ébulli- tion et est ainsi épuréo Le liquide de lavage épuré est alors en partie re- tourné après refroidissement à la tour de refroidissement 68 par 70 et l'au- tre partie passe par la conduite 73 dans le circuit servant au refroidisse- ment de la tour 680 La quantité circulant dans le circuit de refroidisse- ment est refroidie indirectement dans l'échangeur thermique 74 par un autre liquide plus froid, par exemple de + 20 à -50 C.
Elle quitte l'échangeur thermique en 75 et entre à nouveau dans la tour de refroidissement 68 par 69. La tour de refroidissement 68 subit un refroidissement complémentaire par une machine frigorifique 77 qui peut être installée à un endroit appro- prié, par exemple à sa partie supérieure. Le gaz brut refroidi quitte le laveur 68 en 78 et entre par 2 dans le laveur à basse température 1. Celui- ci travaille de la même manière que dans l'exemple schématisé à la figo la Le gaz épuré froid sort par 5 à une température d'environ -65 C. bors du la- veur à basse température et entre en 80 par la conduite 79 dans une autre tour de refroidissement 81.
Dans celle-ci,il est mis en contact direct, à contre-courant, avec un liquide qui arrive parla conduite 82 à une tempéra- ture de +5 C par exemple, se refroidit dans la tour de refroidissement 81 à environ -65 C et quitte celle-ci par 83. Il est alors conduit par 84 dans l'échangeur thermique 74 et y refroidit - comme déjà décrit - le liquide de refroidissement du refroidisseur préliminaire 68. Ensuite, il sort par 85 de l'échangeur thermique 74 à environ +5 C et est amené, par l'intermédiaire
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de la pcmpe 86, à la tour de refroidissement 81 par la conduite 82.
Grâce à cette disposition, a lieu un échange thermique indirect entre liquides seulement, échange qui, comme on le sait,est préférable à un échange ther- mique indirect entre gaz.Le gaz épuré quitte en 87 la tour de refroidis- sement 81 à environ + 5 CAfin d'éviter que le gaz épuré entraîne par évaporation des quantités importantes de liquide de refroidissement, on choisit comme liquide de refroidissement utilisé à la tour 81 une matière à point d'ébullition relativement élevé,par exemple,de l'octane.Le li- quide entrant en 70 a une température de -45 C par exemple,dans la tour de refroidissement 68, est refroidi de manière similaire.
Venant de la co- lonne à distiller 57, il entre par la conduite 89 dans une tour de refroi- dissement 88 et descend dans celle-ci à contre-courant du gaz de détente froid venant du séparateur 11. Celui-ci entre par la conduite 90 à la par- tie inférieure du refroidisseur 88 et le quitte par la conduite 91 après avoir cédé son froid.
La fig. 3 représente un autre exemple d'exécution de l'inven- tion. Celui-ci se différencie des autres exemples déjà décrits, par le mo- de d9utilisation du froid contenu dans le gaz épuré froid et dans le liqui- de de lavage froid. L'installation comprend également les appareils prin- cipaux.- le laveur à eau 42, la tour de lavage à basse température 1 et la colonne à distiller 25.Le gaz brut passe dans le laveur à eau 42 et ensui- te dans le prélaveur 95 par la conduite 46. Par 2, il entre dans la tour de lavage à basse température 1 qui contient les systèmes de refroidisse- ment 3 et 4, quitte celle-ci par 5 et arrive en 97 dans la tour de refroi- dissement 98 par la conduite 96. Il s'échauffe dans cette tour et en sort par 99.
L'agent de lavage utilisé dans la tour de lavage à basse températu- re, par exemple du méthanol, est détendu - comme aux fig. 1 et 2 - par les vannes 8 et 9 et envoyé en partie à travers le système de refroidissement 4 et en partie à travers le système de refroidissement du refroidisseur 10.
Les deux courants partiels arrivent dans le séparateur 11, dans lequel les gaz. libérés sont séparés du liquide de lavage.Celui-ci sort en 14 du sé- parateur 11 afin d'être utilisé dans le refroidisseur préliminaire 95 au refroidissement du gaz brut.
Il entre en 26 dans la colonne à distiller 25 par 1-'intermédiaire de la conduite 100, du serpentin 101 et ensuite par la conduite 102 et par le préchauffeur 24.Il quitte la colonne à distiller par la conduite 28, à l'état chaude en tant que méthanol pur, et il est conduit aux fins de refroidissement dans le serpentin 104 de la tour de refroidissement 98 par l'intermédiaire de la pompe 103.Il sort refroidi du serpentin par la conduite 105.Il est ensuite encore refroidi dans l'é- changeur thermique 106 par le gaz de détente froid venant du séparateur 11 et dans le refroidisseur à basse température 10 par le froid de détente.Il arrive ensuite par 6 dans la tour de lavage à. basse température et y recom- mence le circuit déjà décrit.
