Brevet FR2601884A1 — publié le 19880129

Procédé et système pour le lavage d'un courant de gaz uses La présente invention concerne le lavage et l'épuration des gaz usés des courants dégagés par les fours à ciment utilisant un procédé par voie humide. Les réactions entre l'eau et les oxydes de soufre et d'azote produits au cours de la combustion ont été élucidées dans les textes de chimie de référence. De même, l'utilisation de matières alcalines ou 10 de solutions alcalines pour laver les gaz usés est connue depuis des années. De façon générale, les réactions entre l'eau, l'air et les oxydes de soufre et d'azote produisent des acides, notamment de l'acide sulfureux, de l'acide sulfurique, de l'acide nitreux et de l'acide nitrique. L'utilisation d'une matière 15 alcaline ou d'une solution alcaline peut mener à la neutralisation des acides en donnant un sel plus de l'eau. Les inconvénients des systèmes de lavage sont notamment le prix élevé du système, le coût de la 20 matière alcaline et la consommation d'énergie pour assurer un contact suffisant entre les matières alcalines ou solutions alcalines et les gaz usés. Un inconvénient supplémentaire de la pulvérisation d'eau ou de dispersions de calcaire dans le courant usé d'un four à ciment utilisant un procédé par voie humide est le refroidissement associé du courant usé qui peut conduire à la condensation d'un pourcentage important d'eau dans le courant usé. Le but de la présente invention est de procu5 rer un système et un procédé de lavage et d'épuration relativement peu onéreux, consommant peu d'énergie et à faible coût de matières, qui induisent un refroidissement minimal du courant usé et assurent une élimination sensible des polluants des gaz usés. L'invention 10 est spécifiquement conçue pour assurer l'élimination du dioxyde de soufre (S02) et des oxydes d'azote hors des gaz usés. L'élimination du trioxyde de soufre (SO03) est effectuée efficacement par l'alimentation brute dans un four à ciment comme une fonction natu15 relle du processus de fabrication du ciment. L'invention est décrite avec référence à une usine alimentée au charbon produisant du ciment par voie humide. En raison de la très haute teneur en eau du courant de gaz usés d'un four à ciment utilisant un 20 procédé par voie humide et donc des limites imposées à la possibilité d'ajouter de l'eau au courant usé, une telle usine constitue probablement le plus mauvais cas pour assurer un lavage significatif. Le procédé doit assurer un lavage efficace tout en maintenant à 25 un minimum absolu le refroidissement du courant usé. Le procédé n'est toutefois pas limité aux usines alimentées au charbon et peut être appliqué à des fours à ciment chauffés au moyen de charbon, de mazout ou d'autres combustibles. Le système peut être appliqué 30 à l'épuration de courants usés autres que ceux des cimenteries, par exemple des fours à chaux ou autres systèmes dans lesquels les oxydes de soufre et d'azote sont des polluants du courant usé et dont le courant usé a une très haute teneur en eau. La condition prin35 cipale est que le lavage ait lieu avant que les gaz usés atteignent les installations de collecte des poussières sans refroidir le courant usé jusqu'au point o une condensation puisse avoir lieu à l'intérieur ou à l'amont des installations de collecte de poussières. Pour arriver à ce résultat, une solution aqueuse d'une matière alcaline très soluble et un apport d'air comprimé sont débités dans des becs de pulvérisation qui sont situés à l'intérieur de la conduite existante pour le courant usé. L'eau contenant l'alcali, 10 qui est principalement une solution d'hydroxyde de potassium, est pulvérisée en un brouillard finement divisé dans la canalisation o elle réagit rapidement avec les oxydes de soufre et d'azote en présence dans les gaz usés. La quantité totale d'eau, en raison de la haute solubilité de l'alcali, est réduite au minimum. L'eau qui n'a pas réagi, se trouvant sous forme de très petites gouttelettes d'un volume faible et présentant un rapport élevé de la surface au volume, s'évapore rapidement en ne provoquant qu'un refroidissement mini20 mal du courant usé. Par conséquent, l'eau ne se condense pas en un liquide et n'a pas pour inconvénient de mouiller