Brevet FR2440222A1 — publié le 19800530

La présente invention concerne un procédé de régénération d'une matière adsorbante se présentant sous forme de particules chargées d'au moins deux composés volatils de stabilités thermiques différentes. On sait qu'il est courant d'utiliser des matières adsorbantes pour épurer des fumées chargées de produits nocifs, avant d'évacuer ces fumées à l'atmosphère. C'est ainsi que l'on utilise couramment l'alumine, par exemple, pour épurer les fumées issues des fours de cuisson des anodes destinées au cuves d'électrolyse, dans l'industrie de l'aluminium, ces fumées contenant notamment des goudrons et des composés fluorés. Toutefois, le problème se pose de régénérer les particules adsorbantes chargées de goudrons, de composés fluorés, ou d'autres produits nocifs, sans que la régénération libère ces produits, notamment le fluor, dans l'atmosphère, et ceci en éliminant également les poussières de carbone qu'elles peuvent porter. Certains procédés mettent en oeuvre, à cet effet, des fours rotatifs. Les installations utilisées présentent cependant l'inconvénient d'être encombrantes et chères, et d'un entretien également couteux. En outre, ces fours peuvent etre le siège d'accumulations de matière, entrainant une combustion instable. D'autres mettent en oeuvre une fluidisation des matières adsorbantes à régénérer, par de l'air très chaud Dans ce cas des difficultés se présentent du fait de la perte de charge élevée créée par le lit fluidisé, ce qui entraine une consommation d'énergie de soufflage importante et, en outre, le lit a tendance à etre colmaté par les poussières. Dans les deux cas, les composés fluorés se volatilisent de fa çon importante, et une épuration complémentaire de l'air est prévue pour le rendre non polluant avant son évacuation à l'atmosphère. Le but de la présente invention est d'élaborer un nouveau procédé apte à résoudre ce problème de la régénération de particules adsorbantes, notamment d'alumine, sans les inconvénients des procédés connus. A cette fin, un procédé de régénération d'une matière adsorbante se présentant sous forme de particules chargées d'au moins deux composés volatils de stabilités thermiques différentes est, conformément à l'invention, caractérisé en ce que l'on provoque une calcination de l'un desdits composés volatils dans une première colonne de contact, dans laquelle ladite matière est entrainée et mi se en suspension par un courant de gaz oxydant, en y étant portée à une température suffisamment élevée, en ce que l'on effectue, à la sortie de ladite colonne de contact, une séparation entre d'une part ladite matière, partiellement épurée, et d'autre part le gaz d'entrainement et les produits gazeux désorbés dans la première colonne, et en ce que, dans une seconde colonne de contact, on provoque le refroidissement d'au moins une partie de ladite matière partiellement épurée en l'y mettant en suspension, en étant entrainée, dans au moins une partie des gaz issus de la séparation précitée, ces gaz étant refroidis, de sorte à réadsorber dans cette seconde colonne, sur ladite matière, lesdits produits gazeux désorbés dans la première. Ainsi, les gaz issus de la seconde colonne de contact peuvent etre évacués à l'atmosphère simplement après un filtrage classique, sans qu'il soit nécessaire de prévoir une installation supplémentaire d'épuration, par exemple pour éliminer le fluor, dans le cas d'application évoqué plus haut où la matière adsorbante est chargée de goudrons et de composés fluorés. Ce fluor est en effet réadsorbé dans ladite seconde colonne, ayant été désorbé dans la première, et ceci sans aucune consommation supplémentaire d'alumine. Quant au produit calciné dans cette première colonne, on aura compris qu'il s'agit essentiellement des goudrons, toujours dans le cas d'application précité. L'invention telle que ci-dessus définie sous sa forme la plus générale pourra inclure bien d'autres dispositions annexes En particulier, on pourra prévoir qu'une partie, dosable, de ladite matière partiellement épurée obtenue après l'opération de séparation mentionnée est recyclée à l'entrée de ladite première colonne de contact, pour parfaire la calcination. De même, une opération de séparation intervenant également à la sortie de la seconde colonne de contact, entre les gaz de mise en suspension et la matière adsorbante, on pourra prévoir également que cette matière est au moins partiellement recyclée à l'entrée de ladite seconde colonne, pour parfaire la réadsorption, dans celleci, desdits produits gazeux désorbés dans la première colonne. On pourra prévoir en outre que, d'une façon en soi connue, la mise en suspension de la matière adsorbante est effectuée, tant en amont de la première colonne de contact qu'en amont de la seconde, par apport de la matière en aval du col d'un venturi traversé par le courant gazeux alimentant la colonne considérée. Par ailleurs, pour parfaire la calcination et éviter autant que possible que de fines poussières, par exemple de carbone, restent accrochées sur les particules de matière adsorbante issues de la première colonne, on pourra prévoir que cette matière