Brevet FR2488523A1 — publié le 19820219

"Procédé d'élimination par lavage, notamment en plusieurs éta- ges, des composants acides, tels que le CO2, le HCN et en particulier le H2S, qui entrent dans la formation des gaz, no- tamment des gaz de cokerie, à l'aide d'un lavage ammoniacal en circuit fermé." La présente invention concerne un procédé d'élimination par lavage, notamment en plusieurs étages, des composants aci- des, tels que le CO2, le HCN et en particulier le H2S, qui entrent dans la formation des gaz, notamment des gaz de cokerie, à l'aide d'un lavage ammoniacal en circuit fermé, l'ammoniac combiné avec les composants acides pendant le lavage étant li- béré par un processus d'élimination des acides et réintroduit dans le cycle de lavage. On connaît déjà un procédé qui consiste à éliminer les composants acides d'un gaz par lavage à l'aide d'un agent de lavage approprié et à expulser ensuite à nouveau de l'agent de lavage les composants acides absorbés, ce par des moyens appropriés. Le lavage ammoniacal, destiné à éliminer des gaz le H 2S qu'ils contiennent jusqu'à obtention d'une teneur com- prise entre environ 1,0 et 1,5 H2S/m3 à l'état sous conditions normales, fait partie de l'état actuel de la technique. Quel- ques améliorations ont été proposées récemment, par exemple selon le brevet allemand 20 56 727, d'après lequel on utilise de l'ammoniac, tant sous forme gazeuse qu'en solution, pour le lavage de l'acide sulfhydrique. On a déjà fait en outre de nombreuses tentatives pour augmenter la teneur en ammoniac de l'eau de lavage dans le désacidificateur, selon par exem- ple, la demande de brevet allemand 1-107 882, ou pour subdi- viser le processus de lavage en plusieurs étages, avec utilisa- tion, tout d'abord, d'une eau ammoniacale à forte concentra- tion d'ammoniac, puis, dans le deuxième étage de lavage, d'une eau ammoniacale présentant la concentration habituelle, selon la demande de brevet allemand 1 091 273. Par la demande de bre- vet allemand 1 085 641, on connait une utilisation séparée d'un gaz ammoniac contenant de l'acide sulfhydrique, d'une part, et d'un gaz ammoniac pur produit à partir de sels d'ammoniac fixes ou fournis par une autre source, dans un laveur d'acide sulfhydrique. Bien qu'il ressorte de ces brevets et d'un grand nombre d'autres qu'il est connu de traiter, éventuellement, séparément, les gaz à épurer et débarrasser de leurs compo- sants acide3 et notamment du H2S, en particulier les gaz de cokerie, par un lavage ammoniacal, ces procédés prévoient cependant l utilisation, soit des eaux aminoniacales, soit de l'ammoniac gazeux. Par suite des règlements actuels relatifs à la protecton de l'environnement, il est en particulier nécessaire d'abais- ser la teneur en i2S du gaz épuré, et pour satisfaire a ces r-églements par un lavage ammoniacal, il faut recycler de l'armtoniac dans le cycle de lavage, au moins pour le lavage du gaz de cokerie, car le rapport naturel entre le NH3 et le H2S dans le gaz de cokerie ne permet pas d'obtenir par lavage une élimination poussée du H2S. L'ammoniac est normalement réintroduit dans le lavage par l'intermédiaire de ceque -'on appelle un désacidificateur. Le désacidificateur doit, comme son nom l'indique déjà, éliminer les composants acides de la solution de lavage et retenir l'ammoniac. Mais des raisons d'équilibre font que, dans le cas de ce procédé, une partie des composants acides subsiste dans la solution de lavage. Il en résulte qu'un tel mode opératoire comporte deux incon- vénients essentiels. D'une part, par suite de la teneur resi- duelle en composants acides, on ne dispose pour le lavage que d'environ 80 % de l'ammoniac présent dans la solution de lavage. D'autre part, et ceci est plus grave, la pression partielle des composants acides, notamment du H2S, sur la solution de lavage désacidifiée, empêche que