Brevet FR2157949A1 — publié le 19730608

La présente invention concerne d'une manière générale l'absorp- tion de gas par des liquides et plus spécialement l'élimination des gaz, en particulier corrosifs, caustiques ou toxiques, présents dans les canaux de sortie de l'air des installations de traitement chimique. Il est connu, d'après la revue nChemical Engineering Progre~s", 1964, p. 100/103 de lettre en oeuvre une pompe d'éjection fonctionnant avec du liquide absorbant, c'est-à-dire un appareil dé- nommé "venturi scrubber" -(épurateur à venturi} pour la séparation des gaz nocifs. Les caractéristiques de fonctionnement de cette pompe d'éjection sont en outre choisies de manière à obtenir, au lieu du débit maximal, l'absorption optimale des gaz à séparer. En ce qui concerne les processus d'échange de matière et dd'ab- sorption et les moyens techniques nécessaires pour leur mise en oeuvre, la notion d'unit de transfert normalisée (Normal Transfer Unit) ou UTN a été adoptée dans plusieurs pays.La relation entre le taux d'absorp#i#n A et l'unité de transfert normalisée UTN est donnée par la relation - UTN A = 1- e (1) Avec le mode de mise en oeuvre connu sus-mentionné d'une pompe d'éjection, ou pompe â jet, en vue de l'absorption des gaz nocifs, on a atteint une efficacité entre 2 et 4 unités de transfert nor malaisé. Lors de la mise en oeuvre de ladite installation connue en vue de l'absorption de vapeurs d'acide chlorhydrique, les concentrations à l'entrée étaient relativement élevées. Par comparaison avec d'autres concentrations moyennes mesurées dans des mélanges de gaz et d'air sortants, on se trouvait par conséquent dans des conditions relativement favorables.La bonne solubilité de l'acide chlorhydrique gazeux dans l'eau jouant le rôle d'absorbant conduisait également à une solution satisfaisante de ce problème avec une pompe à jet de liquide. Cependant, d'après les données publiées, avec l'installation d'absorption connue, on n'atteignait qu'un taux d'absorption maximal ne dépassant pas 95 1#,b environ. Par contre, la présente invention a pour objet de réaliser la purification des gaz résiduaires pour une installation de production avec un appareillage de mise en circulation à injecteurs de structure particulière, dans laquelle le mélange de gaz et d'air sortants est constitué par un mélange hétérogène de gaz et de vapeurs nocifs, à une concentration en volume entre 0,1 et 50 %, qui doit #tre raien#ensuite à des concentrations finales de 0,00015 à 0,2 % en tollçme, c'est-à-dire avec un taux d'absorption compris entre plus de 98 so et environ 99,8 ~ On exige en outre de l'installation améliorée qu'elle absorbe bien également les constituants nocifs sous forme de brouillard et que, en ce qui concerne la capacité d'absorption, elle soit nettement plus souple que l'installation connue pour garantir éventuellement, dans le cas du branchement additionnel temporaire du collecteur des gaz résiduaires provenant d'une autre installation de production, encore un taux d'absorption satisfaisant. Ce problème posé est résolu selon l'invention du fait que l'air sortant à purifier est mis en circulation par deux ou plusieurs injecteurs branchés en tandem sur le parcours des gaz et fonctionnant avec un liquide laveur ou un liquide absorbant. Un ensemble pour la lise en oeuvre de ce procédé est de plus réalisé,selon 1 'invention, dé telle manière qu'au moins deux pompes à jet branchues en tandem soient réunies entre elles par un tube et que la pompe à jet branchée le plus en aval soit placée par l'intermédiaire d'un autre tube juste au-dessus d'un récipient séparateur pour le liquide de lavage. Selon une autre caractéristique de l'invention, on fait décrire au liquide laveur ou absorbant, en passant par un-récipient séparateur fermé avec niveau du liquide maintenu constant, par circulation forcée, un circuit fermé et on introduit la quantité de liquide laveur destinée à titre consommée en service dans la conduite d'aspiration de l'appareillage de mise en circulation. Pour le réglage optimal de l'absorption/ un appareil de mesure est intercalé, en vue de régler le potentiel redox du liquide de lavage, dans le tube reliant la pompe à jet la plus en aval au récipient séparateur. La figure 1 représente le progrès technique réalisé selon l'invention, sous forme d'un nomogramme sur lequel on a porté, à gauche, la concentration à l'entrée des gaz et des vapeurs nocifs dans le mélange de gaz et d'air sortant à purifier à l'aide de l'appareil de mise en circulation à injecteur(s). Le rendement de l'installation de purification connue réalisée avec une seule pompe