Brevet FR2534831A1 — publié le 19840427

Installation d'injection d'une matière pulvérulente, notamment d'une matière adsorbante, dans une colonne de contact. La présente invention concerne une installation d'injection d'une matière pulvérulente, notamment d'une matière adsorbante, dans une colonne de contact -en principe verticale parcourue par un écoulement de gaz, notamment de gaz chargé d'effluents polluants qu'il con- vient de fixer sur ladite matière, cette installation comportant des moyens débouchant dans la colonne, pour l'injection de matière fraîche et l'injection de matière recyclée, à savoir de matière ayant déjà servi au même usage. Ladite matière peut être par exemple constituée de particules d'alumine, et ledit écoulement de gaz être constitué par des fumées chargées en composés fluorés ou autres produits nocifs tels que vapeurs de goudrons, et produites par exemple lors de processus de fabrication de l'aluminium. On procède alors à l'épuration desdites fumées, avant leur évacuation à l'atmosphère, en injectant l'a- lumine dans une colonne de contact parcourue par ces fu- mées, ce qui permet de fixer, par adsorption, lesdits produits nocifs sur l'alumine. Etant donné que l'alumine (ou autre matière adsor- bante) reste encore partiellement active à la sortie de cette colonne, on la recycle habituellement en partie à l'entrée de celle-ci, en l'y injectant en même temps qu'une certaine proportion (moindre) de matière adsor- bante fraîche, ceci pour augmenter le rendement de l'ad- sorption. De tels processus sont connus, et notamment par le brevet français N O 2 139 648 du 28 mai 1971, qui concerne précisément l'adsorption de composés fluorés sur de l'a- lumine. Selon les exemples de mise en oeuvre décrits dans ce brevet, l'alumine ayant déjà servi à l'adsorption est recyclée dans la colonne de contact par une conduite dé- bouchant latéralement dans celle-ci et qui sert d'ailleurs en même temps à l'introduction de l'alu- mine fraîche, le mélange entre l'alumine fraîche et l'a- lumine recyclée ayant été réalisé en amont. Cette disposition n'est pas la plus favorable, car alors la "densité d'activité" de l'alumine ne se trouve pas répartie de façon homogène dans toute la surface de section de la colonne de contact, ce qui bien entendu nuit au rendement de l'épuration. Le but de la présente invention est de remédier à cet inconvénient de la technique antérieure, et d'aug- menter notablement le rendement de l'épuration dans les installations du type sus-décrit,même dans le casd'autres produits, et ceci en augmentant l'homogénéité de répar- tition et d'activité de la matière pulvérulente dans toute la surface de section de la colonne de contact. Pour ce faire, une installation du type général dé- fini au début est, conformément à l'invention, caracté- risée en ce que lesdits moyens comprennent un certain nombre de buses d'injection de matière recyclée, répar- ties autour d'au noins une buse d'injection de matière fraîche, ces buses étant disposées dans la colonne. En assurant dans chaque buse d'injection de matière recyclée un débit suffisant -qui en règle générale sera notablement plus important que le débit issu de la ou des buses d'injection de matière fraîche on pourra uniformiser la répartition de l'activité de la matière pulvérulente dans toute la colonne, et ainsi accroître considérable- ment le rendement de l'épuration. i Cet avantage procuré par l'invention sera particu- lièrement intéressant lorsque l'on utilisera des colonnes de contact de grand diamètre, parcourues par un gaz à épurer de débit élevé. En multipliant dans la mesure adéquate le nombre des buses d'injection de matière recyclée, en fonction de la section de la colonne, on conçoit en effet que l'on pourra uniformiser l'activité de la matière pulvé- rulente dans toute cette section, quelle qu'elle soit. Dans le cadre de la définition générale de l'inven- tion qui a été donnée plus haut, on pourra réaliser la répartition des différentes buses selon des agencements variés - Notamment, on pourra prévoir, conformément à l'in- vention, que la buse d'injection de matière fralche est disposée centralement ou approximativement centralement dans ladite colonne, et lesdites buses d'injection de matière recyclée sont régulièrement réparties autour d'elle, en étant de préférence disposées à distances égales ou