Brevet FR2447749A1 — publié le 19800829

La demande de brevet français n 78 30940 concerne un procédé de régénération d'une matière adsorbante se présentant sous forme de particules chargées de composés volatils. Selon ce procédé, on provoque la calcination de l'un au moins desdits composés volatils dans une colonne de contactà l'in- térieur de laquelle la matière adsorbante à régénérer circule en étant entrainée en suspension dans un courant de gaz oxydant chaud. L'installation décrite à titre d'exemple dans cette demande de brevet français comporte notamment une colonne 8 dite de calcination, un dispositif 4 de mise en suspension, un dispositif separteur 14, un réchauffeur qui peut être à gaz 6, un dispositif de mi- se en circulation 17, une arrivée d'air 33 ou 46 apportant l'air comburant, et un échangeur-récupérateur de chaleur 32 Les particules adsorbantes sont par exemple de l'alumine, et les composés volatils retenus à leur surface sont par exemple des goudrons, calcinant à partir de 4500c, et des fluorures, dont la décomposition se situe dans une plage de températures supérieure, ou encore des goudrons, des fluorures et des poussieres a base de carbone, dont la calcination s'effectue à des températures inter- médiaires. Lors de la calcination des particules de matière adsorbante, la combustion- des composés organ-ques dont elles sont chargées les échauffe, ainsi que ie courant gazeux qui les entraîne Il en résulte une élévation de la température le long de la colonne ae contact, qui peut conduire; à son extrémité de sortie, à une valeur difjicilement compatible- avec la tenue des matériaux constitutifs de l'intallation. 1 peut en résulter, en outre, la désorption d'une quantité plis importante de certains composés tels que les fluorures, dont rejet à l'atosunêre est indésirable : cela conduirait surdimensionner les moyens ultérieurs d'élimination du fluor, ce qui en augmenterait le coût. Cette élévation de température serait évidemment limitée an aiaoptant une valeur plus grande pour le flux de courant gazeux entraînant la matière adsorbante, mais le progres consiste précisément å réduire cette valeur, dans le but de réduire les dimensions et le sût de l'installation. Il serait également possible d'abaisser la température des gaz à l'entrée de la colonne de calcination, et par conséquent d'éviter la surchauffe ci-dessus mentionnée. Toutefois, cette dis position abaisserait également la température de la zone de combustion des goudrons, combustion dont l'amorçage risquerait de ne plus se produire, entrainant l'extinction de la réaction. En outre, on n'éviterait pas de-la sorte une variation importante de la température le long de la colonne de calcination, cette variation entrainant une hétérogénéité de la réaction. D'autre part, l'expérience montre que, selon la nature des goudrons rencontrés, la combustion est plus ou moins rapide. De plus, le calibre des particules de matière adsorbante peut varier sensiblement, ce qui affecte également leur vitesse d'échauffement: il en résulte que la répartition des températures le long de la colonne de calcination s'en trouve affectée, la surchauffe se produisant soit en débout de parcours, en cas de combustion rapide, soit en fin de parcours, en cas de combustion retardée. Ce phenomène peut etre accentué par la présence, en proportion plus ou moins grande, de poussières à base de carbone, provenant soit des fumées que les particules d'alumine avaient servi à épurer, soit plus simplement d'un premier stade de combustion des goudrons. L'invention objet de la présente demande concerne une amélioration du procédé décrit dans la demande de brevet français précitée , ayant pour but d'éviter ces inconvénients. Elle permet également d'améliorer le rendement thermique du procédé et, par conséquent, de réduire la dépense de combustible. Dans le procédé tel que décrit å titre d'exemple dans la demande de brevet français précitée, l'échauffement des gaz d'entrainement de la matière à régénérer, échauffement qui résulte de la combustion des polluants dans la colonne de calcination 8, est éliminé notamment par l'échangeur 32. Selon la présente invention, cet échauffement est éliminé directement, au fur et à mesure qu'il se produit, le long de la colonne de calcination, au moyen d'un courant de gaz auxiliaire circulant à l'intérieur d'une double enveloppe entourant ladite colonne sur au moins une partie de sa longueur Il est ainsi possible de limiter la température dans cette colonne de manière à obtenir une température régulière le long du parcours du flux de gaz et de matière adsorbante. Ce courant de gaz auxiliaire est constitué au moins en