Brevet FR2414350A1 — publié le 19790810

On sait que les gaz provenant d'installations industrielles sont fréquemment chargés d'humidité avec le plus souvent des poussires en suspension. Qu'on se propose de récupérer ces gaz ou au contraire de les rejeter a l'atmosphère, il est en général nécessaire d'en éliminer l'excès d'eau et les particules solides considérées comme des polluants. On sait notamment qu'en se mélangeant à l'air ambiant de tels gaz déterminent la formation de nuages d'autant plus indésirables qu'ils retiennent les poussières. Pour éliminer l'humidité en excès on peut refroidir le gaz intéressé, ce qui provoque la condensation d'une partie de l'eau qu'il renferme. Ce refroidissement peut notamment étre assuré par échange de chaleur avec de l'air ambiant en même temps que par pulvérisation d'eau froide qui se charge de la vapeur condensée ainsi que d'une notable proportion des particules de poussière. Toutefois pour obtenir un résultat parfaitement satisfaisant, il faut pouvoir disposer d'une grande quantité d'eau très froide, ce qui est loin autre toujours le cas. L'invention vise au contraire à permettre la condensation de l'excès d'humidité des gaz du genre en question en utilisant à cet effet une quantité limitée d'eau ou autre fluide auxiliaire et avec une consommation d'énergie très réduite, Conformément à l'invention l'on refroidit le gaz à traiter en deux phases par échange de chaleur avec un ou plusieurs fluides auxiliaires et l'on utilise une fraction au moins des calories ainsi récupérée par le fluide auxiliaire sortant de la première phase pour réchauffer le gaz avant sa sortie de l'installation de traitement (c'est-à-dire avant de l'envoyer à la cheminée dans le cas usuel où ce gaz doit étre évacué à l'atmosphère). Suivant une autre caractéristique de l'invention l'on utilise comme fluide auxiliaire pour la seconde phase de refroidissement, de l'air atmosphérique qu'on peut notamment mélanger avantageusement au gaz réchauffé en guise d'air additionnel chaud à la façon en soi connue, quand ce gaz doit être rejeté à l'atmosphère. Il est encore possible, suivant l'invention, d'utiliser la chaleur que le fluide auxiliaire renferme encore après qu'il ait réchauffé le gaz, pour chauffer de l'air atmosphérique qu'on mélange ensuite également au gaz avant de l'évacuer. Cet échange de chaleur abaisse encore la température du fluide auxiliaire avant de lui faire assurer la première phase de refroidissement du gaz ini til. La circulation de ce fluide en circuit fermé se trouve facili tée. En outre ce refroidissement supplémentaire du fluide auxiliaire permet de l'utiliser pour la seconde phase de refroidissement du gaz avant de lui faire assurer la première. Suivant une autre caractéristique importante de l'invention l'on utilise la source froide (évaporateur d'une machine thermique fonctionnant en pompe à chaleur) pour assurer la seconde phase de refroidissement soit directement (le fluide de la machine constituant alors le fluide auxiliaire de cette phase), soit indirectement par l'intermédiaire d'un fluide auxiliaire séparé, tandis que la chaleur de la source chaude (condenseur) de la machine sert à réchauffer le fluide auxiliaire utilisé dans la première phase. Dans une disposition avantageuse on divise le gaz à traiter arrivant à l'installation en deux fractions correspondant à deux échangeurs à pulvérisation et à l'aide de la pompe à chaleur on réchauffe et sature l'une tandis qu'on refroidit et sature également l'autre au cours de la première phase, les deux fractions étant ensuite mélangées pour subir la seconde phase de refroidissement, de préférence dans un échangeur à pulvérisation. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caratéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. I montre schématiquement une première forme d'exécution d'une installation de traitement suivant l'invention, avec fluides auxiliaires primaire et secondaire distincts. Fig. 2 indique une variante de détail de cette forme d' exé- cution utilisant un fluide auxiliaire unique. Fig. 3 représente une seconde forme d'exécution dans laquelle le fluide auxiliaire secondaire est constitué par de lgair ambiant. Fig. 4 correspond à une forme d'exécution utilisant une pompe à chaleur pour assurer directement la seconde phase de refroidissement. Fig. 5 montre une variante dans laquelle