Brevet FR2543013A1 — publié le 19840928

L'invention se rapporte à un filtre pour l'épu- ration des gaz dans lequel le milieu filtrant est consti- tué par une couche de matière en vrac, de préférence une couche de matière en vrac à haute résistance à la tempé- rature. Dans les filtres pour l'épuration des gaz du genre de construction ci-dessus qui sont déjà connus, le milieu filtrant est composé d'une couche unique de matiè- re en vrac continue, qui est disposée horizontalement dans le corps du filtre Dans ce cas, on fait passer le courant de gaz chargé de haut en bas à travers la couche de matière en vrac et les substances contenues dans les gaz, en particulier les matières solides, sont retenues par la couche de matière en vrac Le gaz qui est de cet- te façon épuré de ces substances est ensuite évacué par un canal de gaz épuré O Etant donné que la capacité d'ab- sorption de la couche de matière en vrac vis-à-vis des substances extraites des gaz est relativement faible, la couche de matière en vrac doit être débarrassée des subs- tances séparées, c'est-à-dire nettoyée, à des interval- les de temps déterminés Lors du nettoyage de la couche de matière en vrac, le courant de gaz chargé est inter- rompu ou dévié et on fait passer de l'air de balayage de bas en haut à travers la couche de matière en vrac et, à savoir, jusqu'à ce que les substances séparées et rete- nues dans la couche de matière en vrac soient éliminées de cette couche Un filtre de ce genre est très désavan- tageux en ce sens qu'il ne permet pas d'épurer les gaz en service continu Par conséquent, pour pouvoir procé- der à une épuration continue des gaz, on doit disposer l'un à côté de l'autre au moins deux filtres de cette configuration, que l'on fait travailler alternativement, c'est-à-dire dans lesquels on procède alternativement à un nettoyage de la couche de matière en vrac et à une épuration du gaz Les filtres de ce genre prévus pour l'épuration continue des gaz sont donc relativement com- pliqués et affectés de coûts d'exploitation d'autant plus élevés. Le but de l'invention consiste à réaliser un filtre de telle manière qu'il permette une épuration con- tinue des gaz d'une façon particulièrement simple et êco- nomique. Ce problème est résolu par le fait que le fil- tre est subdivisé en plusieurs chambres qui contiennent la couche de matière en vrac et qui sont disposées en couronne autour d'un canal central prévu pour l'extrac- tion des substances séparées des gaz, les chambres étant réunies entre elles, au-dessus du niveau de la couche de matière en vrac, par des ouvertures ménagées dans la pa- roi du canal et par le fait que chaque chambre est rac- cordée à une conduite d'arrivée du gaz chargé et à une conduite de sortie du gaz épuré Grâce à ces caractéris- tiques selon l'invention on peut procéder avantageuse- ment à un nettoyage de la couche de matière en vrac dans certaines chambres pendant que les autres chambres se trouvent en service Ceci permet donc très avantageuse- ment de réaliser une épuration continue des gaz dans un filtre unique sans interruption du fonctionnement. Dans une autre forme avantageuse de réalisation de l'invention, chaque chambre est munie d'une conduite d'arrivée prévue pour l'acheminement du milieu filtrant et qui est disposée au-dessus de la couche de matière en vrac Grâce à cette caractéristique, lé milieu filtrant usé peut très avantageusement être remplacé séparément dans les chambres et-ceci sans interruption du fonction- nement. Selon une autre forme avantageuse de réalisa- tion de l'invention, la couche de matière en vrac dispo- sée en couronne se présente dans le filtre avec une for- me d'entonnoir qui s'évase vers le haut Comparativement à une couche de matière en vrac disposée horizontalement dans le filtre, cette caractéristique assure un accrois- sement considérable de la surface du filtre