partie par de l'air neuf et frais qui est ensuite introduit, après mélange avec les gaz recyclés, à l'entrée de ladite colonne de calcination. Puisque cet air neuf doit être de toute façon réchauffé pour provoquer et entretenir la réaction de calcination, le réchauffement obtenu du fait de cette circulation dans ladite double enveloppe permet d'économiser le combustible qui, autrement, aurait été nécessaire. Ceci constitue un avantage supplémentaire de ce perfectionnement. Ce courant de gaz auxiliaire contient une proportion ajustable de gaz chauds recyclés provenant de la colonne de calcination. De cette manière, on évite le choc thermique au contact de ladite première colonne et le risque concommitant d'extinction de la réaction de calcination sous l'effet d'un refroidissement local excessif. Selon une autre caractéristique de l'invention, le sens général de passage du flux de gaz auxiliaire est choisi en fonction de la nature des produits qui seront traités par l'installation - même sens que celui du flux de matière à calciner si ses caractéristiques doivent entrainer la combustion de la majeure partie des composés polluants dès le début de la réaction , de cette façon, le gaz auxiliaire le plus froid est au contact de la zone de plus fort dégagement de chaleur et la zone d'achèvement de la combustion n'est pas exagérément refroidie. - en sens opposé à celui du flux de matière à calciner, si ses caractéristiques doivent entrainer un développement plus progressif de la réaction ; de cette façon, le gaz auxiliaire le plus froid est au contact de la zone de combustion la plus active, -et la zone d'amorçage de la réaction n'est pas exagérément refroidie. Ces dispositions rendent acceptable une variation notable de la température du courant de gaz auxiliaire, et permettent par conséquent d'absorber l'échauffement avec un assez faible débit de ce gaz, tout en obtenant une excellente régularisation de la température de la colonne de contact. Il en résulte un dimensionnement plus économique de la double enveloppe. Selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, la quantité d'air neuf introduite dans le mélange qui constitue le flux de gaz auxiliaire de refroidissement est régulée automatiquement et de manière proportionnelle en fonction de la température du courant gazeux sortant de la colonne de contact : puisque le refroidissement est précisément proportionnel à cette quantité d'air neuf, il est ainsi possible, lorsque le sens de circulation du courant de gaz auxiliaire est choisi comme exposé ci-dessus, de stabiliser parfaitement la température de la colonne sur toute sa longueur. Il est à remarquer également que la quantité de chaleur à absorber par le gaz de refroidissement est proportionnelle à la quantité de polluants à brûler : la quantité d'air neuf est donc également proportionnelle à cette dernière, ce qui est une condition essentielle pour une bonne combustion. 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, qui représente schématiquement une installation pour la mise en oeuvre d'un procédé conforme à-l'invention, que l'on supposera utilisée, comme celle de la demande de brevet français précitée, pour régénérer de l'alumine ayant fixé par adsorption des goudrons et des composes 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. L'alumine à traiter alimente une trémie à vis distributrice 1, qui amène la matière, par un conduit 2, à un dispositif 4 de mise en suspension, laquelle est effectuée par amenée d'air chaud au dispositif par une conduite 5. L'air chaud est produit par un réchauffeur à gaz 6 dont la conduite d'admission du gaz combustible porte une vanne de réglage de débit 13, et la conduite d'amenée d'air comburant une soufflante 51 et un registre de réglage de débit 52. La matière mise en suspension est dirigée par une conduite 7 à l'entrée d'une colonne de contact 8 entourée d'une double enveloppe 8a. L'espace ménagé ainsi autour de la colonne 8 peut être conformé en hélice grâce à une paroi intermédiaire hélicoïdale 8b. Le mélange issu de la colonne 8 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 une conduite lO à un dispositif séparateur tel qu'un cyclone 14. La partie gazeuse en sort en S1 par l'intermédiaire d'une conduite 15 et la partie solide en S2 par l'intermédiaire d'un écluseur répartiteur 14a. Il va de soi que cette partie solide issue en S2 peut subir un traitement ultérieur, par exemple de refroidissement, comme selon la demande de brevet français précitée, avec mise en oeuvre, éventuellement, du courant gazeux issu en S1, mais ce traitement ultérieur sort du cadre de la présente invention. Une certaine proportion de la 