Brevet FR2407016A1 — publié le 19790525

La présente invention concerne un procédé d'élimination d'acide chlorhydrique des gaz et fumées provenant de l'incinération de déchets par absorption de l'acide chlorhydrique au moyen d'un agent alcalin. L'incinération des ordures ménagères produit des fumées contenant de l'acide chlorhydrique dQ principalement à la teneur des ordures en matières plastiques chlorées, en particulier en chlorure de polyvinyle. La teneur en HC1 des fumées lors de 11 incinération des ordures ménagères ordinaires peut être de l'ordre de 1 %o (calculé en poids), mais cette quantité augmente proportionnellement à l'usage accru de matières plastiques chlorées pour les emballages. Dans le cas où les déchets incinérés ne se composent pas exclusivement d'ordures ménagères mais contiennent aussi des déchets provenant d'entreprises travaillant les matières plastiques, la teneur en HC1 des fumées sera évidemment beaucoup plus élevée. Le désir d'éliminer l'acide chlorhydrique des fumées provenant des installations d'incinération est général, mais malgré le pouvoir réactif élevé de l'acide chlorhydrique, il n'a pas jusqutici été mis en oeuvre de procédé permettant d'obtenir le taux d'élimination souhaitable du HC1 sans faire usage de mesures comportant de sérieux inconvénients. Par exemple, il va de soi qu'il est possible d'ob- tenir une élimination effective de l'acide chlorhydrique par lavage des fumées avec un liquide aqueux alcalin, dans une tour de lavage par exemple, en obtenant ainsi une boue chlorurée qui peut être recyclée au processus de lavage. Cette méthode ne peut toutefois être utilisée que si les fumées sont portées à une température si basse qu'elles ne peuvent pas être conduites directement aux électrofiltres et qu'à leur sortie de la cheminée elles provoqueront la formation d'un panache visible indésirable. C'est pourquoi un tel lavage n'a jusqu'à présent été pratiqué que sur une partie seulement du courant de fumée, cette portion étant réunie à du gaz chaud non lavé avant l'arrivée aux électrofiltres. Cette solution n'est toutefois pas satisfaisante, étant donné qu'elle ne permet pas une réduction suffisante de la quantité totale d'acide chlorhydrique dans les fumées de l'installation d'incinération. Si la totalité des fumées est traitée par le procédé de lavage décrit ci-dessus, il est nécessaire d'effectuer un réchauffage des fumées lavées avant leur passage dans I'électrofiltre et la cheminée, ce réchauffage occasionnant une dépense d'énergie importante. On connaît d'autres procédés pour réduire la teneur en acide chlorhydrique des fumées du type en question, procédés selon lesquels on met le gaz en contact avec des matières alcalines solides, telles que de l'oxyde de calcium ou de magnésium. Ces procédés ne demandent pas un refroidissement des fumées tel qu'il nécessite un réchauffage, mais ils présentent d'autres inconvénients. Comme la réaction se produit en phase solide, il est difficile d'obtenir en même temps une concentration suffisamment faible de HCl dans le gaz sortant et un degré de conversion satisfaisant de la matière solide absorbante. Pour obtenir un contact efficace entre la matière solide absorbante et le courant de fumée, cette matière est fluidisée dans ledit courant, et ceci demande une épaisseur importante de la couche de matière absorbante fluidisée, entraînant par là une chute de pression notable dans la zone de traitement et donc une augmentation de la dépense d'énergie du procédé. De tels procédés faisant usage d'un agent d'absorption solide sont décrits, par exemple, dans les certificats d'utilité français Nos 2.189.101 et 2.205.354. Selon la description du brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3.966.418 concernant un procédé d'élimination de l'anhydride sulfureux de fumées provenant de la combustion de combustibles contenant du soufre, il est possible aussi d'éliminer l'acide chlorhydrique en pulvérisant dans les fumées une solution aqueuse de carbonate de sodium dans des conditions telles que la maJeure partie de l'eau de la solution s'évaporc, une poudre humide étant ainsi formée, qui est retirée au moyen d'une vis hélicoidale disposée au fond de la zone de traitement. Une telle méthode n'est pas particulièrement indiquée dans le cas où ce que l'n désire éliminer principalement est l'acide chlorhydrique, étant donné. que la poudre humide n'est-pas d'un maniement facile et que le gaz sortant sera si près de son point de rosée qu'il ne pourra pas être