Brevet FR2473899A1 — publié le 19810724

La présente invention a pour objet un appareil pour le dépoussiérage, le dévésiculage et plus généralement l'épuration des gaz, en particulier avant le rejet de ces derniers dans l'atmosphère. Il existe de nombreux appareils destinés à l'épi ration des gaz résiduaires avant leur rejet dans l'atmos phère. Ces appareils font appel à des éléments classiques tels que les divers types de contacteurs gaz-liquide décrits par A. LAURENT et J.C. CHARPENTIER (The Chemical Engineering Journal, 8, 1974, 85-101) ou à des systèmes plus élaborés tels que les lits de fibre de verre. Les appareils à base d'éléments classiques ne sont souvent pas assez performants pour permettre d'abaisser la teneur en produits polluants des gaz en dessous de la valeur maximum admissible pour le rejet dans l'atmosphère. Les appareils mettant en oeuvre des lits à fibre de verre présentent une perte de charge élevée et leur fonctionnement nécessite donc une grande consommation d'énergie.En outre ils présentent des risques de colmatage dans le cas où les poussières à éliminer sont des poussieres insolubles. Il a été trouvé, conformément à la présente invention, qu'il était possible de réaliser un appareil d'épura- tion des gaz plus performant que les appareils à base d'élé ment s classiques déjà connus et présentant une perte de charge faible. L'appareil selon l'invention est caractérisé par le fait qu'il comporte, disposés en série et dans l'ordre indiqué ci-aprês, les éléments suivants a) Une conduite d'arrivée des gaz à traiter. b) Un Venturi convergent-divergent, dont la partie conver gente est reliée par son extrémité de plus grande section à la conduite d'arrivée des gaz à traiter. c) Un tuyau d'injection dont l'axe coincide avec celui du Venturi et dont l'extrémité est située en amont du col du Venturi. d) Une enceinte, reliée à l'extrémité de plus grande section de la partie divergente du Venturi, contenant un ou plu sieurs pulvérisateurs. e) Un dispositif permettant de réaliser un passage des gaz par accélération nulle. f) Un ou plusieurs plateaux perforés. g) Un dévésiculeur. La conduite d'arrivée des gaz à traiter permet d'amener lesdits gaz au Venturi. Le tuyau d'injection, dont la position par rapport au col du Venturi est réglable et dont l'extrémité est munie d'une tête d'injecteur, permet d'injecter, parallèlement au courant gazeux à traiter et dans le même sens que celui-ci, sous une pression supérieure à celle du gaz à traiter à l'entrée du Venturi, un fluide (eau, à l'état liquide ou vapeur, solution aqueuse d'un réactif approprié, etc...). Le diamètre de sortie de la tête d'injecteur est choisi en fonction du débit de fluide désiré. La position du tuyau d'injection est de préférence réglée de façon que l'extrémité du tuyau c'est-à-dire la tête d'injecteur se trouve au sommet de la partie divergente du Venturi. L'ensemble système d'injection-Venturi permet d'une part d'obtenir l'effet dynamique de propulsion nécessaire à la circulation du gaz dans l'ensemble de l'appareil et d'autre part d'assurer une bonne coalescence des particules par les effets de compression et détente. Les caractéristiques géométriques du Venturi, en particulier la section au niveau du col, sont calculées en fonction de la vitesse désirée pour le gaz au niveau du col. Cette vitesse est de préférence de 50 m/5 à 90 m/S. . Les caractéristiques géométriques conduisant à une vitesse donnée du gaz au niveau du col sont évidemment fonction des caractéristiques du courant gazeux à l'entrée du Venturi (nature, température, pression et débit du gaz). Le ou les pulvérisateurs situés dans 11 enceinte qui suit la partie divergente du Venturi permettent d'assurer la saturation du gaz par de l'eau ou une solution de lavage appropriée quelconque. Le dispositif permettant de réaliser un passage des gaz par accélération nulle, dispositif qui peut etre constitué par n1 importe quel système imprimant au gaz un changement de direction d'au moins 1800 , assure un dévésiculage partiel du gaz saturé. Le ou les plateaux perforés, qui sont alimentés par de l'eau ou par une solution de