Brevet FR2047050A1 — publié le 19710312

.4 - La présente invention concerne un appareil pour mettre en contact un mélange gazeux avec une substance solide et un procédé pour éliminer un eu plusieurs composants gazeux d'un mélange de gaz à l'aide dudit appareil# 5 ladite substance solide peut être un accepteur ou un catalyseur* Dans le présent mémoire le terme accepteur désigne une substance solide qui est capable de fixer un gaz et la fixation dudit gaz par la substance solide est désignée par le terme acceptation* Le gaz peut être un composé gazeux ou un 10 élément gazeux# La fixation d'un gaz peut être physique ou chimique. La fixation chimique peut être désirée, par exemple, dans la purification d'un mélange gazeux, contenant un ou plusieurs constituants qui, s*ils étaient déchargés librement dans l'atmosphère, 15 causeraient une pollution atmosphérique# Des exemples de tels composés qui sont généralement considérés comme nuisibles sont le dioxyde de soufre, le trioxyde de soufre, les oxydes d'azote et les résidus de substances combustibles dans les gaz d'échappement des engins à combustion» On rencontre par exemple un 20 ou plusieurs de ces composants dans les gaz de cheminée et les gaz résiduaires des usines d'acide sulfurique, des usines d'acide nitrique et des fours qui grillent les minerais# Les oxydes de soufre peuvent être éliminés des gaz de cheminée en mettant lesdits gaz, qui contiennent un ou plusieurs 25 oxydes de soufre aussi bien que de l'oxygène, en contact avec un accepteur# Un accepteur convenable comprend un métal eu un composé métallique sur un support# Des procédés de ce type peuvent être conduits à une température que les gaz peuvent avoir quand ils sont dégagés dans la cheminée# Cette température peut 30 être, dans l'intervalle, de 200 à 500°G et sera appelée température de déch.arge des gaz de cheminée# Pendant le contact, le dioxyde et/ou le trioxyde de soufre est (sont) accepté (s) par l'accepteur# Les gaz purifiés ne donnent plus naissance à une pollution atmosphérique et peuvent, de plus, être dégagés 35 par une cheminée sans être chauffés« Le composé formé pendant 1*acceptation peut être décomposé ultérieurement à l'aide d'un gaz réducteur. Far cette "régénération", il se reforme du 70 22950 2 2047050 matériau accepteur gui est capable d'accepter de nouvelles quantité? d'oxydes de soufre et, de plus, il se forme un gaz qui est considérablement plus riche en dioxyde de soufre que le gaz de cheminée non purifié# Ce gaz riche en dioxyde de sou-5 fre peut être utilisé, par exemple, pour la production d'acide sulfurique ou de soufre élémentaire » Un appareil séduisant pour 1*élimination des oxydes de soufre des gaz.de cheminée est décrit dans la demande de brevet néerlandais ÏT° 67 *16079» Cet appareil comporte un ou plusieurs 10 canaux: à gaz ouverts, parallèles ou substantiellement parallèles l'un à l'autre et ayant des parois conçues et construites de façon que le matériau accepteur présent sur, dans, et/®m derrière lesdites parois de canaux, soit, pour accepter les contaminants, librement accessible à un mélange de gaz passant 15 à travers lesdits canaux à gaz ouverts. Un avantage de cet appareil est qu'il n'est pas bouché par les particules solides présentes dans les gaz de cheminée comme la suie et les cendres, de sorte qu'il peut rester en opération pendant de longues périodes,, 20 Ce résultat favorable n'est pas obtenu si on fait passer les gaz de cheminée à travers un lit fixe de particules d'accepteur parce qu'un lit fixe est complètement bouché par les particules de suie et de cendres déjà après un temps réduit et à ee moment il est à mettre hors d'opération. 25 On a trouvé maintenant un mode de réalisation très simpls de l'appareil décrit dans la demande, de brevet précitée. L'invention consiste en ce que, l'appareil comporte tin système de récipients tubulaires pour la substance solide, lequel système est présent à l'intérieur d'une enceinte présen— 30 tant une entrée et une sortie de gaz, les récipients tubulaires ayant des parois dont au moins une partie est perméable aux gaz et étant montés dans l'enceinte de façon que le long des récipients tubulaires, les canaux à gaz soient limités par les: parois desdits récipients et/ou par une ©u plusieurs parois des 35 récipients et une ou plusieurs parois de l'enceinte. L'invention va maintenant être exposée avec référence aux modes de réalisation montrés dans les dessins annexés. 