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 dispositif de mise en suspension 4. En by-pass sur ce circuit, de part et d'autre d'un registre 50 prévu sur la conduite 16, sont branchées deux conduites, 53 et 54, reliées respectivement à l'extrémité supérieure et à l'extre- mité inférieure de l'espace hélicoïdal ménagé autour de la colonne 8, ceci, comme expliqué plus haut, d'une part pour refroidir la colonne 8, d'autre part pour récupérer les calories ainsi entrainées à l'entrée de la colonne, et diminuer la consommation de gaz combustible. Un apport d'air frais est prévu en 46, par une conduite reliée à la conduite 53 et portant un registre de réglage de débit 49. La température à la sortie de la colonne 8 est régulée à une valeur de consigne. On dispose pour cela d'un détecteur de température 9 sur la conduite de sortie 16 et dont le signal, par l'intermédiaire d'un régulateur à action proportionnelle 12, peut commander en cascade, et successivement, la vanne d'admission 13 de gaz combustible au réchauffeur à gaz 6, et le registre 49 de réglage de l'admission d'air neuf et frais 46. Il convient de noter que la quantité d'air neuf admise par ce registre est toujours supérieure à la quantité stoechiométrique résultant de la quantité de polluants à calciner. Si, par exemple, la température détectée vient à augmenter, le régulateur 12 commande tout d'abord la réduction de l'admission de gaz combustible au réchauffeur 6, puis, progressivement, l'ouverture du registre 49 de manière à admettre une quantité d'air neuf et frais plus importante. Le registre de by-pass 50 permet d'ajuster au départ la proportion des gaz issus de la colonne 8 recyclés par l'intermédiaire du réchauffeur sans avoir préalablement circulé dans l'espace de la double -enveloppe 8a. Dans une variante de l'invention, le régulateur 12 pourrait commander seulement le registre 49 de réglage de l'admission d'air neuf 46, selon le processus qui vient d'être décrit. La régulation de l'admission de gaz combustible au réchauffeur 6 serait alors réalisée à l'aide d'un second régulateur placé sous l'autorité REVENDICATIONS 1.Procédé de régénération d'une matière adsorbante se pre sentant sous forme de particules chargées d'un ou plusieurs composés organ ques combustibles, selon lequel on provoque la calcination d'au moins ur desdits composés dans une colonne de contact à l'intérieur de laquelle la matière adsorbante à régénérer circule en étant entrain en suspens ion dans un courant de gaz oxydant chaud, caractérisé E ce que l'on fait comporter à ladite colonne, pour son refroidisse ment, une double enveloppe ménageant autour d'elle un espace annv laire à l'intérieur duquel on fait circuler un courant de gaz auxiliaire, ce gaz auxiliaire étant constitué d'un mélange d'air neuf et d'au moins une partie du gaz chaud obtenu à la sortie de ladite colonne de contact, et en ce que, pour constituer le gaz o xydant chaud introduit après réchauffage à l'entrée de ladite colonne, on utilise au moins en partie ledit gaz auxiliaire issu de l'espace annulaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait circuler le courant de gaz auxiliaire dans l'espace annulaire selon un parcours hélicoïdal de sens général opposé au sens du courant de gaz chaud circulant à l'intérieur de la colonn 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait circuler le courant de gaz auxiliaire dans l'espace annulaire selon un parcours hélicoïdal de même sens général que celui du courant de gaz chaud circulant à l'intérieur de la colonne. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisé en ce que l'on régule la proportion d'air neu dans le gaz auxiliaire automatiquement en fonction de la tempéras re du courant gazeux sortant de la colonne de contact. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la régulation automatique de la température est adaptée à agir préalablement ou successivement par action dite en cascade sur un moyen de réchauffage du courant de gaz oxydabt chaud. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'on met en oeuvre un moyen de réchauffage du courant de gaz oxydant chaud, régulé automatiquement en fonction de sa température à l'entrée de la colonne de contact. d'un détecteur de température qui serait disposé sur la conduite d'entrée 5 de la colonne. On remarquera qu'on a utilisé ci-dessus, dans la mesure du possible, les memes références que celles qui se rapportent à l'installation décrite dans la demande de brevet précitée, pour faciliter la compréhension. 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 particulièrement envisagés , elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes.