Brevet FR2624399A1 — publié le 19890616

Les gaz ou fumées sortant d'un foyer tel qu'un four contiennent très souvent des composés nocifs qu'il est indispensable d'éLiminer avant leur évacuation dans L'atmosphère. En particulier, dans les procédés de fabrication de clinker de ciment au four rotatif, la matière première, qui est généralement constituée par un mélange de roches finement broyées, se présente sous la forme d'ur- tzarine sèche, qui est préchauffée puis envoyée dans un four rotatif ou elle est préparée à une température comprise entre 1400 et 16000 avant d'être refroidie. L'utilisation pour la fabrication de clinker de ciment de matériaux contenant certains éléments mineurs tel que le soufre, Le chlore, le potasium, le sodium, a pour conséquence L'établissement de cycles de composés de ces éLéments mineurs entre la zone de clinkerisation ou ils se volatilisent et le préchauffeur où ils se condensent. Ces cycles ~nrichissent en éléments volatils jusqu'à ce qu'un équilibre soit teint entre les flux d'éléments mineurs entrant dans les matières premières et Les fiux sortant avec les clinkers et les fumées. Du fait de l'obstruction des installations par des concrétions, de la pollution du clinker par les produits alcalins ou la pollution atmos phérique, il n'est pas toujours possible d'atteindre l'équilibre considéré avec toutes les matières premières et les combustibles utilisés pour le chauffage du four rotatif. Or, de telles Limitations du choix des matières premières etlou du combustible ont des influences économiques néfastes évidentes. En vue d'éliminer les limitations en question, on a imaginé de prélever une certaine quantité des éléments volatils dans un point du cycle où ils se sont concentrés par suite de leur volatisation dans la zone chaude et de leur condensation dans la zone froide. Ces pré lève- ments sont généralement effectués à la sortie du four avant l'introduc- tion des fumées dans le préchauffeur ou sur les matières chaudes sortant du préchauffeur avant leur introduction dans le four. Toutefois, les so usions envisagées présentent des inconvénients.D'une part, les conduites de dérivation de gaz du four se bouchent rapidement en raison des concrétions que forment Les poussières ou les produits volatils en cours de condensation, d'autre part la farine chaude récupé#rée se présente en quantité très importante et elle est difficilement valorisable en raison se ses basses qualités propres et de sa masse volumique très faible qui rend son transport pratiquement impossible. On a déjà prévu, lorsqu'on utilise une ligne à précalcination et la dérivation de solides, d'utiliser la chaux hydraulique l'on prélève au niveau du calcinateur, comme ajout au ciment en particulier en vue de réduire la fluidité des bétons après qu'elle ait été éteinte et séchée. Ce procédé a comme inconvénient la nécessité d'éteindre la chaux libre avant son utilisation comme ajout et de présenter un coût thermique élevé pour des propriétés hydrauliques médiocres. La quantité de chaux hydraulique que l'on peut intégrer au ciment étant limitée, ce procédé ne peut s'utiliser que pour de faible taux de prélèvement de produits à traiter. En ce qui concerne la deuxième méthode de décontamination qui est effectuée par dérivation de fumées du four, il a déjà été proposé de refroidir celles-ci en les mélangeant avec de L'air froid, de L'eau pulvérisée ou des poussières. Chacun de ces procédés permet, plus ou moins efficacement, d'éviter La formation de concrétion dans Les conduites de dérivation de fumées du four ; toutefois ils conduisent à la perte de La totalité de la chaleur sensible des fumées dérivées et qui est très importante puisque la température desdites fumées à la sortie du four est de l'ordre de 10000C. De ces procédés, le plus rustique est la trempe à L'air qui est efficace et nécessite peu d'entretien. Toutefois, elle entraîne des investissements élevés car Le taux de dilution ( 100 à 150%) conduit à surdimentionner dans les mêmes proportions l'ensemble de l'installation, en particulier la tour de conditionnement et l'électrofiltre spécifique qui sont tous deux nécessaires au procédé en question. On emploie plus généralement la trempe à L'eau en association avec ta trempe à L'air pour réduire Le taux de dilution qui tombe alors à 40 à 80. On élimine donc le surdimensionnement des installations. L'inconvénient principal de cette trempe à L'eau et qu'elle rend très difficile Les procédures de démarrage et d'arrêt de l'installation et que L'entretien de celle-ci est très important. Le procédé