lavage appropriée quelconque, perturbent l'écoulement gazeux en assurant une surface de contact maximum et sans cesse renouvelée entre le gaz et le liquide. Le dévésiculeur est un séparateur de gouttelettes, qui permet d'éviter les entratnements d'eau ou de solution de lavage par le gaz épuré à l'extérieur de l'appareil. Outre les éléments signalés précédemment, l'appareil selon l'invention peut comporter éventuellement un ou plusieurs des éléments suivants - un dispositif de piégeage de liquide, situé entre le dispositif permettant de réaliser un passage des gaz par accélération nulle et le ou les plateaux perforés. - des circuits de recyclage des liquides de lavage ayant servi permettant de renvoyer ces liquides au tuyau d'injection et/ou aux pulvérisateurs et/ou aux plateaux perforés. - un dispositif de réchauffage des gaz épurés, situé en aval du dévésiculeur et permettant de réchauffer les gaz avant leur rejet dans l'atmosphère afin d'abaisser leur degré hygrométrique et d'éviter les retombées d'eau à la sortie de l'appareil. Les divers éléments constitutifs de l'appareil selon l'invention sont connus, mais il n'a jamais été proposé jusqu'ici de les combiner comme indiqué précédemment. La figure 1 représente, a' titre d'exemple, un mode de réalisation de l'appareil selon l'invention. Dans ce mode de réalisation l'appareil comporte deux colonnes verticales reliées par la canalisation 8. La première colonne comprend la conduite d'arrivée du gaz 1, le Venturi 2, le tuyau d'injection 3, qui peut coulisser verticalement et dont l'axe coincide avec celui du Venturi, et l'enceinte 4 contenant deux pulvérisateurs à cone creux orientés vers le bas et alimentés en liquide de lavage par les conduites 5 et 6. Le liquide de lavage usé, qui est évacué par la canalisation 7, peut être soit éliminé, soit renvoyé au tuy#au d'injection et/ou aux pulvérisateurs par une pompe (non représentée sur la figure).La deuxième colonne comprend deux plateaux perforés alimentés en liquide de lavage par les canalisations 10 et 11 et un dévésiculeur 12. Ce dévésiculeur est constitué par un filtre en métal ou en téflon, sous forme d'un matelas cylindrique fermé à sa partie supérieure par un chapeau 13 et arrosé par de l'eau au moyen d'une buse à cane plein orientée vers le haut et alimentée par la canalisation 14. Le matelas cyclindrique est maintenu au moyen des colliers de serrage 15. Le liquide de lavage usé, qui est évacué par la canalisation 16, est soit éliminé, soit renvoyé aux plateaux perforés et/ou au bas de l'enceinte 4 par l'intermédiaire d'une pompe (non représentée sur la figure). La canalisation 8 débouche dans l'enceinte 4 par une partie coudée 9 dont l'orifice est dirigé vers le bas. Une telle disposition permet d'obtenir un passage des gaz par accélération nulle. La figure 2 est une représentation plus détaillée des éléments 1, 2 et 3 de l'appareil de la figure 1. Le tuyau d'injection 3, qui est maintenu dans l'axe du Venturi par le collier de centrage 17, est muni a' son extrémité de la tête d'injecteur 18. Sur la figure 2 le tuyau d'injection est représenté dans sa position préférentielle, c'est-à-dire la position dans laquelle le bout de la tête d'injecteur est situé au sommet du divergent du Venturi. Le Venturi comprend lui-méme trois parties : une partie convergente tronconique 19, une partie divergente tronconique 20 et, entre les deux, une partie cylindrique de section constante réduite 21 (col du Venturi). Pour un débit de naz, en particulier d'air, à traiter de 600 à 1.200 Nm3 par heure, les cotes des éléments 1, 2 et 3 peuvent par exemple être choisies comme suit - diamètre intérieur de la conduite d'arrivée du gaz au raccord avec la partie convergente du Venturi : 150 mm - diamètre intérieur du tuyau d'injection : 15 mm - diamètre intérieur de la tette d'injecteur à la sortie : 4 à 10 mm suivant le débit désiré pour le fluide injecté. - hauteur du convergent du Venturi : 168 mm - hauteur du col du Venturi : 60 mm - diamètre intérieur au col du Venturi : 60 mm - hauteur du divergen#t du Venturi : 590 mm - diamètre intérieur à la sortie du divergent du