tout en con- servant des dimensions identiques par ailleurs pour le filtre Par ailleurs, la configuration de la couche de matière en vrac en entonnoir évasé vers le haut dans le filtre favorise non seulement le nettoyage mais égale- ment la reconstitution de la couche de matière en vrac et ceci avec utilisation optimale du volume du filtre. Selon une autre forme préférée de réalisation de l'invention, il est prévu dans la paroi du filtre des buses pour l'introduction de milieux de balayage qui dé- bouchent dans les chambres au-dessous du niveau de la surface de la couche de matière en vrac A l'aide de ces buses, à chaque opération de nettoyage, la couche supé- rieure de matière en vrac peut être expulsée avec les substances séparées du courant de gaz chargé et éjectée par le canal central La couche de matière en vrac expul- sée avec les susbtances séparées peut alors être renouve- lée très avantageusement pendant le service et être en- suite libérée pour l'épuration du courant de gaz char- gé. Selon une autre forme avantageuse de réa Lisa- tion de l'invention, chaque conduite de sortie du gaz épuré est équipée d'au moins une buse ou d'au moins un injecteur Au moyen de buses ou d'injecteurs, on peat acheminer des fluides de balayage à -la couche de matière en vrac par le bas et, de cette façon, on peut réaliser un nettoyage de la couche de matière en vrac de bas en haut en sens inverse du courant de gaz chargé ou bien en- core, au moyen des fluides de balayage introffirts -par l'intermédiaire des buses ou injecteurs, on peut simple- ment établir dans la couche de matière en vrac} une con- tre-pression suffisamment forte pour qu'&aun gaz ne puisse traverser la couche de matière en vrac à partir du côté d'arrivée du gaz chargé Dans ce cas cité en der- nier, il se produit uniquement un nettoyage de la couche supérieure de matière en vrac à l'aide des buses dispo- sées dans la paroi du filtre et, à savoir, parexpulsion de la couche supérieure de matière en vrac et éjection de cette couche supérieure de matière en vrac dans le ca- nal central conjointement avec les substances séparées du courant de gaz chargé. Les figures du dessin annexé, donné uniquement à titre d'exemple, feront bien comprendre comment l'in- vention peut être réalisée Sur ces dessins, la figure l représente un filtre selon l'inven- tion en coupe longitudinale; la figure 2 représente une coupe selon la ligne II-II de la figure 1. Comme le montrent les figures 1 et 2, le filtre selon l'invention est composé d'une cuve 1 de configura- tion cylindrique disposée verticalement, qui est subdivi- sée intérieurement par des cloisons 2 en chambres dis- tinctes 3 qui sont réparties en couronne autour d'un ca- nal central 4 Dans chaque chambre 3, se trouve une cou- che de matière en vrac 5 servant de milieu filtrant, qui repose sur un fond perforé 6 et se présente avec une for- me en entonnoir qui s'évase vers le haut A sa partie su- périeure, la cuve 1 est raccorde à une conduite 7 d'arrivée du gaz chargé qui débouche dans les chambres 3 Les cloisons 2 s'étendent depuis le débouché de la conduite 7 d'arrivée du gaz chargé jusqu'au fond 8 de la cuve et, comme la figure 2 le montre, elles séparent les chambres 3 les unes des autres Il est prévu dans le fond 8, en partant des chambres 3, des conduites 9 de sortie du gaz épuré qui débouchent dans une conduite col- lectrice de gaz épuré 10 Chaque conduite 9 de sortie du gaz épuré est munie d'au moins une buse Il qui est rac- cordée à une conduite 12 d'arrivée de gaz En remplace- ment des buses 11, on peut éventuellement prévoir égale- ment très avantageusement des injecteurs. En outre, dans la paroi de la cuve 1 sont pré- vues des buses 13 pour l'arrivée de milieux de balayage, qui débouchent dans les chambres 3 au-dessous du niveau de la surface de la couche 5 de matière en vrac Au-des- sus de la couche 