Brevet FR2508340A1 — publié le 19821231

La présente invention concerne un appareil et un procédé pour l'épuration des gaz Elle se rapporte plus particulièrement à l'élimination des impuretés solides et gazeuses, contenues dans les gaz de combustion industriels. L'élimination des impuretés des gaz de combus- tion constitue un problème pour lequel on cherche une solu- tion D'habitude, l'industrie utilise le plus communément des épurateurs de Venturi, ou différents types de couches chargées Dans un système normal épurateur de Venturi, la réalisation d'une bonne épuration nécessite soit un lavage avec de l'eau à haute pression, soit une soufflerie (à haute pression) pour entraîner les gaz à une vitesse suffisante à la sortie des Venturi Cette épuration des gaz a lieu sans humidification préalable. On peut également purifier ces gaz par écoulement au travers d'une couche chargée Cette couche peut être constituée par exemple de substance solide ou de morceaux de substance de charge, et dans ce cas, le but recherché est de fournir une grande surface spécifique sur laquelle peuvent être adsor- bées les impuretés. La présente invention permet d'obtenir un procédé amélioré pour la purification des gaz de combustion indus- triels, par élimination des impuretés solides et gazeuses. Ce nouveau procédé de purification des gaz, et en particulier des gaz de combustion industriels, qui consis- te à épurer les gaz au cours d'un stade d'épuration en les pulvérisant avec un liquide épurateur et de l'eau, puis à séparer au cours d'un stade de séparation des gouttes, les gouttes de liquide du gaz purifié, est caractérisé en ce que les gaz chauds sont humidifiés avant l'épuration, au cours d'un stade d'humidification préalable, par pulvérisa- tion du liquide épurateur dans les gaz, de telle manière qu'une partie de ce liquide est vaporisée. Ce procédé d'épuration du gaz selon l'invention, comporte trois stades différents: humidification préalable, épura- tion et séparation des gouttes Chacun de ces stades peut en outre comprendre plusieurs étapes différentes. La caractéristique essentielle du procédé d'épura- tion, selon l'invention, réside dans le fait que le gaz à traiter est au préalable humidifié:Au cours de cette humidi- fication préalable,les gaz entrant dans l'appareil épurateur sont humidifiés avec un liquide épurateur ayant servi,et provenant du cycle Le liquide épurateur en excès est dirigé vers l'humidification préalable de telle manière qu'une par- tie s'écoule dans un récipient situé au-dessous de la colon- ne de pré-humidification Lorsqu'on désire récupérer la cha- leur des gaz déjà à ce stade, on peut utiliser une plus grande quantité de liquide épurateur,qui peut être ensuite dirigé du récipient inférieur vers un échangeur de chaleur. Lors de l'humidification préalable, les gaz s'é- coulent vers le haut et le liquide épurateur est pulvérisé vers le bas, à contre-courant Comme la température des gaz qui arrivent est élevée, une partie du liquide épurateur se vaporise, et les gaz se dirigeant vers le stade d'épura- tion sont pratiquement saturés de vapeur. Après humidification, les gaz s'écoulent vers le vrai stade d'épuration, dans le Venturi Là, les gaz sont épurés avec le liquide épurateur du cycle, et de l'eau Le liquide épurateur est pulvérisé vers le bas, dans une direc- tion parallèle à celle de l'écoulement gazeux Les pulvérisa- tions d'eau sont dirigées tangentiellement à l'écoulement gazeux entrant, et, en même temps, elles rincent la totalité de la surface interne du Venturi, et forment une fine pel- licule d'eau, du sommet à la base, maintenant ainsi propre la surface de l'enveloppe interne. Lorsque les gaz contiennent des particules de substance solide, le liquide épurateur qui a été vaporisé au cours du stade d'humidification préalable, se condense sur les surfaces des particules solides sous l'effet du liquide épurateur pulvérisé dans le Venturi, ce qui favorise la séparation du matériel solide, lorsque les gaz ne contien- nent pas de solides, mais contiennent seulement des impure- tés gazeuses, le liquide épurateur qui a été vaporisé au cours du stade d'humidification préalable, se condense en un fin brouillard au cours du stade d'épuration, grâce à quoi la surface 'épuratrice" est égale à plusieurs fois celle qui est produite dans un épurateur ordinaire La con- densation, au cours du stade d'épuration, du liquide épu- rateur qui a été vaporisé pendant l'humidification préala- ble, provoque une forte réduction du