est, après séparation, soumise à une oxydation complémentaire, avant sa réintroduction dans ladite seconde colonne. On pourra prévoir par exemple, à cet effet, une trémie d'oxydation à fond poreux en aval du séparateur qui fait suite à la première colonne de contact, de l'oxygène ou de l'air étant amené sous ce fond pour fluidiser la matière. En outre, pour éviter également, dans la partie des gaz issus de ce séparateur et qui alimente ladite seconde colonne de contact, la présence de poussières trop fines pour avoir été séparées, par exemple de poussières de carbone, on pourra prévoir que ces gaz sont filtrés avant introduction dans la seconde colonne. Pour ce qui est des circuits gaz, un procédé conforme à l'invention pourra encore se caractériser en ce que ledit courant de gaz oxydant qui, dans la première colonne de contact, entraine et met en suspension la matière adsorbante à régénérer, est constitué par de l'air chaud dont la température est régulée automatiquement en fonction de la température mesurée à la sortie de la colonne, cet air pouvant être constitué en partie par de l'air neuf, en partie par recyclage de l'air déjà chaud obtenu à la sortie de ladite première colonne après séparation de la matière adsorbante partiellement épurée, l'air neuf pouvant d'ailleurs être préchauffé, dans un échangeur, par prélèvement de calories sur la partie d'air dirigée vers l'entrée de ladite seconde colonne. On obtient ainsi une régulation automatique de la température dans la première colonne de contact. D'autre part, on réduit l'apport extérieur nécessaire de calories, par récupération d'une partie de la chaleur des gaz issus de la première colonne, et, dans l'échangeur, on provoque un premier refroidissement de l'air destiné à alimenter la seconde colonne, ce qui est favorable à la réadsorption. On augmentera d'ailleurs ce refroidissement nécessaire en prévoyant un apport d'air neuf et frais, sous un débit régulé automatiquement à partir d'une mesure de la température à la sortie de cette colonne. Un mode d'exécution de l'invention va maintenant être décrit à titre d'exemple nullement limitatif, avec référence à la figure unique du dessin annexé. Cette figure représente schématiquement une installation conforme à l'invention, que l'on supposera utilisée pour régénérer de l'alumine ayant fixé par adsorption des goudrons et des composés fluorés. Il peut s'agir notamment d'alumine ayant servi à épurer les fumées des fours de cuisson d'anodes pour cuves d'électrolyse, pour la production d'aluminium. On conçoit que le but d'une telle installation est alors de débarrasser les particules d'alumine des goudrons qu'elles ont adsorbés, sans pour autant permettre l'échappement de fluor à l'atmosphère. L'alumine à traiter alimente une trémie à vis distributrice 1, qui amène la matière, par un conduit 2, en aval du col 3 d'un venturi 4 de mise en suspension, laquelle est effectuée par amenée d'air chaud au venturi par une conduite 5. L'air chaud est produit par un réchauffeur à gaz 6. La matière mise en suspension est dirigée par une conduite 7 à l'entrée d'une première colonne de contact 8. On maintient dans cette colonne une température suffisamment elevée pour provoquer une calcination aussi complète que possible des goudrons. Cette température peut être de l'ordre de 450 à 9000C, les goudrons calcinant à partir de 4500C environ. A cette fin, la température à la sortie de la colonne 8 est régulée.On dispose pour cela d'un détecteur de température 9 sur la conduite de sortie lo de la colonne, et dont le signal, par l'intermédiaire d'une liaison 11 et d'un régulateur 12, peut commander l'ouverture d'une vanne 13 d'admission du gaz combustible au réchauffeur à gaz 6. Le mélange issu de la colonne et constitué de particules d'alumine débarrassées des goudrons, de gaz de combustion, de fluor partiellement désorbé des particules et d'air, est amené par la conduite 10 à un dispositif séparateur tel qu'un cyclone 14. La partie gazeuse en sort par une conduite 15 et la partie solide par l'intermédiaire d'un écluseur répartiteur 14a. Une certaine proportion de cette partie gazeuse, issue par la conduite 15, peut retourner à l'entrée de la colonne de contact 8 par l'intermédiaire d'une conduite 16, d'un dispositif d'aspiration 17, du réchauffeur à gaz 6, de la conduite.5 et du venturi 4. On récupère ainsi une partie des calories de ladite partie gazeuse, et on diminue le risque qu'elle contienne des imbrûlés. De même et pour les memes raisons, on peut recycler, par une conduite 18 vers le venturi 4 (en aval de son col 3), une partie dosable de la matière pulvérulente, partiellement- épurée, recueil lie à la sortie du cyclone 14, ce qui permet de parfaire la calcination des goudrons. L'autre partie de cette matière est acheminée vers l'entrée d'une seconde colonne de contact 20 destinée à provoquer la réadsorption, sur l'alumine, du fluor désorbé dans la première colonne du fait de la présence dans celle-ci d'une température élevée. Pour obtenir d'excellents échanges thermiques et un excellent'contact entre la partie gazeuse et la matière pulvérulente, on pourra, là aussi, mettre la