dirigé directement vers l'électrofiltre. Il s'avère maintenant possible de réduire le taux d'acide chlorhydrique à des valeurs très faibles (moins de 50 ppm en volume) au moyen d'un procédé ne présentant pas les inconvénients des procédés connus susmentionnés et demandant de moindres frais d'investissement et moins de main-d'oeuvre que les procédés connus.Ce procédé selon l'invention est caractérisé en ce que l'on introduit les fumées à une température de 200 à 3300C dans une chambre où, au moyen d'un rotor d'atomisa tion, on pulvérise une solution aqueuse de carbonate de métal alcalin ou une suspension aqueuse d'hydroxyde ou de carbonate de calcium ou d'oxyde de magnésium, la quantité de solution ou de suspension étant ajustée de façon que la température des fumées sortant de la chambre de séchage soit supérieure à 1250C et que la matière produite par séchage de la solution ou suspension atomisée quitte la chambre à l'état de poudre sèche coulant librement. Les avantages particuliers de ce procédé sont que les fumées ne sont pas refroidies et humidifiées plus qu'il n'est admissible quand on fait usage d'électrofiltres du type à plaque, et que la teneur en HCl peut être réduite à de très faibles valeurs, tout en obtenant une utilisation presque complète de l'agent absorbant, étant donné que la poudre obtenue pourra être transformée à plus de 90 % en chlorure. Il n'est donc pas nécessaire de recycler l'agent absorbant. L'évacuation de la poudre obtenue comme produit résiduel, se composant principalement de chlorure de métal alcalin ou de calcium ou de magnésium et de cendres volantes, est grandement facilitée par le fait que ce matériau résiduel est sous la forme d'une poudre sèche coulant librement. Le procédé présente aussi l'avantage de n'entrainer qu'une perte de pression très faible. Il est à noter qu'en liaison avec l'élimination de l'anhydride sulfureux de fumées provenant de la combustion de combustible contenant du soufre, il est connu de réaliser un processus d'absorption apparenté à celui qui est utilisé selon l'invention, étant donné que l'agent absorbant est aussi, dans ce procédé connu, atomisé dans les fumées et qu'il sort de Ia zone de traitement à l'état de poudre sèche, voir le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3.932.587 En outre, le brevet de la R.F.A. No. 2.159.186 (correspondant au brevet britannique No. 1.333.635) propose d'éliminer aussi d'autres gaz nocifs par des procédés de ce type conduisant à une poudre sèche. Outre le S02, ce brevet mentionne, comme exemples de gaz nocifs pouvant être éliminés, NO2, NO, H2S , HF et F. Le procédé selon l'invention se distingue toute- fois des procédés connus par le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 3.932.587 et le brevet de la R.F.A. No 2.159 186 non seulement en ce que le composant éliminé est différent, mais surtout en ce que le procédé est réalisé sur des fumées qui ont une température sensiblement plus élevée et qui sont nettement plus éloignées du point de rosée du gaz que dans les méthodes connues. Ceci permet de diriger directement le gaz traité vers des électrofiltres de type à plaque, rendant ainsi superflu un réchauffage consommateur d'énergie. Dans les procédés connus mentionnés plus haut, la température du gaz traité est si proche de son point de rosée que son épuration dans des électrofiltres ne peut s'effectuer qu'à la condition d'un réchauffage préalable. Dans le procédé d'absorption de S02 décrit dans le dernier brevet des Etats-Unis d'Amérique mentionné plus haut, on procède à une régénération de la matière absorbante, et en raison de cette régénération, il est désirable que la poudre venant de la zone de traitement continue à contenir une quantité notable de carbonate de soude n'ayant pas réal . Dans le procédé selon l'invention, il est, au contraire, essentiel d'obtenir une réaction de la matière absorbante aussi complète que possible. Il est surprenant que le procédé selon l'invention permette d'obtenir l'asorption d'une très grande proportion de l'acide chlorhydrique contenu dans les fumées, tout en obtenant une utilisation effective des matières basiques, correspondant à leur conversion presque complète en chlorures, étant donné que l'on pouvait escompter a priori qu'en raison de la température élevée des fumées au cours du traitement, la réaction entre l'acide chlorhydrique et les matières basiques se produirait dans des conditions très défavorables.Le fait est que dans les réactions entrant en considération