à jet de mise en circulation est représenté sur ce nomogramme par les droites a et a'. La figure 2 représente le rendement d'injection t pour une installation de mise en circulation par jet comportant un ou plusieurs jets.La courbe Yla présente un maximum net qui doit #tre consiuéré comme le point de fonctionnement le plus favorable pour un débit maximal. bn ce qui concerne l'emploi d'injecteurs pour l'absorption des gaz et des vapeurs nocifs contenus uans les mélanges de gaz et d'air sortants, il faut pourtant s'efforcer d'obtenir le taux a'absorption optimal. Il est connu qu'un montage en tandem de pompes à jet réduit le débit (voir courte rtb de la figure 2).Lors de la solution au problème à la base de la présente invention, on a eu la surprise d'obtenir qu'avec des pompes à jet montées en tandem et raccordées par des tubes a#uitionnels, et nonobstant la diminution du déDit ri, ,on atteint un taux d'absorption sensiblement supérieur. Le nomogramme de la figure 1, la pente des droites b, b' et b" pour trois régimes ae fonctionnement différents, met en évidence clairement l'augmentation considérable de la capacité d'absorption d'un appareillage destiné à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. La figure la représente sous forme tabulaire la relation 1 indiquée ci-dessus entre le taux d'absorption A et l'unité de transfert normalisée, sans dimensions, UTN dans l'intervalle compris entre 1 et 10 UTN, c'est-à-dire pour des taux d'absorption compris entre environ 63 ~ et 99,9 ffi . Sur la figure 1, les droites b, b, et b" correspondent à environ 4 à 7 UTN contre seulement 2 à 4 UTN pour les droites a et a'. La figure 3 représente schématiquement un exemple de réalisation d'un appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le dispositif séparateur est raccordé à un ou plusieurs circuits de production dans lesquels se forment des gaz ou vapeurs nocifs, par l'intermédiaire au canal collecteur 1 pour l'air sortant à purifier. La première pompe à jet 2 est raccordée du c#té aspiration directement au canal collecteur I et est alimentée par le liquide absorbant ou laveur servant d'agent moteur mis en circulation par une pompe j. Le tuyau de sortie de la première pompe à jet 2 est raccordé par un tube 4 à la pompe à jet 5 branchée en aval qui est raccordée du coté agent moteur également à la conduite de refoulement 6 de la pompe 3 qui met en mouvement le liquide absorbant. Un autre tube 7 est raccordé au tube de sortie de la pompe à jet 5 branchée à la suite; avec ce tube ltensemble des deux pompes à jet 2 et 5 branchées en tandem est mis en place directement au-dessus du récipient séparateur 8. Ce récipient sépa- rateur comporte un revêtement résistant à la corrosion, constitué as préférence par des plaques de polychiorure de vinyle et con tient au-dessus au niveau du liquide laveur maintenu constant par son trop-plein 9, quelques chicanes 10 qui empêchent toute liaison directe entre les raccords du tube 7 et la conduite a'air sortant Il aébouchant au-dessus du toit. Le liquide absorbant ou laveur non encore utilisé est introduit directement par le coté aspira tion tans la pompe 3.Une quantité d'eau prédéterminée est intro duite directement ou continuellement dans le récipient séparateur 8, 1l'eau en excès sortant par le trop-plein 9 étant évacuée. Une caractéristique de débit mesuré avec des tubes de diamètre nominal 350 nun et deux pompes à jet branchées en tandem - dénommés injecteurs valables pour le procédé selon l'invention - est désignée sur la figure 2 par la lettre y. Les distances x entre les deux injecteurs ou l'injecteur 5- en aval et le récipient 8 l'absorption atteignent chacune dans ces conditions 6 m. Les gicleurs propulsifs des injecteurs 2 et 5 sont alimentés en liquide laveur sous une pression correspondant à une colonne de liquide de 90 m.Cette pression relativement élevée de l'agent moteur ainsi que la présence des deux tubes branchés en tandem, d'environ 12 m au total conduisent certes à une installation de mise en circulation par pompe à jet peu rationnelle du point de vue physique, à savoir avec un débit réduit, par contre, grâce à cette disposition, l'échange de matière et l'absorption des gaz et vapeurs aspirés par le liquide de lavage sont sensiblement améliorés.D'une manière générale, le taux d'absorption d'un injecteur augmente avec la quantité de mouvement du jet, ctest-à-dire avec la perte d'énergie par choc, ainsi qu'avec l'augmentation de la durée de séjour, l'augmentation de la hauteur de chute et finalement du fait de l'augmentation de la turbulence qui peut titre créée par exemple par la mise