volume du gaz à épu- rer, ce qui accroît l'efficacité de l'épuration Cette contraction du gaz a également pour résultat un abaisse- ment de la pression et une augmentation du débit du gaz. Ces modifications d'état du liquide épurateur, se produi- sant dans le système d'épuration, signifient que le système n'a pas besoin de ventilation séparée pour aspirer le gaz, dans l'appareil d'épuration Les impuretés gazeuses et so- lides, absorbées par le liquide épurateur au cours du stade d'épuration, s'accumulent dans le récipient situé à la par- tie inférieure du stade d'épuration, et les gaz poursuivent leur progression vers le canal de jonction. Les gaz arrivent dans le canal de jonction, et en partent aussi, tangentiellement Dans ce canal s'effectue le second stade d'épuration des gaz, au moyeride liquide épu- rateur frais Ce second stade est très efficace, car le li- quide épurateur pulvérisé à partir d'ajutages, produit un rideau liquide continu, au travers duquel s'écoule le gaz. Le système épurateur selon l'invention est carac- térisé en ce que le liquide épurateur utilisé est cyclé de telle manière que le liquide épurateur frais rencontre les gaz au cours du dernier stade d'épuration (canal de jonc- tion) De là, le liquide épurateur continue sa progression dans le Venturi A partir du récipient à la base du Venturi, il y a recyclage vers l'humidification préalable. La température des gaz baisse considérablement pendant l'épuration et en particulier dans le canal de jonc- tion, o du liquide épurateur frais est pulvérisé dans les gaz Il s'ensuit que des gouttes sont véhiculées conjointe- ment avec les gaz, et qu'elles doivent en être séparées Le canal de jonction ne sert pas uniquement comme unité d'é- puration, mais joue également un rôle de stade de sépara- tion préalable des gouttes La première séparation des gout- tes de liquide, des gaz, a lieu alors que les gaz poursui- vent leur progression tangentiellement à partir du canal de jonction vers le stade réel de séparation des gouttes. Les gaz s'élèvent du canal de jonction dans la colonne de séparation des gouttes, au travers d'une pelli- cule d'eau A la partie supérieure de la colonne, se trou- vent plusieurs tubes de séparation des gouttes, au travers desquels passent les gaz Les gouttes liquides présentes dans les gaz, adhèrent à la surface des tubes, et la vapeur d'eau encore présente dans les gaz se condense dans ces tubes Les gouttes tombent dans un récipient situé sous les tubes Ces tubes sont continuellement rincés avec de l'eau propre, et de ce fait les impuretés et les solides ne peu- vent s'y accumuler Après la séparation des gouttes, les gaz poursuivent leur progression, purs et exempts de gout- tes. Comme mentionné plus haut, l'invention est carac- térisée en ce que l'unité d'épuration comprend 3 stades dif- férents: humidification préalable, épuration et séparation des gouttes La description du procédé d'épuration a déjà indiqué que chaque stade pouvait également comprendre plu- sieurs étapes Il est également possible d'associer plusieurs appareils d'épuration-en série ou en parallèle Ce disposi- tif s'est révélé particulièrement efficace pour l'épuration de gaz contenant SO 2, des solides, et des vapeurs de Zn. Le procédé et l'appareillage selon l'invention sont décrits de façon non limitative avec plus de détail, ci- après, avec référence au dessin annexé. Dans ce dessin, les gaz qui contiennent des impuretés sont dirigés tangentiellement à partir d'une canalisation 1, dans une canalisation 2 d'humidification préalable Du liquide épurateur ayant déjà servi est pulvérisé à partir du centre de la colonne, par un ajutage 11, dans l'écoule- ment gazeux Une partie de ce liquide épurateur se vaporise, et une autre partie s'écoule dans un récipient 9, d'o il peut, selon la quantité recueillie, alimenter, soit direc- tement soit par l'intermédiaire d'un récipient de réception 7, un échangeur de chaleur 10 et de là aller ultérieurement à la régénération La véritable épuration s'effectue dans un Venturi 3 Les gaz sont dirigés vers un point conver- gent, o est pulvérisé à pression convenable dans leur mas- se un liquide épurateur ayant servi une fois Le débit du liquide qui est pulvérisé dans le sens du déplacement des gaz, doit être au minimum identique Celui des gaz, et de préférence supérieur, auquel cas l'écoulement liquide en- tra 5 ne les gaz Des ajutages d'eau 13, dirigés tangentiel- lement, rincent le cône supérieur et la totalité de la sur- face interne du