Brevet FR2486817A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne un procédé d'épu- ration de gaz chargés de matières organiques ou minérales oxydables telles que H2S ou NH3 et, plus particulièrement, de gaz contenant des matières organiques malodorantes, et/ou toxiques, qui même à l'état de traces, entraînent des nuisances pour l'environnement. On connaît déjà de nombreux procédés d'épuration de gaz chargés de matières organiques. De tels procédés sont utilisés notamment pour traiter les effluents gazeux IO provenant de la fabrication d'aliments pour le bétail, du traitement des tourteaux, et très généralement des industries intéressant les huiles, les savons, les fer- ments, le sucre, le cuir, les déchets d'origine animale, les engrais organiques, ou encore des élevages intensifs I5 de porcs,de poulets, etc. Les principaux procédés utilisés dans ces indus- tries font appel à: a) des traitements physico-chimiques par des solutions acides,alcalines et/ou oxydantes, dans des dispositifs tels que les laveurs de gaz, par exemple, c'est-à-dire selon des techniques dont l'efficacité est souvent médiocre et le coût élevé; b) des traitements par adsorption (charbon actif, alumine), de coût élevé et entraînant une forte perte de charge; c) une addition de produits masquants, ce qui est généralement d'une faible efficacité; d) un traitement thermique des effluents gazeux à température suffisamment élevée pour provoquer la des- truction par combustion des matières organiques à éli- miner. Cette dernière technique est celle qui présente le plus souvent l'efficacité la meilleure, mais son coût en investissement et en énergie est généralement trop élevé. La présente invention vise à fournir un procédé de ce dernier type qui soit à la fois efficace et peu coûteux. A cet effet, la présente invention a pour objet un procédé d'épuration de gaz consistant à mettre en contact, suivant un trajet chicané sensiblement vertical, d'une part, les gaz à traiter, se déplaçant sous l'effet d'une différence de pression, de bas en haut, et d'autre part, des particules solides réfractaires circulant à contre-courant et en écoulement lâche par gravité, et à soumettre lesdits gaz et particules à un apport thermique localisé, à un niveau sensiblement médian du trajet chicané, les débits de gaz et de particules étant ajustés de manière à sensiblement équilibrer les capacités calo- I5 rifiques respectives des flux de gaz et de particules, l'apport thermique étant lui-même réglé de manière à élever la température des gaz jusqu'à une valeur permet- tant la décomposition des matières à éliminer, les parti- cules, récupérées pratiquement froides à l'issue dudit trajet, étant alors recyclées, tandis que les gaz, eux aussi ramenés à températures voisines de l'ambiance par l'échange thermique avec les particules recyclées, sont évacués vers l'atmosphère, éventuellement après un trai- tement de dépoussiérage. La présente invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui est caractérisée en ce qu'elle comprend: une colonne comprenant de bas en haut: a) au moins un étage constitué d'un empilement d'éléments de garnissage disposé sur une grille- support; b) une chambre de combustion, de préférence munie de brûleurs; c) au moins un étage constitué d'un empilement d'éléments de garnissage disposé sur une grille-support; - des moyens d'introduction des gaz à épurer à la partie inférieure de la colonne, et des moyens d'extrac- tion à la partie supérieure, - des moyens pour distribuer des particules soli- des à la partie supérieure de la colonne, et - des moyens pour récupérer les particules soli- des au bas de la colonne et les recycler au haut de la colonne. Ainsi, les particules solides froides distribuées Io à la partie supérieure de la colonne y sont progressive- ment réchauffées par échange thermique avec les gaz qui la parcourent à contre-courant en provenance de la cham- bre de combustion. Dans la partie inférieure de la colon- ne, ces particules solides réchauffées recèdent leur I5 énergie thermique aux gaz à épurer introduits froids au bas de la colonne. Ainsi, lesdits gaz parviennent dans la chambre de combustion à une température très proche de la température nécessaire à la combustion complète ou du moins à la décomposition des matières organiques ou minérales indésirables. La présente invention, qui vise principalement le traitement des gaz contenant des matières organiques malodorantes, peut également s'appliquer dans le cas d'ef- fluents gazeux chargés de bactéries. Dans ce cas, il convient d'éviter que les