Brevet FR2148633A1 — publié le 19730323

L'invention est relative, d'une manière générale, à la technique d'épuration des gaz et plus particulièrement à la lutte contre la pollution de l'environnement par élimination d'un ou plusieurs gaz et de particules hors d'un gaz à purifier, par eten- pie pour l'élimination des substances polluantes contenues dans les gaz de fumées. Un procédé actuellement connu et utilisé couramment pour l'é- puration de gaz industriels utilise une tour à garnissage, dans laquelle un liquide qui absorbe les substances polluantes s'écoule vers le bas à travers une couche de matériau de garnissage, tandis que le gaz pollué s'écoule vers le haut à travers le matériau de garnissage humide. Le garnissage assure une distribution uniforme du liquide et du gaz pour fournir ainsi une très grande surface d'interface liquide/gaz. Les divers composants chimiques à éliminer du gaz sont fixés par le liquide lorsque le gaz et le liquide traversent en sens inverse les matériaux de garnissage. On a montré que le volume de matériau de garnissage nécessaire est fonction de la masse de substance polluante absorbée (N), de la surface par unité de volume du matériau de garnissage (a), du coefficient de transfert de masse p, l'équation Vol = N a Kg In P p Les hypothèses implicitement faites dans cette relation sont que le transfert de masse du gaz au liquide est commandé par la résistance au transfert de masse de l'écoulement gazeux et que la concentration des substances chimiques à éliminer et la chute de pression à l'intérieur du matériau de garnissage sont suffisamment faibles pour ne pas influencer la pression partielle d'équilibre à la sortie de la couche de matériau de garnissage. Les épurateurs de gaz du type à couches de garnissage conviennent dans certains cas, mais il est évident que pour l'élimination de nombreuses substances chimiques constituant des produits de valeur ou présentant des risques de pollution, le volume du matériau de garnissage devient prohibitif. En outre, si on utilise une couche compacte de matériau de garnissage, la chute de pression à travers ce matériau augmente et, dans le cas de systèmes de très grands volumes, le poids du matériau de garnissage présente un risque pour l'intégrité de la structure de la couche de matériau de garnissage. Pour d'autres genres de gaz à nettoyer et à épurer, on a utilisé divers modes de réalisation de pulvérisation par eau ou par eau et huile, y compris par une mousse d'eau et d'huile portée par de l'eau. Ce dernier procédé est décrit dans le brevet américain n0 1.959.945 de Bowman (1934). Des dispositifs épurateurs du type à pulvérisation sont décrits dans les brevets américains n0 303700401 de Lucas et ai (1968), n0 3.492.789 de Jueng (1970) et n 3.522.692 de Brookman et ai (1970). Un but de l'invention est de fournir des moyens et un procédé pour éliminer des substances polluantes d'un courant de gaz, qui ne présentent pas ces difficultés et d'autres difficultés et in convenients de la technique antérieure. Un autre but de l'invention est de fournir des moyens et un procédé pour éliminer des composants gazeux particuliers, y compris les oxydes dfazotequicomportent un appareillage, qui puisse être relativement compact, léger, assure des chutes de pression relativement faibles et/ou soit efficace pour l'élimination de composants gazeux particuliers On a découvert que des mousses liquides pouvaient etre utilisées pour produire de grandes surfaces de contact d'un liquide avec un gaz contenant des composants à éliminer, ce qui permet de réduire la masse de liquide nécessaire tout en présentant un rendement élevé. L'appareillage peut comporter un écran pour supporter une mince couche de liquide qui contient un ou plusieurs agents destinés à faire mousser le liquide et à absorber certains composants chimiques particuliers du gaz.Un tel appareillage est relativement léger et exerce une faible chute de pression dans le système. Le gaz à épurer est emprisonné dans les bulles de mousse où les composants chimiques particuliers à éliminer peuvent réa zir avec l'agent absorbant ou, dans le cas de particules, être enareloppés par le liquide La mousse finalement va s'effondrer en libérant le gaz épuré ou nettoyé, tandis que le liquide portant les composants éliminés peut etre transporté hors du dispositif, éventuellement pour un traitement ultérieur. L'invention est expliquée plus en détail ci-après, à l'aide de deux de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement un dispositif épura teur de gaz conforme à l'invention, et - la figure 2 représente une variante du dispositif de la figure 1. Le dispositif épurateur à mousse 10, représenté sur la figure 1, comporte un conduit continu comprenant une entrée Il pour l'admission du gaz contenant les composants à éliminer, et une sortie 12 d'où sort le gaz traité. Entre l'entrée Il et la sortie 12 est monté un écran 13, supportant un liquide, qui peut être constitué par des brins métalliques tissés, par un métal perforé, une étoffe par exemple de coton ou un matériau