Brevet FR2222121A1 — publié le 19741018

La présente invention est relative à un dispositif d'épuration de çaz chargés de substances nocives gazeuses et solides, lesdits gaz étant dégages au cours de divers opérations technologiques, par exemple pendant la fabrication de l'aluminium par électrolyse. Divers types de dispositifs d'épuration de gaz sont connus; leur principe est basé sur le procédé d'épuration par voie humide qui consiste à laver les gaz nocifs avec une solution pulvérisée contenant une substance neutralisante, qui réagit avec les éléments qui doivent être retenus. Cela peut être par exemple une solution de carbonate de sodium utilisée pour l'épuration des gaz dégagés dans les bacs d'électrolyse lors de la fabrication de l'aluminium. Parmi les dispositifs d'épuration les plus connus, on peut citer les dispositifs horizontaux, constitués principalement, d'un ventilateur axial, d'une chambre de lavage horizontale, dans laquelle a lieu la réaction chimique entre les gaz nocifs et la solution neutralisante pulvérisée, d'un dispositif de changenent de direction de circulation des gaz, suivi enfin d'un séparateur qui assure la récupération des gouttes de solution neutralisante entraînées par le flux des gaz dans la chambre de lavage. Ces dispositifs présentent cependant l'inconvénient d'être encombrants, de ne pas retenir. suffisamment bien les gouttes de solution neutralisante, ce qui réduit le rendement de l1épuration; de plus le séparateur de gouttes à chicanes, se colmate ce qui réduit la capacité d'épuration du dispositif et nécessite un entretien difficile et coûteux, ~ On connaît également des dispositifs d'épuration verticaux, basés sur le procédé â voie humide, constitués d'un ajustage de modification de la section à l'entrée des gaz dans le dispositif et de changement de direction du courant des gaz de l'horizontale à la verticale, suivi d'une chambre de lavage à l'entrée de laquelle est disposé un ventilateur â axe vertical, et enfin d'un séparateur de gouttes centrifuge constitué d'une hélice dont les palettes sont orientées vers l'extérieur et directement fixées sur l'enveloppe du séparateur; la solution de neutrlisation est préparée et homogénéisée dans une installation nsiljire au dispositif d'épuration. Ces dispositifs présentent l'inconvénient d'être obligatoirement disnos':'s dans une certaine position, et d'utiliser un type de ventilateur dont la rotation dans le plan horizontal est difficile du point de vue mécanique, la partie inférieure du dispositif ne permettant pas un équilibrage dynamique, simple et satisfsdnt, le montage du ventilateur à l'intérieur du dispositif provoquant des vibrations et une usure rapide des parties mécaniques en mouvement; de plus il y a contact de l'ensemble du ventilateur avec la solution neutralisante, en général corrosive, ce qui impose cle le ventilateur doit être en matériaux spéciaux.La formation pendant la saison froide de glace au-dessus du ventilateur et la chute de celle-ci, risqu d'endommager les palettes du ventilateur. Il faut en outre, une homogénéisation et la régénération des solutions de lavage pour chaque groupe de dispositifs ce qui implique l'utilisation d'appareils supplémentaires, une complication du système d'épuration, une consommation accrue d'énergie électrique et un entretien coûteux. La-concep- tion de l'hélice fixe est compliquée, à cause du nombre de palettes et de leur orientation vers l'extérieur. Il y a enfin des perturbations de la circulation des gaz, ce qui a pour effet d'entraîner une consommation supplémentaire d'énergie électrique. Le dispositif d'épuration conforme à l'invention supprime les inconvénients mentionnés ci-dessus. Il est constitué d'un ventilateur raccordé élastiquement en amont de la conduite d'entrée des gaz, tandis qu'en aval il est raccordé élastiquement â un diffuseur de connection suivi d'une chambre de réception des gaz qui modifie la direction du courant gazeux de 900. Ladite