approximativement égales entre elles d'une part et par rapport à la paroi latérale de la colonne d'autre part. On conçoit que cette répartition des différentes buses permettra de faire balayer à la matière pulvéru- lente la quasi-totalité de la section de la colonne de contact, en évitant presque totalement, ouenminimisant, la création de zones mortes Cette disposition, en par- ticulier, assure une répartition homogène de la matière pulvérulente dans le flux gazeux dès les premiers mètres parcourus par ce flux dans la colonne. Dans le cas -fréquent d'une colonne de section circulaire, les buses d'injection de matière recyclée se trouveront ainsi toutes disposées à distances égales ou approximativement égales de la buse centrale d'injection de matière fraîche -a Dans le cas, par ailleurs, d'une colonneàcnnvergent- divergent, il sera encore avantageux de prévoir, pour parfaire l'homogénéité de la répartition de la matière pulvérulente, que l'ensemble desdites buses sont dispo- sées au niveau ou approximativement au niveau du col de ce convergent-divergent,ou dans le divergent. De toute façon, on sait que ce convergent-divergent ou venturi a d'une manière générale pour but d'empêcher que la matière pulvérulente injectée dans la colonne ne tombe sous l'effet de la gravité, et donc de faire en sorte qu'elle-soit bien entraînée par l'écoulement as- cendant du gaz à épurer dans la colonne, même lorsque celle-ci est de grand diamètre. Ce convergent-divergent ou venturi n'est au con- > traire pas nécessaire lorsque la vitesse ascendante du gaz est suffisante pour assurer l'entraînement vers le haut de la matière pulvérulente. Selon encore une autre caractéristique de la pré- sente invention, on prévoit que lesdites buses débouchent dans la colonne à contre-courant par rapport au sens dudit écoulement de gaz dans celle-ci. Ainsi, avant d'emprunter son trajet ascendant, la matière pulvérulente subira dans la colonne un change- ment de direction de 1800, ce qui favorisera encore l'homogénéité de sa répartition dans celle-ci. On peut prévoir supplémentairement qu'à chaque buse est associé un dispositif diffuseur propre à étaler en une nappe radiale la matière qui en est issue. Cette disposition aura pour effet de dindnuer encore le risque de création de zones mortes dans la colonne, en augmentant considérablement la surface balayée par chaque buse. Très simplement, ces dispositifs diffuseurs ou écla- teurs de jets pourront être constitués chacun d'une plaque fixée à petite distance de l'orifice de la buse correspondante. Sous l'effet de l'impact, le jet de matière pulvé- rulente sera alors dispersé sous la forme d'une nappe qui sera ensuite transformée en nuage de particules par le courant de gaz ascendant. La plaque en question peut être plate et perpendi- culaire à l'axe de la colonne, auquel cas la nappe de matière se disperse horizontalement, la colonne étant supposée sensiblement verticale, ou, en variante, on peut prévoir aussi que ladite plaque est un cône d'axe parallèle à celui de la colonne et à pointe dirigée vers le haut. Dans ce cas, la nappe de matière de traitement suit tout d'abord un parcours dirigé vers le bas, avant de remonter sous l'effet d'entraînement du flux ascendant de gaz traité, ce qui favorise encore plus sa dispersion dans celui-ci. Deux modes d'exécution de l'invention vont mainte- nant être décrits à titre d'exemples nullement limita- tifs, avec référence aux figures du dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une vue schématique en perspec- tive, avec arrachement partiel, d'un convergent-divergent d'une colonne de contact équipée conformément à l'in- vention; la figure 2 est une vue analogue d'une colonne de contact cylindrique; et la figure 3 est une vue d'une section transver- sale d'une colonne équipée conformément à l'invention, montrant mieuxune répartition avantageuse des buses. Dans les différentes figures, on a-référencé en 1 unebuse d'injection de matière fraiche (par exemple d'a- lumine) et en 2 différentes buses d'injection de ma- tière recyclée, à savoir en l'occurrence d'alumine ayant déjà servi à l'adsorption d'effluents polluants tels que composés fluorés ou goudrons que contiennent les gaz à traiter, toutes ces buses débouchant vers le bas. Ces gaz peuvent, comme cela a été mentionné plus haut, être constitués par exemple par des fumées