5 de matière en vrac, les chambres 6 sont reliées entre elles par des ouvertures 14 ménagées dans la paroi du canal 4 Ces ouvertures 14 ménagées dans la paroi du canal 4 servent à expulser dans le ca- nal central 4 les substances séparées des gaz pendant le processus de nettoyage de la couche de matière en vrac 5 Pour extraire ces substances du canal 4 en conservant un joint étanche aux gaz, il est prévu une vanne à alvéo- les 14 intercalée dans le canal 4 Finalement, chaque chambre 3 est munie d'une conduite d'arrivée 16 servant à l'acheminement de milieu filtrant neuf, et disposée au-dessus du niveau de la couche de matière en vrac 5. Pour obtenir une fermeture étanche aux gaz de ces condui- tes d'arrivée 16 par rapport à l'extérieur, des clapets doubles à volet oscillant 17 et 18 sont intercalés dans ces conduites d'arrivée 16 L'introduction de milieu fil- trant neuf dans les chambres 3 peut éventuellement s'ef- fectuer également très avantageusement à l'aide d'un ré- servoir à pression non représenté sur le dessin, d'o le milieu filtrant est expulsé pneumatiquement dans un cy- clone, la sortie de matières solides de ce cyclone débou- chant dans la conduite d'arrivée 16 et son tube plongeur étant relié à la conduite 7 d'arrivée du gaz chargé Ce- ci est très avantageux en particulier dans le cas o le filtre est sous surpression Par ailleurs, dans le cas de ce genre d'acheminement du milieu filtrant, on peut se dispenser des clapets doubles à volet oscillant 17 dans les conduites d'arrivée 16. Dans le fonctionnement de ce filtre selon l'in- vention, le gaz chargé est acheminé de haut en bas aux chambres 3, par la conduite 7 d'arrivée du gaz chargé, dans le sens des flèches 19, 20, avec une vitesse de 1 à 4 m/s Pendant que le gaz chargé traverse la couche de matière en vrac 5 et le fond perforé situé au-dessous de cette couche dans chacune des chambres individuelles 3, les substances contenues dans le gaz, par exemple les ma- tières solides, sont séparées du gaz, et le gaz qui est épuré de cette façon est évacué des chambres vers l'exté- rieur, en passant par les conduites 9 de sortie du gaz épuré et par la conduite collectrice 10 Les matières so- lides qui sont ainsi séparées et retenues dans la couche de matière en vrac 5 se rassemblent initialement dans la région de la surface supérieure de la couche de matière en vrac et, au bout d'un certain temps, elles forment une couche de matière solide correspondante Le nettoya- ge de la couche de matière en vrac se produit ensuite, soit selon un programme de nettoyage établi, c'est-à-di- re que le nettoyage seeffectue dans les différentes cham- bres l'une après l'autre, soit le nettoyage de la couche de matière en vrac est effectué dans la chambre dans la- quelle la perte de charge est la plus élevée ou atteint une certaine valeur limite Cette perte de charge peut être mesurée d'une façon simple par mesure de la pres- sion régnant dans les chambres 3 et dans les conduites de sortie du gaz épuré Le nettoyage de la couche de ma- tiêre en vrac dans les différentes chambres 3 s'effectue chambre par chambre, ceest-à-dire qu'on introduit un fluide sous pression, par exemple du gaz épuré, dans la conduite 9 de sortie du gaz épuré par la conduite 12 et la buse 11, à contre-courant par rapport au gaz épuré, de telle manière qu'il s'établisse sous la couche de ma- tière en vrac 5 une pression suffisamment élevée pour qu'aucun gaz ne puisse traverser la couche de matière en vrac 5 de haut en bas Plus précisément, la buse 11 a pour fonction d'inverser le sens de l'écoulement du gaz épuré dans le tube 9 de sortie du gaz épuré et dans la chambre 3 par un effet d'injecteur Ensuite, à travers la buse 13 agencée dans la paroi du récipient, qui débou- che dans la chambre 3 au-dessous de la surface de la cou- che de matière en vrac, on insuffle un milieu de balaya- ge, par