en place de chicanes ou dtobjets intercalés sur le parcours ou par des garnitures ae corps de remplissage - par conséquent, d'une manière très générale, avec un mauvais rendement phy situe # . Pour la mise en place d'une garniture de corps de rem- plissage 12, on prend spécialement en considération le tube 7 branché en aval de la pompe à jet 5.Pour des applications particulières, on peut, au lieu d'une installation constituée par deux pompes a jet 2 et 5 pour la mise en oeuvre du procédé selon l'inven- tlonlégalement utiliser une installation à trois pompes à jet traçées en série en nérle cependant que les dimensions des divers tubes varier avec ou sans garniturede corps de remplissage, entre environ 2 et 7m de long et que les pressions du liquide de lavage aux gicleurs propulsifs des pompes à jet peuvent varier entre des valeurs correspondant à des colonnes de liquide mesurant entre 40 et 100 m de hauteur. L'exemple ci-après permettra de mieux comprenure l'invention Exemple Chaque liquide laveur ou absorbant à mettre en oeuvre pour l'ins- taliation ayant les dimensions mentionnées ci-dessus est prélevé dans un réservoir d'alimentation placé à environ 10 m au-dessus du récipient séparateur 8. Lors de la mise en oeuvre ae sulfite de sodium (Na2S03) comme constituant du liquide laveur, ce sel est dilué pour éviter toute cristallisation aans le système, jusqu'à une concentration ccmprise entre 12 et 15%. Le dosage de ce liquide laveur était effectue par exernple en utilisant un dispositif 14 de réglage du potentiel redox. L'appareil de mesure 13 correspondant est mis en place dans le tube 7 placé en aval de la pompe à jet 5. Pour optimaliser encore le taux d'absorption, on peut ajouter au sulfite de sodium employé une quantité prédéterminée d'une lessive de soude et prévoir dans ce but un dispositif additionnel 15 de réglage du pH. L'installation décrite ci-dessus comportant deux pompes à jet à tubes de diamètre nominal 350mm a été essayé en aval d'un circuit de production d'ou l'on devait évacuer une quantité d'air sortant de 5000 à 6000 m /h. Cette quantité d'air sortant contient, en moyenne, les constituants nocifs ci-après à absorber. HCL C,01 - 100 g/m3 d'air sortant C12 0,01 - 100 g/m3 HBr 0,01 - 50 g/m n Br2 C,01 - 30 g/m3 n #2 0,05 - 30 g/m3 t' IXG sPoradique SO3 0,1 à 10 g/m après lavage préliminaire (avant le lavage préliminaire jusqu'à 700 g/m3) h2S sporadique et à l'état de traces NH3 jusqu'à 2G gJm), à l'état ae traces après lavage préliminai- re (jusqu'à 700 g/m avant le lavage préliminaire). On fait circuler o5 m /h de solution de NaSO3 + NaOH servant ae liquiae laveur, en circuit fermé, par les deux pompes à jet. i > e plus, on introduisait dans le récipient séparateur 10 m3 d'eau à l'heure. tour une valeur déterminez empiriquement du potentiel RH égal a -2bC mV, le taux d'ar,scrption optimal pour le mélange nétérogene est compris, indépendamment du débit du gaz et de la concentration, entre 98 et 99,8 ;o environ. Iù!aWENDlGATI0NS 1 - Procédé de séparation de gaz corrosifs, caustiques ou toxiques de mélanges de gaz et d'air sortant en aval de sections de production de produits chimiques, par la mise en oeuvre d'un ensemble de mise en circulation à pompes d'éjection, ou à jet, dont les buses propulsives sont alimentées par un liquide absorbant ou laveur, caractérisé par le fait que l'air sortant à purifier est mis en circulation par au moins deux pompes de mise en circulation montées en série sur le parcours des gaz et utilisant pour leur fonctionnement le liquide de lavage. 2 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le liquide laveur est mis en circulation en circuit fermé en passant par un récipient séparateur fermé, à niveau du liquide laveur maintenu constant, et une pompe de mise en circulation, et la quantité de liquide destinée à compenser le liquide laveur consommé est introduite dans la conduite d'aspiration de la pompe de mise en circulation. 3 - Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins deux pompes à jet montées en série par l'intermédiaire d'un tube, alimenté en liquide laveur, et dans lequel la pompe à jet placée en aval est montée avec un autre tube juste au-dessus d'un récipient séparateur. 4 - Appareil selon la revendication ), dans lequel, en vue de la régulation du potentiel redox et de la valeur du pH du liquide laveur, des appareils de mesure sont intercalés dans le tube en aval de la pompe à jet montée à la suite. 5 - Appareil selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel des couches de corps de remplissage sont mises en place dans au moins un tube dtintercommunication.