Brevet FR2027453A1 — publié le 19700925

La présente invention concerne un procédé de traitement chimique de boues de gaz combustibles. Un problème qui prend de plus en plus d'importance et qui préoccupe considérablement les autorités chargées de la santé publique est celui de la pollution de l'air. Ce problème s'aggrave de plus en plus par les demandes toujours croissantes d'énergie aussi bien par les industriels que par les particuliers. Les gaz de carneau dégagés par des appareils qui brûlent des combustibles pour fabriquer du courant électrique contiennent divers oxydes du soufre, des cendres volantes et des poussières qui contribuent à la pollution de l'air. L'industrie de production d'électricité connaît depuis longtemps les problèmes de pollution provoqués par les gaz de carneau et les spécialistes ont consacré beaucoup de temps, de travail et d'argent pour tâcher de mettre au point une technique permettant de débarrasser les gaz de carneau des -ingrédients qui polluent l'air.Cependant la plupart des techniques préconisées se sont révélées peu pratiques en raison des frais trop importants d'installation et/ou des frais élevés de fonctionnement. Une technique réalisable, d'origine récente, pour permettre de lutter contre la pollution de l'air a été décrite dans la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne n0 C 40739 du 18 Novembre 1966 déposée par la même Demanderesse. Cette technique consiste à ajouter des additions contenant du magnésium et du calcium, par exemple de la dolomite, au four de combustion dans lequel l'addition est transformée en son oxyde. L'addition réagit en phase gazeuse avec une partie des oxydes de soufre (agents de pollution) pour former des sulfates et des sulfites de magnésium et de calcium.Les gaz de combustion, qui contiennent lladdition et les oxydes de soufre n'ayant pas réagi ainsi que les sulfates et sulfites particulaires et les cendres volantes, sont transférés du four dans un épurateur où ils sont purifiés à l'état humide avec de 11 eau. Cette épuration au mouillé a pour but d'éliminer les matières particulaires du courant gazeux tout en établissant un environnement dans lequel la réaction entre l'addition et les oxydes de soufre peut se poursuivre pratiquement jusqu a son achèvement. La boue de l'épurateur contient ainsi, à l'état solide, les sulfates, les sulfites et les cendres volantes, alors que le gaz qui sort de l'épurateur est pratiquement exempt d'agents de pollution. Alors que les produits sulfurés sont extrêmement abondants dans les-.gas de carneau provenant des appareils générateurs d'élec- tricité qui brûlent des combustibles, on manque de soufre sur le marché pour la fabrication de divers composés sulfurés. En raison du déséquilibre qui existe entre la demande pour le soufre et les possibilités de sa production, on observe depuis quelques temps une nette augmentation du prix du soufre et en conséquence, les chercheurs ont tenté de développer des procédés qui permettent la production de composés sulfurés, par exemple d'acide sulfurique, par des techniques autres que celles comportant l'emploi du soutire élémentaire. La présente invention vise à améliorer l'économie des technl- ques de##utte'contre la pollution de l'air, qui ont taist l'objet de la demande du brevet précitée de la République Fédérale d'AIle- magne. En conséquence, l'invention fournit un procédé et une instai- lation pour permettre de traiter la boue du gaz combustible provenant de l'appareil de purification de ce gaz, par exemple par le procédé mentionné plus haut, l'appareil de purification pouvant être du type travaillant à l'état humide ou du type d'épuration i l'état humide d'un gaz de carneau (installation de nettoyage de gaz brut) dans des conditions spécialement avantageuses dé a- nière à obtenir des matières utilisables dans ltindustrie, par exemple des matériaux qui conviennent pour la construction et pour -le calorifugeage > -ainsi que des oxydes gazeux de soufre permettant la fabrication de l'acide sulfurique. L'invention est basée sur la découverte assez surprenante selon laquelle le problème précité peut être résolu de façon très avantageuse. On débarrasse la boue résultante du gaz combustible de l'excès d'eau qu'elle contient, on agglomère cette boue, on la sèche sous forme de pastilles et on fritte les pastilles de sorte qu'on obtient séparément une fraction solide sous forme d'un agrd- gat léger et une fraction gazeuse sous forme d'un gaz sec contenant les oxydes de soufre, après quoi on utilise la teneur calorifique de cette fraction gazeuse sèche dans des conditions efficaces pour chauffer de l'air et obtenir ainsi l'air chaud qui permet la mise en oeuvre du présent procédé.On peut utiliser avantageusement les agrégats solides et légers provenant du frittage pour la production de blocs de construction en béton. Selon la présente invention, un procédé de traitement chimique d'une boue de gaz combustibles proven#ant d'une installation de lutte contre la pollution de 11 air, comprenant un épurateur à l'état humide du gaz de carneau pour épurer les gaz de combustion renfermant du soufre, est caractérisé par les étapes suivantes soutirer la boue du gaz combustible de l'épurateur à l'état humide du gaz de carneau, soumettre la boue ainsi séparée à un traitement préalable pour la débarrasser de l'excès de liquide et ensuite agglomérer cette