exemple, de l'air ou du gaz épuré, et les matiè- res solides séparées du courant de gaz chargé sont mises en mouvement tourbillonnaire conjointement avec la cou- che supérieure de la couche de matière en vrac et éjec- tées dans le canal 4 par l'ouverture 14 et, de là, à l'extérieur à travers la vanne à alvéoles 15 Pour souf- 43013 filer la couche supérieure de la couche de matière en vrac, on peut éventuellement agencer également plusieurs buses 131 dans la paroi de la cuve 1, ou encore installer des buses additionnelles dans les cloisons 2 Le gaz in- troduit par la buse 13 pour le nettoyage de la couche de matière en vrac passe par les ouvertures 14 ménagées dans la paroi du canal 4, et se répartit entre les au- tres chambres 3, et, là, il descend avec le courant de gaz chargé venant du haut, en traversant la couche de ma- tière en vrac 5 et il est évacué à l'extérieur par la conduite 9 de sortie du gaz épuré et la conduite collec- trice 10 A la suite de cette opération de nettoyage, la couche de matière en vrac qui est évacuée avec les matiè- res solides est remplacée par une introduction de milieu filtrant non usé dans la chambre 3 au moyen de la condui- te 16 Etant donné que la couche de matière en vrac dis- posée en forme d'entonnoir qui s'évase vers le haut cor- respond à peu près à la pente d'éboulement naturelle, il s'établit spontanément dans la chambre une couche de ma- tière en vrac présentant une pente correspondante lors- qu'on introduit le milieu filtrant 9 dans la chambre 3. Après achèvement de ce nettoyage de la couche de matière en vrac dans la chambre considérée, on interrompt le cou- rant d'arrivée de fluide sous pression par la buse h 1 et, de cette façon, on supp-rime la contre-pression dans la chambre 3 au-dessous de, la matière en, vrac et la cou- che de matière en vrac renouvelée dans la, chambre 3 est à nouveau prête pour l'égura tiort du courant de gaz char- gé Le nettoyage -des couches de matière en vrac 5 dans les autres chambres 3 se produit de la même façon Les couches de matière en vrac contenues dans plusieurs cham- bres peuvent éventuellement être nettoyées simultané- ment, les autres, chambres restant en service pour l'épu- ration des gaz De cette façon, on peut très avantageuse- ment procéder simultanément, et par conséquent sans interruption du travail, à l'épuration du courant de gaz chargé et au nettoyage de la couche de matière en vrac dans certaines chambres S'il est nécessaire de procéder à un nettoyage de toute l'épaisseur de la couche de ma- tière en vrac contenue dans les chambres 3, ceci peut s'effectuer d'une façon simple en injectant des débits appropriés de milieux de balayage dans la conduite 9 de sortie du gaz épuré au moyen de buses il, ces milieux traversant la couche de matière en vrac de bas en haut conjointement avec le gaz épuré. Pour l'épuration des gaz, on peut très avanta- geusement utiliser comme milieu filtrant des matières telles que le sable, l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de si- licium, qui n'entrent pas en réaction avec les milieux présents dans le gaz et qui peuvent être facilement net- toyées et utilisées à nouveau comme milieu filtrant Par ailleurs, on peut également utiliser comme milieu fil- trant de la chaux ou du charbon actif qui fixe les impu- retés contenues dans le gaz par absorption, adsorption ou chimisorption Finalement, pour l'épuration des gaz qui se forment lors de ia gazéification du charbon dans un lit ferreux, on peut également utiliser des par- ticules de coke comme milieu filtrant Dans ce cas, en introduisant de l'eau dans le gaz de charbon porté à peu près à 1 400 O C, on peut déterminer une réaction de for- mation de gaz à l'eau et, dans cette opération, gazéi- fier en majeure partie la substance solide salie, ou la transformer en une phase gazeuse Finalement, on peut également utiliser comme