l'élimination du H2S par lavage se fasse jusqu'aux valeurs actuellement exi- gées. La présente invention a pour objet de mettre au point un procédé de lavage ammoniacal du H2S, qui soit avantageux sur le plan économique tout en étant exempt des inconvénients précédemment mentionnés. De façon surprenante, on a alors constaté que les incon- vénients des procédés précédemment connus peuvent être évités par le fait qu'au moins une partie de l'ammoniac ne soit pas recyclée sous forme de solution aqueuse et/ou de mélange ammo- niac-vapeur d'eau, mais soit introduite sous forme d'ammoniac liquide dans au moins un étage du cycle de lavage. Les avan- tages qui en résultent sont qu'un tel ammoniac liquide de grande pureté ne présente qu'une solubilité très faible pour les composants acides tels que le H2S, le C02 et le HCN, solubilité qui est inférieure du facteur 102 à 103 à celle des solutions aqueuses d'ammoniaque. De ce fait, les compo- sants acides peuvent être aisément séparés et soumis au trai- tement ultérieur, et, en outre, l'ammoniac liquide de grande pureté réintroduit dans le cycle de lavage contient de plus faibles proportions de ces composants acides, de sorte que l'on obtient, par suite de la plus faible pression partielle de ces composants acides dans la solution de lavage qui se forme dans le laveur, un meilleur effet de lavage et d'élimi- nation de ces composants. Etant donné qu'en outre l'ammoniac liquide ne contient que des traces de composants acides, la totalité de l'ammoniac introduit peut être utilisée pour le lavage desdits composants acides. Un autre avantage du procé- dé selon la présente invention est que le froid dû à l'évapo- ration, que produit la détente de l'ammoniac liquide, sous- trait directement de la chaleur au gaz à laver, ce qui entra - ne une compensation partielle de la chaleur de dissolution dégagée pendant le cycle de lavage. On obtient ainsi un avantage supplémentaire, à savoir qu'il devient superflu de procéder à un refroidissement addi- tionnel du liquide de lavage en circulation. Dans le dernier étage de lavage du gaz, il est avantageux de procéder au lava- ge avec de l'eau franche (eau du robinet0 Le procédé selon la présente invention, qui est destiné à résoudre le problème précédemment exposé, est caractérisé par le fait que le condensat de NH3 obtenu à l'étage de sépa- ration est décomposé, dans un autre étage, en ammoniac liquide de grande pureté et en eau à faible teneur en NH3, et que l'ammoniac liquide obtenu dans cet étage est réintroduit dans au moins un étage du cycle de lavage. Dire que l'ammoniac liquide est réintroduit dans un éta- ge signifie que cette introduction peut se faire tant dans le gaz à traiter, introduit dans cet égage-, ou bien avec ce gaz, qu'également en un point quelconque du laveur. Des modes de réalisation préférentiels du procédé selon la présente invention sont caractérisés en ce aue: a) l'ammoniac liquide est réintroduit dans le cycle de lavage à un débit tel que le rapport molaire entre les compo- sants acides, notamment le H2S, et l'ammoniac soit compris, dans le gaz à laver, entre 1: 2,5 et 1: 3,5; b) lorsque le lavage est effectué en trois étages, l'am- moniac liquide est introduit dans les deux premiers étages de -avage; c) 60 à 90 % de la totalité du NU-3 recyclé sont intro- duits dans le premier étage du cycle de lavage; d) lorsque le lavage du gaz est effectué en trois étages, le lavage qui a lieu dans le deuxième étage est effectué par- tiellement avec l'eau qui a été obtenue lors de la séparation des composants acides et de l'ammoniac d'avec le liquide de lavage, et/ou partiellement avec l'eau obtenue lors de la dé- composition du condensat de NH3 et dont la teneur en ammoniac est faible; e) une quantité déterminée de condensat, destinée à la production de l'ammoniac liquide, est débarrassée, dans un étage