Brevet FR2475922A1 — publié le 19810821

L'invention se rapporte de manière générale à L'épuration de gaz et plus particulièrement à un procédé et à un dispositif d'épuration par centrifugation d'un gaz qui a été humidifié à l'eau. L'invention se rapporte en résumé et essentiellement à un procédé et à un appareil suivant lesquels le gaz devant être épuré est humidifié à la vapeur d'eau de manière que ce gaz en soit sensiblement saturé, c'est-à-dire que son humidité relative atteigne au moins approximativement 100 %, puis le gaz humidifié est comprimé par centrifugation de manière à être suffisamment condensé et qu'au moins une partie de la vapeur d'eau en soit extraite et, plus particulièrement, de manière que pratiquement toutes les souillures particulaires et gazeuses avec lesquelles la vapeur est entrée en contact soient extraites du gaz. Selon unelparticularité importante du procédé et du dispositif de l'invention, le gaz humidifié est comprimé par centrifugation de manière que sa densité atteigne une valeur correspondant approximativement au moins à trois fois celle de l'air atmosphérique et de préférence à plusieurs fois cette pression atmosphérique. Le gaz humidifié est plus particulièrement comprimé par centrifugation de préférence suffisamment pour que sa densité soit multipliée par un facteur compris entre 20 et 50 ou davantage. En considérant l'invention un peu différemment, elle comprend une première phase essentielle consistant à saturer uniformément le gaz à épurer à la vapeur d'eau de manière que son humidité relative soit sensiblement de 100 %. Cette humidification peut être effectuée par injection de vapeur d'eau et/ou injection d'eau atomisée, cette dernière étant vaporisée par l'énergie de la chaleur perdue des gaz de carneau épurés. Il faut dans tous les cas introduire de l'eau en quantité suffisante pour effectuer une saturation pratiquement complète, la quantité d'eau nécessaire étant fonction de la quantité des gaz épurés, de leur température et d'autres facteurs analogues. L'humidification du gaz à la vapeur d'eau de manière que son humidité relative atteigne une valeur au moins approximativement égale à 100 % garantit l'absorption maximale des souillures particulaires et gazeuses, cette absorption étant beaucoup plus complète que celle effectuée dans un gaz contenant des gouttelettes d'eau dispersées et entre lesquelles se trouve du gaz sec ou relativement sec. Suivant un principe essentiel de l'invention, l'humidification du gaz à épurer à la vapeur d'eau de manière que son humidité relative atteigne une valeur au moins approximative de 100 % crée un nuage de gouttelettes microscopique d'eau dont les dimensions sont proches de celles de molécules et qui sont suffisamment rapprochées par la masse de gaz auquel elles sont mélangées pour être capables, en particulier lors de la compression ultérieure, d'absorber pratiquement la totalité des souillures particulaires et pratiquement la totalité des souillures gazeuses qui sont solubles dans l'eau à l'état moléculaire, c'est-à-dire qui sont solubles dans l'eau lorsque leurs molécules sont intimement mélangées aux molécules d'eau. Une seconde phase essentielle du principe de l'invention consiste en la compression par centrifugation du gaz humidifié de manière qu'il atteigne une densité correspondant à plusieurs fois celle de la densité de l'air atmosphérique afin de condenser et d'extraire de ce gaz au moins une partie de la vapeur d'eau et de forts pourcentages des souillures avec lesquelles la vapeur d'eau est entrée en contact. La compression par centrifugation des gaz humides augmente considérablement l'absorption des souillures particulaires et des souillures gazeuses qui sont solubles dans l'eau à l'état moléculaire, car les souillures particulaires, les molécules de vapeur d'eau et les molécules des souillures gazeuses sont ainsi considérablement rapprochées.Ce facteur augmente considérablement les chances de collision entre ces molécules et augmente ainsi considérablement l'absorption des souillures mentionnées par les gouttelettes microscopiques d'eau. La compression par centrifugation a aussi pour effet de condenser la vapeur d'eau ainsi que les souillures particulaires et gazeuses absorbées par cette dernière, de sorte que la vapeur d'eau condensée