de trempe à L'air et celui de trempe à l'eau conduisent à l'obtention d'un sous-produit de très faible poids volumique en vrac (150 à 250kg par m3) qui est donc coûteux à transporter et générateur de pollution en cas de mise à La décharge, car on assiste à son ré-envol par grand vent et à la production d'eau de Lixiviation ou percolation très basique. Le débouché économique du sous-produit est donc réduit. On peut enfin tremper les gaz par un farine de roche à L'extérieur du cycle, mais ce procédé donne lieu à une installation complexe et coûteuse pour le refroidissement indirect de La farine qui doit être re cyclée pour que Le procédé soit économique. Le surcoût d'investissement est toutefois compensé par le fait que l'on peut utiliser pour le dépoussièrage des fumées l'électrofiltre existant sur la ligne de cuisson. Le sous-produit obtenu est plus dense que celui produit par La trempe à l'air ou à l'eau puisque son poids volumique est de 400 à 500 kg par 3 m , il peut donc être plus facilement valorisé comme amendement pour L'agriculture ou comme activant pour des ciments de laitier. Toutefois, son obtention et sa commercialisation n'entraînent aucun bénéfice car le bilan économique est généralement nul, voire négatif. Les perfectionnements qui font L'objet de la présente invention visent à remédier aux inconvénients des différents procédés usuels de décontamination des gaz ou fumées sortant d'un foyer tel qu'un four de cimenterie et visent à permettre la mise au point d'un procédé de décontamination simple permettant de valoriser le potentiel thermique des gaz ou fumées extraits pour réaliser un produit ayant une valeur commerciale significative et dont l'installation de mise en oeuvre ne nécessite que peu d'entretien. A cet effet, le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que les gaz ou fumées sont traités par une farine finement divisée susceptible de fixer les polluants à éliminer, ladite farine renfermant des composants basiques tels que le calcaire, la dolomie ou des composés alcalins et des composants acides ou amphotères tels que la silice, le fer, L'aluminium dans un rapport molaire compris entre 0,30 et 2,90 et préférentiellement entre 0,35 et 1,20. La température du mélange farine-fumées est régulée à une valeur comprise entre 600 et 950 et préférentiellement entre 650 et 8500C, afin que ce mélange ne soit que partiellement décarbonaté et contienne moins de 8% et préférentiellement moins de 4% d'oxyde de calcium non combiné. La procédé suivant la revendication consiste encore à enrichir Les fumées en un gaz susceptible de former avec un ou plusieurs des oxydre basiques de la farine un des composés chimiques stables. On prévoit aussi d'enrichir Les fumées en CO en SO2, en H O, z ou en un mélange d'au moins deux de ces derniers avant de Les refroidir. Le temps de contact de la farine et des fumées est avantageusement compris entre 0,5 secondes et 10 minutes et préférentiellement 0,5 et 120 secondes. La présente invention est aussi relative à une installation destinée à la mise en oeuvre du procédé et disposée en parallèle par rapport à un tour alimenté par des produits après Leur passage dans un réchauf feur, les fumées sortant de celui-ci étant traitées dans des électrofiltres, installation caractérisée en ce qu'elle comprend un réacteur de trempe qui reçoit le mélange gaz à décontaminer-farine préchauffée, un préchauffeur de farine qui fonctionne au moyen des gaz issus du réacteur de trempe, un refroidisseur qui abaisse la température de la farine après qu'elle ait traité les gaz ou fumées, tandis qu'une tuyauterie permet Le recyclage de L'air réchauffé dans le refroidisseur. Un dispositif d'enrichissement permet l'introduction d'au moins un des gaz tels que S02, CO2, H20 ou un mélange de deux de ceux-ci. L'invention concerne enfin un produit réalisé par mise en oeuvre du procédé sus-mentionné. On choisit la composition de la farine utilisée dans le procédé plus acide que celle permettant de réaliser un clinker de ciment. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre L'invention, les caractéristiques qu 'elLe présente et Les avantages qu'elle est susceptible de procurer La figure unique du dessin illustre une installation destinée à La mise en oeuvre du procédé suivant l'invention. Sur ce dessin, on a référencé 1 un four rotatif destiné à La fabrication de clinker qui est obtenu à la sortie 2a d'un récupérateur 2 à la manière en soi connue. La matière première ou cru est amenée par une canalisation 3 dans un réchauffeur 4, qui peut comporter éventuellement un brûleur destiné à réaliser une précalcination du cru. Après réchauffement ou précalcination, le cru est amené dans Le four tournant par une conduite 5. Les fumées issues du four 1 passent dans une tuyauterie 6 aboutissant au réchauffeur 4 qu'elle traverse en vue de participer à L'élévation de La température du cru. Les fumées sont ensuite évacuées vers une cheminée 7 au moyen d'un tuyau 8 dans Lequel est inséré un ventilateur 9 aspirant lesdites fumées et les envoyant vers L'atmosphère en traversant des électrofltres 10. Conformément à L'invention, on dérive de la tuyauterie 6 une partie des gaz ou fumées sortant du four 1 grâce à La présence d'une branche 6a de cette tuyauterie. L'instaLLation parallèle destinée à traiter les gaz passant dans la branche 6a précitée comprend tout d'abord un réchauffeur 11 relié à une trémie 12 dans laquelle La farine de traitement des fumées est stockée. Le réchauffeur 11 est relié à un réacteur de trempe 13 par une canalisation 14, Ledit réacteur de trempe communiquant avec un refroidisseur 15 au moyen d'un tube 16. On observe sur le dessin que La branche 6a de la tuyauterie 6 aboutit dans La canalisation 14, si bien qu'un mélange farine réchauffée-fumée arrive dans ledit réacteur 13. A partir de celui-ci part une canalisation 17 destinée à L'extraction des fumées, lesquelles passent dans Le réchauffeur Il pour participer à l'élévation de température de La farine, puis sortent de ce dernier pour parvenir dans le tuyau 8 en vue de leur évacuation par La cheminée 7. Les fumées sortant du réchauffeur 11 peuvent également être envoyées dans Le réchauffeur 4 pour participer à l'élévation de la température du cru. Le réacteur 13 comporte des dispositifs de recirculation internes ou externes de la matière, par exemple des chicanes, de façon que, pour un temps de séjour des gaz compris entre 0,5 et cinq secondes, L'on puisse régler Le temps de séjour des matières à une valeur optimisée comprise entre 1 et 60 secondes. Le réacteur de trempe 13 comporte encore un dispositif d'enrichissement constitué par exemple par au moins un brûleur 18 ou au moins un pulvérisateur 19 permettant d'enrichir les gaz ou fumées en C02, S02, vapeur d'eau, ou un mélange de ces trois gaz. La température dans le réacteur de trempe 13 est régulée entre 650 et 8500 soit par le débit de farine introduite dans le préchauffeur 11, soit par l'action du dispositif d'enrichissement. On peut encore choisir un système de refroidissement indirect intégré dans l'installation. Le fait de limiter la température entre 650 et 8500 permet que le mélange ne soit que partiellement décarbonaté et contienne moins de 2% de chaux libre. A la manière connue, la farine traitée dans le réacteur de trempe 13 est séparée des fumée dans un cyclone, par exemple non représenté sur le dessin et qui peut être inclus dans le réateur. Le produit sortant du réacteur de trempe 13 est refroidi dans Le refroidisseur 15 par échange direct avec de l'air soufflé par un ventilateur 20. Cet air se réchauffe au contact du produit contenu dans le refroidisseur 15 et peut être envoyé dans le réacteur de trempe 13 pour participer à L'élévation de température de l'atmosphère régnant dans cet appareil. IL peut aussi être envoyé dans le réchauffeur 11 ou dans le réchauffeur 4 grâce aux deux branches 21a, 21b de la tuyauterie 21 du refroidisseur 15 et qui aboutit dans le réacteur 13. Le produit sortant du refroidisseur 15 peut encore pénétrer dans un échangeur complémentaire 22 représenté en traits discontinus. En vue de faciliter Les phases de mise en service et d'arrêt, il est prévu de pouvoir recycler Le produit 23 ou 24 à l'alimentation 12 et L'échangeur 11. Le préchauffeur 11 et le refroidisseur 15 sont des appareils usuels dans L'industrie cimentière et ils peuvent être réalisés comme des échangeurs en suspension utilisés dans cette industrie. L'installation ainsi réalisée permet d'optimiser l'utilisation de la chaleur contenue dans les gaz ou fumées extraites du four 1 et de combiner ainsi une diminution efficace des cycles volatils dans la ligne de cuisson de clinker, tandis qu'une production maximale d'un Liant hydraulique de valeur élevée est obtenue à la sortie du refroidisseur 15 ou de L'échangeur 22 ce dernier permettant, en combinaison avec un produit activant, de donner un Liant hydraulique de valeur élevée commercialisable parallèlement au produit principal fabriqué par la ligne de clinkérisation. Le procédé suivant L'invention est mis en oeuvre au moyen d'une installation de dérivation qui peut être mise en