Brevet FR2717248A1 — publié le 19950915

La présente invention concerne l'épuration de fumées comprenant de la vapeur d'eau et des polluants, notamment des métaux lourds, et des polluants acides tels que des halogénures d'hydrogène. ll s'agit par exemple des fumées provenant d'un incinérateur de déchets ménagers, industriels ou hospitaliers. On a décrit dans la publication FR-2 592 812 une installation permettant de réduire la teneur en polluants acides de fumées de combustion issues d'un incinérateur de déchets. Cette installation connue comporte un échangeur de chaleur placé sur le trajet des fumées et parcouru par un fluide caloporteur dont la température est inférieure à la température de rosée des fumées, de manière à condenser à la surface de l'échangeur la vapeur d'eau contenue dans les fumées et capter les polluants acides dans le condensat. Cette installation permet d'extraire de façon satisfaisante les métaux lourds contenus dans les fumées, notamment le mercure. Toutefois, elle présente certains inconvénients. L'échangeur de chaleur, pour résister à la corrosion des fumées, comporte des éléments tubulaires en graphite imprégné dont le coût est élevé. L'installation nécessite par ailleurs un dépoussiérage des fumées préalablement à leur envoi sur l'échangeur et un dispositif de ramonage pour éviter un colmatage de celui-ci par accumulation de résidus solides entre les éléments tubulaires. Enfin, cette installation, du fait de la température maximale relativement basse d'utilisation du dépoussiéreur et de l'échangeur de chaleur à éléments tubulaires en graphite imprégné, est mal adaptée au traitement de fumées à haute température provenant directement d'un incinérateur de déchets. L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et vise à proposer une installation d'épuration de fumées qui soit de construction et d'utilisation moins coûteuses que les installations connues et qui permette en outre le traitement de fumées émises à haute température, telles que des fumées provenant d'incinérateurs de capacité modeste, en particulier des fours à fusion et vitrification des déchets. L'invention y parvient par le fait que l'installation comprend une colonne à pulvérisation dans laquelle sont envoyées les fumées, des moyens pour prélever une solution aqueuse à la base de la colonne et la réinjecter, après refroidissement dans un échangeur de chaleur, au contact des fumées à une température inférieure à la température de rosée de ces dernières, de sorte que les métaux lourds sont extraits des fumées par condensation par mélange en même temps que la captation des polluants acides. Dans une réalisation préférée de l'invention, l'installation comporte en outre une enceinte de refroidissement des fumées, traversée par ces dernières avant leur envoi dans la colonne, et des moyens pour pulvériser dans ladite enceinte de refroidissement une solution aqueuse, avantageusement prélevée dans le fond de la colonne en un point de prélèvement situé en deçà du niveau du point de prélèvement de la solution aqueuse pulvérisée dans la colonne. On sécurise ainsi l'alimentation de la pompe utilisée pour prélever la solution aqueuse dans la colonne et la pulvériser dans l'enceinte de refroidissement, et pour le cas où les fumées ne sont pas dépoussiérées avant leur envoi dans la chambre de refroidissement, la solution aqueuse prélevée au fond de la colonne est chargée en résidus solides provenant des fumées, que t'on peut extraire grâce à un clarificateur. L'invention a- ainsi pour objet un procédé pour l'épuration des fumées, qui comprend de façon caractéristique l'étape consistant à envoyer les fumées au contact direct d'une solution aqueuse dispersée dont. la température est inférieure à la température de rosée des fumées, de sorte que les métaux lourds sont extraits des fumées par condensation par mélange en même temps que la captation des polluants acides. Avantageusement, le contact entre les fumées et la solution aqueuse dispersée a lieu dans une colonne à pulvérisation, la solution aqueuse étant prélevée à la base de la colonne et réinjectée dans celleci sous forme de fines gouttelettes après traversée d'un échangeur de chaleur destiné à la refroidir. Avantageusement, le procédé selon l'invention comprend en outre l'étape consistant à refroidir les fumées avant leur envoi dans la colonne au moyen d'une pulvérisation d'une solution aqueuse dans une enceinte de refroidissement parcourue par les fumées. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue d'ensemble d'une installation d'épuration conforme à l'invention, et - la figure 2 montre de façon détaillée une partie de l'installation représentée sur la figure 1. L'installation représentée sur la figure 1 est destinée au traitement d'un flux 1 de fumées issu d'un incinérateur de déchets 2, par exemple du type comprenant une poche de fusion des cendres sous l'action d'une torche à plasma ou d'un électro-brûleur, en vue de leur vitrification. Les fumées à traiter véhiculent des particules solides, renferment de la vapeur d'eau formée durant la combustion des déchets, des gaz acides tels que HC1 ou HF et des polluants organiques ou mineraux, et présentent notamment une teneur élevée en métaux lourds (mercure, plomb,...). La température des fumées est élevée, pouvant atteindre 1250"C. Dans une réalisation de l'invention, le flux 1 de fumées est envoyé directement sans dépoussiérage dans une unité de traitement 3 par condensation par mélange, également dénommée condenseur par mélange 3. En variante, les fumées sont préalablement refroidies jusqu'à une température compatible avec l'usage d'un dépoussiéreur et passent au travers d'un filtre 4 propre à retenir au moins la majeure partie des particules solides, qui sont recueillies en 5. De préférence, comme représenté sur les figures, l'unité de traitement 3 comporte une enceinte de refroidissement 6 traversée par les fumées sortant de l'incinérateur 2 ou, le cas échéant, du filtre 4, et une colonne de pulvérisation 7 dans laquelle sont envoyées les fumées quittant l'enceinte de refroidissement 6. Une solution aqueuse 8 dont la température est maintenue inférieure à la température de rosée des fumées est pulvérisée dans la colonne 7 à contre-courant des fumées. Plus précisément, la solution aqueuse est pulvérisée au moyen de buses 9 disposées de façon étagée pour créer des nappes de liquide dans la colonne 7, de façon connue en soi. Les fumées traversent successivement les nappes de solution aqueuse pulvérisée et la vapeur d'eau qu'elles contiennent se condense au contact des fines gouttelettes de solution aqueuse 8, avec absorption des polluants acides. La quasi totalité des métaux lourds est ainsi captée dans les condensats acides formés. L'élimination des métaux lourds est facilitée par l'acidité de la solution aqueuse, due à la dissolution dans celle-ci des gaz acides contenus dans les fumées. Les buses 9 sont alimentées par un circuit d'alimentation 12 comprenant une pompe 1 1 pour prélever en 10 la solution aqueuse à la base de la colonne 7 et un échangeur de chaleur 13 situé en aval de la pompe 11. Des vannes 14 sont placées en série avec les buses 9 de manière à régler le débit de chacune d'elles à la valeur souhaitée. L'échangeur de chaleur 13 est adapté à réaliser un échange de chaleur entre la solution aqueuse circulant dans le circuit d'alimentation 12 et de l'eau d'un circuit secondaire 15 de refroidissement, dont la température est bien entendu inférieure à la température souhaitée pour la solution aqueuse à pulvériser. La colonne 7 est équipée, de façon connue en soi, à sa partie supérieure, d'un dévésiculeur 20 destiné à retenir les gouttelettes de liquide entraînées par les fumées quittant celle-ci en 21. Ce dévésiculeur 20 est nettoyé, lorsque la perte de charge à sa traversée est supérieure à un seuil donné, par précipitation d'eau au moyen d'une buse 41, reliée par l'intermédiaire d'une vanne 42, à un réseau d'eau de ville 43. L'enceinte de refroidissement 6 permet l'emploi, pour la construction de la colonne 7, d'un matériau de tenue à la température moindre que celle exigée pour l'enceinte 6, soumise à des fumées de température plus élevée. Le coût global de l'installation est ainsi réduit. Une solution aqueuse est pulvérisée dans l'enceinte 6 au moyen d'une ou plusieurs buses 16. De préférence, comme représenté, ces buses 16 sont alimentées par un circuit 29 comprenant une pompe 17 pour prélever la solution aqueuse 8 dans la colonne 7 au fond de celleci en 18, en un point situé au plus bas de la colonne 7, en deçà du niveau du point de prélèvement 10 précité. Dans le cas où les fumées ne subissent pas un dépoussiérage préalable à leur envoi dans la colonne 7, un clarificateur d'eau 40 est avantageusement inséré dans le circuit 29 pour enlever une majeure partie des résidus solides contenus dans la solution aqueuse 8 et tendant à se déposer dans le fond de la colonne 7. Ces résidus solides sont évacués en 39 vers une unité de traitement des eaux 35 mais on peut aussi les renvoyer vers l'incinérateur de déchets. Les fumées refroidies quittent en 19 l'enceinte 6, avec la solution pulvérisée par les buses 16, pour déboucher tangentiellement dans la colonne 7 sous les buses 9. La solution aqueuse 8 circule pour sa majeure partie en circuit fermé. Toutefois, un circuit de purge 23 permet d'effectuer par surverse des soutirages lorsque la concentration de celle-ci en métaux lourds ou autres polluants extraits des fumées est élevée, et une alimentation en eau 22 permet de secourir le cas échéant l'alimentation des buses 16. Cette alimentation 22, reliée d'un côté à une bache à eau ou à un réseau d'incendie, se raccorde de l'autre, par l'intermédiaire d'une vanne 24, en un point 25 situé sur le circuit 23 en amont des buses 16 et isolé de la pompe 17 par un clapet anti-retour 26. Le circuit de purge 23, débouchant dans la colonne 7 au-dessus du niveau des points de prélèvement 10 et 18, permet d'effectuer des soutirages des polluants acides extraits des fumées, ainsi que, le cas échéant, des hydrocarbures et des matières en suspension. La buse 41 est alimentée en eau pour compenser les pertes en solution aqueuse, notamment dans le cas où les quantités soutirées sont supérieures à la quantité de vapeur d'eau, contenue dans les fumées, qui