peut être ex traite du gaz afin d'obtenir l'effet voulu d'épuration. En d'autres termes, la force centrifuge comprime le nuage formé par le mélange en le condensant en eau qui peut être extraite du gaz et être évacuée avec les souillures particulaires et gazeuses qu'elle a absorbées. Des essais ont montré que le procédé de l'invention permet d'éliminer pratiquement toutes les souillures particulaires de gaz de carneau, y compris des produits tels que la fumée, la suie, les cendres vollantes et analogues qui sont dégagées par la combustion du charbon. D'autres essais ont montré que le procédé de l'invention est très efficace pour l'épuration de gaz de carneau afin d'en éliminer les souillures gazeuses et, par exemple, la teneur en anhydride sulfureux peut être éliminée au moins à 95 %, ce facteur étant extrêmement important, car il permet d'utiliser des combustibles ayant de fortes teneurs en soufre en évitant pratiquement la pollution atmosphérique par ces sources. Une particularité de l'invention, telle que mentionnée précédemment, consiste à utiliser l'énergie de la chaleur perdue dans tous les cas dans lesquels cela est possible. Donc, lorsque de la vapeur d'eau perdue est disponible, elle peut être utilisée pour humidifier au moins partiellement le gaz devant être épuré à la vapeur d'eau. En variante ou en complément, de l'eau atomisée est injectée dans le gaz devant être épuré en quantité suffisante pour conférer une humidité relative sensiblement de 100 % en utilisant la chaleur perdue du gaz pour provoquer la vaporisation de l'eau atomisée. Un autre facteur important du principe de l'invention est qu'il permet l'élimination extrêmement efficace des souillures particulaires et des souillures gazeuses qui sont solubles dans l'eau à l'état moléculaire, par exemple l'anhydride sulfureux, simplement à l'eau et sans additif. Toutefois, dans certains cas, des additifs peuvent être utilisés pour éliminer des souillures qui ne peuvent pas être évacuées uniquement à l'eau simple. L'invention a également pour objet une installation d'épuration de gaz qui comprend une centrifugeuse équi pée d'un rotor à admission centrale dans la direction de l'axe et à orifice de sortie orienté vers l'extérieur et placé à la circonférence, le diamètre du rotor, sa vitesse de rotation et la superficie des orifices de sortie étant adoptés de manière que, pour un gaz de carneau, des souillures et un mélange de vapeur d'eau donnés, le mélange soit comprimé à une densité correspondant approximativement à trois fois ou davantage la densité de l'air atmosphérique et de préférence à une densité correspondant à vingt à cinquante fois celle de l'atmosphère, ou davantage. Le rotor de l'installation est monté au sommet d'une cheminée sensiblement verticale de gaz de carneau de manière qu'il soit pratiquement coaxial à cette cheminée et que son admission centrale située dans l'axe communique avec cette dernière. Suivant une particularité importante du rotor, il converge radialement vers l'extérieur, de manière que la section transversale de son volume interne diminue radialement vers l'extérieur. Cette disposition a pour effet d'augmenter le taux de compression par centrifugation, les autres facteurs étant par ailleurs égaux. Suivant une autre particularité avantageuse de ce rotor, ses orifices de sortie qui sont placés à distance les uns des autres à sa circonférence sont inclinés vers l'arrière par rapport au sens de rotation, de manière que le gaz et l'eau éjectés par ces orifices de sortie contribuent à faire tourner le rotor en réduisant l'énergie nécessaire à la commande de ce rotor qui peut consister en un moteur électrique. Suivant une autre particularité de l'installa- tion de l'invention, deux grilles annulaires qui convergent radialement vers l'extérieur sont disposées dans le rotor et supportées par lui et une troisième grille annulaire placée entre les deux précédentes est montée à l'intérieur du rotor et supportée par ce dernier. Ces grilles, qui peuvent être en métal déployé, réduisent le glissement entre le rotor et le mélange s'écoulant radialement vers l'extérieur par le rotor. Ce rotor peut être avantageusement équipé par ailleurs d'aubes placées à distance les unes des autres à la circonfé rence, placées à l'intérieur du rotor et supportées par