Brevet FR2464091A1 — publié le 19810306

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT PHYSIQUE ET CHIMIQUE D'UN COURANT GAZEUX Il se présente fréquemment la nécessité de traiter un courant gazeux, notamment avant son rejet à l'atmosphère. C'est ce que l'on appelle "l'assainissement" ou le traite- ment du gaz en vue de son épuration; on le réalise le plus souvent au moyen d'un liquide, qu'il faut pouvoir utiliser au maximum. L'invention se situe dans le domaine technique de lavage de gaz par un liquide pulvérisé. Dans les contacts gaz-liquides, les solutions exis- tantes visent, soit: a) à diminuer la vitesse et réaliser une forte pulvé- risation avec un débit et une pression importante. C'est ce que l'on réalise dans les colonnes d'absorption, dont on peut citer celle qui est décrite dans le brevet améri- cain 2 409 088, et dans la section 20 de l'ouvrage de PERRY: "CHEMICAL ENGINEERS'HANDBOOK" pages 20-99 5ème édition; b) à augmenter la vitesse et réaliser une faible pul- vérisation, on obtient alors une bonne surface de contact, c'est ce que l'on réalise dans les appareils du type Ventu- ri dont on peut donner comme exemple l'appareil décrit dans le brevet belge 498 107. Dans tous les cas il faut augmenter la surface de con- tact pour l'efficacité, c'est-à-dire améliorer les trans- ferts thermiques, et/ou les transferts de matière. Augmenter la surface de contact ne se fait qu'au prix de dépense d'énergie: soit du côté du liquide, par une pulvérisation forte, c'est ce que l'on fait dans une tour soit du côté du gaz, par une pulvérisation dans un venturi, on subit alors une perte de charge élevée. Il faudra un ventilateur d'autant plus important que la perte de charge est plus élevée; de plus, lorsque les débits de gaz sont importants, il faut des ventilateurs de grande dimension et, de surcroit, leur construction est rendue difficile par la nécessité de matériaux spéciaux dans le cas des traite- ments des gaz corrosifs, qui exigent des appareils hors série. Le but de l'invention est de traiter les gaz avec un faible investissement, moins important que dans une tour, et cependant une dépense d'énergie moins élevée que dans les solutions connues du type Venturi. On remplit ces objectifs en reportant une partie de l'énergie sur le liquide en créant une pulvérisation. On obtient une épuration suffisante dans la plupart des cas, en poussières et en composés nocifs, pour éviter un ventilateur spécial. Le procédé permet le traitement physique et chimique d'un courant gazeux par un liquide pulvérisé à co-courant. Selon l'invention on introduit le courant gazeux dans une première zone ou zone de contact, dans laquelle on associe une pression de pulvérisation de liquide et une vitesse de courant gazeux rendue suffisante pour réaliser une bonne dispersion du liquide, c'est-à-dire une surface de contact et un temps de contact efficaces entre gaz et liquide, de manière à traiter les gaz physiquement et chimiquement au moyen du liquide, dans une deuxième zone ou zone de sépa- ration on sépare du courant gazeux la phase liquide disper- sée ayant traité les gaz, et on recueille séparément d'une part le courant gazeux traité qui a sensiblement la même vitesse qu'à l'entrée et qui ne contient qu'une quantité minime de liquide, et d'autre part le liquide de traite- ment en quasi totalité. On traite généralement des gaz animés de vitesses moyennes; des vitesses de l'ordre de 15-30 m/s sont quali- fiées de moyennes bien que cela ne soit pas limitatif du domaine d'application de l'invention. Dans le cas o la vitesse est trop faible pour assurer un bon contact, on augmente la vitesse et la turbulence du courant gazeux dans la zone de contact au moyen d'un rétreint placé à l'entrée. On réalise dans une zone de contact, généralement sensiblement verticale, l'écoulement du courant gazeux dans le même sens qu'une pulvérisation de liquide sensiblement -3 verticale de haut en bas. On réalise la séparation du liquide et du gaz en imposant au courant gazeux un changement brutal de direc- tion, qui devient sensiblement horizontal, tandis que le liquide à l'état dispersé, poursuit sa trajectoire verti- cale grâce à l'énergie de pulvérisation et à la gravité et est recueilli à la partie inférieure de l'appareil. Les transferts de matière et/ou de chaleur, ainsi que la séparation, sont suffisamment efficaces pour que le courant gazeux traité par le procédé de l'invention soit envoyé dans un ou plusieurs appareils complémentaires qui n'ont pas besoin de construction spéciale. C'est ainsi que le courant gazeux peut être envoyé dans un ventilateur de construction courante, à la suite duquel on recueille les gaz et séparément la quantité minime de phase liquide. On l'envoie, de préférence, directement dans le ventilateur. On peut compléter si besoin est, le traitement du courant gazeux sortant, en l'introduisant dans un second appareil de contact gaz