chambre de réception est munie â sa partie supérieure d'une auge collectrice d'où, par les conduites de transport et de sécurité, la solution de lavage est amenée à un bassin de récupération et d'homogénéisation, monté de manière sécante à la partie inférieure du coude de la chambre de réception. Au dessus de cette dernière et en continuation de celle-ci, se trouve une chambre de lavage à l'intérieur de laquelle est disposée une installation de pulvérisation à effet de tourbillonnement alternatif du courant gazeux, en continuation de la chambre de lavage se trouvant une colonne a section variableoeqpipermet de récupérer les gouttes de solution de lavage et qui assure l'évacuation des gaz. A l'intérieur de la colonne et à sa partie inférieure est montée une hélice assemblée dans une chemise indépendante montée concentriquement, assurant l' puration finale par centrifugation du mélange gaz-solution de lavage. L'installation de pulvérisation comprend des pulvérisateurs fixés de part et d'autre de conduites verticales par l'intermédiaire de condui tes de raccord, elles-mêmes disposes de manière à ce cue leurs axes forment un angle de 70 à 80 , par exemple 75 , avec le plan vertical commun de l'axe de l'enveloppe de la chambre de lavage et des axes des conduites verticales. L'hélice est constituée nar 4-10 palettes, par exemple 8, montées avec un coefficient de superposition de G,1 à 0,5 par exemple 0,15, l'angle d'entrée des gaz utant de 0o et celui de sortie de 35 à óO , var exemple 450 Nous décrirons ci-dessous un exemple de réalisation du dispositif d'épuration des gaz conforme à l'invention en nous référant aux dessins annexés dans lesels - la figure 1 est une section, en plan vertical, de l'ensemble du dispositif d'épuration; - la figure 2 est une vue en plan vertical de l'installation de pulvérisation; - la figure 3 est une vue en plan horizontal de l'installation de pulvérisation; - la figure 4 représente une conduite verticale avec pulvérisateurs vue du centre de la chambre de lavage; - la figure 5 est une section drune conduite verticale avec pulvérisateurs, le long de l'axe A-A de la figure 4;; - la figure 6 est une section en plan vertical de l'hélice de l'épurateur final; - la figure 7 est une vue en plan horizontal de l'hélice; - la figure 8 est une vue en plan vertical, d'une palette de lthélice; et - la figure 9 est une vue en plan horizontal de la palette de l'hélice0 Conformément d l'invention, le dispositif d'épuration des gaz se compose d'un ventilateur 1, en montage indépendant, raccordé élastiquement, en amont à la conduite d'entrée de gaz 2, et en aval à un diffuseur de connection, dont les dimensions sont déterminées par le type et la position du ventilateur, d'une chambre A de réception des gaz composée d'un coude 4 de section par exemple circulaire de diamètre d et de rayon de courbure compris entre 0,8 d et 1,2 d, ledit coude assurent le changement de direction du courant gazeux de 900. La chambre A est munie å sa partie supérieure d'une auge 5 qui collecte la solution de lavage, d'où la solution est prélevée, en cas de fonctionnement normal du dispositif, par deux conduites de transport 6, montées à I' intrieur et adjacentes aux deux génératrices latérales du coude 4, tandis nue en cas d'avaries 12 solution contenue clans l une 5 est envoyez au bassin B de récupération et d'homogénéisation, à 1'Ride des raccords de trop nlein et de sécurité 7 et de deux contruites 8 montées à l'extérieur.Le bassin B dans lequel se complètent les rôactions chimiflues est assembl de manière à former un montage rigide et sécant à la partie inférieure du coude 4, son axe longitudinal se trouvant dans le plan de symétrie du dispositif. Le bassin B se compose d'un corps 9, de deux parois frontales 10 et 11, d'une paroi inférieure inclinée 12, d'un couvercle d'étanchéité 13, d'un couvercle fixe 14, de deux couvercles rabattables 15, d'une paroi de siphonage 16, d'un raccord d'aspiration 