Brevet FR2239274A1 — publié le 19750228

La présente invention concerne un procédé et des appareils correspondants pour le dépoussièrage. L'élimination des composants toxiques, la désulfuration et la désodorisation de gaz d'échappement par l'utilisation de la force centrifuge ainsi que de phénomènes de condensation et de diffusion par entraînement. On connaît déjà plusieurs procédés et appareils pour la purification et ltélimination des composants toxiques des gaz d'échappement, mais ils sont en majorité très coûteux ou peu satisfaisants par rapport au but à atteindre. Les dépoussiéreurs à force centrifuge ne peuvent pas encore être utilisés avec succès pour les opérations susmentionnées. L'élimination de fractions indésirables d'aérosols ou de composants en phase gazeuse ou vapeur des gaz d'échappement est certes possible en principe dans certains cas, mais on se heurte cependant dans la pratique à un obstacle : la grande dépense d'énergie nécessaire.Toutefois, on peut très bien utiliser, de manibre économique la force centrifuge pour les taches indiquées ci-dessus si l'on crée par des mesures appropriées des mécanismes de réaction gracie auxquels les fractions indésirables des gaz d'échappement sont fixées sur-des agents d'adsorption et de réaction ou sur des catalyseurs qui peuvent être séparés par la force centrifuge. Cette idée n'est pas neuve par elle-meme, cependant, il fallait jusqu 1a présent pour sa mise en pratique un appareillage relativement important réduisant considérablement la rentabilité. Par ailleurs, des rendements de séparation insuffisante réduisent la rentabilité dans une forte proportion. On connaît par exemple, pour la désulfuration des gaz d'échappement, des installation qui sont constituées par exemple par des appareils d'aspersion et des séparateurs - le plus souvent des cyclanes - placés en aval. Mais les cyclones ou les séparateurs semblables présentent l'inconvénient suivant : leur taux de séparation diminue progressivement en méme temps que la grosseur des grains. Cette propriété se manifeste de façon particu lièrement gênante pour les installations de désulfuration : l'addition d'agents fixateurs de soufre en grains très fins est peu rationnelle du fait de leur séparation insuffisante. L'addition de produits en gros grains conduit par contre à une fixation insuffisante du soufre. Ce qui précède conduit à poser le problème sans ambiguité, à savoir : il faut améliorer la séparation par la force centrifuge jusqu'au point où les particules de matières solides ou les matières en suspension ajoutées pour la fixation des substances nuisibles soient séparées avec une sécurité suffisante. Les suggestions pour améliorer les rendements de séparation des dépoussiéreurs a force centrifuge n'ont pas manqué jusqu'ici. Toutes ces suggestions n'ont eu cependant qu'un succès limité car, avec elles, les deux problèmes propres aux dépoussièreurs à force centrifuge n'étaient pas résolus de façon satisfaisante 1. L'élimination sans choc ni turbulence des particules du courant d'ensemble de fluide et la suppression du soulèvement en tourbillon une fois que les particules sont parvenues à la périphérie du courant d'ensemble. 2. L'élimination des particules qui suivent le courant d'ensemble et qui ne peuvent être séparées par les forces centrifuges rela tivement faibles. Des essais ont confirmé que ces problèmes sont solubles à l'aide du procédé selon l'invention et d'appareils correspondants. D'après ce procédé, une dépression tourbillonnaire est tout d'abord nécessaire pour le courant d'ensemble dont, cependant, la périphérie n'est pas limitée par une paroi solide mais au contraire par un milieu fluide tournant en même temps. Cependant, il ne suffit pas, selon l'invention, de faire tourner en même temps ce fluide sous la forme d'un courant annulaire simple en régime stationnaire. Il est au contraire nécessaire d'éviter que, par les forces centrifuges et d'écoulement crées par la dépression tourbillonnaire et agissant sur le courant annulaire qui ltentoure, un grand volume d'échang-e- se cTée entre le courant d'ensemble et le courant annulaire qui l'entoure. Car, dans ces conditions, les particules déjà séparées reviennent dans le courant principal. Pour empêcher cela, le procédé selon l'invention prévoit des mesures grace auxquelles le frottement interne dans le courant annulaire entourant la dépression tourbillonnaire ainsi que le frottement sur sa surface limite sont augmentés. Grâce à cette augmentation du frottement, l'énergie qui, dans le cas contraire, par exemple a partir de l'énergie potentielle de pression provenant de la force centrifuge de la dépression tourbillonnaire et del'énergie cinétique - provoquerait un échange de particules en mouvement entre la dépression