particules solides refroidies arrivant au bas de la colonne, susceptibles de capter alors une partie des bactéries contenues dans les gaz à- épurer, puissent les entraîner, lors de leur recyclage, vers le haut de la colonne o elles pourraient les recé- der aux gaz refroidis épurés qui sortent de la colonne. Dans ce but, selon un mode de réalisation avantageux de la présente invention, dans le cas o les gaz à épurer contiennent des bactéries, on effectue un traitement par un gaz antibactérien, tel que le chlore ou l'ozone, des 248 681? particules solides récupérées au bas de la colonne, avant de les recycler. Ce traitement peut être effectué dans un bac à lit fluidisé à évacuation par trop-plein comportant un tube central plongeant d'amenée des particules et une grille de fluidisation disposée au fond dudit bac et à travers laquelle estYenvoyé le gaz antibactérien, ainsi qu'un gaz dé'fXuidisation. Les deux gaz peuvent être amenés en mélange sous la grille, ou bien le gaz de flui- IO disation est amené à-la partie périphérique de la grille et le gaz antibactérien dans la zone centrale de la grille. Les particules solides peuvent être constituées de différents matériaux résistant à l'attrition, par I5 exemple différents sables ou des matériaux réfractaires résistant à l'attrition tels que des microbilles de vitro- céramique. Ces matériaux sont du type résistant aux agents chimiques. Mais on peut utiliser également des matériaux capables de réagir avec les produits de combustion, notamment l'anhydride sulfureux et utiliser à cet effet. par exemple des particules de calcaire, de chaux ou de dolomie. Ce dernier type de matériau doit être renouvelé après quelques cycles. y - Le. procédé selon l'invention est peu coûteux grâce à la récupération de chaleur sur les gaz brûlés. Il permet d'obtenir une économie d'énergie qui peut dépas- ser 80% par rapport à une combustion sans récupération de chaleur. En outre, il ne nécessite que des installations simples et peu encombrantes. D'autres éléments, buts et avantages de la pré- sente invention apparaîtront à la lecture de la descrip- tion qui va suivre, faite en regard des dessins annexés. Sur ces dessins: la Fig. 1 représente une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; 24868 1 7 la Fig. 2 représente des brûleurs utilisés dans l'installation de la Fig. 1; la Fig. 3 représente une variante de brûleurs utilisés dans l'installation de la Fig. 1; la Fig. 4 représente une variante de bac pour traitement antibactérien; la Fig. 5 représente une autre variante de brû- leurs utilisables pour une enceinte de grandes dimensions selon la Fig. 1. Io L'installation représentée sur la Fig. 1 comprend une. colonne cylindrique 1, qui comporte dans sa partie inférieure 1a, une succession d'étages tels que 2, chaque étage étant constitué d'un empilement d'éléments de gar- nissage disposé sur une grille-support. Un tel agencement I5 a été décrit par la Demanderesse dans le brevetFR 78.27 057. Comme indiqué dans ce brevet, le support a un coefficient de vide ou ouverture avantageusement au moins égal à 90% de la porosité des éléments de garnissage. La colonne 1 comprend dans sa partie médiane l une enceinte munie de brûleurs tels que 3. Ces brûleurs peuvent être disposés comme représenté sur la Fig. 2, c'est-à-dire qu'il sont diamétralement opposés dans l'enceinte b et dirigés obliquement de façon à provoquer un tourbillon et, par suite., un mélange avec les gaz parcourant-la colonne 1. Dans le cas d'installations de grandes dimensions, les brûleurs sont de préférence tels que représentés sur les Fig. 3 et 5. Dans le cas de la Fig. 3, ils comportent des injecteurs disposés sur deux tubes 4 et 5 assemblés en croix et percés d'orifices 6 d'axes alignés selon les rayons de chaque tube, et inclinés vers le haut et dans le même sens giratoire, de façon à provoquer également un tourbillon et le mélange avec les gaz ascendants. Un second brûleur, dont les injecteurs sont de préférence orientés de manière à créer un tourbillon de sens inverse au premier, permet d'optimiser le mélange. Dans le cas de la Fig. 5, les brûleurs sont cons- titués de deux rampes toriques concentriques 4a et 5a munies d'orifices 6a inclinés vers le haut, par exemple d'environ 450. Dans sa partie haute lC, la colonne 1 comprend une série d'étages tels que 7, du même type que les éta- ges 2 disposés dans la partie 1a de la colonne. Un dis- tributeur 8 de particules solides, tel que décrit dans IO le brevet FR 78. 