17, d'un trop-plein 18 et d'un raccord d'évacuation 19. Les emplacements du raccord d'aspiration 17, du trop-plein 18, du raccord d'évacuation 19, des raccords et conduites de sécurité 7 et 8 sont déterminés pour chaque cas en fonction de l'emplacement du dispositif. La chambre de réception et le bassin sont fixés l'un à l'autre à l'aide d'un cadre 20, qui constitue aussi le support du dispositif tout entier. A la partie supérieure de la chambre A de réception des gaz, est fixée de manière démontable ou indémontable, une chambre de lavage C composée d'une enveloppe cylindrique 21, d'un réducteur de section 22, d'un tronçon cylindrique 23 et d'une installation de pulvérisation D à effet de tourbillonnement alternatif des gaz, assuré par 6 à 10, par exemple 8, zones de jets horizontalement superposés dont le sens alterne. L'installation de pulvérisation D est composée de deux semidistributeurs 24, d'un T 25, de plusieurs conduites verticales 26, assemblées à la partie inférieure à l'aide de pièces démontables 27, qui peuvent être soit des brides soit des raccords hollandais. Sur chacune des conduites verticales au nombre de 4 à 12, par exemple 8 sont fixées rigidement des conduites de raccord 28, alternativement de part et d'autre de l'axe vertical de la conduite verticale 26, de manière que leurs axes forment un angle de 70#80o, par exemple 750, avec le plan vertical commun de l'axe de la chemise 21 et de l'axe de la conduite verticale 26, et sur chacune de ces 6 à 10, par exemple 8, conduites de raccord 28 fixées sur la conduite verticale 26, s'assem- blent des pulvérisateurs centrifuges 30 (gauche) et 31 (droite) à l'aide de raccords hollandais 29.Le montage de l'installation de pulvéri sation D sur l'enveloppe 21 est réalisé à l'aide des supports 32 sur lesuels sta,puient les semi-distributeurs 24 tandis que les conduites 26 sont fixes à l'aide des brides 33. A la sortie de la chambre de lavage C, les gaz entrent dans une colonne E, composée d'une chemise cylindrique 34, ayant un diamètre égal à 5 - 85 ,0, par exemple 70 #%.de la valeur du diamètre "d" du coude 4 de la chambre de réception A et une hauteur égale à 3 à 5 fois le diamètre d, par exemple 3,5 d. Cette colonne est composée de un à quatre tronçons, par exemple 3, assemblés de manière démontable ou indémontable.La chemise 34 est munie à sa partie supérieure d'une pièce 35 de récupération de l'énergie dynamique. A la partie inférieure de la colonne E et à l'intérieur de celleci se trouve une hélice F de centrifugation du mélange des gaz et particules litluides, fixee sur une enveloppe indépendante disposée concen triquent à l'interieur de la chemise cylindrique 34 à l'aide des supports 36 L'hélice F a un diamètre égal à 45 - 83 % de la valeur du diamètre d par exemple 65 Fo, une hauteur égale à 30 - 50 % valeur du diamètre d du coude 4, par exemple 45 %, et un coefficient de superposition des palettes de 0,1 à 0,5, par exemple 0,15, qui représente le rapport entre la projection en plan horizontal des parties superposées des deux palettes voisines et la projection dans le même plan horizontal d'une palette entière. Elle est composée d'une chemise limitatrice 37 > d'un moyeu central 38 et de 4 à 10, par exemple 8, palettes 39, disposées de manière à ce que l'angle d'entrée des gaz soit de Oo et que l'angle de sortie soit de 35 a' 600, par exemple 450 La longueur des palettes projetée en plan horizontal est égale à 15 - 35 %de la valeur du diamètre "d" du coude 4, le rayon de raccordement de la partie courbe de la surface de la palette est égale à 8 - 25 %, par exemple 12 %, de la valeur de "d" et la hauteur de la palette est égale à 30 - 40 #, par exemple 30 #,de1avaleur du diamètre de Les gaz chargés de substances nocives aspirés par le ventilateur 1, sont refoulés dans la chambre de réception des gaz A. Après le changseaent de leur direction de circulation de l'horizontale à la verticale, ils pénètrent dans la chambre de lavage