route et arrêtée facilement tout en ne nécessitant que peu d'entretien. Les matériels mis en oeuvre sont ceux couramment utilisés en cimenterie, de sorte qu'ils sont bien maitrisés par les hommes du métier. Le coût des investissements est compensé au moins partiellement par le fait que les fumées ne nécessitent pas de dépoussiérage indépendant puisqu'elles repartent dans l'installation de dépoussiérage central de la cimenterie. La production et la vente du produit obtenu à la sortie de l'installation de décontami nation compense largement, grâce à son prix de vente, la surconsommation thermique résultant de la dérivation des gaz chauds à La sortie du four 1.De plus, L'installation ne génère pas de produits polluants difficiles à stocker ou à mettre en décharge. En fait, La décontamination s'effectue pratiquement sans coût du fait que La vente de La production de produit "récupéré" couvre Largement L'ensemble des frais engagés pour mettre l'installation en oeuvre et la faire fonctionner. La décontamination suivant l'invention est donc Largement bénéficiaire par rapport à une simple décontamiflation usuelle sans contre-partie de production de produit commercialisable. Enfin, La rentabilité d'une telle installation est double : elle permet tout d'abord d'utiliser des matières premières moins chères que celles utilisées précédemment pour produire un clinker de même qualité ; elle assure en outre simultanément une augmentation de capacité de l'usine par production d'un Liant hydraulique complémentaire à un coût très faible. IL doit d'ailleurs être entendu que La description qui précède n'a été donnée qu'à titre d'exemple et qu'elle ne limite nullement le domaine de L'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant Les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. REVENDICATIONS 1. Procédé de décontamination de gaz ou fumées chauds émis par un foyer, caractérisé en ce qu'il consiste à les refroidir, au moyen d'une farine finement divisée et susceptible de fixer les polluants à éliminer, Ladite farine renfermant des composants basiques tels que le calcaire, la dolomie ou des composés alcalins et des composants acides ou amphotères tels que la silice, le fer, l'aluminium dans un rapport mo laire compris entre 0,30 et 2,90 et préférentiellement entre 0,35 et 1,20. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la température du mélange farine-fumées est régulée à une valeur comprise entre 600 et 950 et préférentiellement entre 650 et 8500C, afin que ce mélange ne soit que partiellement décarbonaté et contienne moins de 8% et préférentiellement moins de 4% d'oxyde de calcium non combiné. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à enrichir les fumées en un gaz susceptible de former avec un ou plusieurs des oxydes basiques de la farine un des composés chimiques stables. 4. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à enrichir les fumées en C02 avant de les refroidir. 5. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à enrichir les fumées en S02 avant de les refroidir. 6. Procédé suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il consiste à enrichir les fumées en H20 avant de les refroidir. 7. Procédé suivant La revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à enrichir les fumées en un mélange d'au moins deux des gaz mentionnés dans Les revendications 3 à 6. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le temps de contact de La farine et des fumées est compris entre 0,5 secondes et 10 minutes et préférentiellement 0,5 et 120 secondes. 9. Installation destinée à la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, disposée en parallèle par rapport à un four (1) alimenté par des produits après leur passage dans un réchauffeur (4), les fumées sortant de celui-ci étant traitées dans des électro-filtres (10), caractérisée en ce quelle comprend un réacteur de trempe (13) qui reçoit le mélange gaz à décontaminer-farine préchauffée, un préchaufeur de farine (11) qui fonctionne au moyen des gaz issus du réacteur de trempe (13), un refroidisseur (15) qui abaisse la température de la farine après qu'elle ait traité les gaz ou fumées, tandis qu'une tuyauterie (21, 21a, 21b) permet Le recyclage de L'air rechauffé dans le refroidisseur (15). 10. Installation suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'un dispositif d'enrichissement (18-19) permet L'introduction d'au moins un des gaz mentionnés dans les revendications 3 à 6. 11. Produit caractérisé en ce qu'il est réalisé par mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8.