dans le présent procédé, la présence d'eau est d'importance décisive pour la vitesse de réaction, étant donné que la réaction en l'absence d'eau se déroule lentement, entre autres choses parce que les chlorures formés à la surface des particules gênent le contact de l'acide chlorhydrique avec les matières basiques à l'intérieur des particules. Le procédé selon l'invention se déroule à une température si élevée et si loin du point de rosée que l'eau s'évapore très rapidement des particules atomisées, de sorte que pour chaque particule une réaction en présence d'eau n'est possible que pendant un laps de temps très court.A ceci s'ajoute que pendant ce temps court, les conditions de réaction seront moins favorables que dans les procédés connus, étant donné que la ten,pérature très élevée du gaz provoque un entraînement violent de la vapeur loin des particules, et l'on pourrait supposer que ceci aurait une action inhibitrice sur le contact entre HC1 et les particules pendant que celles-ci sont encore humides.La température plus élevée entraîne ainsi non seulement un raccourcissement du temps disponible pour la réaction dans des conditions humides, mais elle crée aussi dans cette très courte période des conditions telles qu'il y a lieu d'escompter que la possibilité de contact entre le HC1 présent dans le gaz et les particules humides est substantiellement diminuée par rapport aux conditions existant dans les procédés connus susmentionnés. Il n'allait donc pas de soi pour un homme du métier de chercher à réaliser l'absorption de HC1 dans les conditions caractéristiques du procédé selon l'invention, bien que l'on obtienne ainsi des avantages notables, comme il est indiqué plus haut. Le procédé peut être mis en oeuvre en utilisant une installation de séchage par atomisation de type conventionnel, et parmi celles-ci, on peut utiliser aussi bien le type dans lequel le gaz est introduit par le haut que ceux où le gaz est introduit centralement dans la chambre de séchage ou dans sa partie inférieure. La concentration de la solution ou suspension d'agent absorbant est adaptée dans chaque cas aux dimensions et conditions de fonctionnement de l'installation, y compris la vitesse de rotation du rotor d'atomisation, une moindre concentration donnant des particules plus fines et donc une possibilité de réaction plus complète avec l'acide chlorhydrique, mais de très faibles concentrations ayant toutefois l'inconvénient de nécessiter pour l'obtention d'une absorption suffisante d'HCI l'évaporation d'une grande quantité d'eau entraînant un abaissement de température et une augmentation de l'humidité des fumées. La concentration de la solution ou suspension sera en général nettement plus faible que celle qui est utilisée dans les procédés d'absorption de S02 connus, dans lesquels il est effectué une régénération de la matière absorbante. Le procédé selon l'invention ne comporte ni régénération ni recirculation de l'agent absorbant, et pour obtenir une conversion presque complète de ce dernier on travaillera donc souvent avec des concentrations de la solution ou suspension de quelques unités pour cent seulement. L'invention sera illustrée dans ce qui suit, avec référence au dessin annexé montrant de façon schématique une installation pouvant être utilisée pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Le dessin représente en 1 un sécheur par atomisation dans lequel, au moyen d'un rotor d'atomisation 2, est atomisée une solution ou suspension d'un agent absorbant provenant d'un réservoir 3. Il va sans dire qu'une absorption d'acide chlorhydrique pourra aussi être obtenue en utilisant des hydroxydes de métaux alcalins au lieu des matières absorbantes mentionnées dans la revendication, mais en raison de leur prix plus élevé et du risque plus grand inhérent à leur manutention, de tels produits ne sont pas pris en considération. Par une canalisation 4, la fumée chaude provenant de l'incinération des ordures est conduite au sécheur 1 où elle entre en contact étroit avec les particules atomisées de la solution ou suspension d'agent absorbant. Ceci provoque l'évapora- tion presque totale de l'eau contenue dans les particules et il se produit une réaction chimique par laquelle une très grande partie de l'acide chlorhydrique présent dans la fumée est absorbée et il se forme des particules composées principalement de chlorure de métal alcalin, de calcium ou de magnésium. Une partie de ces particules composées principalement de chlorure et de