70 22950 3 2047050 - La figure 1 est une vue éclatée, en perspective avant, la figure montre douze récipients tubulaires parallèles 1 remplis de particules solides, lès récipients 1 ont des parois 2 perméables aux gaz, qui, dans le mode de réalisation 5 montré, sont faites de toile métallique# Dans le cas illustré, chaque récipient 1 a quatre parois 2 perméables aux gaz# Les parois 2 forment aussi les limites des canaux à gaz 3, à travers lesquels un mélange gazeux peut passer# Les composants de ce mélange gazeux peuvent diffuser à 10 travers les parois 2 et venir ultérieurement en contact avec les particules solides présentes dans le récipient 1#. Dans ce cas, chaque récipient tubulaire 1 est directement attaché, le long d'une ou plusieurs de ses arêtes aux récipients tubulaires 1 environnants, de sorte qu'ici un récipient 1 alterne avec un 15 canal à gaz 3# Le système de récipients et canaux à gaz représenté est monté dans une enceinte 4 ayant des parois 7 et possédant une entrée de gaz 5 et une sortie de gaz 6# Dans le cas présent, les récipients 1 sont ouverts à leurs extrémités supérieures# A leur fond, lesdits récipients sont fermés par une 20 plaque de fond (non représentée) L'appareil représenté peut être fabriqué de façon très simple en soudant ensemble des feuilles de toile métallique en •zig-zag 2, la section d'une feuille étant indiquée par la ligne en zig-zag a et une section de la feuille voisine étant 25 indiquée par la ligne en zig-zag b# Les feuilles sont soudées ensemble en ç, comme montré dans la figure 2# Dans cette figure la section transversale du récipient tubulaire formé est un rectangle# Les récipients sont tubulaires, c'est-à-dire que la lon-30 gueur d'un récipient est relativement grande, par exemple plus "de cinq fois et, en général, plus de dix fois la plus grande dimension d'une section perpendiculaire à l'axe longitudinal dudit récipient# Tout épaississement des parois des récipients dû à la présence de matériau solide dans les récipients, ne 35 "peut par conséquent, avoir que de petites dimensions# En conséquence, un tel épaississement ne peut amener le bouchage des canaux à gaz, de sorte que les canaux à gaz continuent à per 70 22950 4 2047050 mettre le passage des gaz et que tout le matériau solide présert peut, de façon satisfaisante, venir en contact avec le mélange de gazo Les canaux à gaz sont ouverts aux deux extrémités» Les 5 récipients à accepteur peuvent être'laissés ouverts vers le haut mais pour éviter la perte de particules, solides, ils sont fermés â au moins une extrémité» Le fait que les parois des: récipients tubulaires sont au moins partiellement perméables aux gaz, implique qu'ils possèdent des ouvertures et/ou des 10 pores suffisamment grands pour permettre aux molécules du mélange de gaz de passer à travers les parois par diffusion, venant ainsi en contact avec la substance solide derrière les paroiso De façon que la résistance au passage d'un mélange de gaz à travers le ©anal à gaz soit aussi faible que possible, les récipients tubulaires sont de préférence montés parallèles lfun à l'autre, chacun des canaux à gaz formés reliant l'entrée et la sortie de gaz de l'enceinte» Toutefois, les récipients tubulaires peuvent aussi former des angles les uns par rapport 20 aiax autres© C@2Biae on l'a déjà dit, les - récipients tubulaires sont de préférence montés dans l'eacei&tc &© façon que les récipients forment aussi les limite s îles r à gas8 A cet effet, les récipients peuvent §tr® "n®ntés 'd© "tout© -façon - convenable © Les 25 récipients peuvent être inter-oonnsotés ••fcd'&t en étant espacés d'un© certaine distance, les "limites des canaux à gaz étant formés par les parois des récipients et/ou par les éléments &sespa©02ient, ©u bien les récipients - sont directement ister=» connectés- les uns aux autres, amqtial ©as les limites des ®a— 30 aaux à gas sont formés uniquement par les-parois-des récipientsa Bien entendu, dans les "detis eas, les parois de l'enceinte peuvent aussi ê©ûtribuer à "fox-mer-les limites-des canaux à gaz® Oa préfère que les récipients "tubulaires" soient directement inter-connectés, parce que» dans ee cas, 1© mélange de gaz 35 peut passer en tous points le long des - parois des récipients perméables aux gaz et n'est gêné par aucun élément d'espacement© De plus j un système de récipients tubtfaires directement inter** 70 22950 % 2047050 connectés constitue une structure robuste qui occupe relativement peu de place# De façon à rendre l'intérieur d'un récipient tubulaire facilement accessible à un mélange de gaz circulant à travers 5 les canaux à gaz, les récipients tubulaires sont de préférence disposés de façon qu'un récipient alterne avec un canal à gaz# Les récipients peuvent aussi être disposés de façon que deux récipients alternent avec un seul canal à gaz, mais, bien entendu, dans une telle disposition la substance solide est moins 10 facilement accessible au mélange de gaz0 Un mode de réalisation intéressant de l'appareil selon l'invention consiste en ce que les récipients tubulaires et les canaux à gaz sont formés par tin certain nombre de feuilles perméables aux gaz parallèles, ondulées ou en zig-zag, qui sont 15 montées de façon que pour deux feuilles voisines les crêtes et les creux d'une feuille soient fixés respectivement aux creux et aux crêtes de l'autre# Dans le cas de feuilles ondulées symétriquement ou en zig-zag, cela signifie qu'elles sont disposées en symétrie spéculaire. 20 Un appareil selon ce mode de réalisation peut être cons truit en relativement peu de temps et à l'aide de relativement peu de matériaux» Les feuilles ondulées ou en zig-zag sont d'abord préparées puis assemblées en un système# Les feuilles peuvent être inter-connectées très facilement, par exemple par 25 soudure par point, agrafage ou soudure# La section d'un récipient tubulaire perpendiculairement à l'axe longitudinal dudit récipient peut avoir toute forme désirée, par exemple triangulaire," quadrilatérale, polygonale, circulaire ou ovale. Une section quadrilatérale peut être un 30 quadrilatère irrégulier, un rectangle ou un carré. En général, les coins des sections seront légèrement arrondis ou, comme ce peut être le cas avec les feuilles ondulées mentionnées précédemment, légèrement courbés vers l'extérieur# La longueur des canaux à gaz est en général un multiple 35 de la plus grande distance entre les parois des canaux. Ladite longueur est principalement déterminée selon la composition, à l'entrée des gaz, du mélange de gaz à utiliser, la composition 70 22950 6 2047050 désirée à la sortie des'gaz,..là vitesse linéaire du mélange de gaz dans les canaux à gaz, la section transversale des canaux à gaz et l'activité de•1 *accepteur ou du catalyseur# Toutes ces données sont, pour un mélange de gaz particulier à utili-5 ser, adaptées individuellement l'un à l'autreo Les parois des récipients tubulaires, dont au moins une partie doit être perméable aux gaz, peuvent être en tout matériau désiréo Les parois peuvent être en toile ou en feuilles perforées et peuvent être, par exemple, en métalo En oaison de 10 sa perméabilité, la toile métallique a été trouvée très appropriée# La taille des mailles de la toile est adaptée à la taille des particules de la substance solide qui sera introduite dans les récipients tubulaires0 Une partie du matériau solide peut se désintégrer en particules plus petites après une lon-15 gue période d'usage. Ces particules plus petites, toutefois, sont facilement retenues par les particules plus grandes, même si les mailles de la toile sont quelque peu plus grandes que les particules formées par désintégration» En conséquence, la perte de particules est négligeable# Pour cette raison, on peut 20 utiliser une toile métallique avec des mailles qui sont dans l'intervalle des tailles des particules du matériau solidèo La. taille des mailles de la toile métallique peut par exemple être entre 1 et 10 mm. La forme des particules du matériau solide à