Brevet FR2504024A1 — publié le 19821022

La présente invention a trait d'une part à un procédé pour séparer de mélanges d'air et de gaz des compo- gants de llairf tels que des impuretés difficilement absorbables, er mettant ces mOlanges en présence dtagents d'absorption, d'autre part à des dispositifs pour mettre en oeuvre ce procédé. Des mélanges d'air et de gaz contenant des compo sante de l'air tels que par exemple des gaz nitrés, do l'acide chlorhydrique, du bioxyde de soufre, de l'acide sulfurique des mercaptans, des amines, ont, jusqu'à pre- sent, toujours été mis en présence des agents d'absorp fion (par exemple lessive de soude, hypochlorite de so- dium, lessive de soude, eau ou eau oxygénér) dans dos ins tallations d'absorption comportant des colonnes à plateaux, des colonnes pleines, des laveurs par pulvérisa- tion ou à venturis. Le rendement obtenu avec do telles installations était, suivant la nature du milieu séparé ou la forme d'installation choisie, mauvais, suffisant, mais aussi en partie bon.Avec les laveurs par pulvéri- sation ou à venturis on a pu obtenir des rendements de l'ordre de 30 à 70 % dans le cas de bioxyde d'azote et de trioxyde d'azote. Des rendements plus élevés, atteignant 80 %, n'ont cependant pu être atteints qu'en utilisant des installations très complexe?, par exemple des colonnes à plateaux do 10 étages ou des colonnes pleines avec des remplissages de 4 à ó mètres.Dans le cas d'oxyde nitrique les rendements ont été très faibles s inférieurs à 10 % en utilisant de la lessive de soude ou de l'eau comme agent d'absorption 5 même en utilisant un mélange d'hypochlorite de sodium et do lessive do soude, ou de l'eau oxygénée, les rendements n'ont pu dépasser 30 %. Le problème auquel l'invention a apporté une solution consistait, on renonçant à utiliser les coûteuses colonnes à plateaux ou les colonnes pleines, à obtenir avec des moyens relativement réduits des rendements considérablement plus élevés et do plus, à séparer on outre d'autres composants difficilement absorbables, par exemple des sublimes solubles tels que le chlorure d'ommonium, le bifluorure d'ammonium, le chlorure d'indium et le chlorure de zinc, avec do bons rendements. Il s'agis- sait aussi de séparer avec de bons rendements des aérosols difficilement absorbables tels que des aéro- sols d'huiles, do graisses et de plastifiants, qui sont émulsifiables en phase aqueuse.Des aérosols d'acide sulfurique, ainsi que le trioxydo de soufre, qui sont habituellement absorbés dans de l'acide sulfurique concentré, doivent pouvoir être absorbés en eau. La solution que l'invention apporte à ce problème consiste à mettre l'air contenant un ou plusieurs des oomposants énumérés plus haut en présence des agents d'absorption, tels que par exemple une lessive de soude, de l'hypochlorite de sodium, ou de l'eau, en faisant passer cet air par un ou plusieurs paquet de matelas ("mats") de filtration empilés composés de non-tissés résistant aux produits chimiques. Les paquets de matelas de filtration sont, en fonction de la concentration des corps à séparer du mélange d'air et de gaz à épurer, comprimés à une fraction de leur volume initial comprise on 10 et 50 % ou plus.Le dosage des quantités d'agent d'absorption à amenor au mélange d'air et de gaz est ef fectué, comme le propose l'invention, par régulation du pH ou régulation redox respectivement par mesure ólori- métrique.Il est possible, selon l'invention, on amenant de l'eau oxygénée à un nélange contenant des gaz nitrés, de séparer l'acide nitrique à une concentration appro- priée à une nouvelle utilisation dans le processus ini- tial, en faisant usage de solutions d'eau oxygénée à forte concentration. Le dispositif pour mettra on oeuvre le procédé se- lon l'invention dans une tour de réaction avec amenée n du mélage d'air et