Venturi 200 mm. L'appareil selon l'invention permet de réaliser les opérations, simultanées ou non, suivantes - la captation de poussières dans les gaz - la captation de vésicules dans les gaz - l'absorption de gaz, en particulier de gaz polluants tels que S02, NH3, HCl, etc..., dans d'autres gaz (air par exemple). Il est donc particulièrement adapté à la résolution des problèmes posés par la lutte contre la pollution atmosphérique et la récupération des produits précieux contenus dans les gaz résiduaires avant le rejet de ces derniers dans l'atmosphère. Une telle récupération peut etre effectuée de manière économique en faisant fonctionner l'appareil en concentrateur, c'est-â-dire en recyclant le liquide de lavage jusqu'à l'obtention de la concentration désirée en produit à récupérer. Les exemples suivants, qui n'ont aucun caractère limitatif, illustrent les applications de l'appareil selon l'invention EXEMPLE I L'appareil utilisé est celui représenté sur les figures 1 et 2. Les caractéristiques du gaz à traiter, c'est à-dire le gaz à l'entrée de l'appareil, sont les suivantes nature du gaz : air température sèche : 50 - 550C température humide : 500C débit : 950 Nm3/h impuretés à éliminer : acide maléique 465 mg/m3 Ces impuretés sont sous la forme de vésicules de solution aqueuse d'acide maléique. Environ 50 % des vésicules ont un diamètre supérieur à 7y et 50 % un diamètre inférieur à 7#. Par le tuyau d'injection 3 on injecte de l'eau fraîche à 150C et sous une pression de 5 kg/cm2. Le débit d'injection est de 60 litres par heure et la vitesse d'injection de 270m/s. Les deux pulvérisateurs de l'enceinte 4 sont alimentés au début avec de l'eau franche, puis avec les eaux de lavage recueillies au bas de l'enceinte 4, qui sont donc recyclées. Le liquide de lavage est pulvérisé sous une pression de 3 kg/cm2 et avec un débit de 2.340 litres par heure pour chaque pulvérisateur. Les plateaux perforés sont alimentés au début par de l'eau franche, puis par les eaux de lavage recueillies au bas de la deuxième colonne, qui sont donc recyclées. Pour l'ensemble des deux plateaux le débit d'alimentation est de 1.000 litres par heure. Le dévésiculeur est arrosé par de l'eau fraiche à 130C, dont le débit est 50 litres par heure. Les caractéristiques du gaz épuré à la sortie de l'appareil sont les suivantes nature du gaz : air température sèche : 45 - 500C température humide : 45 - 500C débit : 950 Nm3/h teneur en acide maléique : 7,5 mg/m3 Le rendement d'arrêt des vésicules de solution aqueuse d'acide maléique est donc (465 - 7,5) 465 La perte de charge mesurée de l'appareil est de 134 mm d'eau. EXEMPLE Il L'appareil utilisé est le méme qu'à l'exemple I. Les caractéristiques du gaz à ltentrée de l'appareil sont les suivantes nature du gaz : air température sèche : 500C température humide : 500C débit : 800 impuretés à éliminer : acide maléique 228 mg/m3. Ces impuretés sont sous la forme de vésicules de solution aqueuse d'acide maléique, dont 50 % environ ont un diamètre supérieur à 79 et 50 % un diamètre inférieur à 7fol. Par le tuyau d'injection 3 on injecte au début de l'eau fratche, puis les eaux de lavage recueillies au bas de l'enceinte 4. Le liquide est injecté sous une pression de 5 kg/cm2. Le débit d'injection est de 60 litres par heure et la vitesse d'injection de 270 m/s. Un seul des pulvérisateurs de enceinte 4 est en fonctionnement et les conditions d'alimentation de ce pulvérisateur sont celles indiquées à l'exemple I. Les plateaux perforés et le dévésiculeur sont alimentés comme indiqué à 1'exemple I, sauf que le d'bit d'arrosage du dévésiculeur est 40 litres par heure. Les caractéristiques du gaz épuré à la sortie de l'appareil sont les suivantes nature du gaz : air température sèche : 450C température humide : 440C débit : 800 Nm3/h teneur en acide maléique : 12,5 mg/m3 Le rendement d'arrêt des vésicules de solution aqueuse d'acide maléique est donc 228 - 12,5 228 x 100 = 94,5 % 228 La perte de charge mesurée de l'appareil est de 135 mm d'eau. EXEMPLE III L'appareil utilisé est le même qu'à l'exemple I. Les caractéristiques du gaz à l'entrée de l'appareil