s'é- chappant de cuves utilisées dans des processus de fabri- cation de l'aluminium; ces fumées doivent bien entendu être débarrassées desdits effluents polluants avant leur évacuation à l'atmosphère. Dans le cas de la figure 1, on a représenté les différentes buses disposées dans un convergent-divergent 3 d'axe vertical et parcouru dans le sens ascendant, comme représenté par la flèche F, par lesdites fumées, l'extrémité supérieure de ce convergent-divergent 3 étant connectée à une colonne de contact proprement dite, dont la hauteur sera fonction du temps de contact souhaité entre l'alumine injectée par les buses let 2 et lesdites fumées, ceci bien entendu compte tenu de la vitesse as- censionnelle de celles-ci. Dans le cas de la figure 2, on a représenté les différentes buses 1 et 2 disposées à l'intérieur même d'une colonne de contact cylindrique, laquelle a été ré- férencéeen 4 et est également parcourue dans le sens as- censionnel (flèche F) par les fumées à traiter. Comme on le voit sur les différentes figures, on a disposé la buse 1 d'injection de matière fraîche au centre du convergent-divergent ou au centre de la colonne, et l'on a réparti les buses 2 d'injection de matière re- cyclée autour de la buse 1, de telle sorte qu'elles soient toutes équidistantes les unes des autres et toutes à égale distance de la paroi latérale du convergent- divergent ou colonne Si la section transversale du con- duit est circulaire au niveau desdites buses, les buses 2 se trouveront par voie de conséquence toutes à égalé distance de la buse 1 centrale d'injection de matière fraîche, dans le cas o cette buse est unique. Sur les figures 1 et 2, on a associé à chaque buse une conduite d'amenée de matière, référencée la pour la buse 1 et référencées 2 a pour les différentes buses 2, toutes ces conduites débouchant à l'extérieur en traver- sant la paroi latérale du convergent-divergent ou de la colonne. On pourrait remplacer cette disposition d'alimenta- tion par une disposition différente, dans le cas o l'obstruction du conduit par ces différentes amenées de matière serait gênante. A cet effet, on pourrait par exemple prévoir un collecteur circulaire horizontal reliant toutes les buses 2 et communiquant avec l'extérieur par une seule con- duite débouchant latéralement sur le convergent-divergent ou colonne de contact, le nombre des conduites traver- sant alors ladite paroi latérale étant ainsi ramené à deux. A la figure 1, on a représenté sous la forme de plaques planes et horizontales 5 des dispositifs diffu- seurs, l'un étant fixé sous la buse 1 d'injection de ma- tière fratche et les autres sous chacune des buses 2 d'injection de matière recyclée Ces dispositifs diffu- seurs sont reliés mécaniquement aux différentes buses par des tiges 6 Ainsi, la matière issue des buses 1 et 2 est projetée sur ces plaques 5 et est dispersée sous la forme de nappes radiales qui subissent ainsi un im- portant changement de direction avant que la matière pulvérulente qui les constitue soit finalement entraînée vers le haut par le courant de gaz ascendant à traiter qui parcourt le convergent-divergent 3 On obtient ainsi une excellente dispersion de la matière issue des buses 1 et 2. On peut encore augmenter cette dispersion en rem- plaçant les plaques planes et horizontales 5 de la fi- gure l par des cônes 7 tels que ceux qui équipent les buses 1 et 2 du mode de réalisation de la figure 2 D'une manière analogue, ces cônes sont reliés aux buses cor- respondantes par des tiges de fixation 8 Dans ce cas, la matière subira un parcours descendant'surune certaine hauteur à partir des buses 1 et 2 avant finalement d'être entraînée vers le haut par le courant de gaz as- cendant parcourant la colonne 4. On voit bien sur la figure 3 comment les différentes nappes radiales produites par chacune des buses 1 et 2 se recoupent pour remplir en quasitotalité la section transversale de la colonne, évitant ainsi pratiquement la création de zones mortes dans celle-ci. L'alumine fraîche issue de la buse centrale 1 ayant une capacité d'adsorption de 100 %,tandis que l'alumine recyclée issue des buses 2 est déjà presque saturée par les effluents polluants, on comprend que, pour réaliser une bonne homogénéité de l'activité de la matière dans toute la section transversale du convergent-divergent ou de la colonne de contact, il y aura lieu