lui, ces aubes étant coaxiales à l'admission axiale afin de contribuer à entraîner en rotation le mélange qui s'écoule radialement vers l'extérieur dans le rotor. A titre d'exemple uniquement, la mise en oeuvre d'un rotor tel que spécifié ayant un diamètre de 60 cm et entraîné à une vitesse de 3600 tr/min, le rapport de la surface de l'orifice d'admission axiale à celle des orifices de sortie étant égal à 20:1, permet d'obtenir une compression par centrifugation du gaz humidifié de telle manière que sa densité soit d'environ 45 fois celle de l'air atmosphérique. Il est toutefois possible d'obtenir une épuration très bonne avec des compressions inférieures, par exemple de manière que la densité du mélange atteigne une valeur approximativement égale à 25 à 30 fois celle de l'air atmosphérique. L'invention va être décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels - la figure 1 est une coupe verticale partielle d'une installation d'épuration de gaz humide par centrifugation conforme à l'invention et destinée à la mise en oeuvre du procédé de l'invention - la figure 2 est une coupe partielle selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; et - la figure 3 est une coupe partielle selon la ligne 3-3 de la figure 2. L'installation d'épuration de gaz conforme à l'invention porte la référence générale 10 et comprend une cheminée sensiblement verticale 12 de gaz de carneau devant être épuré, un humidificateur 14 du gaz montant dans la cheminée à l'aide de vapeur d'eau de manière que l'humidité relative atteigne une valeur sensiblement égale à 100 %, une centrifugeuse 16 montée au sommet de la cheminée et destinée à comprimer par centrifugation le gaz humidifié de manière que sa densité atteigne une valeur égale à environ 3 à 4 fois et de préférence 20 à 50 fois ou davantage celle de la densité de l'air atmosphérique afin de condenser au moins une partie de la vapeur d'eau et des souillures avec lesquelles la vapeur d'eau est entrée en contact et de les extraire du gaz humidifié.La centrifugeuse comprend plus particulièrement un rotor 18 sensiblement coaxial à la cheminée 12 et comprenant une admission centrale 20 située dans l'axe et communiquant avec la cheminée, ce rotor comportant des orifices de sortie 22 situés à l'extérieur et placés à distance les uns des autres à la circonférence, de la manière représentée sur la figure 2. Un moteur électrique 24 ou une autre commande convenable fait tourner le rotor 18. Comme expliqué préalablement, l'humidificateur sature uniformément le gaz de carneau montant dans la cheminée 12 à la vapeur d'eau de manière que son humidité relative atteigne approximativement 100 %. Cette humidification peut être effectuée par injection de vapeur d'eau et/ou d'eau atomisée, cette dernière se vaporisant sous l'effet de l'énergie représentée par la chaleur perdue des gaz de carneau épurés. De toute manière, il faut introduire suffisamment d'eau pour obtenir une saturation pratiquement complète, la quantité d'eau nécessaire étant fonction de la quantité de gaz de carneau devant être épuré, de la température de ce gaz et d'autres facteurs analogues. Dans le mode de réalisation particulier qui est représenté, l'humidificateur 14 comprend des gicleurs 26 qui atomisent l'eau et qui sont placés verticalement à distance les uns des autres dans la cheminée 12, ces gicleurs étant supportés et alimentés en eau par des tuyaux 28. Ces derniers sont raccordés à un circuit convenable non représenté de commande de l'admission d'eau. La centrifugeuse 16 est logée dans une cuve cylindrique comprenant un fond 30 convenablement supporté par la cheminée 12 et une enveloppe cylindrique extérieure 32 ouverte au sommet. Le fond 30 supporte un anneau 34 formant un joint hermétique et orienté vers le haut à l'intérieur de l'admission centrale 20 du rotor 18. Une entretoise cylindrique 36 montée sur le fond 30 supporte une cloison circulaire supérieure 38 qui est fixée au fond par des vis 40 placées à distance les unes des autres à la circonférence. L'eau et le gaz refoulés par le rotor 18 dans l'espace délimité par le fond 30, l'entretoise 36 et la cloison supérieure 38 s'échappent par des trous 42 de l'entretoise et des trous 44 de la cloison supérieure. Le fond 30 est muni à l'extérieur de l'entretoise 36 d'une