C. Dans cette chambre C a lieu le Dremier stade de l'épuration par contact des particules de gaz et des particules liquides obtenues par pulvérisation de la solution de lavage (par exemple solution de soude) dans une installation de pulvérisation D à effet de tourbillonnement alternatif du courant gazeux. Le mélange des particules de gaz et de solution de lavage arrive à la tartie inférieure de la colonne E en contact avec l'h'- lice F; il en résulte la récupération des gouttelettes de solution de lavage et la sparation des associations particules gazeuses - particules de solution de lavage. Les gaz ainsi débarrassés des composés nocifs et des particules liquides de solution de lavage, sont évacues dans l'atmosphère. Les particules liquides de la solution, chargées de substances nocives contenues dans les gaz sont captées sur les parois de la chambre de lavage C et de la colonne E et arrivent par gravitation dans l'auge 5 à la partie supérieure de la chambre de réception A. A l'aide des conduites de transport 6 et de celles de sécurité 8, elles sont amenées au bassin B de récupération dans lequel les réactions chimiques sont complétées et qui se trouvent à la partie inférieure de la chambre de réception A. De cette solution dénommée "usée", une partie aliquote quitte le dispositif par le trop plein 18 du bassin B de récupération. Cette partie aliquote est ensuite transportée à l'aide de la conduite 40 du système de conduites jusqu'à une canalisation ou à une installation de neutralisation et de récupération des composés utiles. La régénération de la solution usée de lavage est effectuée en ajoutant une solution fraîche de lavage, provenant de la conduite 41 ou d'un système de conduite de l'installation b de préparation, au contenu du bassin B. Une pompe centrifuge 42 de recirculation alimente l'installation de pulvérisation D de la chambre de lavage C à l'aide des conduites d'aspiration plongeant dans le bassin B et de refoulement 44. L'évacuation des boues collectées dans le bassin B obtenues en captant des particules solides en suspension dans les gaz, s'effectue d'une manière continue ou discontinue par la conduite de vidange 45 munie d'un dispositif de fermeture 46, raccordée à la canalisation ou au système de conduites allant vers l'installation de neutralisation et de récupération des composés utiles. Le dispositif d'épuration des gaz conformément à l'invention présente les avantages suivants : - haut degré d'épuration des gaz avec consommation réduite d'onergie; - la récupération et la régénération de la solution usée de lavage sont simples, et ne nécessitent pas d'installations auxiliaires, - la partie finale du dispositif compose de la colonne E et de l'hélice, sure un deuxième stade d'épuration ainsi qu'une très bonne rétention des particules augmentant ainsi le rendement total de rétention des substances nocives contenues dans les gaz et réduisant le coût d'entretien; - constructiçn simple et par conséquent rix de revient bas;; - étant donné que le processus d'épuration se déroule verti calerent, le dispositif atteint une hauteur à laquelle est assurée une bonne dispersion des gaz évacués dans l'atmosphère, - le contact à effet corrosif entre le ventilateur et les gouttes de solution neutralisante est évité, ce oui permet l'utilisation de ventilateurs en acier commun; ; - l'aire occupe par le dispositif dans le plan horizontal est très réduite, ce qui facilite les possibilités de son emplacement, - offre la possibilité de disposer éventuellement le ventilateur ailleurs que dans le voisinage immédiat de l'entrée des gaz dans la chambre de réception, et le ventilateur peut être de n'importe quel type, - les diverses Parties composant le laveur peuvent être constitubes de atriaux divers (métal, plastiques, plastiques armés à l'acier, plastiques armes en fibre de verre etc.) suivant les nécessités et les disponibilités; et enfin# - le dispositif neut être utilisé pour épurer les