liquide; l'efficacité de l'ensem- ble est supérieure à l'efficacité du second appareil. Un appareil complémentaire de contact gaz-liquide est par exemple un venturi, une colonne etc... ou généralement tout appareil de contact gaz-liquide. Pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention on choisit une portion sensiblement verticale de conduite de gaz o celui-ci circule de haut en bas. La portion choisie peut être proche de la verticale ou encore légèrement inclinée sur la verticale. La forme de la portion de con- duite peut être quelconque, par exemple cylindrique, ou encore de section carrée, ou de section circulaire mais non constante le long d'une génératrice, comme on le verra dans les exemples ci-après. On dispose dans la section choisie un dispositif de pulvérisation verticale: on pré- fère un pulvérisateur à cône plein. Il est avantageux de choisir un cône de pulvérisation dont l'angle au sommet soit par exemple de l'ordre de 15 à 30 . On réalise le rétreint à l'aide d'un diaphragme cir- culaire, généralement perpendiculaire à la conduite de gaz. On détermine la position et la dimension de la zone de contact au moyen de la position du diaphragme par rapport au jet. Les dimensions de la zone de contact dépendent du li- quide de pulvérisation, de sa pression et de son débit; de la vitesse du gaz, des composés dont il est chargé, de ses propriétés physiques: température, humidité, masse volumique, viscosité etc... On réalise la zone de séparation par un coude de la conduite de gaz; il est avantageux de choisir un coude à angle droit. Les gaz empruntent la conduite coudée et sont évacués de l'appareil, épurés selon le gaz entrant et la température du liquide d'arrosage. Le liquide de lavage dans sa quasi totalité est recueilli à la partie inférieure de la portion verticale. La figure 1 représente à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation avantageuse du dispositif de l'in- vention. On voit en 1 une tuyauterie verticale dans laquelle les gaz à traiter entrent en 3, dans un coude 2, qui est placé par exemple, à 90' comme représenté ici. Le courant de gaz 3 rencontre un pulvérisateur 4 à cône plein, de 15- . Le pulvérisateur est fixé à l'intérieur du tube à une hauteur qu'il est avantageux de régler, comme on le verra plus loin. On voit en 5 un diaphragme qui est construit ici per- pendiculaire au courant du gaz et qui, pour la facilité de la construction est placé dans une partie du tube consti- tuée d'une manchette souple 6. Cette construction permet aussi de résoudre les problèmes de vibrations et de dilata- tions inhérents au dispositif de circulation de gaz. Dans une variante de réalisation représentée figure 2 on a construit un diaphragme 5 bis dont la partie centrale est inclinée dans le sens du courant gazeux, forme qui a été choisie pour une raison de résistance de matériaux. D'autres formes équivalentes peuvent être adoptées sans sortir du cadre de l'invention. Dans tous les cas l'ouverture du diaphragme est cir- culaire. On voit encore figure 1 la zone de contact 7 tra- versée par le courant gazeux, puis la zcone de séparation 8, o les gaz empruntent la portion de conduite coudée, tandis que le liquide recueilli en 9, esit évacué en 10. Le coude 8 condui.t les gaz sortants par exemple vers un ventilateur non repI(sentC.. On a trouvé avantageux d'"avoir pour 1 e liquide pulvé- risé, une conduite la moins longue possible ce qui évite des vibrations dues aux écoulements du liqutide et du gaz, et permet ainsi une bonne tenue -dumatériel. On dispose le diaphragme dans un plan liorizontal pro- che du sommet du cône de pulvérisation. On règle la hauteur de pulvérisation greece à un dispo- sitif adéquat, et on choisit avantageusement le dispositif dont le détail est représenté figures 3a et 3b., On voit figures 3a et 3b en 11, le tube central de pulvérisation qui est muni de 3 pattes 12; on voit en 13 une bride pleine supportant trois autres pattes de fixa- tion 14. Les 3 pattes 12 sont munies de lumièresl2a permet- tant de faire coulisser le tube 11 et de le bloquer en po- sition désirée par exemple au moyen d'un boulon non repré- senté. Le procédé et le dispositif de l'invention trouvent des applications avantageuses dans les contacts gaz liqui- de chaque fois que les gaz à traiter sont animés de vites- ses moyennes. L'appareil est simple de construction et d'utilisa- tion. La dépense d'énergie est faible par rapport à l'effi- cacité. Le gaz sortant est acceptable par les ventilateurs de type courant. Le traitement physique et chimique de courant gazeux selon l'invention s'applique particulièrement aux absorp- tions et aux condensations et aux refroidissements de gaz chauds; notamment dans le cas o l'on a à extraire des gaz chauds d'un calcinateur, on peut les refroidir dans le dispositif de l'invention, de telle sorte que le volu- me de gaz à aspirer soit réduit dans des proportions appréciables. On