évacuation principale 46. Un déflecteur annulaire 48 supporté par la cloison supérieure 38 et placé à distance au-dessus de cette dernière, au-dessus des trous 44, dirige le gaz et l'eau entraînée qui s'échappe par les trous 44 vers l'extérieur, contre l'enveloppe extérieure 32. Cette dernière est revêtue intérieurement d'une grille 50 qui tend à recueillir l'eau projetée sur elle et à l'évacuer vers le bas et vers le fond 30. Il est possible dans certains cas de supprimer l'entretoise annulaire 36 et de la remplacer par des entretoises discontinues dans la direction de la circonférence afin de permettre à l'eau refoulée par le rotor 18 d'atteindre directement la grille 50 qui revêt l'enveloppe extérieure 32. Le moteur 24 est monté convenablement sur la cloison supérieure 38 de manière que son axe soit pratiquement vertical et coaxial à la cheminée 12, l'arbre de sortie 52 du moteur étant suspendu sous la cloison supérieure 38. Un manchon 54 qui supporte et fait tourner le rotor 18 est convenablement fixé à cet arbre de sortie 52 du moteur. Le rotor 18 comprend plus particulièrement une plaque annulaire supérieure 56 qui supporte ses autres pièces, de la manière qui sera décrite ci-dessous. Le rotor 18 converge plus particulièrement radialement vers l'extérieur de la manière représentée sur la figure 1 avec pour effet d'augmenter le taux de compression par centrifugation du mélange de gaz de carneau, de vapeur d'eau et de souillures, les autres facteurs étant par ailleurs égaux.Les orifices de sortie 22, qui sont placés à distance les uns des autres à la circonférence de la manière représentée sur la figure 2, sont inclinés vers l'arrière par rapport au sens de rotation du rotor 18, de manière que le mélange qu'ils éjectent contribue à entrainer le rotor en rotation en réduisant ainsi l'énergie consommée par le moteur 24. Comme mentionné précédemment, le rapport de la surface de l'admission axiale 20 du rotor 18 à la surface totale de ses orifices de sortie 22 peut etre de l'ordre de 20:1. Le rotor 18 tel que représenté comprend une feuille supérieure annulaire 62 qui est serrée- contre le manchon 54 par la plaque de support 56 et qui se prolonge radialement vers l'extérieur au-delà de cette plaque de support. Le rotor 18 comprend par ailleurs une feuille annulaire inférieure 64 dont la périphérie interne coincide avec l'admission centrale 20. La périphérie interne de la feuille annulaire inférieure 64 est maintenue à distance au-dessous de la feuille supérieure 62 par une rangée circonférentielle d'entretoises radiales 66 Des vis 68 fixent les entretoises 66 à la feuille supérieure 62 et à la plaque de support 56. Des vis 70 fixent l'admission centrale 20 située dans l'axe et la feuille annulaire inférieure 64 aux entretoises 66. Ces dernières constituent des aubes de rotor qui tendent à contribuer au déplacement du mélange des gaz de carneau, de la vapeur d'eau et des souillures radialement vers l'extérieur et vers la périphérie extérieure du volume interne du rotor 18.Une grille annulaire déflectrice 72 supportée par le manchon 54 contribue aussi à projeter les gouttelettes d'eau radialement vers l'extérieur. Les feuilles annulaires supérieure et inférieure 62 et 64 convergent radialement vers l'extérieur vers un anneau d'entretoisement 74 placé entre elles et des boulons 76 les fixent contre cet anneau. Les orifices de sortie 22 sont formés de gorges creusées dans l'une des surfaces de l'anneau 74, ces gorges étant inclinées de manière à être orientées tangentiellement vers l'arrière par rapport au sens de rotation du rotor. Deux grilles annulaires 78 et 80 convergeant radialement vers l'extérieur et une troisième grille annulaire 82 placée entre les deux premières sont convenablement fixées dans la partie annulaire extérieure du rotor 18, ces grilles étant supportées par ce rotor avec lequel elles sont rotatives. Les grilles 78, 80 et 82, qui peuvent être par exemple en métal déployé, réduisent le glissement entre le rotor 18 et le mélange s'écoulant radialement vers l'extérieur à l'intérieur du rotor et coopèrent à cet égard avec les entretoises 66 qui constituent des aubes. Le mode de fonctionnement de l'installation d'épuration de gaz 10 conforme à l'invention apparaît à l'évidence d'après la description qui précède et va être