de gaz par le haut ou par le bas se compose, conformément à l'invention, de buses de pulvérisation de l'agent d'absorption disposées au-dessus d'un paquet de matelas filtrants disposés dans la section do la tour ;; d'un récipient collecteur disposé sous ce paquet et nuni d'un débordement et d'une évacuation vers une pompe de circulation, ainsi que d'une soufflante qui est disposée au-dessus ou au-dessous du paquet de matelas filtrants dans une ouverture de la paroi de la tour et qui souffle vers intérieur ou vers l l'extérieur, et, dans le cas d'une soufflante soufflant vers l'inté- rieur, d'un tube de sortie traversant le paquet de ma- telas filtrants et sortant de la tour. Le dispositif selon l'invention peut aussi se com- poser da deux paquets superposes de matelas filtrants et d'un deuxième récipient collecteur raccordé au premier par une deuxième pompe de circulation. L'invention est décrite ci-apres à l'aide d'exemples d'exécution illustres au dessin et de résultats d'essais effectués avec les dispositifs selon ces exemples ; sur le dessin - la figure 1 est une vue schématique d'une installation dtabsorption avec tour de réaction, - la figure 2 illustre une autre forme de réalise- tion, et - la figure 3 représente encore une autre forme de réalisation d'une installation d'absorption selon l'in Invention. Comme on peut le voir à la fig. 1, le paquet 2 de matelas filtrants constitué par des couches de non-tisses est dispose dans la tour de réaction 1 au-dessous de la tubulure 4 d'admission du mélange d'air et de gaz qui pénètre dans cette tour dans le sens indique par h flèche 3. Au-dessus du paquet 2 est disposée dans la tour une buse de pulvérisation 5 par laquelle sort l'agent d'absor- ption qui rencontre ainsi la face supérieure du dit paquet 2. Oette buse 5 est, par l'intermédiaire d'une conduite 6, roliée au récipient collecteur 7 situe au fond de la tour 1 à quelque distance au-dessous du paquet de mate las filtrants 2. Dans la conduite 6 est branchée une ponpe de circulation 8. Le récipient collecteur 7 présente une goulotte de captation 9. Entre cette dernibre et le dessous du paquet 2 est prévu dans la paroi de la tour 1 un évidement lb auquel se raccorde un piège à liquide 10 raccordé, par l'intermédiaiire d'une conduite 11 dessinée en tirots, à une soufflante12. Entre le piège 10 et le récipient collecteur 7 est disposée une conduite dséva- cuatton 13. Le trop-plein du récipient 7 est désigné par le repère 14. L'agent d'absorption est, à partir d'un réservoir 15, envoyé dans la conduite 6 et à la buse 5 par l'intermédiaire de conduits 16 et 17, au moyen do la pompe lg. te débit est réglé par l'unité de mesure et de régulation 19. Le mélange d'air et de gaz parvient, en direction de la flèche 3, dans le courant réactionnel 1 et est mis en présence do l'agent d'absorption dans le paquet de mes telas filtrants 2 imprégné de cetagent que la buse 5 a Pulvérisé sur lui. te composé engendré par cette mise en présence parvient, après avoir quitté le paquet 2, dans le récipient collecteur 7 en passant par la goulotte de cap talion 9, tandis que l'air et les composants liquides qu'il peut éventuellement encore contenir on faible quantité sortent de la tour 1 par 1 t évidement 1 b. Le liquide rdsi- duel est capté dans le piège 10 et parvient également, par la conduite 13, dans le récipient collecteur, tandis que l'air définitivement épuré est évacué par la soude flante 12 qui l'aspire par l'intermédiaire do la conduite 11. Dans la forme d'exécution selon la fig. 2 il est pr- vu dans la tour de réaction 1 doux paquets de matelas filtrants ka et 2b disposés l'un au-dessus de l'autre avec un intervalle entre eux. Entre ces deux paquets est disposé un autre récipient collecteur 7a relié, par ltin- termédiairo d'une conduite 21, au récipient collecteur 7 