boue, sécher les pastilles ainsi obtenues dans un premier four et ensuite les fritter dans un second four de sorte qu'on obtient un agrégat solide et léger et qu'en même temps on expulse les oxydes de soufre gazeux à température élevée, mettre les oxydes de soufre gazeux en contact d'échange de chaleur avec de l'air que l'on peut utiliser comme air chaud dans le premier et/ou le second four et, éventuellement, utiliser l'oxyde de soufre gazeux résultant pour la fabrication d'acide sulfurique. Egalement selon l'invention, une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus est caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif pour enlever la boue de gaz combustible de l'épura- teur à l'état humide du gaz de carneau, un dispositif pour dèbarrasser cette boue de gaz combustible de l'excès de liquide, un dispositif pour traiter cette-boue de degaz combustible après l'élimination de l'excès de liquide pour former des pastilles, un premier four pour sécher les pastilles ainsi formées, un second four pour fritter les pastilles séchées et obtenir ainsi un agrégat solide et léger et de l'oxyde de soufre gazeux ê température élevée, et enfin un échangeur de chaleur pour assurer ltéchange de chaleur entre lloxyde de soufre gazeux à température élevée formé au stade de frittage et l'air de chauffage devant être utilisé dans les fours. La figure unique du dessin est un schéma général représentant une installation de récupération chimique suivant et donnant à titre indicatif mais nullement limitatif une forme de réalisation de ltinvention. Dans la forme de réalisation représentée, des gaz de carneau provenant d'un four de combustion (non représenté) brûlant du combustible sont d'abord envoyés dans un épurateur 12 (voir flèche isba) et ensuite s'échappent dans l'atmosphère à travers une cheminée d'un modèle usuel, comme indiqué par la flèche 12b. Quand les combustibles sont des produits provenant d'un gisement (par exemple le charbon, le pétrole ou le gaz naturel) ils contiennent des composés sulfurés qui, pendant le procédé de combustion, forment des agents de pollution de l'air entraînés par le gaz d'échappement. On a déjà dit que pour débarrasser les gaz de carneau des agents sulfurés de pollution d'air, on place des additions contenant du magnésium et du calcium dans le four de combustion, dans le cadre d'un procédé de lutte contre la pollution d'air selon la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne précitée. Les additions sont calcinées dans le four et se transforment en oxydes qui réagissent partiellement avec les oxydes du soufre dans les gaz de carneau de manière à former des sulfates et des sulfites de calcium et de magnésium. Environ 30 ffi seulement du total des composés sulfurés dans les gaz de carneau réagissent avant la sortie du four de combustion.En conséquence, le passage à travers 11 épurateur par voie humide 12 est indispensable pour permettre l'achèvement de la réaction entre les composés de soufre et les additions et aussi pour débarrasser les gaz de carneau des matières particulaires. L'épurateur 12 assure l'enlèvement d'environ 99 ffi des composés du soufre ainsi qu un enlèvement notable des matières particulaires, y compris les cendres volantes, les excès d'additions et les substances inertes qui pouvaient être présentes dans l'addition brute. La matière particulaire ainsi que les sulfates et sulfites provenant de la réaction entre l'addition et l'oxyde de soufre forment une boue dans le fond de 11 épurateur 12 et les spécialistes se sont toujours heurtés au problème d'évacuation d'une telle boue sans compromettre 11 efficacité du système de lutte contre la pollution d'air. Le procédé de récupération chimique qui fait l'objet de l'invention a justement pour but d'améliorer les facteurs éco- nomiques de ce système de lutte contre la pollution d'air, tout en réduisant les problèmes d'évacuation associés. Après traitmment dans l'épurateur par voie humide 12, on dirige la boue dans un clarificateur ou cuve de décantation 14 dans lequel les sulfates et sulfites insolubles et les autres matières particulaires de la boue peuvent se déposer. Etant donné que la matière particulaire dans le clarificateur contient encore une portion importante de liquide, on envoie le matériau dans un filtre à vide 16 d'une construction connue, dans lequel une quantité supplémentaire de liquide est éliminée par l'action du vide ; un tourteau de filtrage qui contient du sulfate de calcium, du sulfate de magnésium et des cendres volantes est ainsi formé.Le liquide provenant du clarificateur et du filtre sous vide peut être traité pour récupérer l'oxyde de magnésium dans une installation et par un procédé de récupération chimique faisant 11 objet de la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 788.283 du 31 Décembre 1968 déposée par Harrison Clifford DAGGED?, James JONAKIN et Arthur Leroy PLUMIRY. On transfère le tourteau de filtrage (voir flèche 17) dans un appareil de pulvérisation et d'agglomération 18. Un appareil typique qui permet de pulvériser et d'agglomérer un tel tourteau de filtrage peut être par exemple l'appareil "Raymond pulverizer" ou l'appareil "California Pellet Mils" Les pastilles ainsi formées sont transférées dans un four de conditionnement 20 comportant un brûleur 22. Dans ce four 20, les pastilles sont traitées par un chauffage à une température