et de colmater la canalisation. Les oxydes de soufre et d'azote sont convertis en particules solides sèches qui sont éliminées au moyen des systèmes collec25 teurs de poussières habituels à l'aval de l'épurateur. Compte tenu des indications ci-dessus, la présente invention a pour objet un procédé pour laver et épurer un courant de gaz usés émis par un four à ciment utilisant un procédé par voie humide, qui comprend 30 l'introduction dans le courant, lorsqu'il sort du four et entre dans un collecteur de poussières situé en aval, d'un brouillard finement divisé formé d'une solution aqueuse d'une matière alcaline très soluble en quantité suffisante, par rapport à la concentration des oxydes 35 de soufre et d'azote du courant, pour neutraliser instantanément les acides formés par la réaction de ceux-ci avec l'eau que contient le brouillard de manière à produire des particules solides sèches susceptibles d'être collectées avec les poussières dans le collecteur. De préférence, la solution aqueuse est obtenue par dissolution d'une matière alcaline, principalement de l'hydroxyde de potassium, à partir des poussières de rebut produites dans le procédé de fabrication du ciment et la solution a un pH situé dans un intervalle variant de 12,0 à 12,3. Le système n'introduit pas de matières solides sèches telles que du calcaire pour la réaction avec le trioxyde de soufre. Il n'introduit pas non plus d'eau pour le refroidissement. L'invention a pour objet un système pour laver un courant de gaz usés que dégage un four à ciment utilisant un procédé par voie humide avant son entrée dans un collecteur de poussières, qui comprend un dispositif pour introduire un brouillard finement divisé 20 d'une solution aqueuse d'une matière alcaline très soluble dans le courant, immédiatement à l'amont du collecteur de poussières, en quantité suffisante, par rapport à la concentration des oxydes de soufre et d'azote dans le courant, pour neutraliser instantané25 ment les acides formés par le réaction de ceux-ci avec l'eau que contient le brouillard et produire des particules solides sèches capables d'être collectées avec les poussières dans le collecteur. Dans des formes de réalisation préférées, la 30 solution est le produit obtenu par dissolution d'une matière alcaline, principalement de l'hydroxyde de potassium, à partir des poussières de rebut produites par le procédé de fabrication du ciment. Il est prévu un réservoir pour la solution et un dispositif pour 35 pomper la solution hors du réservoir jusqu'aux becs 26018 4 de pulvérisation. Les becs de pulvérisation produisant le brouillard sont agencés en une rangée dans le courant et des moyens sont prévus pour actionner sélectivement un ou plusieurs d'entre eux. La figure 1 est une vue schématique latérale en élévation d'une partie d'une cimenterie par voie humide avec chauffage au charbon montrant le système d'apport d'air et de liquide alimentant les becs de pulvérisation montés dans le courant usé à la sortie du 10 four. La figure 2 est une vue en coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 1 montre la réserve de solution d'alcali (10), la source (30) d'air comprimé et l'empla15 cement de la rangée de becs de pulvérisation (26) dans la canalisation (50) immédiatement après la sortie du four (48). La réserve d'eau alcaline (10) est une solution ayant un pH de 12,0 à 12, 3 qui est obtenue par 20 dissolution de la matière alcaline des poussières de rebut provenant du procédé de fabrication du ciment. Les poussières de rebut d'un four à ciment contiennent les oxydes de potassium, de sodium et de calcium qui donnent par réaction avec l'eau les hydroxydes de potassium, de sodium et de calcium. Ces hydroxydes sont dissous à partir des poussières de rebut et conservés en vue de leur utilisation ultérieure comme liquide de lavage alcalin. La solution alcaline peut provenir d'autres sources et peut être utilisée à d'autres valeurs de pH, à la condition que sa concentration en alcali soit suffisamment élevée pour assurer une élimination adéquate du SO2 et du NOx tout en réduisant jusqu'au minimum le refroidissement du courant usé et la condensation résultante de l'eau hors du courant 35 usé. La solution alcaline est pompée jusqu'à un réservoir (12). Le réservoir (12) peut aussi être alimenté par une source d'appoint non alcaline (14) pour un service temporaire ou d'urgence. La solution est pompée hors du réservoir (12) par l'une ou l'autre de deux pompes à haute pression (16, 18) (l'une servant de réserve pour l'autre) vers un filtre (20) ou (22) jusqu'aux becs de pulvérisation (26). Les robinets (24) règlent la proportion relative de l'apport aux becs (26) ou du retour vers le réservoir (12). Les robinets (28) isolent l'une ou l'autre des pompes (16, 18) et des systèmes filtrants (20, 22) de façon qu'un seul circuit soit en service à la fois et qu'il y ait un système de réserve disponible. Le compresseur d'air (30) alimente en air comprimé les becs (26) pour la pulvérisation du liquide alcalin (10). Une alimentation auxiliaire d'air comprimé (52) est prévue aussi pour permettre l'entretien du compresseur (30) tout en maintenant l'épurateur 20 en service. L'alimentation en air comprimé devra en l'occurence débiter jusqu'à 3,0 m3 normaux (105 pieds cubes normaux) d'air par minute sous des pressions jusqu'à 860 kPa (125 livres/pouce carré). La pression que doit avoir l'air est variable et dépend du type de 25 bec (26) qui est utilisé, de la dimension souhaitée pour les gouttelettes et du nombre de becs (26) en service. Dans d'autres applications, la pression et/ou le volume d'air qu'il faut peuvent être plus élevés ou plus faibles. - La figure 2 représente l'extrémité de sortie du four (48), les douze becs (26) utilisés dans cette application, la conduite d'amenée d'air (32) , la conduite d'eau sous haute pression (34) et les conduites de distribution (36, 38) pour les systèmes à air et eau, respectivement. La canalisation à gaz usés (40) 26018Pz à laquelle sont fixées les conduites d'alimentation (42) pour les becs est également représentée. Chaque conduite d'alimentation d'air et d'eau pour les becs est munie d'un manomètre (44) qui indique la pression du fluide et de robinets (46) pour l'ajustement des pressions de l'air et de l'eau. Les becs de pulvérisation utilisés dans cette application sont commercialisés par la société DELAVAN Corporation, West Des Moines, Iowa. Le bec spécifique est le "Swirl-air" n P/N 32163-2. Ce bec consomme de l'air pour favoriser la pulvérisation du liquide. D'autres types de becs, notamment ceux n'utilisant pas d'air, peuvent être utilisés en fonction du volume de liquide et de la dimension des gouttelettes 15 qui sont nécessaires pour une application spécifique. Le mode opératoire fondamental de l'invention est de débiter des gouttelettes de liquide suffisamment petites directement dans le courant de gaz usés à l'intérieur de la canalisation de gaz usés dans des 20 conditions o (a) la dimension des gouttelettes est suffisamment petite pour que celles-ci s'évaporent rapidement et ne mouillent donc pas les poussières entraînées ou la canalisation à l'aval, (b) la surface spécifique totale du liquide est suffisamment élevée pour 25 permettre une réaction rapide entre le fluide de lavage et les gaz usés, (c) la concentration en alcali est élevée de manière à réduire au minimum l'injection d'eau et (d)- les particules solides produites par l'évaporation du fluide de lavage sont suffisamment sèches pour être collectées ou extraites du courant usé par les installations de dépoussiérage ordinaires. Dans les formes de réalisation préférées illustrées, les becs (26) sont situés à l'extrémité de sortie ou d'alimentation (48) du four, à l'amont du 35 système collecteur de poussières. La dimension des 2 6 0 1 8 8 h 260!88 gouttelettes de liquide se situe dans l'intervalle de 35 à 100 Nm. Dans d'autres applications, la dimension des gouttelettes peut être augmentée ou diminuée suivant le lavage requis et suivant la nature, la teneur en eau et la température des gaz usés. Le spécialiste en la matière, connaissant les conditions, sera capable d'opérer les ajustements nécessaires pour adapter le système à de nouvelles applications. Les becs de pulvérisation peuvent être action10 nés sélectivement à volonté ou comme l'impose le système de traitement des gaz usés. Dans le présent cas, trois à cinq becs sont utilisés simultanément en raison du caractère très stratifié en température des gaz