est condensée. Le fond de la colonne, pentu, est équipé d'une rampe 27, alimentée par l'intermédiaire d'une vanne 28 en air comprimé de faible pression pour agiter la solution aqueuse avant le démarrage de l'installation. Les fumées débarrassées des halogénures d'hydrogène et des métaux lourds quittent la colonne 7 et sont envoyées dans une unité de désulfuration 30, de laquelle elles sont extraites au moyen d'un venfflateur 31 et rejetées dans l'atmosphère par l'intermédiaire d'une cheminée. Cette unité 30, connue en soi, reçoit en 32 de l'eau et en 33 des additifs basiques pour former une solution de lavage basique. Une purge de déconcentration des eaux de lavage est acheminée en 34 vers l'unité de traitement des eaux usées 35, qui reçoit également la solution aqueuse provenant du circuit de purge 23. Avantageusement, du fait de la basse température des fumées quittant la colonne 7, on obtient un bon rendement de désulfuration et une teneur résiduelle en SO2 extrêmement faible, de l'ordre de quelques ppm. L'unité de traitement 35, connue en soi, reçoit en 36 des additifs nécessaires à la précipitation des métaux lourds et autres polluants tels que des matières en suspension, de manière à récupérer, après filtration du précipitat, des gâteaux de filtration 37 et des eaux traitées 38. Finalement, l'invention permet d'épurer de façon efficace, en utilisant des équipements de construction robuste et peu coûteuse, faciles d'entretien, des fumées halogénées à haute teneur en métaux lourds, notamment en mercure, et pouvant présenter une température élevée. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation qui vient d'être décrit On peut par exemple supprimer l'enceinte de refroidissement 6, le premier étage de la colonne à pulvérisation 7 jouant alors le même rôle, insérer l'unité de désulfuration dans la partie haute de la colonne de pulvérisation, alors équipée d'un plateau de séparation des fumées et d'une solution de lavage basique. La colonne de pulvérisation 7 à contrecourant peut être remplacée par une colonne de pulvérisation à concourant. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour l'épuration de fumées, telles que des fumées provenant d'un incinérateur de déchets, ces fumées comprenant de la vapeur d'eau et des polluants, notamment des métaux lourds et des polluants acides, tels que des halogénures d'hydrogène, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à envoyer les fumées au contact direct d'une solution aqueuse (8) dispersée dont la température est inférieure à la température de rosée des fumées, de sorte que les métaux lourds sont extraits des fumées par condensation par mélange en même temps que la captation des polluants acides. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact entre les fumées et la solution aqueuse (8) a lieu dans une colonne à pulvérisation (7), la solution aqueuse (8) étant prélevée à la base de la colonne et réinjectée dans celle-ci sous forme de fines gouttelettes après traversée d'un échangeur de chaleur (13) destinée à la refroidir. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à refroidir les fumées avant leur envoi dans la colonne, au moyen d'une pulvérisation d'une solution aqueuse dans une enceinte de refroidissement (6) parcourue par les fumées. 4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la solution pulvérisée dans l'enceinte de refroidissement (6) est prélevée dans le fond de la colonne et passe au travers d'un clarificateur (40). 5/ Installation pour l'épuration de fumées comprenant de la vapeur d'eau et des polluants, notamment des métaux lourds et des polluants acides tels que des halogénures d'hydrogène, provenant d'un incinérateur de déchets, caractérisée en ce qu'elle comprend une colonne à pulvérisation (7) dans laquelle sont envoyées les fumées, et des moyens pour prélever une solution aqueuse (8) à la base de la colonne et la réinjecter, après refroidissement dans un échangeur de chaleur (13), dans celle-ci au contact des fumées à une température inférieure à la température de rosée de ces dernières, de sorte que les métaux lourds sont extraits des fumées par condensation par mélange en même temps que la captation des polluants acides. 6/ Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre une enceinte de refroidissement (6) des fumées, traversée par ces dernières avant leur envoi dans la colonne (7), et des moyens pour pulvériser dans ladite enceinte (6) une solution aqueuse. 7/ Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce que la solution aqueuse pulvérisée dans ladite enceinte (6) est prélevée dans le fond de la colonne (7), en un point de prélèvement (18) situé en deçà du niveau du point de prélèvement (10) de la solution aqueuse (8) pulvérisée dans la colonne (7), et passe au travers d'un clarificateur (40) destiné à évacuer des résidus solides contenus dans les fumées. 8/ Installation selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de dépoussiérage en amont de ladite colonne de pulvérisation (7). 9/ Installation selon l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une unité de désulfuration (30) en aval de ladite colonne de pulvérisation (7).