Brevet FR2011499A1 — publié le 19700306

La présente invention concerne l'élimination d'acides et de bases volatils d'un courant de gaz inerte» Elle concerhe principalement l'élimination d'anhydride carbonique en, présence de vapeur d'eau d'un courant réfrigérant de gaz inerte que l'on rencontre 5 dans-les réacteurs nucléaires à modérateur en graphite» Le gaz réfrigérant inerte dans ces réacteurs se contamine par des quantités de vapeur d'eau, d'hydrogène, d'oxyde de carbone et d'anhydride carbonique que l'on doit éliminer en totalité ou en partie (en les amenant à des teneurs assez basses) si l'on doit éviter de dété-1C riorer les constituants fissiles du réacteur. A cet effet il est courant de faire passer le réfrigérant du réacteur après oxyda-tiondes matières contaminantes dans un lit de tamis moléculaire maintenu à la température ambiante ou à une température réduite» Le matériau du tamis moléculaire utilisé dans ces conditions peut 15 consister en zéolite synthétique possédant un certain nombre de structures cristallines. En passant à travers le lit de tamis moléculaire les matières contaminantes se trouvent absorbées dans les particules du tamis et le courant gazeux qui quitte le lit contient nettement 20 moins de matièrescontaminantes^qu'il s'agisse d'anhydride carbonique ou de vapeur d'eau. A la température ambiante dans les conditions d'équilibre la capacité d'un tamis moléculaire utilisé pour afcsorber l'anhydride carbonique est assez faible par rapport à sa capacité 25 relative à 1'absorption de vapeur d'eau et de plus dans un système dynamique on peut réduire sa capacité effective à 1/5 de sa capa--cité dans les conditions d'équilibre. Cela signifie par exemple que dans les applications dans lesquelles on rencontre l'anhydride carbonique dans lé gaz inerte seulement à des pressions partielles 30 faibles par rapport à d'autres matières contaminantes, on pourrait réaliser une charge sur le lit d'anhydride carbonique inférieure à 1/2 % de son poids total avant que la régénération des zéolites ne devienne nécessaire. Cette charge est seulement de 1/10 à 1/20 environ de la quantité de vapeur d'eau qui pourrait être absorbée 35 dans les zéolites dans des conditions analogues. Ainsi on peut raisonnablement supposer qu'il faut en fait que l'énergie libre d'absorption de l'anhydride carbonique 69 16298 2 2011499 soit beaucoup plus faible que pour la vapeur d'eau que l'on peut considérer en fait comme pratiquement chimiquement réactive par rapport à l'anhydride carbonique» Les tamis moléculaires peuvent avoir une capacité 5 suffisante pour l'extraction d'une seule substance d'un courant gazeux contenant deux ou plusieurs matières contaminantes, mais il existe une certaine concurrence entre ces matières dans les zones d'adsorption existant dans le matériau du tamis, et de plus il peut y avoir déplacement d'une matière contaminante par 10 une autre; ainsi dans l'exemple décrit la vapeur d'eau peut facilement déplacer l'oxyde de carboné absorbé. Un procédé d'extraction selon l'invention de matières contaminantes volatiles d'un courant de gaz par ailleurs inerte consiste à mettre en contact le courant avec un additif réagis-15 sant avec les matières contaminantes pour les transformer en substances non volatiles capjfcables qui sont séparées dans un filtre pour éliminer lesdites substances. Dana des conditions déterminées l'additif peut réagir dans la phase gazeuse avec une matière contaminante pour donner'un produit qui à son tour réagit avec 20 un second contaminant ou d'autres contaminants . Le produit final est celui que l'on peut capter dans un tamis moléculaire qui agit alors comme un filtre. La partie du tamis moléculaire qui ne peut pas agir comme un filtre donne des centres d'absorption de ces matières contaminantes ou de leurs fractions, s'il y en a, 25 qui peuvent ne pas avoir participé aux réactions ci-dessus. Les matières contaminantes résiduelles peuvent être adsorbées telles qufelles, et/ou- elles peuvent par un choix convenable des conditions opératoires réagir sur les-surfaces des tamis moléculai res avec les substances non volatiles ci-dessus. Par exemple on 30 peut mettre eh contact un courant de gaz inerte contenant de la vapeur d'eau et de l'anhydride carbonique comme matières contaminantes avec une aminé pour la faire réagir avec la vapeur d'eau; le produit obtenu réagit à son tour avec l'anhydride carbonique pour donner un composé que l'on peut facilement capter dans le 35 tamis. Si l'on considère ce courant gazeux particulier on injecte en continu un jet pulvérisé d'ammoniac dans l'orifice d'entrée pour faire passer dans un filtre un courant 69 16298 3 2011499 gazeux d'hélium contenant de l'anhydrice carbonique et de la vapeur d'eau à des concentrations élevées (impuretés). Il se produit les réactions suivantes dans le courant gazeux : 5 D NH-, 3 + H2O NH4 OH 2) nh4 0H + C02^> NH^ HCO^ 3) 2NH4 hco5^±(nh4)2 co3 + h2o + co2 Le produit de l'équation 1) est une base qui se combine à l'anhydride carbonique selon les équations 2), 3) pour former un carbonate que l'on sépare facilement par filtra-tion sut»- un lit de tamis moléculaire» Le produit qui est un carbonate se trouve sous une forme plus facile à capter que 15 ces constituants. Dans un autre essai effectué dans des conditions analogues de débit, de température etc., les concentrations i des impuretés, anhydride carbonique et vapeur d'eau, et de la base d'aminé ajoutée se trouvent réduites à un niveau bien infé-20 rieur (volume en ppm). Dans ce cas le procédé décrit s'effectue essentiellement à la surface et à ^'intérieur du matériau du tamis moléculaire. , Il est évident que dans les deux cas, qui comprennent tous les produits intermédiaires possibles, l'extraction de l'anhy-25 dride carbonique se trouve considérablement accrue et limitée en fait seulement par les propriétés physiques de l'absorbant et/ou du lit filtrant (c'est-à-dire chufce de pression a travers le lit, vitesse d'adsorption, etc.,). Le procédé proposé améliore en même temps les propriétés de rétention de la vapeur d'eau liées chi-30 miquement au composé ou se présentant sous forme d'eau de cristallisation. On effectue la régénération du lit en portant progressivement le matériau du tamis moléculaire a une température supérieure à 100"°C , température à laquelle se décompose CO^(NH^) et 35 C0?(NH4)2, et en terminant à la température de 350°C sous vide ou dans un courant de gaz inerte. 69 16298 4 2011499 REVENDICATIONS 1 - Procédé d'extraction de matières contaminantes volatiles d'un courant de gaz par ailleurs inerte, caractérisé en ce que l'on met en contact le courant avec un additif qui réagit avec les matières contaminantes dans la phase gazeuse 5 ou à la surface d'un adsorbant pour les transformer en une substance non volatile captable et l'on fait passer le courant dans un filtre ou un absorbant. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel on met en contact le courant gazeux avec un additif qui réagit avec 10 une première matière contaminante pour former un composé qui à son tour réagit avec une seconde matière contaminante ou d'autres matières contaminantes pour donner un composé captable., 3 - Procédé d'extraction des matières contaminantes, vapeur d'eau et anhydride carbonique,,d\in courant d'hélium ou de 15 tout autre courant de gaz par ailleurs inerte, caractérisé en ce que l'on met en contact le courant gazeux avec une aminé volatile ou de l'ammoniac pour transformer au moins une certaine proportion des matières contaminantes en un composé et on fait ensuite passer le courant gazeux dans un filtre.