sont les suivantes nature du gaz : air température sèche : 200C température humide : 120C débit : 1.200 Nm3/h impuretés à éliminer NaClO3 (sous forme de poussières) 750 mg/m3 KC103 ( " " " " ) 1 435 mg/m3 Ca3 (P 4)2 ( " " " " ) 680 mg/m3 La répartition des poussières en fonction de la taille des particules est la suivante diamètre KC103 Ca3 (P04)2 NaCl0. ~~~ : > 12,5 -13,4 % 2,9 1 8,1% entre 4,4 et 12,5 26 % 15,15 % 19,7 % entre 1,6 et 4,4 53,9 % 73,8 % 60,2 % entre 0,25# et 1,6F 5,2 % 7,8 % 8 % #0,25# 1,5 % 0,35 % 4 % Par le tuyau d'injection 3 on injecte au début de l'eau fraîche, puis les eaux de lavage recueillies au bas de l'enceinte 4. Le liquide est injecté sous une pression de 5 kg/cm2. Le débit d'injection est de 60 litres par heure et la vitesse d'injection de 270 m/s. Les deux pulvérisateurs de ltenceinte 4 sont alimentés au début avec de l'eau franche puis avec les eaux de lavage recueillies au bas de l'enceinte 4, qui sont donc recyclées. Le liquide de lavage est pulvérisé sous une pression de 3 kg/cm2 et avec un débit de 2.340 l/h pour chaque pulvérisateur. Les plateaux perforés sont alimentés au début par de l'eau franche, puis par les eaux de lavage recueillies au bas de la deuxième colonne, qui sont donc recyclées. Pour l'ensemble des deux plateaux le débit d'alimentation est de 800 l/h. Le dévésiculeur est arrosé par de l'eau fratche à 80C, dont le débit est 150 l/h. Les caractéristiques du gaz épuré à la sortie de l'appareil sont les suivantes nature du gaz : air température sèche : 150C température humide : 150C débit : 1.200 Nm3/h teneur en NaC103 : 10 mg/m3 teneur en KC103 : 5 mg/m3 teneur en Ca3(P04)2 : 3 mg/m3 Le rendement d'arrêt des poussières est donc pour NaClO3 f = (750 - 10) 3 x 100 = 98,7 % 750 pour KCl03 # = f (1.435 = ( ) 100 = 99,7 % x 1 435 pour Ca3 (P04)2 f = (680 - 3) x 100 = 99,6 1 680 La perte de charge mesurée de l'appareil est de 155 mm d'eau. EXEMPLE IV L'appareil utilisé est le même qu'à l'exemple I. Les caractéristiques du gaz à l'entrée de l'appareil sont les suivantes nature du gaz : air température sèche : 19,50C température humide : 120C débit : 750 Nm3/h impuretés à éliminer NaCl (sous forme de poussières) 186 mg/m3 NaClO3 ( " " " " ) 560 mg/m3 3 (PO4)2 ( " " It " ) 150 mg/m3 La répartition des poussières de NaCl3 et Ca3(P04)2 en fonction de la taille des particules est sensiblement la même qu'à l'exemple III. Les conditions opératoires sont les mêmes que celles de l'exemple III, sauf que le dévésiculeur est arrosé par de l'eau fraîche à 9,50C, dont le débit est 40 l/h. Les caractéristiques du gaz épuré à la sortie de l'appareil sont les suivantes nature du gaz : air température sèche : 150C température humide : 150C' débit : 750 Nm3/h teneur en NaCl : 1 mg/m3 teneur en NaC103 : 3 mg/m3 teneur en Ca3(P04)2: 8 mg/m3 Le rendement d'arrêt des poussières est donc pour NaCl = (186 - 1) x 100 = 99,5 5t 186 pour NaC103 = (560 - 3) x 100 = 99,5 % 560 pour Ca3(P04)2 # = (150 -8) x 100 = 94,7 % 150 La perte de charge mesurée de l'appareil est de 145 mm d'eau. REVENDICATIONS 1. Appareil d'épuration des gaz, caractérisé en ce qu'il comporte, disposés en série et dans l'ordre indiqué ci-après a) Une conduite d'arrivée des gaz à traiter. b) Un Venturi convergent-divergent, dont la partie conver gente est reliée par son extrémité de plus grande section à la conduite d'arrivée des gaz à traiter. c) Un tuyau d'injection dont l'axe coincide avec celui du Venturi et dont l'extrémité est située en amont du col du Venturi. d) Une enceinte, reliée à l'extrémité de plus grande section de la partie divergente du Venturi, contenant un ou plu sieurs pulvérisateurs. e) Un dispositif permettant de réaliser un passage des gaz par accélération nulle. f) Un ou plusieurs plateaux perforés. g) Un dévésiculeur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'extrémité du tuyau d'injection se trouve au sommet de la partie divergente du Venturi. 3. Application de l'appareil tel que défini dans chacune des revendications 1 et 2 à la captation de poussières et/ou de vésicules dans les gaz et/ou à l'absorption de gaz dans d'autres gaz.