18 291, distribue des particules solides sur toute la surface de l'étage le plus élevé de la par- tie 1C La colonne 1 comporte au-dessus du distributeur 8 une cheminée 9 d'évacuation des gaz qui débouche sur un cyclone 10 qui sépare les particules fines résultant I5 de l'éventuelle attrition des particules solides et les évacue. Les gaz sortant du cyclone 10 sont extraits par un ventilateur d'extraction 11 et évacués vers l'exté- rieur. Les -gaz à épurer sont introduits tangentiellement dans la colonne par un conduit 12 par l'intermédiaire d'un distributeur "cyclonique" 13 dans lequel plonge -le bas de la colonne 1 et dont le fond est constitué par une trémie. Ce distributeur permet l'introduction des gaz sans gêner l'écoulement des particules solides qui sont proje- tées par les gaz tourbillonnants vers les parois de la trémie. Ce dispositif est prolongé à sa partie inférieure par une tube 14 plongeant dans une enceinte 15 qui possè- de à sa partie inférieure une grille de fluidisation 16. Un conduit 17 permet d'amener des gaz sous cette grille de fluidisation. - En variante, corne représenté sur'la Fia. 4, dans le cas d'un traitement antibactérien, sous la grille-,de fluidisation 16, sont disposés deux conduits, à savoir un conduit 17a central d'amenée d'un gaz antibactérien et un conduit 17b périphérique d'amenée du gaz de flui- disation proprement dit. Les gaz sortant de l'enceinte 15 sont évacués vers le conduit 12 par un conduit 18. Les particules sortent de l'enceinte 15 par un trop-plein 19 et sont amenées au distributeur 8 par un dispositif élévateur tel qu'un élévateur à godets ou un transporteur pneumatique. Le fonctionnement de l'installation est le sui- IO vant: les gaz à épurer sont introduits par la canalisa- tiQn 12. Le ventilateur d'extraction 11 maintient au sein de la colonne une pression inférieure ou égale à la pression atmosphérique de façon à éviter les fuites de gaz vers l'extérieur de l'installation. Le gaz pénètre dans la partie 1a de la colonne o il rencontre à contre- courant des particules solides provenant de l'enceinte dans laquelle une combustion de gaz ou de fuel entre- tient le niveau de température souhaité, par exemple de l'ordre de 600 à 9000C pour la combustion des matières organiques malodorantes. Les particules solides qui par- courent la partie 1 cèdent progressivement leur chaleur aux gaz à épurer qui sont donc progressivement réchauffés a au cours de leur ascension dans la colonne la La combus- tion dans la partie lb de la colonne 1 provoque la des- truction par oxydation'des matières organiques ou minéra- les qui sont transformées en eau, gaz carbonique, etc. Lesgaz ainsi épurés cèdent leur énergie thermique au cours de leur ascension dans l'enceinte 1c aux parti- cules solides qui s'écoulent à contre-courant à partir du distributeur 8. Le débit de particules solides est réglé de façon à- obtenir un écoulement lâche de ces particules à l'inté- rieur de la colonne comme cela est décrit dans le brevet FR 78.27 057. De plus, pour obtenir un échange le plus efficace possible, on règle le débit de façon que le produit du débit massique par la chaleur spécifique pour les particules solides soit sensiblement égal au produit du débit massique par la chaleur spécifique pour les gaz à épurer. En pratique, on peut utiliser des débits mas- siques sensiblement égaux puisque les chaleurs spécifi- ques, habituellement, sont très voisines. Les gaz qui sortent de la colonne 1 après passa- ge par le cyclone 10 sont évacués dans l'atmosphère. IO Quant aux particules solides qui parcourent à contre-courant la colonne 1, elles sont récupérées dans la trémie 13 d'o elles sont séparées des gaz entrants. Les particules pénètrent ensuite par le conduit 14 dans l'enceinte 15 formant siphon. De l'air est envoyé par le i5 conduit 17 pour fluidiser les particules solides qui sont reprises par l'élévateur 20 et recyclées. Le débit des particules peut être réglé par la vitesse de recyclage des particules au moyen du disposi- tif élévateur 20. On utilise alors un récipient de stoc- kage intermédiaire. La température de combustion peut être réglée par action directe sur l'admission de combustible aux brûleurs, cette régulation se faisant généralement autour d'un point de consigne situé entre-600 et 9000C. 2,5 En outre, si le.taux d'oxygène des gaz à traiter est trop faible, on peut assurer une combustion complète du combustible en ajoutant de l'air aux gaz, par exemple au niveau de la chambre de combustion. Dans le cas o les gaz à épurer contiennent des bactéries, on effectue avantageusement dans l'enceinte 15 un traitement par du chlore ou de l'ozone arrivant sous. la