de dégazage, d'une partie des composants acides qui y sont présents à l'état gazeux, ceci avant d'être introduite dans le séparateur de NH3 à haute pression; f) le condensat de NH3 est décomposé, dans un séparateur à vapeur haute pression, en ammoniac pur à condenser et en eau contenant de faibles quantités d'ammoniac; g) lors de la décomposition du condensat de NH3 en ammo- niac liquide de grande pureté et en eau à faible teneur en NH3, une partie de l'ammoniac liquide obtenu par condensation est réintroduite, en tant que reflux, dans le séparateur à vapeur haute pression; h) le séparateur à vapeur haute pression fonctionne à une pression qui est de l'ordre de 10 à 25 bars, les tempéra- tures de l'eau de refroidissement étant à leurs valeurs ha- bituelles; i) une partie de l'ammoniac liquide est introduite dans le gaz à épurer avant que celui-ci ne soit introduit dans le premier étage de lavage, ou simultanément à cette introduction Le procédé selon la présente invention sera mieux com- pris à l'aide de la description détaillée d'un procédé de la- vage en trois étages avec séparation de l'ammoniac en trois étages, procédé qui est illustré à l'aide d'un dispositif représenté sur le dessin annexé, à titre d'exemple non li- mitatif. Dans le laveur (1), la plus grande partie des composants acides contenus dans le gaz, notamment le H2S, est élimité par lavage. Les laveurs (2) et (3) servent à compléter l'éli- mination par lavage du H2S et du NH3. La préparation des li- quides de lavage se fait dans les séparateurs (4), (5) et (6). Les fonctions des séparateurs (4) et (5) peuvent aussi être assurées dans un seul appareil, qui présente alors un fond intermédiaire correspondant au fond du séparateur (5). Dans ce cas, les séparateurs (4) et (5) fonctionnent avec de la vapeur basse pression. La totalité de l'eau utilisée pour le lavage du gaz est introduite au sommet du séparateur (5). Au fond du séparateur (4), on introduit suffisamment de va- peur de strippage ou d'entraînement à basse pression pour pro- duire un effluent conforme aux spécifications. La quantité requise d'eau de lavage à faible teneur en NH3 est extraite, par l'intermédiaire de la conduite (34), du fond du séparateur (5) ou d'un fond intermédiaire approprié, lorsqu'il s'agit d'un appareil unique. La teneur en NH3 libre devrait de pré- férence être comprise entre 0,5 et 1,0 g/l. On est ainsi assu- ré que la teneur résiduelle en composants acides de la solu- tion est très faible. Les vapeurs qui sortent au sommet du séparateur (5) se condensent partiellement. Selon la quantité d'ammoniac requise pour la réintroduction dans le cycle de lavage, on choisit une température de condensation appropriée, qui est, en règle générale, comprise entre 55 et 700C. Le séparateur (4) sert à la préparation ou au traitement de l'eau qui doit être évacuée du cycle, en vue d'obtenir un effluent conforme aux spécifications. L'eau en excès s'écoule dans le séparateur (4) à partir du fond du séparateur (5), par l'intermédiaire de la conduite (22). La quantité de vapeur basse pression (36) introduite, à contre-courant de l'eau, au fond du séparateur (4), est telle que - comme précédemment décrit - l'effluent obtenu est conforme aux spécifications, la teneur en NH3 libre étant, par exemple, de 50 mg/l. Cet effluent s'écoule dans les canalisations des égo ts par l'intermédiaire de la conduite (23). La vapeur qui, au sommet du séparateur (4), est peu char- gée en NH3 et en composants acides, est introduite dans le séparateur (5) par l'intermédiaire de la conduite (24). Dans le séparateur (5), cette vapeur sert de vapeur de strippage ou d'entraînement pour la séparation des composants contenus dans le liquide de lavage introduit au sommet du séparateur après échange de chaleur dans les échangeurs de -chaleur (14) et (12) et qui s'échappent à l'état volatil