LU102149B1 - Process and equipment for gas absorption - Google Patents
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Abstract
Absorbeur de gaz et procédé d'absorption de gaz par un liquide absorbeur, caractérisé en ce qu'il consiste à faire circuler le liquide absorbeur et le gaz dans un réacteur et à générer un champ d'ondes sonores assurant ainsi un effet de cavitation intense dans le liquide absorbeur.Gas absorber and method for absorbing gas by an absorber liquid, characterized in that it consists in circulating the absorber liquid and the gas in a reactor and in generating a field of sound waves thus ensuring an intense cavitation effect in the absorber liquid.
Description
-1- LU102149 Description Titre de l’invention : Procédé et équipement pour absorption de gaz-1- LU102149 Description Title of the invention: Process and equipment for gas absorption
[0001] La présente invention concerne le domaine des équipements de génie chimique et plus particulièrement les absorbeurs de gaz.The present invention relates to the field of chemical engineering equipment and more particularly gas absorbers.
[0002] Un absorbeur de gaz est un équipement dans lequel circulent au moins deux fluides (une phase liquide et une phase gazeuse) permettant d'assurer le transfert de masse d’un milieu gazeux vers le milieux liquide.[0002] A gas absorber is equipment in which at least two fluids circulate (a liquid phase and a gaseous phase) making it possible to ensure mass transfer from a gaseous medium to the liquid medium.
[0003] L'absorbeur est généralement réalisé sous forme de colonne avec un garnissage intérieur favorisant la surface d'échange entre la phase liquide et la phase gazeuse. L'absorbeur peut être également réalisé sous forme de tubes verticaux dans lesquels la phase liquide s'écoule sous forme de film dit « tombant » et la phase gazeuse circule au centre de cet anneau de film liquide tombant, à contre ou co-courant. Lorsque le procédé d'absorption dégage de la chaleur (exothermie), l'équipement peut être équipé d’un système de refroidissement du film tombant pour assurer une meilleure performance (la température du liquide absorbeur influence le coefficient de transfert de masse du gaz vers le liquide). De l’eau de refroidissement circule alors à l'extérieur des tubes verticaux, l’énergie libérée par le phénomène d'absorption est alors transmise a travers l'épaisseur du tube de circulation comme pour un échangeur de chaleur traditionnel tel que les échangeurs tubulaires. Ces équipements sont couramment utilisés pour le traitement des gaz effluents avant relargage dans l'atmosphère ou bien lors d’opérations de concentration, de purification, de séparations de composants d’un milieu chimique complexe de plusieurs composes chimiques.[0003] The absorber is generally made in the form of a column with an interior packing that promotes the exchange surface between the liquid phase and the gaseous phase. The absorber can also be made in the form of vertical tubes in which the liquid phase flows in the form of a so-called “falling” film and the gaseous phase circulates in the center of this ring of falling liquid film, in counter or co-current. When the absorption process releases heat (exotherm), the equipment can be equipped with a falling film cooling system to ensure better performance (the temperature of the absorber liquid influences the mass transfer coefficient of the gas towards the liquid). Cooling water then circulates outside the vertical tubes, the energy released by the absorption phenomenon is then transmitted through the thickness of the circulation tube as for a traditional heat exchanger such as tubular exchangers . This equipment is commonly used for the treatment of effluent gases before release into the atmosphere or during operations of concentration, purification, separation of components of a complex chemical medium of several chemical compounds.
[0004] Classiquement, ces équipements ont des dimensions conséquentes afin de garantir une surface d'échange et de transfert de masse la plus élevée possible pour obtenir le taux d'absorption le plus élevé possible.[0004] Conventionally, this equipment has substantial dimensions in order to guarantee the highest possible exchange and mass transfer surface to obtain the highest possible absorption rate.
[0005] L'invention a pour but de réduire la taille de ces équipements et d'améliorer les performances d'absorption du gaz.The object of the invention is to reduce the size of this equipment and to improve the gas absorption performance.
[0006] L'invention a pour but d'augmenter de façon très significative la surface d'échange et le transfert de masse grace à l'application d'un champ d'ondes ultrasonores dans le milieux liquide absorbeur.The object of the invention is to very significantly increase the exchange surface and the mass transfer thanks to the application of an ultrasonic wave field in the liquid absorber medium.