brièvement évoquée en résumé. Les gaz de carneau sont plus particulièrement humidifiés en pratique uniformément à la vapeur d'eau de manière que leur humidité relative atteigne une valeur proche de 100 % lors de leur montée dans la cheminée 12 et/ou lors de leur entrée dans le rotor 18. Le mélange de gaz de carneau, de vapeur d'eau et de souillures est comprimé par centrifugation à l'intérieur du rotor de manière que sa densité atteigne une valeur plusieurs fois supérieure à celle de l'air atmosphérique, de manière qu'au moins une partie de la vapeur d'eau et des souillures avec lesquelles cette dernière est entrée en contact se condense. L'eau de condensation qui en résulte et qui est chargée de souillures est recueillie par les entretoises 36 et/ou l'enveloppe extérieure 32 et finalement s'échappe par l'évacuation principale 46. Il va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre d'exemple et que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1. Installation d'épuration de gaz, caractérisée en ce qu'elle comprend une cheminée sensiblement verticale (12) de gaz de carneau à épurer, un humidificateur (14) des gaz de carneau devant etre épurés et montant dans la cheminée à l'aide de vapeur d'eau de manière que leur humidité relative atteigne une valeur pratiquement égale à 100 %, ainsi qu'une centrifugeuse placée au sommet de la cheminée, montée sur cette dernière et communiquant avec elle, de manière qu'elle comprime par centrifugation le gaz humidifié en lui conférant une densité plusieurs fois supérieure à celle de l'air atmosphérique afin de condenser et d'extraire de ce gaz au moins une partie de la vapeur d'eau et des souillures que le gaz contient et avec lesquelles la vapeur d'eau est entrée en contact, ladite centrifugeuse comprenant un rotor (18) monté sur la cheminée (12) et comprenant une admission centrale (20) située dans l'axe et communiquant avec ladite cheminée, une commande (24) étant destinée à faire tourner ledit rotor, ce rotor comprenant une surface supérieure (62) et une surface inférieure (64) ainsi que des orifices de sortie (22) orientés vers l'extérieur à sa périphérie, et au moins une grille annulaire (78, 80, 82) étant montée à l'intérieur du rotor entre ladite admission et lesdits orifices de sortie. 2. Installation d'épuration de gaz selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites surfaces supérieure t62) et inférieure (64) du rotor (18) convergent radialement vers l'extérieur. 3. Installation d'épuration de gaz selon la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits orifices de sortie (22) sont inclinés à la circonférence vers l'arrière par rapport au sens de rotation du rotor. 4. Installation d'épuration de gaz selon la revendication 2, caractérisée en ce que deux grilles annulaires (78, 80) convergeant radialement vers l'extérieur sont montées dans, et supportées par, ledit rotor entre lesdites surfaces supérieure et inférieure (62, 64) et une troisième grille annulaire (82) est montée dans, et supportée par, ledit rotor (18) entre les deux précédentes de manière à bissecter l'espace compris entre elles 5. Installation d'épuration de gaz selon la revendication 4, caractérisée en ce que des aubes (66) placées à distance les unes des autres à la circonférence sont mon- tées dans ledit rotor dans lequel elles sont supportées et sont coaxiales à ladite entrée axiale. 6. Installation d'épuration de gaz selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit humidificateur (14) comprend des gicleurs (26) d'atomisation d'eau qui sont montés à l'intérieur de ladite cheminée (12). 7. Procédé d'épuration de gaz, caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement à humidifier uniformément le gaz devant être épuré à la vapeur d'eau de manière que son humidité relative atteigne une valeur pratiquement égale à 100 % et à comprimer par centrifugation le gaz humidifié à l'intérieur d'une structure rotative fermée (16) de manière à projeter la vapeur d'eau sur une grille (78, 80, 82) de la structure rotative et à lui conférer une densité plusieurs fois supérieure à celle de l'air atmosphérique afin de condenser et d'extraire des gaz au moins une partie de la vapeur d'eau et des souillures que contient ce gaz et avec lesquelles la vapeur d'eau est entrée en contact.