avec la vapeur. Les vapeurs qui sortent au sommet du séparateur (5) sont amenées au système de traitement ultérieur, par l'intermédiai- re de la conduite (26), après condensation partielle dans le condenseur (9). Le condensa-t obtenu dans ledit condenseur (9) qui, suivant la température de condensation, présente une concentration de NH3 et de composants acides plus ou moins grande, est partiellement recyclé, en tant que reflux dans le séparateur (5). La quantité requise pour la production d'ammoniac liqui- de est introduite dans un séparateur de NH3 à haute pression (6), par l'intermédiaire du récipient (7) et de la conduite (27). Dans ce séparateur, tous les composants solubles dans la vapeur d'eau sont expulsés du condensat introduit, à l'ai- de de vapeur haute pression (37), et ce sous une pression qui est de préférence comprise entre 10 et 25 bars, et particu- lièrement de 15 bars. La séparation est presque complète, de sorte que c'est une eau presque pure qui s'écoule du fond de la colonne et qui, après échange de chaleur dans l'échangeur de chaleur (11), vient s'ajouter, par l'intermédiaire de la conduite (28), au fond du séparateur (5). Les quantités de condensat introduites, par l'intermédiaire de la conduite (27), dans le séparateur de NH3 à haute pression (6), sont, de pré- férence, dégazées dans un dégazeur (30), pour que soit élimi- née la proportion de composants acides qui y est présente à l'état gazeux, ces parties gazeuses étant emmenées dans la conduite (26). Les vapeurs (29) qui sortent au sommet du séparateur (6) se condensent en (10), de sorte que l'on obtient de l'ammoniac liquide. Une partie de cet ammoniac est, de préférence en tant que reflux, introduite dans le séparateur (6). Le NH3 péces- saire pour l'élimination par lavage du H2S est introduit dans le cycle de lavage par l'intermédiaire du récipient (8) et de la conduite (31). En raison de la très faible solubilité des composants acides dans le NH3 pur, le NH3 liquide utilisé pour l'élimination du H2S par lavage ne contient plus que des traces de ces composants. Les composants acides contenus dans le condensat introduit dans le séparateur (6) sont envoyés, après détente, par l'intermédiaire de la conduite (32) dans la conduite (26), et peuvent être soumis à un traitement ultérieur, de façon connue en soi. Le NH3 liquide est recyclé vers le laveur (1). Il peut alors avantageusement être introduit en deux points, à savoir, d'une part, au sommet du laveur (1) et, d'autre part, dans le gaz à épurer qui est, lui, introduit au fond dudit laveur (1). Comme précédemment décrit, la chaleur de dissolution dégagée lors de l'absorption du NH3 dans l'eau de lavage est partiellement compensée par le froid dû à l'évaporation, qui intervient lors de la détente du NH3 liquide. Il est en outre aussi possible d'ajouter une partie du NH3 liquide dans le laveur (2), de préférence conjointement avec le gaz introduit dans ce laveur ou bien aussi au centre du laveur. Ceci permet d'obtenir une élimination encore plus poussée des composants acides. Le laveur (3) reçoit, à son sommet, de l'eau fraîche (eau du robinet), de sorte que la teneur en ammoniac du gaz épuré qui quitte ce laveur (3) peut être abaissée à des valeurs qui sont de l'ordre de 0,02 g NH3/m3, à l'état sous conditions normales. L'élimination par lavage du NH3 et des composants acides est ensuite effectuée à l'aide du condensat de gaz provenant du refroidissement du gaz du four à coke, qui est introduit dans le laveur (1) par l'intermédiaire de la conduite (33), et de l'eau provenant de la colonne de séparation (5), qui est introduite dans le laveur (2) par l'intermédiaire de la con- duite (34). Ensuite, l'eau de lavage provenant du laveur (3) est de plus introduite au sommet du laveur (2), après un échange de chaleur avec l'eau fraîche (eau du robinet) dans l'échangeur