analogue. Un réservoir 14 est prévu pour contenir un liquide épurateur 15, par exemple de l'eau ou une solution aqueuse, qui est introduit jusque sur l'écran 13 à travers un tube d'alimentation 16. Il est nécessaire de mélanger le liquide avec un agent moussant 17 pour permettre un nettoyage plus rapide du gaz, indiqué par les flèches 18, afin de créer une mousse lorsque le gaz traverse l'écran 13. L'agent moussant 17, ou agent tensio-actif, peut être pris parmi de nombreux produits parmi lesquels on peut citer des détergents, des polymères et des protéines. La connaissance de la technique des mousses date déjà de nombreuses années et a été utilisée ces dernières années dans les techniques de lutte contre l'incendie. La connaissance de la production des mousses implique celle des interactions entre les propriétés chimiques superficielles et les forces mécaniques présentes au sein de la mousse tendant à assurer sa cohésion ou son effondrement. Le type d'agent moussant, sa concentration, le rapport d'expansion de la mousse, la contrainte maximale de cisaillement et les composants du gaz sont tous variables dans la production des mousses et dans la pratique ces diverses variables doivent être déterminées empiriquement pour chaque application particulière. Un type répandu d'agent moussant à base de protéine est constitué par un hydrolysat de protéine réalisé à partir de matières telles que de la farine de sabots ou de cornes d'animaux, de soja ou de sang d'animal. Un agent moussant de ce type dans un solvant à base d'eau fournit aussi des propriétés absorbantes élevées #et est capable de former des complexes avec l'oxyde nitrique (NO) et le monoxyde de carbone (CO). Dans certaines applications le fait que de tels agents combinent à la fois les fonctions de formation de mousse et d'adsorption peut ne pas permet tre de régler suffisamment bien les émissions dans le temps du gaz épuré et les limitations dans l'espace, qui sont pratiquement admissibles. Un agent moussant du type détergent agit uniquement comme agent tensio-actif. Dans ces conditions, la stabilité de la mousse ou la durée de vie des bulles peut être réglée indépendamment de l'absorption de gaz. Lorsqu'on utilise l'eau comme solvant liquide primaire, l'agent moussant détergent peut être constitué simplement par l'une des lessives détergentes domestiques. On a découvert aussi que le polyoxyéthylène sorbitane monolaurate est un agent moussant du type détergent très intéressant. Les agents moussants polymères sont également connus et peuvent être utilisés. Parmi les divers agents moussants disponibles, chacun présente des propriétés qui peuvent le faire préférer à d'autres. Par exemple certains agents moussants fournissent une grande stabilité de mousse à température élevée. La compatibilité de l'agent moussant et des substances polluantes intéressées doit également être prise en considération. L'agent moussant particulier choisi est fonction nécessairement de l'application d'épuration particulière considérée. L'élimination de substances polluantes gazeuses peut etre réglée par l'addition d'un agent absorbant 20 au liquide épurateur 15. L'agent absorbant sert à éliminer les substances polluantes gazeuses considérées. Le procédé d'élimination peut résulter d'une réaction chimique, de la formation de complexes, avec les composants à éliminer, ou du phénomène physique d'adsorption pour former une substance entrainée par le liquide.Pour l'absorption de l'oxyde nitrique on peut utiliser des solutions aqueuses de Fe S04 et de Fe 012. L'addition de faibles quantités de H2S04 empêche l'oxydation des sels ferreux et fournit aussi un faible pH, limitant l'adsorption de 002. Pour former des complexes avec GO on peut utiliser les composés halogénés tels que Fe(CO)5X2, Fe(CO)4X2 et Fe(CO)2X2, formules dans lesquelles X représente Cl, Br ou I. En séparant les fonctions de formation de mousse et d'absorption, on dispose d'une plus grande liberté pour le réglage des émissions de gaz épuré, Dans le cas des agents à base de protéines, on estime que les substances polluantes se combinent avec les molécules trouvées dans la structure des bulles.Dans le cas où on utilise des agents moussants et absorbants séparés, on estime que les bulles de mousse ont une structure ~ couche monomoléculaire et que les substances polluantes considérées passent entre les molécules des bulles pour former un complexe avec les compsscs d'agent abscr- bant présent dans les interstices de la mousse. En revenant à la figure 1, on peut rembarquer que l'écran 13 peut être incliné pour permettre au liquide épurateur 15 de s'écouler sur tout l'écran et de le mouiller complètement, ou horizontal, une couche de liquide recouvrant alors l'écran. Les gaz transportant les substances polluantes stélCvert a travers l'e- cran 13 et forment une mousse 19 qui est crsse dan une première chambre 21 et la remplit et remplit ensuite ure seccnde chambre 22 ou chambre de dépôt 22.Le temps de séjour ru gaz dans la mousse est le temps écoulé depuis l'instant de Krcauction de la mousse, sur l'écran, jusqu'à l'instant où la mousse s'effondre, ce qui se produit à la surface supérieure ou au voisinage de la surface supérieure 23 de la mousse. L'util satioi d'une double chambre assure un trajet relativement long pour de longs tem de séjour, tout en fournissant encore un appareillage compact. Elle permet aussi d'évacuer le liquide portant les substances polluantes sans que ce liquide traverse toute la longueur de la mousse. Enfin, pour compléter cet exposé, lorsque la mousse s'effondre le gaz épuré est libéré et s'écoule dans une cheminée d'échappement ou en direction d'un autre étage épurateur. Les gaz épurés ont été indiqués en 24. Lorsque la mousse s'effondre, le liquide lité s'écoule vers le bas à travers les interstices de la mousse et s'accumule au fond 25 de la chambre de dépôt 22. Le liquide portant les substances polluantes peut ensuite être enlevé par une canalisaticn d'évacuation 26 suivie d'un étage d'extraction 27 pour fournir un liquide épurateur propre 28 et un sous-produit 30, par exemple NO concentré. Le liquide propre peut être renvoyé au réservoir 15. L'étage d'extraction est construit et exploité suivant des techniques bien connues des spécialistes. Par exemple l'oxyde nitrique peut être séparé par voie thermique du liquide épurateur. Une chambre de séparation 22 séparée peut n'être pas nécessaire lorsqu'un court temps de séjour du gaz dans les bulles est suffisant pour assurer l'absorption désirée. Dans ce cas l'écran incliné 13 peut servir aussi à collecter le liquide pour son enlèvement. Un écran disposé verticalement est admissible pour la production de la mousse et l'évacuation du liquide au fond d'un épurateur à une seule chambre, c'est-à-dire que les gaz sont introduits horizontalement. Une caractéristique supplémentaire, représentée sur la figure 1, est l'utilisation d'une soufflante d'échappement 31 qui peut être prévue pour fournir la chute de pression désirée à travers le système. Il y a lieu de noter également que le procédé et l'épurateur à mousse du type décrit ci-dessus permettent-en outre d'enlever des particules de matière d'un courant de gaz par les actions de mouillage et d'enveloppement mises en jeu. Certaines particules, telles que les aérosols, sont particulièrement difficile à éliminer par les épurateurs classiques à pulvérisation d'eau. Dans ces -sonditions l'invention est avantageuse. La figure 2 représente une variante de réalisation de l'invention qui vient d'être décrite à l'aide de la figure 1, dans laquelle les éléments analogues ont été désignés par les memes références numériques. Comme on le voit elle comporte trois étages épurateurs. L'écran 13 de chaque étage se présente sous la forme de deux éléments coniques alignés axialement et réunis à leur sommet par un agent de transfert de liquide 32 tel que de la mèche de coton. D'une manière analogue, la base de chaque écran conique est en contact avec un agent de transfert de liquide 33, de forme annulaire. A la partie supérieure de l'ensemble épurateur, un répartiteur de liquide 34 amène le liquide épurateur 15 à l'agent de transfert de liquide 33 qui à son tour mouille l'élément d'écran conique situé le plus en dessus.Le liquide continue à s'écouler vers le bas en mouillant chacun des écrans coniques jusqu'à se qu il atteigne un collecteur d'évacuation 35. Corme dans le cas de la figure 1, les gaz qui s'écoulent vers le haut e travers l'écran produisent une mousse dans laquelle sont -mpl-isonnés les gaz po31u-s= Lors de l'effondrement de la mousse, les gaz épurés sont libérés et le liquide portant les substances polluantes tombe vers le bas à travers les interstices de la mousse et le long des parois de la structure épuratrice, jusqu'à ce qu'il atteigne le collecteur d'évacuation 35. Le liquide est traité comme on l'a expliqué plus haut et le liquide traité peut être ramené au répartiteur d'entrée 34 à travers la canalisation 28, la pompe 36 et le réservoir 14. La demanderesse a effectué des essais, encore en cours, mettant en oeuvre les caractéristiques de l'invention. Dans une de ces séries d'essais on a utilisé un gaz pollué composé d'azote et de 0,14+ 0,003% d'oxyde nitrique. Le liquide épurateur était de l'eau contenant, sous une concentration de 6, une protéine hydrolysée telle qu'on en utilise dans les appareils de lutte contre l1incendie. Une mousse a été produite et l'analyse au spectromètre de masse du gaz libéré a montré que 80 à 85% de NO avaient été éliminés.D'autres expériences avec des concentrations initiales de O, 042 et 0,324% de NO dans de l'azote ont permis une réduction de 95% des concentrations en NO par traitement à la mousse dans une solution aqueuse saturée de sulfate ferreux contenant un détergent. L'épurateur à mousse et le procédé d'élimination de composants chimiques sélectionnés contenus dans des gaz a été décrit ici dans son application à la lutte contre la pollution atmosphérique qui constitue un problème de plus en plus important. Il convient particulièrement pour l'élimination de l'oxyde nitrique des gaz de fumées avant que celui-ci risque de réagir avec l'oxygène de l'air pour former du dioxyde d'azote, toxique, qui constitue un composant des brouillards et un agent de formation de l'ozone. Comme on l'a mentionné, d'autres substances polluantes peuvent etre éliminées de cette manière. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation, de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé pour éliminer d'un gaz des composants chimiques particuliers, caractérisé en ce qu'il comporte les phases opératoires successives suivantes : on prépare un mélange épurateur liquide combinant un agent moussant et un liquide épurateur; on mouille un écran poreux au gaz à l'aide d'une couche du mélange liquide précité; on fait passer le gaz portant les composants à éliminer à travers l'écran mouillé afin de produire une mousse dans laquelle le gaz se trouve emprisonné; et on évacue le liquide portant les composants à éliminer après l'effondrement de la mousse. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' en outre on combine un agent absorbant les composants à éliminer avant de procéder au mouillage de l'écran poreux au gaz. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent moussant présente en outre la propriété d'agir comme agent absorbant des composants à éliminer. 4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu' en outre on choisit l'agent absorbant de manière qu'il forme des complexes avec un composant à éliminer présélectionné, et l'agent moussant pour assurer un temps de séjour du gaz dans la mousse admissible pour permettre cette formation de complexes. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la production de la mousse dans une première chambre et le déplacement de la mousse dans une chambre de dépôt avant l'effondrement de la mousse, dans laquelle chambre peut être effectuée la phase d'évacuation du liquide contenant les composants à éliminer. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte en outre le traitement du liquide évacué pour en extraire les composants à éliminer. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre la combinaison du liquide traité avec le liquide épurateur 8. Epurateur à mousse pour l'élimination d'un gaz de composants chimiques particuliers, caractérisé en ce qu'il comporte, en combinaison a) un écran présentant une porosité choisie de manière qu'il puisse être traversé par le gaz et qu'il puisse en outre supporter une couche d'un mélange épurateur liquide disposé par dessus;; b) des moyens associés à l'écran pour monter celui-ci transversalement sur le trajet d'écoulement du gaz et c) des moyens répartiteurs d fluide, rommu#i##ant avec l e- cran, pour appliquer sur celui-ci un mélange épurateur liquide, de manière qu'un gaz traversant l'écran ainsi mouillé produise une mousse dans laquelle se trouve emprisonné le gaz portant les composants à éliminer. 9. Epurateur à mousse selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une première chambre située en aval de l'écran et communiquant avec celui-ci pour collecter la mousse produite. 10. Epurateur à mousse selon la revondic:a#-ion 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens d'éva uation associés à cette première chambre pour collecter le liquide épurateur après l'effondrement de la mousse. 11. Epurateur à mousse selon la revendica--lon 10, caractériXé en ce qu'il comporte en outre: une seconde crambre en co#mun1ca- tion avec la première chambre et présentant une paroi inférieure décalée par rapport à l'écran et comportant une ouverture à son extrémité supérieure pour l'émission d'un gaz épuré après l'ef- fondrement de la mousse à l'intérieur de la seconde chambre; les moyens d'évacuation précités étant associés à cette seconde chambre. 12. Epurateur à mousse selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: un dispositif d'extraction pour traiter le liquide portant la substance polluante afin de fournir un liquide pratiquement épuré et un sous-produit contenant les composants absorbés sélectivement; et des moyens de transfert reliant les moyens d'extraction et les moyens d'évacuation pour transporter le liquide collecté au dispositif d'extraction. 13. Epurateur à mousse selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de remise en circulation montés entre le dispositif d'extraction et l'écran, de manière à réutiliser le liquide traité. 14. Epurateur à mousse selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'il comporte en outre: une seconde chambre, décalée par rapport à la première chambre et en communication avec celle-ci, et présentant une ouverture à son extrémité supérieure pour l'émission du gaz épuré après l'effondrement de la mousse à l'intérieur de la seconde chambre; les moyens d'évacuation précités étant associés à la seconde chambre afin que la mousse produite dans la première chambre puisse s'écouler dans la seconde chambre avant l'effondrement de la mousse de manière que la production de la mousse soit effectuée dans la première chambre et l'évacuation du liquide portant les composants à éliminer soit effectuée dans la seconde chambre.