usés et de leur haute teneur en eau. Si le volume 15 ou la température des gaz augmente ou diminue, les becs peuvent être mis en service en nombre plus grand ou plus petit. L'efficacité du lavage suivant l'invention est variable avec la température, le volume et la teneur 20 en eau des gaz usés, de même qu'avec la concentration initiale en l'espèce chimique qu'il faut éliminer. A température et volume constants des gaz usés, la limite de lavage maximal est la relation stoechiométrique entre le poids du fluide de lavage et le poids 25 des constituants à éliminer des gaz usés. Dans des cimenteries par voie humide avec chauffage au charbon, l'oxyde principal à éliminer est le dioxyde de soufre (SO2). Une expérience de six mois a été exécutée dans une cimenterie. La quantité de SO2 30 dans le courant usé varie et s'échelonne d'environ 13,6 kg (30 livres) à 454 kg (1000 livres) par heure sur de courtes périodes. La moyenne relevée au cours de la phase sans lavage de la période d'essai de 6 mois a été de 93, 5 kg (206 livres) par heure. La moyenne observée au cours de la phase avec lavage de 26018P" la même période d'essai de 6 mois a été de 38,6 kg (85 livres) par heure. L'efficacité moyenne d'élimination du SO2 s'est révélée être de 58,74%. La description ci-dessus est donnée à titre d'illustration et l'invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications sans sortir de son cadre. 260 18PA REVENDICATIONS 1. Procédé de lavage et d'épuration d'un courant de gaz usés contenant des oxydes de soufre et des oxydes d'azote que dégage un four à ciment utili5 sant un procédé par voie humide, caractérisé en ce qu'on introduit dans le courante tandis qu'il sort du four (48) et entre dans un collecteur de poussières en aval, un brouillard finement divisé formé d'une solution aqueuse (10) d'une matière alcaline très soluble 10 en quantité juste suffisante, par rapport à la concentration des oxydes de soufre et d'azote dans le courant, pour neutraliser instantanément les acides formés par la réaction de ceux-ci avec l'eau que contient le brouillard tout en évaporant complètement 15 la solution afin de former des sels particulaires solides secs capables d'être collectés avec les poussières dans le collecteur et tout en induisant un refroidissement minimal du courant usé, ladite solution aqueuse (10) étant obtenue par dissolution de la matière 20 alcaline contenant principalement du potassium à partir des poussières de rebut produites par la fabrication du ciment. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la solution (10) a un pH situé dans 25 l'intervalle variant d'environ 12,0 à 12,3. 3. Système pour laver un courant de gaz usés contenant des oxydes de soufre et des oxydes d'azote que dégage un four à ciment (48) d'une cimenterie par voie humide avant son entrée dans un collecteur de 30 poussières, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour former une solution aqueuse (10) contenant principalement du potassium à partir des poussières de rebut produites par la fabrication du ciment, ledit dispositif comprenant un réservoir (12) 35 pour accumuler la solution (10) ; 260188" une rangée de becs (26) situés immédiatement à l'amont du collecteur de poussières au-delà de l'extrémité de sortie du four (48); un dispositif (16, 18) pour pomper la solution 5 (10) à partir du réservoir (12) jusqu'aux becs (26) aux fins de la débiter à partir de ceux-ci dans le courant sous la forme d'un brouillard finement divisé en quantité juste suffisante, par rapport à la concentration des oxydes de soufre et d'azote dans le courant, pour 10 neutraliser instantanément les acides formés par la réaction de ceux-ci avec l'eau que contient le brouillard tout en évaporant complètement la solution afin de former des sels particulaires solides secs capables d'être collectés avec les poussières dans le collecteur 15 et tout en induisant un refroidissement minimal du courant usé, la solution aqueuse (10) étant obtenue par dissolution de la matière alcaline contenant principalement du potassium à partir des poussières de rebut produites par la fabrication du ciment. 4. Système suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour actionner sélectivement un ou plusieurs des becs (26).