de régler les débits de matière en fonction de son activité. Ainsi, le débit de matière fraiche issu de la buse centrale 1 sera considérablement plus faible que le dé- bit de matière recyclée issu des buses 2. Si, par exemple, l'alumine alimentant les buses de recyclage 2 est saturée à 90 %, son débit sera environ dix fois plus important dans chacune des buses 2 que le débit d'alumine fraiche issu de la buse 1. Si l'on considère une installation de la technique antérieure telle que décrite succinctement au début, à savoir une installation dans laquelle la matière recy- clée est injectée dans la colonne de contact par une seule buse, on constate qu'avec une installation conforne à la présente invention,et grâce à la multiplication et à la répartition judicieuse des buses d'injection de ma- tière recyclée autour d'une buse d'injection de matière fraîche, on peut éliminer dans une proportion de 80 % le fluor gazeux qui se serait échappé de l'installation de la technique antérieure (qui permettait déjà d'élimi- ner -une très grande partie de ce fluor). Cette technique étant bien connue, on n'a pas re- présenté dans les dessins la façon dont l'alumine qui a fixé par adsorption les effluents polluants est sépa- rée des fumées et recyclée: cette séparation peut s'ef- fectuer grâce à tout appareil approprié,par exemple par des filtres. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limité nulle- ment à ceux de ses modes d'application et de réalisa- tion qui ont été plus particulièrement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Installation d'injection d'une matière pulvéru- lente, notamment d'une matière adsorbante, dans une co- lonne de contact -en principe verticale parcourue par un écoulement de gaz, notamment de gaz chargé d'effluents polluants qu'ils convient de fixer sur ladite matière, cette installation comportant des moyens débouchant dans la colonne, pour l'injection de matière fraîche et l'in- jection de matière recyclée, à savoir de matière ayant déjà servi au même usage, caractérisée en ce que lesdits moyens comprennent un certain nombre de buses ( 2) d'in- jection de matière recyclée, réparties autour d'au moins une buse ( 1) d'injection de matière fraîche, ces buses étant dis- posées dans la colonne ( 3 ou 4). 2 Installation selon la revendication 1, caracté- risée en ce que la buse ( 1) d'injection de matière fraîche est disposée centralement ou approximativement centralement dans ladite colonne ( 3 ou 4), et lesdites buses ( 2) d'injection de matière recyclée sont réguliè- rement réparties autour d'elle, en étant de préférence- disposées à distances égales ou approximativement égales entre elles d'une part et par rapport à la paroi laté- rale de la colonne d'autre part. 3 Installation selon la revendication 2, caracté-. risée en ce que ladite colonne ( 3 ou 4) étant à section circulaire, au moins au niveau auquel lesdites buses ( 1, 2) sont disposées, les buses ( 2) d'injection de matière recyclée sont toutes disposées à distances égales ou ap- proximativement égales de la buse ( 1) centrale d'injec- tion de matière fraîche. 4 Installation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, dans laquelle ladite colonne com- porte à sa base un convergent-divergent ( 3), caractérisée en ce que l'ensemble desdites buses ( 1,2) sont disposées au niveau ou approximativement au niveau du col de ce convergent-divergent, ou dans le divergent. 2534-83 1 Installation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisée en ce que lesdites buses ( 1,2) débouchent dans la colonne ( 3 ou 4) à contre- courant par rapport au sens (F) dudit écoulement de gaz dans celle-ci. 6 Installation selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisée en ce qu'à chaque buse ( 1,2) est associé un dispositif diffuseur ( 5 ou 7) propre à étaler en une nappe radiale la matière quienestissue. 7 Installation selon la revendication 6, caracté- riséeen ce que ledit dispositif diffuseur est constitué d'une plaque ( 5) fixée à petite distance de l'orifice de la buse correspondante. 8 Installation selon la revendication 7, caracté- riséeen ce que ladite plaque ( 5) est plate et perpendi- culaire à l'axe de la colonne. 9 Installation selon la revendication 7, caracté- riséeenoe que ladite plaque est-un cône ( 7) d'axe parallèle à celui de la colonne et à pointe dirigée vers le haut.