milieu filtrant des matières so- lides possédant des propriétés magnétiques permanentes qui sont appropriées pour séparer les poussières possé- dant une susceptibilité magnétique correspondante Tous ces milieux filtrants possèdent une haute résistance à la température de sorte qu'avec ces milieux, et avec le filtre réalisé conformément à l'invention, on peut égale- ment épurer très avantageusement d'une façon particuliè- rement simple et économique des gaz à haute température, c'est-à-dire des gaz à température supérieure à 600 'C. L'objet de l'invention n'est pas limité à l'exemple de réalisation représenté schématiquement sur le dessin C'est ainsi que, par exemple, en remplacement de la couche de matière en vrac, on peut utiliser dans les chambres distinctes n'importe quel autre milieu fil- trant susceptible de nettoyage et de régénération En ou- tre, la couche de matière en vrac contenue dans les cham- bres peut être disposée en pente descendante de l'inté- rieur vers l'extérieur et l'extraction de la matière so- lide peut alors s'effectuer vers l'extérieur à travers d'une chambre annulaire Dans ce cas, l'arrivée de la ma- tière solide destinée au renouvellement du milieu fil- trant ou de la couche de matière en vrac peut également s'effectuer par le milieu, à travers un tube situé inté- rieurement Du reste, l'opération de nettoyage dans les diverses chambres peut âtre entièrement automatisée, à tout moment et très facilement, à l'aide de dispositifs manométriques et de commande connus Par ailleurs, l'acheminement du milieu filtrant aux chambres 3 par les conduites d'arrivée 16 peut également s'effectuer au moyen d'un réservoir à pression pneumatique, de sorte que les clapets doubles à volet oscillant peuvent être supprimés. Il va de soi qu'on peut apporter au dispositif qui vient d'être décrit diverses modifications, notam- ment par substitution des moyens techniques équivalents sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Filtre pour l'épuration des gaz, dans le- quel le milieu filtrant est constitué par une couche de matière en vrac, de préférence une couche de matière en vrac à haute résistance à la température, caractérisé en ce que le filtre est subdivisé en plusieurs chambres ( 3) qui contiennent la couche de matière en vrac et qui sont disposées en couronne autour d'un canal central ( 4) pré- vu pour l'extraction des substances séparées des gaz, les chambres étant réunies entre elles, au-dessus du ni- veau de la couche de matière en vrac ( 5), par des ouvertures ( 14) ménagées dans la paroi du canal, et en ce que chaque chambre ( 3) est raccordée à une conduite ( 7) d'arrivée du gaz chargé et à une conduite ( 9) de sortie du gaz épu- re. 2 Filtre selon la revendication 1, caractéri- sé en ce que chaque chambre ( 3) est munie d'une conduite d'arrivée ( 16) prévue pour l'acheminement du milieu fil- trant qui est disposée au-dessus de la couche de matière en vrac ( 5). 3 Filtre selon la revendication 1 ou 2, carac- térisé en ce que la couche de matière en vrac ( 5) dispo- sée en couronne se présente dans le filtre avec une for- me d'entonnoir qui s'évase vers le haut. 4 Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé en ce qu'il est prévu dans la paroi du filtre des buses ( 13) pour l'introduction de mi- lieux de balayage qui débouchent dans les chambres ( 3) au-dessous du niveau de la surface de la couche de matiè- re en vrac. 5 Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé en ce que chaque conduite ( 9) de sortie du gaz épuré est équipée d'au moins une buse ( 11) ou d'au moins un injecteur. 6 Filtre selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé en ce qu'on utilise comme mi- lieu filtrant du sable, de l'oxyde d'aluminium, de l'oxy- de de silicium, de la chaux, du charbon actif, du coke ou des matières solides possédant des propriétés de ma- gnétisme permanent.