de chaleur (15). Sur le dessin annexé, les autres pompes requises pour l'exploitation de l'installation portent les références nu- périques (16) à (21). La conduite destinée à l'eau de lavage chargée porte la référence numérique (25). La présente in- vention est expliquée plus en détail à l'aide de l'exemple suivant. Dans une installation correspondant pour l'essentiel à celle qui est représentée sur la figure annexée, on a intro- duit, à l'admission du laveur (1), 140 000 m /h de gaz de cokerie non épuré, contenant les impuretés indiquées ci-des- sous. Les débits de gaz indiqués dans cet exemple se rappor- tent tous à l'état sous conditions normales. Le gaz a parcouru ensuite les laveurs (2) et (3) et quitté ce dernier à l'état épuré. La température de lavage était de 250C. Les résultats obtenus au cours de ce cycle sont récapi- tulés sur le tableau suivant: TABLEAU Composants contenus: dans le gaz non épuré (g/m3) ólans 1."? gaz épure (g/m3) condensat de gaz (33) (g/l) eau de lavage chargée (25) (g/l) eau de lavage préparée ou traité (34) (g/l) condensat e (27) (g/l) gaz de eau qui a cirage fait l'ob- jet d'un processus de séparation (26) (28) (kg/h) (g/l) 147,6 1051 ,7 ,9 ,7 249,1 77,2 774,8 NH3 6,0 H2S HCN 1, 5 0,02 0,20 0,3 CO2 3,8 0,7 0, 48 ,40 17,38 6,51 1,27 9,49 1,0 0,03 0, 02 0,26 2,09 0,21 0,06 "0 0,45 r'> o co Ln ru 1550 kg/h de NH3 liquide ont été recyclés, à partir du séparateur (6), dans le laveur (1), dont 550 kg/h ont été dans ce cas, introduits dans la conduite de gaz en amont du laveur (1) et 1000 kg/h au sommet dudit laveur (1). je liquide de lavage utilisé dans le laveur (1) était constitué, d'une part, par 56 m3/h du condensât de gaz obtenu par refroidissement du gaz du four à coke et provenant de la conduite (33) et ayant la composition indiquée sur le ta- bleau, et, d'autre part, par 97 m 3/h d'eau de lavage provenant du fond du laveur (2). L'eau de lavage chargée provenant du fond du laveur (1) a été introduite, à raison de 155 m3/h, par l'intermédiaire de la conduite (25) et après échange de chaleur dans les échangeurs de chaleur (14) et (12), au sommet du séparateur (5), o elle a été soumise à un processus de strippage ou d'entraînement à l'aide de la vapeur provenant du séparateur (4). L'eau provenant du fond du séparateur (5) et qui a été partiellement l'objet d'une séparation est refoulée par la pompe 20 à travers deux canalisations, 57 m3 étant recyclés comme eau de lavage dans le laveur 2 à travers la canalisa- tion 34, après un échange thermique avec l'eau de lavage dans l'échangeur 12 et une nouvelle diminution de température dans le réfrigérant 13. Le reste, c'est-à-dire 117 m3/h, a été introduit, par l'intermédiaire de la conduite (22), dans le séparateur (4), o il a été épuré, avec 22 t/h de vapeur de strippage à basse pression, jusqu'à obtention de la quali- té d'effluent spécifiée. L'effluent qui quittait le séparateur (4), par l'intermédiaire de la conduite (23),ne contenait plus que des traces de composants acides. La teneur en NH3 libre était inférieure à 50 mg/l. Le gaz qui, à la sortie du laveur (2), présentait encore une teneur en NH3 trop élevée, a été épuré, jusqu'à obtention d'une teneur finale de 0,02 g/m3, dans le laveur (3), à l'ai- de de 40 m3/h d'eau franche (eau du robinet) introduite par l'intermédiaire de la conduite (35). L'eau qui s'écoulait du fond du laveur (3), qui n'était que légèrement chargée, a été introduite dans le laveur (2) en tant qu'eau de lavage d'appoint. Les vapeurs quittant le séparateur (5) ont été refroidies à 60 C dans le condenseur (9) et de ce fait partiellement condensées. Une partie du condensat a été introduit dans le séparateur (5) en tant que reflux, et 10,5 m3/h de condensat ont été introduits, après échange de chaleur dans l'échangeur de chaleur (11), à une température d'environ 145 C, dans le