Sur son chemin à travers le prélaveur 95, il subit un refroi- dissement supplémentaire par la machine frigorifique 107. L'agent de lava- ge, qui doit servir à recueillir les composants du gaz à point d'ébullition élevé, entre par 108, après avoir été régénéré de la manière décrite précé- demment dans une colonne à distiller (57 de la fig.1). Il quitte le préla- veur par la conduite 109 pour être conduit à nouveau à la régénération (co- lonne 57 de la fig.1).
La transmission du froid du serpentin 101 au gaz brut à refroi- dir peut être améliorée par une augmentation de la quantité du liquide de ruissellement. Afin de ne pas augmenter inutilement la quantité dagent de lavage entrant par 108, qui vient à l'état régénéré en vue d'éliminer le plus complètement possible les composants à point d'ébullition élevé, on détourne de la conduite 109 un courant partiel 110 du liquide de lavage re- chargé retiré à la partie inférieure du prélaveur 95, courant partiel qui est ensuite rendu à nouveau en 112 à une distance appropriée de la partie supérieure du laveur.La température en 112 devant être plus basse qu'à la partie inférieure de la tour de lavage,
ce courant partiel est refroi-
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dio Ceci peut être résolu - comme représenté à la fig. 3 - en le faisant passer dans le serpentin lllo
On peut aussi enlever les serpentins 101 et 111 du prélaveur 95 et transmettre dans un échangeur thermique spécial le froid du liquide arri- vant par la conduite 100 au courant partiel entrant en 112 dans le prélaveur, avant que le courant partiel arrive dans le prélaveur 95. Dans ce prélaveur 95, le froid du courant partiel est cédé au gaz brut par contact direct.
Le liquide de lavage régénéré dans la colonne à distiller 25 est refroidi dans le système 104 afin de récupérer le froid contenu dans le gaz épuréo Ici aussi, on peut améliorer la transmission de chaleur au côté gaz en introduisant un liquide de refroidissement dans la tour de refroidisse- ment par la conduite 113, liquide qui descend dans le système 104 et sort par la conduite 114. La pompe 115 engendre le circuit de ce liquide de re- froidissemento Ici aussi, le système de refroidissement 104 peut, le cas échéant, être enlevé de la tour de refroidissement 98.
Alors, est seul re- cueilli le froid du liquide de lavage introduit par 113, froid qui est trans- mis dans un échangeur thermique - non dessiné - à l'agent de lavage à refroi- dir venant de la pompe 1030
Dans chacun des exemples d'exécution décrits ci-avant, la quanti- té de liquide de lavage nécessaire dans la tour de lavage 1 à basse tempéra- ture, à une température et à une pression données, se règle selon le degré de pureté désiré du gaz épuré. Si, par exemple, pour le gaz de synthèse, il est nécessaire d'éliminer complètement tous les composés de soufre, on mesure la quantité d'agent de lavage selon le composé de soufre qui a le point d'é- bullition le plus baso Celui-ci, pour la composition du gaz donnée à l'exem- ple 1, est le sulfure d'hydrogène.
La quantité d'agent de lavage, par exemple de méthanol, nécessaire à l'élimination complète du sulfure d'hydrogène, en- traîne également l'élimination non seulement des composés de soufre, mais aussi d'un certain pourcentage de l'anhydride carbonique contenu dans le gaz, dans ledit exemple 25 % de l'anhydride carbonique contenu dans ce gaz. Si la teneur en anhydride carbonique restant est nuisible à 1-'utilisation ultérieu- re du gaz, d'autres mesures sont crises. Celles-ci peuvent consister à emplo- yer, à la même température et à la même pression, une quantité supérieure d'agent de lavage dans la tour de lavage 1 à basse température, ou bien à conserver la -même quantité d'agent de lavage en abaissant la température de lavage, ou encore à avoir recours à ces deux mesures conjuguées.
On peut aus- si éliminer l'anhydride carbonique, après le départ du gaz de la tour de la- vage 1 à basse température, au cours d'une phase de lavage subséquente, le cas échéant avec un autre agent de lavage.
Afin d'alléger la tâche de la tour de lavage 1 à basse températu- re, dont l'objectif principal est l'élimination des composés de soufre, on peut, sans devoir augmenter la quantité d'agent de lavage en circulation, annexer des phases préliminaires de lavage, qui procurent encore davantage d'éliminer d'assez grandes quantités d'anhydride carbonique et, malgré la quantité relativement faible d'agent de lavage, on évite une trop forte re- charge de celui-ci avec de l'anhydride carbonique, ce qui pourrait amener la séparation de la neige carboniqueo Ces phases préliminaires de lavage peuvent avoir lieu avec le liquide de lavage chargé de composés de soufre sortant de la tour de lavage 1 à basse température, si on régénère partiellement l'agent de lavage par une détente intermédiaire, ce qui rétablit à nouveau le pouvoir d'aborption pour les gaz,
en particulier celui de l'anhydride carbonique.
