Brevet FR2632209A1 — publié le 19891208

INSTALLATION POUR LA REALISATION DE REACTIONS GAZ-SOLIDE, EN PARTICULIER POUR LA DIMINUTION DE LA TENEUR EN 802 DE COURANTS GAZEUX L'invention a pour objet une installation pour la réalisation de réactions gaz-solide, en particulier pour la diminution de la teneur en 802 dans des gaz bruts, installation dans laquelle le temps de séjour et la surface réactionnelle de la poussière qui doit réagir sont augmentés par circulation de la poussière et du gaz à l'intérieur de l'installation. Dans l'industrie, il arrive souvent que l'on doive réaliser des transferts calorifiques ou massiques ou des transformations chimiques dans des mélanges entre substances poussiéreuses et gaz. Un exemple de ce type est-celui de l'élimination des composants gazeux dangereux, comme par exemple-le dioxyde de soufre. Réduire l'émission de 802 est devenue une activité qui de nos jours prend une importance industrielle accrue Dans de nombreuses technologies industrielles, et notamment dans la diminution de l'émission de 802 des gaz effluents ou gaz de fumée des installations usuelles de chaufferie, en premier lieu, des chaudières, on utilise des procédés à secs, à demi-secs ou par voie humide.Le colt, l'efficacité et le degré de complexité de ces procédés augmentent cependant selon l'ordre dans lequel nous venons de les citer. Dans le procédé de désulfuration à sec ou par voie sèche mentionnée en premier lieu, dans le gaz d'effluents à 800-900 C on calcine de la chaux ce qui permet de fixer le dioxyde de soufre. Ensuite on opère à une température proche ou applicable du point de rosée de l'eau (45-800C). On peut considérer que l'addition de substances sèches dans l'enceinte de combustion est aujourd'hui un procédé périmé. Le degré de désulfuration est médiocre et des quantités importantes de chaux restent inutilisées (S. M. Y. Chughtai, S. Michelfelder: Schadstoffeinbindung durch Additiveinblasung um die Flamme; BWK Nr. 3 /1983/, Pages 75-83). Dans les procédés à demi-secs, on emploie des additifs (par exemple des alcalins) coûteux et que l'on met en oeuvre sous forme de suspension aqueuse ou de solution. Ces procédés sont simples et pratiques, les investissements correspondants sont cependant assez élevés (voir par exemple à ce sujet: Hammer: A/S NIRO Atomizer Desuphurisation of Flue Gazes from Coalburning Spray Absorption; Coal Technology Europe/Copenhagen/ Vol. 3, Pages 297-311). Les procédés par voie humide sont encore plus coûteux. On réalise généralement la liaison du dioxyde de soufre grace à une suspension aqueuse de poudre chaux et rejette la poudre après assèchement. Dans de nombreuses variantes, on arrive à produire du gypse de qualité commerciale que l'on peut exploiter ultérieurement en totalité ou partiellement. Ces procédés présentent des problèmes du fait qu'ils produisent des effluents liquides et que le maintien de la pureté de l'air qui est d'une grande importance ne peut être assuré qu'au prix d'une coûteuse protection de l'environnement et de l'eau. Dans cette perspective, il est nécessaire de mettre en oeuvre des installation supplémentaires de grand prix (voir par exemple E. Deuster, H. Schaffauer: Betriebserfahrungen mit REA aus drei Kraftwerksblôcken /Brennstoff, Parme, Kraft Bd. 38 /1986/ Nr. 5, 217-223). Récemment, on a développé un procédé appelé procédé par absorption de fluide à sec ou à demi-sec. Son principe est à rapprocher de celui du procédé à demi-sec. On améliore cependant son efficacité et le rendement des additifs ou produit additionné par circulation de poussières, par adjonction d'un séparateur de poussières extérieur à l'absorbeur (voir C. Schmole, R. Dietl.: Betriebserfahrungen mit einer trockenen/halbtrockenen Rauchgasentschwcfelung nach dem Lurgi-w#rbelschicht- absorptionsverfahren im Kraftwerk Schwandorf der Bayerwerk AG; Brennstoff, Forme, Kraft Nr. 6 /1986/, Anwenderreport Rauchgasentschwefelung, P.76-79 > . Il en existe également d'autres procédés plus simples et moins chers que le procédé à demi-sec. Dans ces procédés on introduit de la poudre de chaux dans la zone chaude (environ 800 C) de l'enceinte de combustion. Là la chaux se calcine et une partie du soufre se combine chimiquement. En aval de la chaudière, est effectuée un refroidissement jusqu'à environ 700C par un jet d'eau atomisé. Un canal ayant une forme en U sert d'absorbeur et on ne fait donc pas appel au principe de recirculation. Le niveau de désulfuration atteint est aussi plus faible que dans les systèmes a' circulation (voir à ce sujet T. Kenakkola, M. Snokas, I. Hantanen: The Tampella LIFAD 502 Removal Process; Publikation 8F der RGW-finnischen Fachkonferenz für Umweltschutz). La présente invention a pour objet une installation dans laquelle le rendement des réactions entre phase gazeuse et solide est amélioré, notamment permettant de réaliser une séparation du SO2 analogue à la désulfuration semi-sèche et ne donnant pas de sous-produits humides. Dans l'installation proposée, le réacteur et le séparateur de