matière en suspension en l'amenant en aval du col 21 d'un venturi 22, en liaison avec ladite colonne 20 par une conduite 23. Le cheminement de la matière pulvérulente entre l'écluseur répartiteur 18 et le'venturi 22 peut être direct, mais il peut aussi comprendre une trémie d'oxydation 24 à fond poreux 25, dans laquelle la matière peut subir une combustion complémentaire destinée notamment à éliminer le carbone qui peut rester accroché sur les particules. A cet effet, on introduit de l'air ou de l'oxygène, par une conduite 26, sous le fond poreux 25. Ledit cheminement peut comprendre également un dispositif de refroidissement 27, représenté en traits mixtes sur la figure et destiné à abaisser la température des particules. Pour provoquer dans la seconde colonne de contact 20 une réadsorption efficace du fluor sur les particules d'alumine, en effet, il convient que la température dans cette colonne soit considérablement plus basse que celle qui règne dans la première colonne de contact 8. De préférence, cette température dans la seconde colonne de contact sera inférieure à 2000 C. Pour la mise en suspension des particules d'alumine dans le venturi 22, on peut utiliser comme gaz une partie des gaz s'échappant du dispositif séparateur 14 par la conduite 15 (la partie des gaz qui n'est pas recyclée par la conduite 16 vers l'entrée du venturi 4), la partie restante étant constituée par de l'air frais amené au venturi 22 par une conduite d'entrée 28 pourvue d'une vanne de réglage de débit 29. Quant à la partie de gaz reprise à partir du dispositif séparateur 14, on a référencé en 30 la conduite qui l'amène vers l'entrée du venturi 22. Etant donné que les particules à la sortie du dispositif séparateur 14 peuvent porter de fines poussières de carbone et d'alumine (poussières inférieures à 15 microns), il pourra être opportun, afin de ne pas retrouver ces poussières à la sortie de l'installation, de prévoir sur ladite conduite 30 un dispositif de filtrage 31. Il pourra s'agir de filtres classiques à parois filtrantes en tissu. La conduite 30 peut par ailleurs, en aval de son raccordement à la conduite 15 d'échappement des gaz du dispositif séparateur 14, etre reliée à un élément d'échange 30a d'un échangeur de chaleur dont l'autre élément d'échange, référencé en 32 sur la figure, peut relier la conduite de retour 16 ci-dessus mentionnée à une source d'air neuf à débit réglable 33. De la sorte, d'une part les gaz chauds issus de la conduite 15 sont-ils refroidis avant d'être introduits par l'intermédiaire du venturi 22 dans la seconde colonne de contact 20, et d'autre part l'air neuf de la source 33 est-il réchauffé avant d'être envoyé, par le dispositif d'aspiration 17, dans la première colonne de contact 8, par l'intermédiaire du venturi 4. On récupère ainsi utilement les calories contenues dans les gaz issus du dispositif séparateur 14. De même que pour la colonne de contact 8, on pourra réguler la température dans la seconde colonne 20, grâce à un détecteur de température 34 prévu sur sa conduite de sortie 35, et commandant, par l'intermédiaire d'une liaison 36 et d'un régulateur 37, l'ou- verture de la vanne d'admission d'air neuf 29. La température dans la conduite de sortie 35 peut par exemple être fixée à 1200C. Enfin, la matière pulvérulente refroidie et sur laquelle le fluor aura été réadsorbé dans la colonne de contact 20 pourra être filtrée dans un filtre également classique 38, la partie gazeuse s en échappant par une conduite 39 avant d'être évacuée à l'atmosphère par un ventilateur 40, tandis que la partie solide est récupérée au fond d'une trémie 41 du filtre. L'alumine débarrassée du goudron mais ayant entièrement réadsorbé le fluor désorbé dans la première colonne de contact 8 pourra être évacuée par une conduite de sortie 42, par l'intermédiaire d'un écluseur répartiteur 43, mais à partir de celui-ci une partie de cette matière pourra également être recyclée vers le venturi 22, par l'intermédiaire d'une conduite 44. Cette disposition permet de parfaire la réadsorption du fluor sur l'alumine et le dosage de la partie recyclée pourra être effectué automatiquement, par exemple en fonction d'une mesure de la teneur en fluor des gaz dans la conduite d'évacuation 39. Quant à la partie d'alumine non recyclée issue par la conduite de sortie 42, égale à la quantité d'alumine amenée à l'ins tallation par la trémie 1, elle pourra être réutilisée pour l'épuration des fumées s'échappant du four de cuisson des anodes, selon un procédé connu. Une autre partie de cette alumine pourra également être utilisée pour alimenter les cuves d'électrolyse destinées à la production de l'aluminium. Sur la figure, on a représenté en traits mixtes, en 46, une autre entrée d'air neuf dans l'installation, en amont du dispositif d'aspiration 17, utilisable concuremment à l'entrée d'air neuf 33 ou en ses lieu et place. De meme, on a représenté par des traits mixtes 47 un dispositif pouvant être interposé à titre facultatif entre le venturi 4 et l'entrée de la première colonne de contact 8. Il peut s'agir notamment d'une chambre pourvue de brûleurs, notamment à gaz, et dans laquelle est