Venturi, formant ainsi une fine pellicule d'eau du haut jusqu'en bas et maintenant propre la surface interne de l'enveloppe Les liquides épurateurs de l'ajuta- ge principal et les eaux de rinçage s'accumulent dans le ré- cipient 7, d'o ils sont envoyés à la purification au moyen d'une pompe 14 Les gaz poursuivent leur progression dans un canal de jonction 4, o l'épuration s'effectue au moyen des ajutages 15, pulvérisant du liquide frais, propre. Les gaz sont dirigés tangentiellement dans une colonne 5 de séparation des gouttes, après quoi ils s'élèvent au travers de tubes 16 de séparation des gouttes Toute goutte de li- quide ayant eu la possibilité d'être entraînée par les gaz, frappe contre les surfaces des tubes, d'o elles s'écoulent vers le bas dans-un récipient 8 A l'endroit des tubes exis- te également une enveloppe cylindrique 17, au travers de la- quelle des ajutages 18 pulvérisent tangentiellement de 1 ' eau sur la surface interne de l'enveloppe 17 et partielle- ment sur les surfaces des tubes 16, qui sont ainsi mainte- nus propre L'eau qui s'écoule vers le bas le long de la surface interne de l'enveloppe 17, forme une pellicule continue, au travers de laquelle doivent passer les gaz provenant du canal 4 pour aller dans la colonne 5 Le li- quide épurateur qui est venu une fois en contact avec les gaz, est pompé depuis le récipient 8 au moyen d'une pompe à haute pression 19, vers l'ajutage principal 12 Les gaz purifiés et refroidis sont enlevés de l'appareil épurateur par les canalisations 6. EXEMPLE La température du gaz provenant d'un fourneau de fusion éclair, par des filtres électriques, est d'environ 200 'C, et sa teneur en 502 est de l'ordre de 14 % L'épurateur com- porte 3 stades (humidification préalable, épuration, et sé- paration des gouttes), et il fonctionne selon le principe du contrecourant Les gaz sont épurés avec une lessive de soude à 5 % environ Le 502 se combine pour former du sul- fite de sodium La solution de sulfite de sodium est régé- nérée au moyen de chaux, avec formation de sulfite de cal- cium et d'hydroxyde de sodium Cette solution régénérée est recyclée Près de 100 % du 502 peuvent être ainsi séparés des gaz. Revendications 1 Procédé pour la purification de gaz, en particulier de gaz de combustion industriels, par élimination de leurs impuretés solides et gazeuses, qui consiste à épurer les gaz au cours d'un stade d'épuration,- par pulvérisation d' un liquide épurateur et d'eau, puis à séparer des gaz ainsi purifiés les gouttes de liquide au cours d'un stade de séparation des gouttes, caractérisé en ce que les gaz chauds sont humidifiés avant l'épuration, au cours d'un stade d'humidification préalable, par pulvérisation de li- quide épurateur dans ces gaz, de telle manière qu'une par- tie de ce liquide est vaporisée. 2 Procédé selon la revendication 1-, caractérisé en ce que, au cours du stade d'humidification préalable, le liquide épurateur est envoyé à contre-courant par rapport aux gaz. 3 Procédé selon une des revendications 1 ou 2, carac- térisé en ce que le liquide de lavage est régénéré et ré- cyclé de telle manière que du liquide épurateur frais ren- contre les gaz seulement au dernier stade d'épuration. 4 Procédé selon une desrevendications 1 à 3, carac- térisé en ce que la chaleur du liquide épurateur est récu- pérée. Appareil pour la purification des gaz par le procé- dé selon une des revendications 1 à 4, qui comporte: a) une unité d'épuration ( 3,4 sur le dessin) pour l'épu- ration et le refroidissement des gaz préalablement humidi- fiés; b) une unité de séparation des gouttes ( 5) pour la sépa- ration des gouttes de liquide à partir des gaz, éventuelle- ment c) des dispositifs pour faire circuler le liquide épura- teur à contre-courant par rapport aux gaz à épurer, et d) des dispositifs pour le refroidissement,la régénéra- tion et le recyclage du liquide épurateur; caractérisé en ce qu'il comprend une unité d'humidification préalable ( 2) pour humidifier les gaz par pulvérisation de liquides. 6 Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que plusieurs appareils d'épuration des gaz peuvent ê- tre associés en série ou en parallèle. 7 Appareil selon une des revendications 5 ou 6, ca- ractérisé ence que l'unité d'épuration des gaz comprend un épurateur dans lequel le liquide épurateur est pulvérisé au moyen de dispositifs appropriés, dans une direction paral- lèle à celle des gaz, ainsi qu'un canal de jonction horizon tal d'o le liquide épurateur est pulvérisé à sa sortie.