d'environ 8700C afin d'éliminer aussi bien l'humidité superficielle que l'humidité incorporée. On transfère ensuite les pastilles sèches dans un four de frittage 24 muni d'un brûleur 26.Dans ce four 24, les pastilles sont frittées à une température d'environ 11500C dé sorte que les sulfates et les sulfites de calcium et de magnésium sont décomposés et dégagent des oxydes sulfuriques gazeux (principalement S02) tout en formant un agrégat léger. Les gaz d'échappement du faur de conditionnement 20 sont évacués vers l'atmosphère comme indiqué par la flèche 20a. Le fait d'utiliser un four de conditionnement 20 et un four de frittage-24, séparés dans chacun desquels le produit est soumis à une combustion, permet d'obtenir un gaz relativement Sec présentant une forte concentration en SO, (le trajet de ce S02# gazeux étant indiqué par les flèches 24a et 28a)#. L'agrégat léger est soutiré (voir flèche 24b) et on peut l'utiliser-dans dansla construction des blocs de maçonnerie ou d'autres matériaux en béton. On peut également utiliser un four de refroidissement (non représenté) pour récupérer la chaleur de lta- grégat, ce qui augmente encore le rendement économique de l'instal- lation. L'oxyde de soufre gazeux traverse un appareil de chauffage d'air 28, en rapport d'échange de chaleur avec l'air admis (flèche 28b), cet air pouvant servir à chauffer le four 20, le four 24 ou ces deux fours simultanément. Le gaz contenant dé l'oxyde de sou- fre est envoyé ensuite dans une installation de fabrication d'acide sulfurique 30 dans laquelle l'acide sulfurique peut être formé par le procédé de contact ou par un autre procédé connu (la flèche 30a indiquant le soutirage d'acide sulfurique alors que la flèche 30b indique l'évacuation des gaz CQ2 et N2). Il ressort de ce qui précède que l'installation de récupéra tion chimique de la présente invention permet d'améliorer notablement les programmes de lutte contre la pollution d'air dans lesquels on utilise des additions contenant du magnésium et du calcium dans le four ainsi qu'un épurateur de gaz à ltétat humide avec vacuation par une cheminée. Les oxydes de soufre ainsi récupérés sont utilisés de façon rentable car ils constituent une source ga# zeuse d'oxydes de soufre pour la fabrication d'acide sulfurique. Du fait que le conditionnement de la boue se fait en deux stades de chauffage séparés, on obtient un gaz relativement sec riche en S02 pour alimenter l'usine de fabrication de l'écide sulfurique. Ie problème de l'évacuation des boues est également réduit grâce à la récupération de 11 agrégat léger que lton peut vendre à des entreprises de construction. Il va de soi que la présente invention a été décrite et représentée à titre d'exemple préférentiel explicatif, mais nullement limitatif, et que l'on pourra introduire toute équivalence dans ses éléments constitutifs sans sortir de son cadre défini par les revendications annexées. REVENDICAtIONS 1. Procédé de traitement chimique d'une boue de gaz combustibles provenant d'une installation de lutte contre la pollution de l'air, comprenant un épurateur à 11 état humide du gaz de carneau pour épurer les gaz de combustion renfermant du soufre, caractérisé par les étapes suivantes : soutirer la boue du gaz combustible de l'épurateur à l'état humide du gaz de carneau, soumettre la boue ainsi séparée à un traitement préalable pour la débarrasser de l'excès de liquide et ensuite agglomérer cette boue, sécher les pastilles ainsi obtenues dans un premier four et ensuite les fritter dans un second four de sorte qu'on obtient un agrégat solide et léger et qu'en même temps on expulse les oxydes de soufre gazeux à température élevée, mettre les oxydes de soufre gazeux en contact d'échange de chaleur avec de l'air que l'on peut utiliser comme air chaud dans le premier et/ou le second four, et éventuellement, utiliser l'oxyde de soufre gazeux résultant pour la fabrication d'acide sulfurique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on commence par clarifier la boue ainsi séparée de gaz combustibles pour la débarrasser de l'excès de liquide et ensuite on filtre cette boue sous vide. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'on pulvérise d'abord la boue ainsi débarrassée de l'excès de liquide et qu'ensuite on agglomère ce produit pour former des pastilles. 4. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend un dispositif pour enlever la boue de gaz combustible de 11 épurateur à 11 état humide du gaz de carneau, un dispositif pour débarrasser cette boue de gaz combustible de l'excès de liquide, un dispositif pour traiter cette boue de gaz combustible après l'élimination de 11 excès de liquide pour former des pastilles, un premier four pour sécher les pastilles ainsi formées, un second four pour fritter les pastilles séchées et obtenir ainsi un agrégat solide et léger et de l'oxyde de soufre gazeux à température élevée, et enfin un échangeur de chaleur pour assurer l'échange de chaleur entre l'oxyde de soufre gazeux à température élevée formé au stade de frittage et l'air de chauffage devant être utilisé dans les fours. 5. Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif d1enlèvement d'excès de liquide comprend un clarificateur, ainsi qu'un filtre sous vide et que le dispositif pour former des pastilles à partir de la boue débarrassée de l'ex- cès de liquide comprend un appareil de pulvérisation.