D'autres quantités d'anhydride carbonique peuvent être séparées de l'agent de lavage détendu par échauffement, de sorte qu'après un nouveau refroidissement il peut encore recueillir plus d anhydride carboniqueLe froid produit par la détente peut être utilisé de n'importe quelle manière, par exemple comme description en a été donnée pour la tour de lavage 1 à basse température dans les exemples d'exécution.
Les phases préliminaires de lavage peuvent avoir lieu en phases parallèles ou successives. L'élimination préliminaire de quan- tités importantes d'anhydride carbonique procure encore l'avantage que le
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@ antité d gaz brut entrant dans la tour de lavage 1 à basse température devient plus faible, de sorte que celle-ci peut avoir des dimensions plus petites. De plus, la quantité d'anhydride carbonique contenue dans le gaz épuré est plus faible -
La fig. 4 demie une représentation schématique de l'utilisation répétée de l'agent de lavage avec détente intermédiaire.
L'agent de lavage complètement régénéré au cours de la distillation est, comme décrit précé- demment, refroidi dans le refroidisseur 10 à basse température désirée pour l'épuration finale,par exemple à 65 C, et il entre en 6 dans la tour de la- vage 1 à basse température A contre-courante le gaz épuré quitte la tour 1 en 5o L'agent de &avage est évacué par 7 et détendu dans les vannes 8 et 9 à une pression plus basseo Le froid de l'évaporation est utilisé en vue de la production du froid dans le serpentin 4 et le refroidisseur 10.Dans le séparateur 11, les gaz libérés, en particulier 1?anhydride carbonique, sont séparés du liquide de lavage et ils sortent par la conduite 12.
L'agent de lavage peut être échauffé par le'échangeur thermique 120, ce qui permet de libérer d'autres quantités de gazo L'agent de lavage est ensuite pompé par 121 à la phase suivante de lavage 122, le cas échant, après nouveau refroi- dissemento Ici, il se charge à nouveau de composants à bas point d9ébulli- tion, en particulier d'anhydride carbonique, provenant du gaz à épurero Après départe il est à nouveau détendu dans la vanne 123, produit du froid dans le serpentin 124 et arrive alors dans le séparateur 1250 Les gaz sépa- rés scrtent par 1260 Au moyen de la pompe 133, le liquide de lavage est con- duit du séparateur 125 à la phase suivante de lavage par la conduite 1270 C'est de façon analogue qu'ont lieu les autres phases de lavage 128,
129 et 130, qui peuvent encore être augmentées ou aussi diminuéeso Le liquide de lavage passe à la régénération par la conduite 1320 Après avoir été préala- blement refroidi et lavé, comme décrit aux exemples 1 - 3, le gaz brut pas- se à la phase de lavage 130 par la conduite 131.
A la figo 4 est représenté le cas où le gaz passe d'une phase à l'autre. Les phases 122, 128, 129 et 130, et d'autres le cas échéant, peu- vent tre accomplies en partie ou entièrement en parallèle, de sorte que le gaz à épurer est divisé en plusieurs courants partielso Chaque courant partiel est traité à part dans une des phases 122, 128, 129 ou 130.
Les cou- rants partiels sont ensuite réunis et passent à la phase de lavage 1 à basse température
Les phases de lavage peuvent avoir lieu dans une seule tour,le cas échéant conjointes à la phase de lavage 1 à basse température en vue de l'élimination complète des composés de soufreo
Dans les séparateurs 11 et 125, on ne pousse l'échauffement sup- plémentaire éventuel par l'échangeur thermique 120 qu'à un point où ne se produisent pas de trop grandes pertes en agent'de lavage dans les gaz de dé- tente à retirer par les conduites 12 et 1260 Le liquide de lavage utilisé dans chacun des séparateurs peut être amené en échange thermique avec le li- quide de lavage quittant le séparateur correspondant.
Il est particulièrement avantageux de conduire les différentes phases de lavage avec une échelle de températures calculée par exemple de façon que à la partie supérieure de la tour 1 il règne -65 C et à la partie inférieure de la phase 130 il règne -40 C.En fixant les températures dans les phases de lavage et dans les séparateurs, on est en mesure de régulari- ser, pour les différentes phases, la quantité recueillie de composants à bas point d'ébullitions en particulier l'anhydride carboniqueo Les plus grandes quantités d'anhydride carbonique seront éliminées par lavage dans les phases où la température de travail est supérieure au point de congélation de l'an- hydride carbonique (-56 C), afin que, dans les phases qui travaillent aux températures les plus basses,
la pression partielle de l'anhydride carboni- que dans le gaz soit tombée si bas, que l'on évite une recharge trop impor- tante de l'agent de lavage, ce qui pourrait amener la séparation de la neige
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carbonique.
Le froid supplémentaire produit par les machines frigorifiques 3 peut être utilisé pour le maintien des températures dans les différentes pha- ses.
Lorsque le gaz épuré sous pression doit être utilisé avec une pression plus basse que celle de l'appareil épurateur, le froid supplémen- taire produit par la détente du gaz épuré à la pression d'utilisation peut être utilisé dans le procédé d'épurationo
REVENDICATIONS.