[0007] Selon l’invention, on fait circuler le liquide absorbeur dans un réacteur équipé d’une sonotrode générant un champ d'ondes sonores assurant ainsi un effet de cavitation intense dans le milieu liquide. Le gaz à absorber est introduit dans le liquide absorbeur à l’aide d'un dispositif d’injection.According to the invention, the absorber liquid is circulated in a reactor equipped with a sonotrode generating a field of sound waves thus ensuring an intense cavitation effect in the liquid medium. The gas to be absorbed is introduced into the absorber liquid using an injection device.
-2- LU102149-2- LU102149
[0008] Ainsi, l'invention a d'abord pour objet un procédé d'absorption de gaz par un liquide absorbeur, caractérisé en ce qu'il consiste à faire circuler le liquide absorbeur et le gaz dans un réacteur et à générer un champ d'ondes sonores assurant ainsi un effet de cavitation intense dans le liquide absorbeur.Thus, the invention firstly relates to a process for absorbing gas by an absorbing liquid, characterized in that it consists in circulating the absorbing liquid and the gas in a reactor and in generating a field of sound waves thus ensuring an intense cavitation effect in the absorber liquid.
[0009] Le phénomène de cavitation génère dans le liquide absorbeur va dissoudre le gaz et réduire la taille des bulles de gaz à absorber à l'échelle nanométrique assurant ainsi une surface d’échange extrêmement importante.[0009] The cavitation phenomenon generated in the absorber liquid will dissolve the gas and reduce the size of the gas bubbles to be absorbed at the nanometric scale, thus ensuring an extremely large exchange surface.
[0010] L'invention a également pour objet un absorbeur de gaz, comprenant un réacteur contenant une chambre pour la circulation d’un liquide absorbeur et d’un gaz, caractérisé en ce que le réacteur est équipé d’une sonotrode générant un champ d'ondes ultrasonores dans la chambre, assurant ainsi un effet de cavitation intense dans le liquide.The invention also relates to a gas absorber, comprising a reactor containing a chamber for the circulation of an absorber liquid and a gas, characterized in that the reactor is equipped with a sonotrode generating a field of ultrasonic waves in the chamber, thus ensuring an intense cavitation effect in the liquid.
[0011] Avantageusement, I'absorbeur comprend un dispositif d'injection pour introduire le liquide absorbeur dans le réacteur.[0011] Advantageously, the absorber comprises an injection device for introducing the absorber liquid into the reactor.
[0012] La configuration de la sonde générant le champ sonore, la configuration de la chambre pour l'injection du gaz dans le liquide absorbeur dépend des propriétés thermo chimiques des composants (phase liquide absorbante et phase gazeuse). Lorsque l'absorption est exothermique la chambre est refroidit par circulation sur la paroi extérieure par un liquide refroidissant.[0012] The configuration of the probe generating the sound field, the configuration of the chamber for injecting the gas into the absorber liquid depends on the thermochemical properties of the components (absorbing liquid phase and gaseous phase). When the absorption is exothermic, the chamber is cooled by circulation on the outer wall by a cooling liquid.
[0013] De préférence, le dispositif est constitué de modules avec un nombre restreint de chambres d'absorption pour chaque module. Un module assure une certaine capacite d'absorption (de transfert de masse) et une capacite de refroidissement par débit de fluide gazeux à absorber. En fonction du débit de gaz à absorber les modules peuvent être assembles en parallèle pour atteindre la capacite souhaitée de installation.[0013] Preferably, the device consists of modules with a limited number of absorption chambers for each module. A module ensures a certain absorption capacity (of mass transfer) and a cooling capacity by flow of gaseous fluid to be absorbed. Depending on the gas flow to be absorbed, the modules can be assembled in parallel to achieve the desired installation capacity.
[0014] Chaque module est constitué d’au moins une chambre, d'une sonotrode source du champ ultrasonore, d'un dispositif d'introduction du gaz dans le liquide absorbeur, de connexions pour l'entrée et la sortie du gaz à absorber et du liquide absorbeur.[0014] Each module consists of at least one chamber, a source sonotrode of the ultrasonic field, a device for introducing gas into the absorber liquid, connections for the inlet and outlet of the gas to be absorbed and absorber liquid.
[0015] Lorsque le module assure également le refroidissement du liquide absorbeur, des moyens (notamment des connexions) assurent la circulation d'un liquide refroidisseur sont également présentent.[0015] When the module also ensures the cooling of the absorber liquid, means (in particular connections) ensure the circulation of a cooling liquid are also present.