la pompe à chaleur agit de façon indirecte. Fig. 6 représente une autre variante dans laquelle la pompe à chaleur agit sur de l'air ambiant formant second fluide auxifaire. Fig. 7 indique une troisième variante suivant laquelle la pompe à chaleur agit sur deux fractiolsparallèles du courant gazeux arrivant à l'installation. En fig. 1 l'on a représenté en 1 un premier échangeur de chaleur traversé par le gaz à traiter qui arrive suivant la flèche 2. Cet échangeur, qu'on peut supposer à deux circuits séparés, reçoit en outre en 3 un fluide auxiliaire froid (fluide primaire) qui ressort chaud en 4. On a indiqué en 5 une évacuation d'eau condensée éventuelle. Le gaz partiellement refroidi sortant de l'échangeur 1 arrive à un second échangeur 6 qui reçoit en 7 un au#tre fluide auxiliaire froid (fluide secondaire) lequel ressort échauffé en 8. Là encore il est prévu une évacuation 9 d'eau condensée.A sa sortie de l'échangeur 6, le gaz traverse un dépoussiéreur séparateur de particules solides et/ou liquides approprié 10 de type quelconque (à filtre, à action électrostatique, à lavage par pulvérisation, etc...). Il parvient ensuite à un ventilateur il qui le refoule dans un troisième échangeur 12 lequel reçoit d'autre part en 13 le fluide auxiliaire primaire chaud sortant du premier échangeur 1, ce fluide sortant en 14 après avoir réchauffé le gaz qu'on envoie alors à la cheminée 14 par la conduite 15. 11 est d'autre part prévu un quatrième échangeur 16 traversé par de l'air ambiant refoulé par un ventilateur 17, cet air aboutissant également à la cheminée 15 par la conduite 18. L'échangeur 16 reçoit en 19 le fluide auxiliaire primaire qui provient de la sortie 14 du troisième échangeur 12, ce fluide sortant en 20 pour revenir à l'entrée 3 du premier échangeur 1. On a représenté en 21 la potpe qui assure ainsi la circulation en circuit fermé du fluide auxiliaire primaire. Le fonctionnement se comprend aisément : Le gaz à traiter, généralement chaud, humide et poussiéreux, subit une première phase de refroidissement dans l'échangeur 1, puis une seconde dans l'échan- geur 2. Il se trouve alors à l'état froid et saturé, voire méme sursaturé, mais il a perdu par condensation une fraction importante de sa teneur absolue initiale en eau. Il est ensuite dépoussiéré dans le dépoussiéreur 10, puis réchauffé dans l'echangeur 12 par le fluide auxiliaire primaire qui sort à l'état relativement chaud de l'é- changeur 1. Il arrive donc à la cheminée 15 avec une humidité relative réduite. Il se mélange alors au courant d'air chaud et sec venant de l'#changeur 16, de sorte que la masse gazeuse évacuée par la cheminée est très éloignée de son point de saturation. Toute formation de nuage, buée, etc.. se trouve ainsi évitée. La variante de fig. 2 ne se distingue de la forme d'exécution précédente qu'en ce que le second échangeur 6 est alimenté par le fluide auxiliaire primaire sortant du dernier échangeur 16, ce qui revient à dire que le fluide auxiliaire primaire joue ici le rôle du fluide auxiliaire secondaire de fig. 1. La forme d'exécution de fig. 3 comporte elle aussi quatre échangeurs 1, 6, 12, 16 et son fonctionnement est de façon générale le méme que ce qu'on a exposé plus haut, mais elle présente toutefois une série de variantes de réalisation. Tout d'abord on a supposé que les ventilateurs tels que 11 étaient supprimés, le tirage naturel ou forcé de la cheminée 15 en tenant lieu. On a représenté en 22 et 23 des vannes ou registres permettant de régler les débits de gaz et d'air. En second lieu le premier échangeur 1 est ici à pulvérisation, ce qui semble d'ailleurs constituer une disposition avantageuse dans la pratique, notamment dans le cas de gaz très chauds (gaz de combus tion) . On a donc représenté son entrée 3 de fluide auxiliaire (ici obligatoirement constitué par de l'eau) dans le haut du rectangle pour signifier qu'elle aboutit à des buses de pulvérisation. Comme d'autre part l'eau pulvérisée entraîne des poussières, on a disposé un filtre 24 sur la sortie 4. Du fait que l'eau condensée vient se mélanger à celle en circulation, il est prévu une vidange continue 25 en aval de la pompe 21. Bien entendu l'évacuation séparée 5 de fig. 1 se trouve supprimée de ce fait. En troisième lieu le fluide auxiliaire secondaire est constitué par de l'air ambiant aspiré par la cheminée à travers une conduite 