grille de fluidisation 16 par le conduit 17a comme représenté sur la Fig. 4. Ces gaz antibactériens éliminent les bactéries dans cette enceinte 15 de sorte que les particules peuvent être recyclées sans risque d'entraîne- ment de bactéries en haut de la colonne par les gaz froids sortant de cette colonne. Les exemples suivants illustrent la présente in- vention. EXEMPLE 1 Le gaz à épurer est constitué par 400 m 3/h, soit environ 520 kg/h, d' "incondensables" provenant de cui- seurs de déchets animaux réfrigérés à 40'C, les conden- IO sats étant traités à part ou évacués. Les "incondensables" saturés de vapeur d'eau à 400C sont porteurs d'odeurs organiques extrêmement désa- gréables qu'il est impossible de libérer à l'atmosphère sans traitement. Elles sont donc captées au fur et à I5 mesure du dégazage des cuiseurs et aspirées vers l'instal- lation de traitent selon l'invention. Cette installation est constituée d'une colonne métallique cylindrique à axe vertical, d'un diamètre extérieur de 700 mm, garnie intérieurement d'un revête- ment réfractaire et isolant de 200 mm d'épaisseur. Sa hauteur, hors tout,est de 3 m environ. Les zones 1a et- ic sont constituées de manière identique et comportent chacune six étages de 15 cm de garnissage constitués par des anneaux Pall de 25 x 25 inayant une porosité de 94% supportés par des caillebotis, sans perte de charge notable,coeporant des mailles (80 x 20 mm) formées de lames d'acier de 25xO,5mm soudées par point et ayant une ouverture supérieure à %. Dans les zones chaudes, caillebotis et anneaux Pall sont réalisés en acier réfractaire. 3Q Les particules solides recyclables sont consti- tuées de billes de sable de zircon, de granulométrie de l'ordre de 1 à 1, 5 mm, présentant une densité vraie de 3,8, apparente de 2,5, une forme approximativement sphérique, une bonne conductibilité, une bonne résistance à l'abrasion, une vitesse limite de chute libre de l'or- dre de 10 m/s et une vitesse minimale de fluidisation de 1 m/s. En régime de fonctionnement, ces billes, après leur écoulement au travers des étages de garnissage, parviennent au bas de la colonne à une température de l'ordre de 100'C. Les gaz à traiter sont admis dans la partie basse de la colonne à une température d'environ 40'C et IO à une vitesse d'environ 1,6 m/s. Le débit de billes est réglé de manière à être sensiblement égal à celui des gaz, soit environ 500 à 550 kg/h. Aucune condensation n'est à craindre dans la zone basse de la colonne, la température des billes étant I5 naturellement toujours plus élevée que celle des gaz à traiter. Les gaz s 'élèvent tout d'abord au travers de la a zone 1 et s'y échauffent peu à peu au contact du ruis- sellement de billes, pour atteindre environ 700'C en b- parvenant dans la zone de combustion 1, o ils sont portés à environ 800'C par l'effet des brûleurs 3 à gaz, pour une consommation de gaz naturel de l'ordre de 2 m3/h. La vitesse des gaz est alors d'environ 4,6 m/s. Dans cette zone, par l'action de l'oxygène de l'air et de la température, les vapeurs, particules ou vésicules organiques sont détruites et transformées es- sentiellement en CO2, H20 et S02, si les produits sont soufrés (mercaptans, etc.). Quant aux cendres minérales éventuellement for- mées, elles sont entraînées par le flux gazeux. Les gaz ainsi traités poursuivent ensuite leur ascension, à la rencontre des billes plus froides qui s'écoulent à travers l1échangeur supérieur 1C. Le trans- fert thermique s'effectue d'étage en étage d'une façon analogue à. la zone 1a et les gaz cèdent leur énergie aux particules en écoulement. 11 - Les gaz sont évacués sur le cyclone 10, puis le ventilateur extracteur 11 les rejette épurés dans l'atmos- phère à environ 120 à 1400C. Les particules solides séparées au bas de la colonne passent dans l'enceinte 15 formant siphon alimen- tée en air par la grille 16, puie sont recyclées vers le haut de la colonne par un élévateur à godet EXEMPLE 2 Les gaz à traiter sont issus de cuves de fermen- IO tation et pollués de bactéries qu'il convient de détruire avant rejet dans l'atmosphère (30.000 m3/h). On utilise une colonne du type représenté à la Fig. 1 ayant un diamètre intérieur de 1,50 m et une hau- teur de 7 m au total. I5 Les parties la et 1 sont constituées chacune de huit étages, quatre de 20 cm en haut et en bas, quatre de cm au milieu, le garnissage étant formé d'anneaux Pall de 25 x 25 mm, supportés par un caillebotis tel que défi- ni dans l'exemple 1. La zone de combustion a une hauteur de 2 m. On utilise deux étages de brûleurs, du type repré- senté sur la Fïg. 3. On efféctue un recyclage de 39 T/h de billes de zircon ayant un diamètre de 1,2/1,6 mm. Pour une consommation de gaz naturel d'environ m /h, les températures sont les suivantes: entrée gaz: 30'C traitement dans lb: 320'C sortie des solides: 700C 30. alimentation des solides: 600C sortie des gaz: 1000C. Dans l'enceinte 15, on utilise une grille à dou- ble alimentation comme représenté sur la Fig. 4: ozone au centre, air en périphérie. Le tube central, d'un diamètre de 150 mm, est alimenté avec un débit d'air ozonisé de 40 m /h (1 m/s) et le tube extérieur, d'un diamètre de 400 mm, avec un débit d'air de 400 m3/h. - REVENDICATIONS - l.