disposé au bas de la tour 1. Une conduite 6a relie le récipient collecteur 7 à la buse de pulvérisation 5a dispo sée au-deosus du paquet de matelas filtrants supérieur 2a Pour le reste, l'installation présente les mimes caracté- ristiques que celle représentée à la fig. 1. Dans la forme d'exécution selon la fig. 3, le paquet do matelas filtrants 21 est, dans la tour de réaction 1, disposé également au-dessous do la tubulure 23 d'admis- sion du mélange d'air et de gaz qui est insufflé dans la tour par la soufflamte 20, dans la direction de la fié che 24.Au-dessus du paquet 21 sont disposées ici plusieurs buses de puivérisation 5a et 5b qui, également par l'intermédiaire d'une conduite 6 et d'une pompe de circulation 8, sont reliées au recipient collecteur 7 disposa au fond de la tour 1 à quelque distance au-dessous du paquet 21. Le récipient collecteur 7 est équipé d'un régulateur de niveau 25 et est alimenté par l'intermé- diaire d'une conduite 16 en agent d'absorption frais, Ce récipient comporte en outre une conduite d'évacuation 27. Le paquet de matelas filtrants 21 est traversé en son centre par un tube de sortie 22 menant hors de la tour dans la direction indiquée par la flèche 25. Le mélange d'air et de ga introduit par la soude flanto 20 dans la tour dans la direction indiquée par la flèche 24 est, dans le paquet 21, imprégné d'agent dtabsorption, et le composé formé parvient, après avoir quitté ce paquet, dans le récipient collecteur 7, comme dans les installations décrites ci-dessus, tandis que l'air et les composants liquides qu'il peut éventuel- lement encore contenir en faible quantité sortent de la tour 1 par le tube do sortie 22, dans la direction indiquée par la flèche 25. Les tableaux Comparatifs présentés à la fin do ce texte montrent qu'avec les installations décrites cidessus, avec lesquelles le procédé selon l'invention a été ris en oeuvre, des rendements considérablement meil- leurs ont pu autre obtenus avec les différents agents d'absorption. Ces résultats atteignent tous la limite supérieure maximum de 90 à 999 % avec do la lessive de soude, de la lessive do soude et de l'hypochlorite do sodium, de l'eau et de l'eau oxygénée.Dans le cas de la séparation d'oxyde nitrique en utilisant de l'eau oxygénée en tant qu'agent d'absorption (tableau III), l'amélioration du rendement par rapport aux résultats pouvant être obtenus dans dsautres installatjons est particulièrement nette : on a en effet pu obtenir 90 à 95 %, contre 30 % au maximum.Ces excellents résultats avec l'eau oxygénée revêtent une importance toute particulière sur le plan économiquet parce qui la récupération d'acide nitrique, qui économise les colts de noutralisation et de décontamination pour l'oxydation du nitrite formé, a a donné un acide nitrique à 44 % dans le cas de l'absorption de bioxyde d'azote, à 26 % dans le cas de l'absorption de trioxyde d'azote, et, dans le cas de l'absorption d'oxyde nitrique, un acide nitrique encore à 17 En ut utilisant des solutions d'eau oxygénée encore plus concentrées, des acides nitriques à pourcen- tages plus élevés en conséquence pourraient être produits. Pour l'absorption de différents composants de l'air à l'aide d'eau oxygénée ou de leosive de soude débitée à raison de 20 m3/m2/h, la hauteur d'empilage des mate- las filtrants but comprimée de 0,3 à 0,15 m pour la sé- paration de S02 de 1,80 à o,6o m pour du SO3, et de 0,60 à 0,30 n pour le chlorure d'ammonium. Tableau comparatif I Séparation de bioxyde d'azote - Rendements, en % (NO2) Agent d'absorption Lessive de soude Eau Eau oxyg. de soude Hypochl. de sodium Colonne à plateaux 60 à 80 60 à 80 40 à 60 60 à 80 de 10 étages Colonne pleine remplissage 4 à 6m 60 à 80 60 à 80 40 à 60 40 à 70 Laveur par pulvérisation 30 à 50 30 à 50 10 à 30 30 à 50 Laveur à venturis 40 à 70 40 à 70 30 à 50 30 à 60 Laveur selon l'invention 90 à 98 95 à 99,5 70 à 80 95 à 99,9 Tableau comparatif II Séparation de trioxyde d'azote N203 ou N02/NO, Rapport molaire 1:1 Rendements, en Agent d'absorption Lessive Lessive Eau de soude de soude Eau Eau oxyg. Hypochl. de sodium Colonne à plateaux 60 à 80 60 à 80 20 à 50 40 à 60 de 10 étages Colonne pleine, 60 à 80 60 à 80 20 à 50 40 à 60 rempliss. 