gaz nocifs ayant les compositions les plus diverses, simplement en choisissant convenablement la solution de neutralisation. REVEND ICATI eNS 1. Dispositif d'épuration des gaz utilisant le procédé par voie humide, permettant d'accroître le degré total dtépuration, de réduire la consomration d'énergie électrique ainsi que le coût de réalisation et d'exploitation, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un ventilateur (1) raccordé élastiquenent en amont de la conduite d'entrée (2) de gaz, tandis qu'en aval il est raccord élastiuuement à un diffuseur de connexion (3), d'une chambre de réception (A), qui modifie la direction des gaz de 900 et qui comporte à sa partie supé rieure une auge (5), d'où, à l'aide d'un système de conduites de transport (6) et de sécurité (8), la solution de lavage est envoyée un bassin (B) de récupération de la solution de lavage d'une chambre de lavage (C) située au-dessus de la chambre de réception (A), à l'intérieur de laquelle se trouve une installation de pulvérisation (D) à effet de tourbillonnement alternatif du courant gazeux, d'une colonne (E) située au-dessus de la chambre de lavage (C), à section variable, qui collecte les gouttelettes et par laquelle se fait l'évacuation des gaz, et à l'intérieur de laquelle à sa partie inférieure est disposée une hélice (F), fixée sur une enveloppe indépendante constituant un sous-ensemble monté concentriquement à l'intérieur de la chemise cylindrique 34 et assurant l'épuration finale par centrifugation du mélange de gaz et des gouttelettes de la solution de lavage. 2. Dispositif d'épuration des gaz, selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en vue d'accroître le degré d'épuration, l'installation de pulvérisation (D) est capable d'appliquer aux gaz un ef fet de tourbillonnement, assuré par 6 à 10, par exemple 8, zones de jets superposés horizontalement et dont le sens alterne, cette installation étant composée de deux semis-distributeurs (24), d'un T (25), d'une série de conduites verticales (26) assemblées à la partie inférieure à l'aide de pièces démontables (27) qui peuvent être des brides ou des raccords hollcndais, sur chacune des conduites verticales (26) dont le nombre peut être de 4 à 12, par exemple 8, des conduites de raccord (28) au nombre de 6 à 10, par exemple 8r étant fixées rigidement de manière que leurs axes forment un angle de 70 à 800, par exemple 750, avec le plan vertical commun de l'axe de l'enveloppe (21) et de l'axe de la conduite verticale (26), chacune de ces conduites de raccord (28) s'assemblant à l'aide des raccords hollandais (29), avec les pulvérisateurs centrifuges gauche (30) et droite (31) et le montage de lten- semble de l'installation de pulvérisation (D) etant réalisé â l'aide des supports (32) sur lesquels s'appuient les semi-distributeurs (24) tandis oue les conduites verticales (26) sont fisses à l'enveloppe (21) par des brides (33). 3. Dispositif d'épuration des gaz, selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le but d'accroître le degré de rétention des gouttes et implicitement le degré total d'épuration, de réduire la consommation d'énergie électrique et le coût d'entretien, il comprend une hélice (F) de centrifugation du mélange gaz-particules li guides, constituée d'une chemise limitative (37), d'un moyeu central (38) et de 4 à 10, par exemple 8, palettes (39) disposées de manière à ce que l'angle d'entrée des gaz soit de 0o et celui de sortie de 35 à 60 , par exemple 45 , la longueur des palettes projetée en plan horizontal étant de 15 à 35 %#1ava1eur du diamètre d du coude 4, le rayon de raccordement de la partie courbe de la surface de la palette étant de 8 à 25 % par exemple 12 % de la valeur du diamètre d et la hauteur de la palette étant de 30 à 40 %, par exemple 30 %, de la valeur du même diamètre d, hélice stator (F) étant montée à la partie inférieure de la colonne de collection (E) concentriquement à celle-ci, à l'aide des supports