cendres volantes se déposera dans le fond du sécheur par atomisation où elles pourront être enlevées par une vanne 5. La partie restante qui souvent sera la plus importante, est entraînée par les fumées quittant le sécheur par une canalisation 6 conduisant à un électrofiltre 7 de type à plaque. A ce moment là les fumées seront encore si loin de leur point de rosée que leur introduction dans l'électrofiltre ne posera pas de problèmes. Dans ce filtre sera séparée la partie restante des particules composées principalement de chlorure ainsi que les cendres volantes, et la poudre coulante obtenue sera enlevée par les sorties de poudre 8 au fond de l'électrofiltre. A partir de l'électrofiltre 7, les fumées épurées sont en général dirigées sur un ventilateur (non montré sur le dessin) et vers une cheminée 9 et elles ont à ce moment là une température encore suffisamment élevée pour pouvoir se répandre dans l'atmosphère sans produire de panache visible. Les exemples suivants sont donnés à titre d'illustration supplémentaire du procédé selon l'invention. EXEMPLE 1 L'installation utilisée était une station expérimentale d'épuration du type schématisé sur le dessin, avec seulement comme différence que les fumées à épurer étaient introduites dans le sécheur par atomisation par un distributeur d'air de plafond et qu'un cyclone était disposé immédiatement après le sécheur pour recueillir une partie de la poudre entraînée et les cendres volantes. Le sécheur avait un diamètre de 1,2 m et une hauteur du cylindre de 0,8 m. Les fumées traitées provenaient d'une installation d'incinération de déchets industrielle et avaient une teneur en HC1 de 850 ppm (en volume). La température à leur entrée dans le sécheur était de 3220C et la quantité de gaz introduite était de 520 kgA#eure. Une solution aqueuse de 3,9 % en poids de carbonate de sodium était amenée au rotor d'atomisation. Les fumées épurées avaient au cyclone une température de 142 OC et la concentration de HC1 mesurée était de 60 ppm, correspondant à une épuration de 93 %. Le rapport stoechiométrique calculé entre les quantités de carbonate de sodium et d'acide chlorhydrique introduites par unité de temps était de 1,1/1,0. Le produit enlevé du cyclone et du sécheur par atomisation était une poudre sèche coulant facilement,ayant une teneur en eau de 2,2 % en poids et en cendres volantes de 34 % en poids, le reste se composant pour l'essentiel de chlorure de sodium. EXEMPLE 2 La même installation que dans l'exemple 1 était utilisée. La température des fumées à épurer était de 3050C et la concentration de HC1 1180 ppm. C'est une suspension de 2,5 % en poids d'hydroxyde de calcium qui était atomisée. Le rapport stoechiométrique calculé entre hydroxyde de calcium et acide chlorhydrique était de 0,5/1,0. Les fumées épurées avaient une température de l700C et une teneur en HC1 de 630 ppm, correspondant à une participation à la réaction chimique de 46 % de l'acide chlorhydrique et 92 % de l'hydroxyde de calcium. La poudre sèche obtenue avait une teneur en eau de 9 % et en cendres volantes de 47 %. Le reste se composait pour l'essentiel de chlorure de calcium. EXEMPLE 3 La même installation que dans l'exemple 1 a été utilisée. La température des fumées introduites était de 3100C et la concentration de HC1 de 1200 ppm. C'est une suspension de 2,5 % en poids d'hydroxyde de calcium qui était atomisée. Le rapport stoechiométrique entre acide chlorhydrique et hydroxyde de calcium était 1,0/1,0. Les fumées épurées avaient une température de l260C et une teneur en HCl de 110 ppm, correspondant à une épuration de 92 %. Le produit sec recueilli contenait 50 % de cendres volantes. Le reste se composait pour# l'essentiel de chlorure de calcium. REVENDICATION Procédé d'élimination d'acide chlorhydrique des gaz et fumées provenant de l'incinération de déchets, par absorption de l'acide chlorhydrique avec un agent alcalin, caractérisé en ce que l'on introduit en (4)les gaz et fumées à une température de 2000 à 3300C dans une chambre (1) où, au moyen d'un rotor d'atomisation (2) on pulvérise une solution aqueuse de carbonate de métal alcalin ou une suspension aqueuse d'hydroxyde de calcium, de carbonate de calcium ou d'oxyde de magnésium, la quantité de solution ou de suspension étant ajustée de façon que la température des fumées sortant de la chambre soit supérieure à 1250C et que la matière produite par séchage de la solution ou suspension atomisée quitte la chambre à l'état de poudre sèche coulant librement.