4 à 6m Laveur par pul- 30 à 50 30 à 50 10 à 30 20 à 50 vérisation Laveur à venturis 40 à 60 40 à 60 10 à 40 20 à 50 Laveur selon l'invention 90 à 99 95 à 99,5 50 à 70 95 à 99,9 Tableau comparatif III Séparation d acide nitrique NO - Rendements, en Agent d'absorption Lessive Lessive Eau de soude de soude Eau Eau oxyg. Hypoxhl. de sodium Colonne à plateaux 0 à 10 0 à 30 0 à 10 0 à 30 de 10 étages Colonne pleine, O à 10 0 à 30 0 à 10 0 à 30 rempliss. 4 à 6m Laveur par pulvé- 0 à 10 0 à 20 0 à 10 O à 20 risation Laveur à venturis 0 à 10 O à 30 0 à 10 0 à 30 Laveur selon l'invention 0 à 20 50 à 70 o à 10 90 à 95 REVENDICATIONS 1. Procédé pour séparer de mélanges d'air et de gaz des composants de l'air, tols que des impuretés difficilement absorbables* en mettant ces mélanges en présence d'agents d'absorption, ce procédé étant remarquable en co qu'il consiste à mettre l'air contenant des composants tels que gaz nitrés, acide chlorhydrique* bioxyde de soufre, scide sulfurique, morcaptans, amines, sublimés solubles tels que chlorure d'ammonium, bifluorure d'ammonium, chlorure d'indium, chlorure de zinc, aérosols d'huiles, de graisses ou de plastifiants, aérosols d'acide sulfurique, bioxyde de soufre, on pré sence des agents d'absorption tels que lessive do soude, hypoohlorite de sodium, eau, eau oxygénée, en faisant passer cet air à travers un ou plusieurs paquets do mate- las filtrants empilés composés de non-tissés résistant aux produits ohimiques. 2. Procédé selon la revendication 1, remarquable en ce que les paquets (2) do matelas filtrants sont, on fonction de la concentration des corps à séparer du mélange d'air et de gaz, comprimés à une fraction de leur volume initial comprise entre 1C % et 50 do ou plus. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2. remar tuable on ce que lo dosage des quantités d'agent dtabsor- ption à amener au mélange d'air et do gaz est effectué par régulation du pH ou régulation rodox respectivement par mesure colorimétrique. 4. Procédé solon l'une quelconque des revendications 1 à 3, romarquable en ce que l'on net un mélange dair et de gaz nitrés en présence d'eau oxygénée en solution fortement concentrée pour obtenir de ltacide nitrique ayant une concentration permettant son recyclage dans le processus initial, 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, remarquable on ce que de l'air contenant des aérosols émulsifiables en phase aqueuse, par exemple des aérosols d'huiles, de graisses, de plastifiants, est mis en présence d'eau comme agent d'absorption. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes dans une tour de réaction dans laquelle le mélange d'air et de gaz est amené par le haut ou par le bas, ce dispositif étant remarquable en ce qu'il se con pose de buses de pulvérisation (5;5a;5b) de l'agent d'absorption disposées au-aessus d'un paquet (2;2a,2b;21) de matelas filtrants disposés dans la section de la tour ; d'un récipient collecteur (7) disposé sous ce paquet et muni d'un débordement (14) et d'une évacuation vers une pompe de circulation (8), ainsi que d'une soufflante (12;20) qui est disposée au-dessus ou au-dessous du paquet de matelas filtrants dans une ouverture (lb; ;23) de la paroi de la tour et qui souffle vers l'intérieur ou vers l'ex- térieur, et, dans le cas d'une soufflante (20) soufflant vers lgintérieur dtun tube de sortie (28) traversant le paquet (21) de matelas filtrants et sortant de la tour (1).