séparateur (6) qui fonctionnait à une pression de 15 bars. 2,5 t/h de vapeur haute pression ont été utilisées dans le fond du séparateur (6) pour le strippage ou l'entraînement, après y avoir été introduites par l'intermédiaire de la con- duite (37). L'eau, qui était dans une large mesure débarras- sée du NH3, a quitté le séparateur (6) à une température d'environ 200 C et a été recyclée dans le fond du séparateur (5), par l'intermédiaire de la conduite (28), après échange de chaleur dans l'échangeur de chaleur (11). Les vapeurs d'ammoniac ont été soumises à condensation dans le condenseur (10), 1240 kg/h de NH3 liquide étant intro- duits, en tant que reflux, dans le séparateur (6), Comme pré- cédemment décrit, 1550 kg/h de NH3 liquide ont été recyclés dans le laveur (1). REVENDICATIONS 1.- Procédé d'élimination par lavage, notamment en plu- sieurs étages, de composants acides, tels que le Co2, le HCN et en particulier le H2S, qui entrent dans la formation des gaz, notamment des gaz de cokerie, à l'aide d'un lavage am- moniacal en circuit fermé, l'ammoniac combiné avec les com- posants acides pendant le lavage étant libéré par un proces- sus d'élimination des acides et réintroduit dans le cycle de lavage, caractérisé en ce que le condensat de NEH3 obtenu à l'étage d'élimination des acides est décomposé, dans un autre étage, en ammoniac liquide de grande pureté et en eau à fai- ble teneur en NEH3, et que l'ammoniac liquide obtenu dans cet étage est réintroduit dans au moins un étage du cycle de la- vage. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ammoniac liquide est réintroduit dans le cycle de la- vage à un débit tel que le rapport molaire entre les compo- sants acides, notamment entre le H2S et l'ammoniac soit com- pris, dans le gaz à laver, entre 1: 2,5 et 1: 3,5. 3.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, lorsque le lavage est effec- tué en trois étages, l'ammoniac liquide est introduit dans les deux premiers étages de lavage. 4.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que 60 à 90 % de la totalité du NE3 recyclé sont introduits dans le premier étage du cycle de lavage. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, lorsque le lavage du gaz est effectué en trois étages, le lavage qui a lieu dans le deuxième étage est effectué partiellement avec l'eau qui a été obtenue lors de la séparation des composants acides et de l'ammoniac d'avec le liquide de lavage, et/ou partiellement avec l'eau obtenue lors de la décomposition du condensat de NH3 et dont la teneur en ammoniac est faible. 6.- Procédé selon l'une quelconque des- revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une quantité déterminée de condensat, destinée à la production de l'ammoniac liqui- de, est débarrassée, dans un étage de dégazage, d'une partie des composants acides qui y sont présents à l'état gazeux, ceci avant d'être introduite dans le séparateur de NH3 à hau- te pression. 7.- Procédé selon la revendication-1, caractérisé en ce que le condensat de NE3 est décomposé, dans un séparateur à vapeur haute pression, en ammoniac pur à condenser et en eau contenant de faibles quantités d'ammoniac. 8.- Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, lors de la décomposition du condensat de NH3, en ammo- niac liquide de grande pureté et en eau à faible teneur en NH3, une partie de l'ammoniac liquide obtenu par condensation est réintroduite, en tant que reflux, dans le séparateur à vapeur haute pression. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que le séparateur à vapeur haute pres- sion fonctionne à une pression qui est de l'ordre de 10 à bars. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie de l'ammoniac liquide est introduite dans le gaz à épurer avant que celui-ci ne soit introduit dans le premier étage de lavage, ou simulta- nément à cette introduction.