poussière ne sont pas séparés, contrairement à ce qui se fait selon l'état de la technique, mais ils sont au contraire réunis fonctionnellement en une seule unité constructive dont le profil aérodynamique permet la circulation intérieure des poussières et des gaz. De ce fait, on peut augmenter la concentration relative des poussières et leur surface réactionnelle dans le réacteur. L'installation selon l'invention permet de réaliser ces objectifs: le courant de gaz brut se propage d'abord selon un mouvement ascendant vers le haut, descend ensuite vers le bas dans une section en forme de boucle et finalement s'écoule selon un mouvement cyclonique de sorte que, grâce à ce mouvement cyclonique une grande partie de la poussière qui se trouve dans le gaz est renvoyée dans le courant gazeux ascendant. Le gaz qui est évacué par le courant cyclonique transporte une autre partie des poussières dont la majeure partie est formée de solide déjà transformée. Dans le courant gazeux ascendant dirigé vers le haut, on peut de préférence réaliser ce que l'on appelle une fluidisation par circulation qui, comme on le sait, améliore l'efficacité des réactions gazsolides. En outre, on utilise un diviseur de gaz ou à titre de moyen retenant la poussière, un entonnoir qui est également connu sous le nom d'entonnoir de fluidisation". Les avantages les plus importants de l'installation selon l'invention sont les suivants: Les réactions gaz-solides, en particulier la diminution de la teneur en 802 d'effluents gazeux peuvent être réalisées pour l'essentiel, de façon plus efficace sur le plan technique et sur le plan économique que ce qui se fait dans les installations connues. Les particularités aérodynamiques de l'installation permettent une amélioration significative de la circulation intérieure des poussières et des gaz. L'invention sera expliquée ultérieurement sur la base des exemples de réalisation illustrés dans les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement une coupe longitu dinale de l'installation selon l'invention. - la figure 2 représente une coupe transversale de l'ins tallation représentée sur la figure 1 - la figure 3 représente une coupe longitudinale une autre forme de l'installation selon l'in vention - la figure 4 représente une coupe transversale de l'ins tallation représentée sur la figure 3 - la figure 5 représente schématiquement une autre forme de réalisation de l'installation selon l'invention. - la figure 6 représente une coupe transversale de l'ins tallation selon la figure 5. Dans le mode de réalisation représenté en coupe longitu.- dinale sur la figure 1 et en coupe transversale sur la figure 2, l'extrémité inférieure de l'entonnoir 2 est raccordée à une partie tubulaire 1 coudée et l'extrémité large de l'entonnoir est fixée à une partie de conduite 3 dirigée vers le haut et une zone d'inversion du sens 4 de l'écoulement, zone qui est reliée à une partie de conduite descendante 5. On a ménagé une chambre de séparation 8 entre le flanc 6, la paroi de guidage 11 et l'enceinte de séparation 8a. La conduite d'évacuation 7 est raccordée à un flanc de la chambre de séparation, de façon excentrique par rapport à la partie de conduite descendante 5. On retrouve également les éléments déjà mentionnés dans les explications relatives à la figure 1 dans le mode de réalisation illustré en coupe longitudinale sur la figure 3 et en coupe transversale sur la figure 4. Cependant, la paroi de guidage est ici simplifiée et les deux parties de l'installation sont réunies dans un même bâti ou carter. En outre, on a prévu un élément de guidage 10 qui capte la poussière entrat- née à l'extérieur de la circulation et qui contribue ainsi à améliorer le transfert de matière dans la partie de conduite descendante 5. Les canalisations de dérivation 7 sont disposées symétriquement de part et d'autre. Le mode de réalisation illustré en coupe longitudinale sur la figure 5 et en coupe transversale sur la figure 6 ne comporte pas entre les parties de conduite 3 et 5 une seule mais comporte trois chambres de séparation 8 auxquelles des tuyauteries d'évacuation sont associées 7. On réduit ainsi la résistance à l'écoulement et l'encombrement. La conduite d'évacuation de poussières illustrée sur la figure 5 assure en fonctionnement l'évacuation de 20 à 40% de la masse de matiere solide, ce qui permet d'obtenir une distribution granulométrique régulière. La forme de réalisation illustrée sur les figures 1 et 2 peut par exemple servir à diminuer la teneur en 502 des gaz de fumée ou gaz effluant d'une installation de chaudière. Dans ce cas, on insuffle un hydrate de chaux pulvérulent dans le gaz de fumée refroidi à 70 à 80 CC, en amont du tuyau coudé à l'aide d'un jet d'eau pulvérisée. Les gaz de fumée ou effluents gazeux se propagent vers le haut dans le tuyau coudé 1 et dans l'entonnoir 2 En même temps la poudre d'hydrate de chaux absorbe une partie importante de la teneur en SO, du gaz de fumée. Les conditions opératoires sont analogues celle de la fluidisation