[0016] Cette invention est particulièrement utile pour l'absorption de gaz tels que SO2, HCI, HF, HBr, Brève description des figuresThis invention is particularly useful for the absorption of gases such as SO2, HCl, HF, HBr, Brief description of the figures
[0017] L'invention sera mieux comprise à la lecture des figures annexées, qui sont fournies à titre d'exemples et ne présentent aucun caractère limitatif, dans lesquelles :The invention will be better understood on reading the appended figures, which are provided by way of examples and have no limiting character, in which:
| -3- LU102149 [Fig. 1} la figure 1 est une vue d’un module selon un premier mode de réalisation de l’invention ; [Fig. 2] la figure 2 est une vue d’un module selon un deuxième mode de réalisation de l'invention possédant un circuit de refroidissement du liquide absorbant ; [Fig. 3] la figure 3 est une vue d'un module selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Description détaillée| -3- LU102149 [Fig. 1} Figure 1 is a view of a module according to a first embodiment of the invention; [Fig. 2] Figure 2 is a view of a module according to a second embodiment of the invention having an absorbent liquid cooling circuit; [Fig. 3] Figure 3 is a view of a module according to a third embodiment of the invention. detailed description
[0018] La figure 1 est une vue d'un module 2 avec trois chambres d’absorption 8. Chaque chambre est équipée d’une sonotrode 4. Chaque sonotrode 4 est reliée à un générateur de fréquence 9. Le module 2 est coiffe d'un couvercle regroupant le flux issu de chaque chambre d'absorption 8.Figure 1 is a view of a module 2 with three absorption chambers 8. Each chamber is equipped with a sonotrode 4. Each sonotrode 4 is connected to a frequency generator 9. The module 2 is capped with a lid grouping together the flow from each absorption chamber 8.
[0019] Le module 2 est relie à sa base par un distributeur 11 qui assure l'alimentation et la distribution des flux des phases liquides et gazeuses.The module 2 is connected to its base by a distributor 11 which ensures the supply and the distribution of the flows of the liquid and gaseous phases.
[0020] Le fluide liquide absorbant entre dans le dispositif par l’orifice 7 du distributeur 11.The absorbing liquid fluid enters the device through the orifice 7 of the distributor 11.
[0021] Le fluide gazeux à absorber entre dans le dispositif par l’orifice 5 du distributeur 11. Le gaz est diffusé dans le distributeur 11 à travers un matériau poreuxThe gaseous fluid to be absorbed enters the device through the orifice 5 of the distributor 11. The gas is diffused into the distributor 11 through a porous material
10. Le flux du liquide absorbant entraine les bulles de gaz vers la sortie du module 6. Entre l'entrée et la sortie du module, le champ ultrasonique généré par les sonotrodes 4 va intensifier l’absorption du gaz dans le liquide absorbant.10. The flow of the absorbent liquid drives the gas bubbles towards the outlet of the module 6. Between the inlet and the outlet of the module, the ultrasonic field generated by the sonotrodes 4 will intensify the absorption of the gas in the absorbent liquid.
[0022] La figure 2 est une vue d’un module possédant un circuit de refroidissement du liquide absorbant.Figure 2 is a view of a module having an absorbent liquid cooling circuit.
[0023] Des canaux sont perces perpendiculairement à l’axe des chambres d'absorption. Ces canaux permettent la circulation d'un fluide caloriporteur entrant par les orifices 12 et sortant par les orifices 13.Channels are drilled perpendicular to the axis of the absorption chambers. These channels allow the circulation of a heat transfer fluid entering through the orifices 12 and exiting through the orifices 13.
[0024] Le matériau constitutif du module 2 assure la conduction thermique de l'énergie d'absorption.The constituent material of the module 2 ensures the thermal conduction of the absorption energy.
[0025] La figure 3 est une vue d’un module sur lequel les éléments générant les champs de fréquence ultrasonores sont directement transmis au liquide absorbant par la surface du module lui-même. La fréquence des amplificateurs de fréquence 3 est choisie pour s'adapter à la géométrie du module 2 et le mettre en résonnance acoustique. Ceci a pour conséquence d'entrainer la cavitation dans le liquide absorbeur circulant dans le module.Figure 3 is a view of a module on which the elements generating the ultrasonic frequency fields are directly transmitted to the absorbent liquid by the surface of the module itself. The frequency of the frequency amplifiers 3 is chosen to adapt to the geometry of the module 2 and put it in acoustic resonance. This has the consequence of causing cavitation in the absorber liquid circulating in the module.
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2020
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