introduire 25 ®u présent dans les récipients tubulaires peut être choisie pour chaque application individuelleo Ces particules peuvent avoir, par exemple, la forme de cylindres, sphères, blocs, cubes ®u plaques# Le matériau solide peut aussi être formé en barres ou en longues feuilles qui se tiennent dans les récipients tubu-30 laireso L9appareil a été trouvé très convenable pour élisiiner les ©xydes de soufre des gaz de cheminée# Un procédé séduisant pour la purification de gaz de cheminée consiste en ce que des gaz contenant des oxydes de soufre 35 et de l'oxygène sont mis ®n contact avec un accepteur solide. Des procédés de ce type peuvent être conduits à des températures d8environ 200 — 500°Co Pendant le passage des gaz a CQpy 70 22950 7 2047050 "travers les canaux à gaz, les oxydes de soufre sont acceptés par les particules d* accepteur 0 Les. gaz purifiés sont pratiquement exempts d'oxydes de soufre et peuvent, en outre, être dégagés par une cheminée sans être d'abord chauffés. L'accepteur 5 chargé par l'acceptation des oxydes de soufre peut être ultérieurement régénéré à l'aide d'un gaz réducteur, également à la température de décharge du gaz, à la suite de quoi on obtient un gaz qui est considérablement plus riche en dioxyde de soufre que le gaz à purifier. Ce gaz riche en dioxyde de soufre 10 peut être utilisé par exemple comme matière première pour la préparation d'acide sulfurique ou de soufre élémentaire. Un accepteur convenable contient du cuivre ou un oxyde de cuivre sur support de ^-alumine» Un autre accepteur convenable contient un oxyde de métal alcalin et un oxyde de vana-15 dium sur un support analogue. L'appareil selon l'invention peut, en outre, être utili-- sé pour des procédés de conversion catalytique «omrne l'oxydation catalytique de dioxyde de soufre en trioxyde de soufre au moyen d8un gaz contenant de l'oxygène comme l'air en présence 20 d'un catalyseur approprié. Comme catalyseur on peut utiliser un catalyseur V/K/Si02» 70 22950 8 2047050 • HEiamiIOABIQUE ■ *1) Appareil pour la mise en contact d'un mélange de gaz avec une substance solide, caractérisé par le fait qu'il comprend un système de récipients tubulaires pour la substance 5 solide, lequel système est présent dans une enceinte ayant une entrée et une sertie de gaz, les récipients ayant des parois perméables aux gaz au moins en partie et étant montés dans l*enceinte de façon telle que le long des récipients tubulaires, les canaux à gaz sont limités par les parois desdits récipients 10 et/ou par une ou plusieurs parois des récipients et une ou plusieurs parois de l'enceinte. 2) Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les récipients tubulaires sont montés parallèlement les uns aux autres, chacun des canaux à gaz formés reliant 15 l'entrée et la sortie d© gaz de l'enceinte» 3) Appareil selon l'une des revendications 1 ou 29 caractérisé par le fait que les récipients tubulaires sont directement inter-connectés les uns aux autres» 4) Appareil selon l'une des revendications 1 à 3» carae-20 térisé par le fait que les récipieats tubulaires sont disposés d® façon qu'un récipient altéras ave© un canal à gaz» 5) Appareil selon l'une des srevendloati on s 1 à 4, caractérisé par le fait que les récipients tabulaires et les ©anaux à gaa sont* formés, par un certain nombre de feuilles perméables 25 aux gazs parallèles& ondulées ©m ©a sig-sag9 qui sont montées de façon que pour deux feuilles voisines les crêtes et les creux d"un© feuille sont fixés respectivement aux ereux et aux crêtes de l'autre® 6) Appareil selon la revendication 5® caractérisé par 1® 50 fait que les feuilles sont inter-connoetées par soudage® ?) Appareil selon l'une des srevendications 1 à 6S caractérisé par le fait que les parois des récipients tubulaires sont faites en toile métallique® S) Procédé pour l'élimination d9un ou plusieurs compo-35 sants gazeux d'un mélange de gas caractérisé par le fait qu'on utilise un appareil tel que revendiqué selon les revendications 1 à 7® 70 22950 9 2047050 9) Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'on élimine de gaz de cheminée un ou plusieurs oxydes de soufre.