avec circulation.L'absorption se poursuit dans les parties d'installation 4 et 5 en respectant les conditions opératoires d'un réacteur à transport de matières; il se crée alors aussi un courant cyclonique dans l'enveloppe d'arrêt 8a disposée de fanon excentrique par rapport à la partie de conduite descendante 5. La majorité de la poussière se sépare par entrarnement et tombe sur l'élément d'arrêt ou flanc 6 pour atteindre à nouveau l'orifice 9 dans la partie de conduite ascendante 3. Là, la concentration en réactif pulvérulent et la surface réactionnelle disponible sont ainsi augmentées au point que l'on peut atteindre, après l'ajout, 5 à 10 fois la valeur de départ. Le gaz purifié contenant la plus grande partie de particules de poussières transformées est évacué par une voie en forme de spirale et quitte l'installation par le tuyau de dérivation 7.Le gaz pénètre, via un séparateur de poussières non représenté, dans la cheminée d'évacuation. Dans le séparateur de poussières, le sulfate de calcium et le sulfite de calcium se séparent; la poussière du séparateur de poussières est envoyée soit à la décharge soit dans une installation en vue de sa valorisation ultérieure. Le mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4 peut par exemple être utilisé pour le séchage de poussières de charbon. On dose la poussière de charbon brute dans le courant de fumée gazeux (à environ 7000C) immédiatement avant de l'envoyer dans l'installation. Les poussières de gaz et de charbon passent dans le tuyau coudé 1, dans l'entonnoir 2, et également dans les parties de conduites 3, 4 et 5 de l'installation. De ce fait, la poussière de charbon est asséchée et le gaz est refroidi à une température qui est par exemple de 1000C. Le gaz quitte l'installation par la conduite d'évacuation 7. Les plus grosses particules pour lesquelles un plus grand temps de séchage est requis reviennent à travers l'ori- fice 9 dans la partie de conduite ascendante 3 de l'installation où elles subissent recirculations avant de quitter l'installation.De ce fait, la grandeur de ces plus grosses particules est ainsi quelque peu diminuée. Le mode de réalisation de l'installation illustré sur les figures 5 et 6 convient également pour la désulfurisation de gaz de fumée de chaudière et, particulièrement, pour le cas où les cendres de charbon brûlées contiennent d'importantes quantités de CaO et de MgO. Puisque l'installation est traversée par un courant de gaz de fumée et de cendre pulvérulente, il n'y a pas besoin d'ajouter d'hydrate de chaux. On refroidit à 70-900C avant l'entrée dans l'installation par un jet de particules d'eau atomisée, la liaison du 502 est réalisée de la même façon que celle décrite en rapport avec les figures 1 et 2. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Installation pour la réalisation de réactions de gaz-solides en particulier pour réduire la teneur en S02 de gaz brut et pour promouvoir le transport de chaleur et de masse entre des gaz et des solides finement dispersés avec circulation de la phase solide, cette installatino présentant une partie de conduite ascendante amenant vers le haut du gaz brut, une zone d'inversion du sens de circulation, et une partie de conduite descendante qui amène le gaz brut vers le bas, et comportant du côté de l'entrée un dispositif doseur de matière pulvérulente ou en suspension et/ou une installation de refroidissement, cette installation étant caractérisée en ce qu'à l'extrémité de la conduite descendante (5) de l'installation sont prévus un élément d'arrêt et de guidage se raccordant à la partie de la conduite ascendante (3) de l'installation et une chambre de séparation (8) ménagée entre la partie de conduite ascendante (3) et la partie de conduite descendante (5) et une ou plusieurs conduites d'évacuation latérales (7). 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi de l'élément d'arrêt inférieur forme un angle inférieur à 45C par rapport à la verticale. 3.- Installation selon les revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la conduite d'évacuation latérale débouche dans la chambre de séparation (8). 4.- Installation selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte une enveloppe d'arrêt (8a) et également une paroi de guidage (11), cette enveloppe étant située dans la chambre de séparation (8) et disposée autour de la canalisation d'évacuation (7) pour réaliser une évacuation excentrique du courant, et en ce qu'entre la partie basse de la paroi de guidage (11) et l'élément d'arrêt (6) est réalisée une ouverture (9). 5.- Installation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la conduite d'évacuation latérale (7) s'étend latéralement selon deux directions symétriques. 6.- Installation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'on a prévu un élément (10) capable d'attirer la poussière. 7.- Installation selon ltune des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l'élément d'arrêt ou flanc (6) aboutit a' une ouverture (12) d'évacuation de la poussière.