diminue la taille du ventilateur, l'énergie con- sommée et on produit de l'eau chaude. Une autre application avantageuse est dans le trai- tement des gaz entralnés par l'air de refroidissement d'une cuve de fabrication d'acide phosphorique de voie humide: on diminue l'émission de fluor et on obtient une solution chaude utilisable dans une autre partie de l'ins- tallation. Exemple Dans une fabrication d'acide phosphorique de voie humide, on n'a représenté schématiquement figure 4, que la section attaque, comportant une cuve d'attaque 15, fer- mée par un couvercle 16 et équipée d'un refroidissement par air 17, reliée à un assainissement constitué d'un ven- tilateur 18, placé à la suite d'une gaine verticale 19 l'assainissement comporte encore une colonne 20 à deux étages de lavage, avec recirculation du liquide de lavage introduit en 21 et recyclage du liquide d'épuration en 22 vers une autre partie de l'installation. Les gaz surmon- tant la cuve d'attaque d'un débit de 170 000 m 3/h environ sont à. 650C. Après le traitement, ils contiennent des impuretés représentant 150 à 200 kg par jour de fluor. On a équipé la gaine verticale 19, ici de section carrée, du dispositif selon l'invention non représenté et constitué d'un diaphragme horizontal analogue à celui re- présenté en 5 figure 1, et d'un pulvérisateur cÈne plein à 300 débitant 150 m3/h d'eau à 300. On recueille d'une part l'eau de lavage à 60C par une sortie que l'on adapte en 9 et que l'on n'a pas repré- sentée, et d'autre part à la sortie de la colonne, un cou- rant de gaz à une température de 40-450C et qui contient seulement 40 kg/j de fluor. R E V E N D I C A T I 0 N S 1) Procédé de traitement physique et chimique d'un courant gazeux par un liquide pulvérisé à concourant, caractérisé en ce que l'on introduit le courant gazeux dans une première zone de contact dans laquelle on associe une pression de pulvérisation de liquide et une vitesse de courant gazeux rendue suffisante pour réaliser une bon- ne dispersion du liquide, une surface de contact et un temps de contact efficacesentre gaz et liquide, dans une deuxième zone de séparation, on sépare du courant gazeux la phase liquide dispersée ayant traité les gaz, et on recueille séparément d'une part le courant gazeux traité qui a sensiblement la même vitesse qu'à l'entrée, et qui ne contient qu'une quantité minime de liquide, et d'autre part le liquide de traitement dans sa quasi totalité. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on augmente la vitesse et la turbulence du cou- rant gazeux à l'entrée de la zone de contact au moyen d'un rêtreint à ouverture circulaire. 3) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on réalise une zone de contact sensiblement ver- ticale, un écoulement du courant gazeux dans le même sens que la pulvérisation de liquide, sensiblement verticale, de haut en bas. 4) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on réalise la zone de séparation en imposant au courant gazeux un changement brusque de direction tandis que le liquide à l'état dis- persé poursuit sa trajectoire verticale grâce à l'énergie de pulvérisation et à la gravité, et est recueilli à la partie inférieure de l'appareil. ) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on complète le trai- tement du courant gazeux sortant de la zone de séparation, dans un ventilateur. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on complète le trai- tement du courant gazeux sortant de la zone de séparation dans un second appareil de contact gaz-liquide. 7) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé se- lon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on choisit une portion sensible- ment verticale de conduite de gaz oh celui-ci circule de haut en bas, on y dispose un pulvérisateur et un diaphrag- me dans des positions respectives qui déterminent la po- sition et la dimension de la zone de contact et telles que le jet du pulvérisateur occupe pratiquement toute l'ouverture du diaphragme. 8) Dispositif selon la revendication précédente ca- ractérisé en ce que l'on choisit un pulvérisateur à cône plein.- 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un organe de fixation du pulvérisa- teur réglable en hauteur. ) Application du procédé et du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes aux'trans- ferts de matière et de chaleur. 11) Application du procédé et du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes aux opé- rations telles que absorptions condensations et refroi- dissement de gaz. 12) Application du procédé et du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes au trai- tement des gaz entraînés par l'air de refroidissement d'une cuve de fabrication d'acide phosphorique de voie humide, dans lequel la majeure partie des composés fluorés et des calories est captée sous forme d'une solution aqueuse chaude utilisable dans une autre partie de l'installation.