formée une nappe de flammes que la matière pulvérulente en suspension devra traverser avant d'etre introduite dans la colonne. Il s'agit là d'une disposition qui peut avoir son utilité au cas où il y aurait un risque que certaines compositions de goudrons ne soient pas entièrement calcinées à la sortie de la colonne. On peut noter par ailleurs que le dispositif séparateur 14 peut être constitué d'un seul cyclone mais pourra comporter également et de préférence plusieurs petits cyclones en parallèle, ceuxci ayant un meilleur rendement de séparation. On pourra diminuer ainsi dans la conduite 15 la proportion des très fines particules et retarder le colmatage du dispositif de filtrage 31. On peut noter enfin que la trémie d'oxydation 24 est soumise à une légère dépression pour que le fonctionnement du ou des cyclones du dispositif séparateur 14 ne soit pas perturbé. Cette mise en dépression a été schématisée sur le dessin par une conduite 48 reliée à une source de dépression quelconque, par exemple à l'entrée du dispositif d'aspiration 17. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés , elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Procédé de régénération d'une matière adsorbante se présentant sous forme de particules chargées d'au moins deux composés volatils de stabilités thermiques différentes, caractérisé en ce que l'on provoque une calcination d'au moins un des composés volatils dans une première colonne de contact, dans laquelle ladite matière est entrainée et mise en suspension par un courant de gaz oxydant, en y étant portée à une température suffisamment élevée, en ce que l'on effectue, à la sortie de ladite colonne de contact, une séparation entre d'une part ladite matière, partiellement épurée, et d'autre part le gaz d'entraînement et les produits gazeux désorbés dans la première colonne, et en ce que, dans une seconde colonne de contact, on provoque le refroidissement d'au moins une partie de ladite matière partiellement épurée en l'y mettant en suspension, en étant entrainée, dans au moins une partie des gaz issus de la séparation précitée, ces gaz étant refroidis, de sorte à réadsorber dans cette seconde colonne, sur ladite matière, lesdits produits gazeux désorbés dans la première. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une partie, dosable, de ladite matière partiellement épurée obtenue après l'opération de séparation mentionnée est recyclée à l'entrée de ladite première colonne de contact, pour parfaire la calcination. 3 . Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, une opération de séparation intervenant également à la sortie de la seconde colonne de contact, entre les gaz de mise en suspension et la matière adsorbante, celle-ci est au moins partiellement recyclée à l'entrée de ladite seconde colonne, pour parfaire la réadsorption, dans celle-ci, desdits produits gazeux désorbés dans la première colonne 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mise en suspension de la matière adsorbante est effectuée, tant en amont de la première colonne de contact qu'en amont de la seconde, par apport de la matière en aval du col d'un venturi traversé par le courant gazeux alimentant la colonne considérée. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour parfaire la calcination, la matière partiellement épurée issue de la première colonne, obtenue après séparation, est soumise à une oxydation complémentaire, avant sa réintroduction dans ladite seconde colonne. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la calcination est effectuée dans un lit fluidisé par introduction de gaz comburant. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie des gaz issus de la premitre colonne de contact qui, après séparation de la matière adsorbante, est introduite dans la seconde colonne, est filtrée avant cette introduction. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit courant de gaz oxydant qui, dans la première colonne de contact, entraine et met en suspension la matière adsorbante à régénérer, est constitué par de l'air chaud dont la température est régulée automatiquement en fonction de la température mesurée à la sortie de la colonne, cet air pouvant être constitué en partie par de l'air neuf, en partie par recyclage de l'air déjà chaud obtenu à la sortie de ladite première colonne après séparation de la matière adsorbante partiellement épurée, l'air neuf pouvant d'ailleurs être préchauffé, dans un échangeur, par prélèvement de calories sur la partie d'air dirigée vers l'entrée de ladite seconde colonne. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue à l'entrée de la seconde colonne de contact un apport d'air neuf et frais, sous un débit régulé automatiquement à partir d'une mesure de la température re à la sortie de cette colonne. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'à l'entrée de la première colonne de contact, on provoque l'inflammation d'un des composés volatils de la matière mise en suspension. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on effectue un refroidissement de la matière adsorbante calcinée avant son introduction dans la seconde colonne de contact.