tourbillonnaire et le courant annulaire qui l'entoure, est dissipée (transformée en chaleur) de façon semblable au courant superficiel dirigé vers le moyeu dans l'effet dit de "disque de roue" (courant secondaire). Voir Eck. Techn. Strômungslehre, 50 Edition, page 158. Un procédé approprié pour réaliser la transformation de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle de pression en chaleur sans réduire le rendement de la séparation consiste, selon l'invention, à élargir l'espace annulaire pour l'écoulement stationnaire à la périphérie de la dépression tourbillonnaire dans la direction axiale par rapport à l'espace cylindrique plat destiné à la dépression tourbillonnaire. Il apparaît ainsi, dans cet espace élargi, un courant annulaire double, comparable å un anneau composé de ressorts spiraux. Ces deux courants annulaires tournent non seulement autour de l'axe de la dépression tourbillonnaire, mais de plus en sens contraire autour d'un axe perpendiculaire à la section transversale. Grâce à cette mesure, le courant secondaire dans l'espace annulaire élargi est limité > si bien que les réactions d'échange ne peuvent se produire que juste entre la couche limite de la dépression tourbillonnaire et le courant en anneau double qui l'entoure. Cependant, cette mesure n'a pas une action désavantageuse sur le séparation des particules, car ces particules sont soumises sans perturbation à la force centrifuge. Le transfert de ces particules à partir du courant d'ensemble (dépression tourbillonnaire) est réalisé sans à-coups ni turbulence dans le courant stationnaire en forme d'anneau double sous l'influence permanente de la force centrifuge. La première des conditions susmentionnées pour l'amélioration des rendements des séparateurs à force centrifuge est ainsi remplie. La deuxième des conditions susmentionnées est satisfaite - selon l'invention, en ce qui concerne les séparateurs par voie humide, grace à la production de phénomène de condensation et de diffusion par entrat- nement-à l'intérieur de la zone de dépression tourbillonnaire. D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris å la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente un appareil suivant l'inventionb en coupe suivant C-D de la figure 2, - la figure 2 représente une coupe suivant A-B de la figure 1. Les gaz-ou les vapeurs pénètrent dans l'appareil par des ouvertures 1 ménagées dans les parois latérales 2 circulaires et y créent une dépression tourbillonnaire, représentée par le trajet en spirale 3. Les gaz ou vapeurs pénètrent par l'ouverture centrale 4 et les tubes 5 sous forme purifiée dans des extracteurs non représentés placés en aval. La dépression tourbillonnaire du courant d'ensemble n'est pas délimitée à sa périphérie par des parois solides, mais elle est entourée par une chambre élargie 7 dont la largeur dans le sens axial est supérieure à la largeur de l'espace 6 pour la dépression tourbillonnaire. Le courant d'ensemble entraîne aussi le fluide stationnaire sous forme de gaz ou de vapeur dans la chambre 7, si bien que celui-ci tourne finalement dans le même sens que la dépression tourbillonnaire.Du fait de l'élargissement dans le sens axial de l'espace 7, il ne s'y forme cependant par un seul courant annulaire tournant autour de l'axe central, mais au contraire deux courants annulaires qui, de plus, tournent dans des sens mutuellement opposés. La figure 1 représente schématiquement en coupe ces deux courants annulaires 9 et 10. Sur la figure 2, la flèche 11 représente la rotation de ce courant autour du centre. A cette rotation se superpose un autre mouvement de rotation qui est indiqué par la flèche 12. Ces deux mouvements de rotation conduisent à un mouvement héli cotidal qui est la conséquence des courants annulaires autour de la dépression tourbillonnaire.L'objectif envisagé, à savoir de transformer par un frottement accru à l'intérieur des deux c-ourants annulaires l'énergie potentielle de pression et l'énergie cinétique en chaleur dans une forte proportion est ainsi atteint. Etant donné que de cette manière les courants secondaires à l'intérieur du courant d'ensemble constituant la dépression tourbillonnaire sont supprimés, les conditions de séparation sont particulièrement satisfaisantes. Comme l'indique la figure 2, les grosses particules 13, c'est-à-dire les plus lourdes, pour lesquelles la force centrifuge dépasse la force d'entraînement par le courant d'ensemble se #séparent facilement Elles parviennent sans à-coups ni turbulence dans les courants annulaires 9 et 10 qui se trouvent autour et pénètrent de là dans la chambre d'évacuation 14 qui est continuellement vidangée, par exemple par un sas cellulaire 15, une soupape, ou un dispositif analogue. Pour éviter une déviation