-Procédé d'épuration de gaz caractérisé en ce qu'il con- siste à mettre en contact,suivant un trajet chicané sensiblement vertical, d'une part, les gaz à traiter, se déplaçant sous l'effet d'une différence de pression, de bas en haut, et d'autre part, des particules solides réfractaires cir- culant à contre-courant et en écoulement lâche par gravi- té, et à soumettre lesdits gaz et particules à un apport thermique localisé, à un niveau sensiblement médian du trajet chicané, les débits de gaz et de particules étant IO ajustés de manière à sensiblement équilibrer les capaci- tés calorifiques respectives des flux de gaz et de parti- cules, l'apport thermique étant lui-même réglé de manière à élever la température des gaz jusqu'à une valeur per- mettant la décomposition des matières à éliminer, les particules, récupérées pratiquement froides à l'issue dudit trajet, étant recyclées, tandis que les gaz, eux aussi ramenés à températures voisines de l'ambiance par l'échange thermique avec les particules recyclées, sont évacués vers l'atmosphère, 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue un traitement par un gaz antibacté- rien des particules solides récupérées à l'issue du tra- - jet avant de les-recycler. 3.- Procédé selon la revendication 2,caractérisé en ce qu'on effectue le traitement par le gaz antibacté- rien dans une enceinte comportant un tube central plon- geant d'amenée des particules et une grille de fluidisa- tion disposée au fond de cette enceinte et à travers laquelle est envoyé le gaz antibactérien et un gaz de fluidisation. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'on maintient la colonne sous une pression inférieure ou égale à la pression atmos- phérique. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que les gaz à épurer sont introduits tangentiellement dans la colonne par un dis- tributeur cyclonique. 6.- Installation pour la mise en oeuvre d'un pro- cédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend: - une colonne comprenant de bas en haut a) au moins un étage (2) constitué d'un empile- IO ment d'éléments de garnissage disposé sur une grille- support; b b) une chambre de combustion (lb); c) au moins un étage (7) constitué d'un empile- ment d'éléments de garnissage disposé sur une grille- I5 support; - des moyens d'introduction des gaz à épurer à la partie inférieure de la colonne et des moyens d'extrac-- tion de ces gaz à la partie supérieure de la colonne; - des moyens pour distribuer des particules soli- des à-la partie supérieure de la colonne, et - des moyens pour récupérer les particules soli- des au bas de la colonne et les recycler au haut de la colonne. 7.- Installation selon la revendication 6, carac- térisée en ce qu'elle comprend pour le traitement des particules solides récupérées au bas de la colonne une enceinte (15) comportant un tube central (14) plongeant d'amenée des particules et une grille de fluidisation (.16) disposée au fond de cette enceinte, ainsi que des conduits (17a, 17b) d'amenée du gaz de traitement et du gaz de fluidisation débouchant sous cette grille de fluidisation. 8.Installation selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisée en ce qu'elle comprend un distributeur cyclonique (13) pour l'introduction tangen- tielle des gaz dans la colonne. 9.- Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la chambre de combustion (l1) comprend deux brûleurs (3) diamétrale- ment opposés et dirigés obliquement. 10.- Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la chambre de combustion (lb) comprend des brûleurs comportant des IO injecteurs sur deux tubes (4 et 5) assemblés en croix et percés d'orifices (6) inclinés vers le haut et dans le même sens giratoire. 11.- Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que la chambre I5 de combustion (1b) comprend des brûleurs (4a, 5a),consti- tués de deux rampes toriques, munis d'orifices (6a) inclinés vers le haut.