26 et qui entre dans l'échangeur 6 par une vanne ou registre 27. Cet air, échauffé- par le gaz qu'il refroidit, joue le méme rôle que celui provenant de l'échangeur 16, savoir de réduire le degré d'humidité relative de la masse gazeuse évacuée de la cheminée 15. Fig. 4 montre une forme d'exécution dans laquelle on utilise une machine thermique 28 fonctionnant en pompe à chaleur dont le condenseur (source chaude) est constitué par un échangeur 29 branché sur le circuit du fluide auxiliaire primai#eau) en amont de son entrée dans le premier échangeur 1, lequel est ici du type à pulvérisation, tandis que son évaporateur (source froide) est cons titué par le second échangeur 6, le fluide auxiliaire secondaire étant donc constitué par le fluide meme de la machine thermique. On notera que l'eau arrive ainsi relativement chaude au premier échangeur, mais cela n'a pas d'inconvénient dans le cas de gaz à très haute température car cette eau se refroidit instantanément par évaporation. On réalise ainsi å peu de frais un refroidissement parti culièrement énergique du gaz et une très forte saturation en vapeur d'eau. Fig. 5 diffère de fig. 4 par les variantes suivantes : Tout d'abord l'échangeur-condenseur 29 est branché en aval du premier échangeur 1, de sorte qu'il sert à réchauffer davantage l'eau destinée à l'échangeur 12 de réchauffage du gaz. En second lieu le second échangeur 6 est lui aussi du type à pulvérisation, le condenseur de la machine thermique 28 étant ici constitué par un échangeur supplémentaire 30 branché sur l'alimentation en eau de cet échangeur-refroidisseur 6. On a ici supposé que ce dernier comportait à cet égard un circuit distinct de celui de l'échangeur 1, mais il va sans dire qu'on pourrait, comme en fig. 2, prévoir un montage en série sur un circuit d'eau unique, moyennant insertion d'une pompe appropriée et éventuellement d'un filtre dans le cas d'un gaz pous siéreux. Fig. 6 représente une autre variante d'utilisation d'une pompe & chaleur pour contribuer à assurer la seconde phase de refroidissement du gaz dans l'échangeur 6. Ici le fluide auxiliaire secondaire est de l'air destiné à être envoyé à la cheminée à l'état réchauffé, tout comme en fig. 3. On retrouve donc la conduite 26 et la vanne de réglage 27. Mais on a en outre prévu deux échangeurs supplémentaires, respectivement disposés l'un 31 sur la canalisation 26 en aval de l'échangeur 6, l'autre 32 sur l'entrée d'air de ce dernier. L'échangeur 31 constitue le condenseur de la pompe à chaleur 28 et l'échan- geur 32 son évaporateur.On comprend qu'ainsi l'air arrivant à l'é- changeur 6 se trouve refroidi, ce qui améliore le refroidissement du gaz, tandis que l'air chaud sortant de cet échangeur se trouve davantage chauffé par le condenseur, ce qui le rend plus efficace dans la cheminée 15 de fig. 3. Fig. 7 montre une forme d'exécution particulière de mise en oeuvre d'une pompe à chaleur et dans laquelle le premier échangeur est divisé en deux éléments distincts la et lb, tous deux à pulvérination et traversés en parallele par le gaz à traiter arrivant en 2. La pompe à chaleur 28 comporte un condenseur 33 formant échangeur pour chauffer de l'eau qu'une pompe 34 refoule à travers lui pour alimenter les dispositifs de pulvérisation de l'élément la dont l'évacuation revient à l'entrée de la pompe 34 en réalisant ainsi une circulation en circuit fermé. De même l'évaporateur 35 de la pompe à chaleur 28 forme échangeur pour l'eau à pulvériser dans l'élément lb, avec retour à une pompe de circulation 36.De ce fait le second échangeur 6, qu'on a supposé également à pulvérisation d'eau pour fixer les idées, reçoit deux courants de gaz, l'un déjà refroidi venant de lb, l'autre au contraire chauffé venant de la, mais tous deux saturés. L'avantage est qu'on réalise dans l'élément lb qui reçoit l'eau refroidie une très forte condensation de la vapeur d'eau renfermée par le gaz et qu'on peut récupérer à partir du circuit de circulation par une vanne d'évacuation telle que 37, convenablement réglée à cet effet. En contre-partie d'ailleurs il y a une forte évaporation dans le circuit d'eau qui traverse le condenseur 29, de sorte qu'on doit prévoir sa ré-alimentation par le moyen d'une vanne de rentrée 38. Une autre variante, non représentée, de mise en oeuvre d'une pompe à chaleur dans un procédé suivant l'invention, consiste à utiliser le condenseur pour chauffer directement ou indirectement et au moins en partie l'air additionnel amené à la cheminée. En d'autres termes le condenseur de la pompe remplace ou double en série l'échangeur 16 de fig. 1 ou réchauffe un fluide auxiliaire destiné à un élément au moins de celui-ci, l'évaporateur étant alors utilise pour refroidir le fluide auxiliaire amené à l'échan- geur 1 ou 6. Il doit d'ailleurs être entendu que la description qui précède n'a été donnée qu a titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. On conçoit tout d'abord que si le gaz ne renferme pas de poussières gênantes après son refroidissement, le dépoussiéreur 10 peut être supprimé. Il va de soi d'autre part que les diverses variantes de détail peuvent être combinées entre elles autrement qu'on ne l'a décrit. R E V E N D I C A T r o N S 1. Procédé pour le traitement des gaz chargés d'humidité et/ou de poussières, notamment en vue de leur rejet dans I1 atmosphère sans formation de nuages polluants, du genre dans lequel on refroidit ces gaz par échange de chaleur en deux phases successives par le moyen d'un fluide auxiliaire approprié de façon à condenser une forte proportion de la vapeur d'eau qu'ils renferment, caractérisé en ce qu'on utilise le fluide auxiliaire chaud provenant de la première phase de refroidissement pour réchauffer le gaz sortant de la secondé phase avant son évacuation ou sa ré-utilisation. -2. Procédé suivant la revendication 1, du genre dans lequel on mélange au gaz traité de l'air additionnel échauffé par récupération d'une fraction des calories extraites du gaz au cours des phases de refroidissement, caractérisé en ce qu'on utilise pour chauffer cet air additionnel le fluide auxiliaire ayant déjà réchauf- fé le gaz, en vue de le refroidir davantage avant de le recycler, en récupérant ainsi une partie des calories qu'il renferme. 3. Procédé suivant la revendication 1, du genre dans lequel on mélange au gaz traité de l'air additionnel échauffé par récupération d'une fraction des calories extraites du gaz au cours des phases de refroidissement, caractérisé en ce dugon utilise comme fluide auxiliaire pour la seconde phase de l'air ambiant qu'on mélange ensuite au gaz déjà réchauffé. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent, -caractérisé en ce qu'on soumet le gaz refroidi à une opération connue de séparation des particules solides et/ou liquides qu'il renferme avant de procéder à son réchauffage. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise la source froide d'une machine thermique fonctionnant en pompe à chaleur pour refroidir directement ou indirectement une fraction au moins du gaz au cours de l'une des deux phases de refroidissement de celui-ci. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'on utilise la source chaude de la pompe à chaleur pour réchauffer le fluide auxiliaire qui assure le premier refroidissement du gaz. 7. Procédé suivant l'ensemble des revendications 3 et 5, carac térisé en ce qu'on utilise la source froide de la pompe à chaleur pour refroidir préalablement l'air devant servir de fluide auxiliaire au cours de la seconde phase de refroidissement du gaz, puis sa source chaude pour réchauffer cet air à sa sortie de ladite secon de phase avant de l'utiliser comme air additionnel chaud pour le mélanger au gaz déjà réchauffé. 8. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'au cours de la première phase de refroidissement du gaz, effectuée par pulvérisation, on divise celui-ci en deux courant on utilise la source froide de la pompe à chaleur pour refroidir et saturer l'eau pulvérisée dans le premier courant et sa source chaude pour chauffer et saturer celle pulvérisée dans le second, puis on mélange les deux courants pour les soumettre à la seconde phase. 9. Procédé suivant la revendication 5, du genre dans lequel on mélange au gaz traité de l'air additionnel chaud avant de l'évacuer à l'atmosphère ou autrement, caractérisé en ce qu'on utilise la source chaude de la pompe a chaleur pour assurer au moins partiellement le chauffage de cet air. 10. Installation pour le traitement des gaz chargés d'humidité et éventuellement de particules solides et/ou liquides avant leur ré-utilisation ou leur rejet dans l'atmosphère, caractérisée en ce qu'elle est établie pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications qui précèdent.