du courant en direction de la chambr#e d'évacuation 14, on a mis en place des barreaux de grille 16 oreintés sensiblement dans la direction circonférentielle et délimitant les courants annulaires à leur périphérie. Les impuretés 17 très fines obéissent tout d'abord aux forces d'écoulement en direction de l'organe centrale de vidange 4. Les molécules de vapeur d'eau 18, obéissant également aux forces d'écoulement, s'accu~ mulent et se condensent en gouttes de liquide à mesure qu'elles se rapprochent du noyau de la dépression tourbillonnaire. Cette accumulation et cette condensation sont favorisées par un rotor tournant spécial qui est fixé à un arbre 20 entraîné par un moteur l9. Plus précisément, ce rotor est constitué par deux petites roues à aubes 21 et 22 qui tournent dans le même sens que le tourbillon à dépression. Les roues à aubes 21 et 22 sont réunies par des plaques de raccord 23 au moyeu 24. Ces plaques de raccord 23 jouent le rôle de collecteur pour les gouttes de liquide.Elles peuvent comporter sur leur face tournée vers ltorgane de vidange des canaux ou des rigoles grâce auxquels le liquide parvient sous l'influence de la force centrifuge aux roues à aubes 21 et 22. Il se forme, sur toute la largeur entre les roues à aubes, un anneau, tournant de gouttes 25 de liquide qui obéissent à la force centrifuge et sont projetées par celle-ci - sensiblement suivant la trajectoire 26 - jusque dans les courants annulaires 9 et 10. De plus, à ces gouttes 25 s'associent d'autres molécules de vapeur d'eau et des molécules de poussières pour former des gouttes 27.Les gouttes de liquide et les poussières qui y adhèrent parviennent ensuite, exactement comme les fractions plus grossières déjà séparées antérieurement sans à-coups ni turbulence et sous l'influence permanente de la force centrifuge provenant du courant d'ensemble dans le courant annulaire entourant celui-ci et de là à la paroi périphérique 28 et enfin dans la chambre 14 de vidange. Si des gaz chauds et secs sont à purifier, le liquide nécessaire peut alors être ajouté de l'extérieurs de préférence par des canaux appropriés 29 et 30 ménagés dans l'arbre 20 et le moyeu 24. On peut également ajouter des réducteurs, des réactifs ou des catalyseurs sous forme de suspension,en opérant de la même manière. Des chicanes inclinées 8 empêchent que du liquide circulant par cheminement le long des parois 2 parvienne dans l'organe 4 de vidange central. Le liquide s'accumulant au centre est soulevé en tourbillon puis projeté par les roues à aubes. Bien entendu d'autres modifications peuvent étire apportées par l'homme de l'art au dispositif et procédé qui viennent d'autre décrits sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de purification de gaz d'échappement par la force centrifuge, caractérisé par les opérations ci-après a) suppression des courants secondaires dans la zone périphérique d'une dé pression tourbillonnaire engendrée par un courant d'e-nsemble, par transfor mation d'énergie potentielle de pression et d'énergie cinétique en énergie calorifique à l'aide de courants annulaires à la périphérie de la dépression tourbillonnaire, dont les résistances de frottement sont augmentées inten tionnellement par une roation additionnelle autour de leur noyau et par un élargissement axial d'un espace annulaire, b) production de phénomène de condensation et de diffusion par entratnement pour la fixation d'impuretés indésirables sur les gouttes de liquide gracie à des mesures destinées à provoquer la condensation de vapeur sur le pour tour du noyau de la dépression tourbillonnaire. 2. Appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un espace cylindrique plat pour la dépression tourbillonnaire créée par le courant d'ensemble, avec des ouverturnes ménagées dans les parois pour l'entrée des gaz, un dispositif central d'évacuation des gaz, ainsi qu'un espace annulaire entourant l'espace cylindrique plat et qui est plus large que la chambre de dépression tourbillonnaire. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif centrifuge tournant qui entoure l'organe central de vidange. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de pulvérisation de liquides ou de poussières, qui sont introduites à travers l'arbre dudit dispositif. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, ou plusieurs de celles-ci prises dans leur ensemble, caractérisé par la mise en place de chicanes annulaires entourant un organe de vidange central afin d'empêcher les courants de cheminement en direction dudit organe de vidange. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par des barres de grille orientées sensiblement dans la direction circonférientelle et destinées à délimiter le courant annulaire au-dessus de la chambre de vidange.