Brevet FR2729868A1 — publié le 19960802

DISPOSITIF DE M1SZ 13111 COnTACT D ' w GAZ ZT D' UN LIOUIDl. 13 PARTICULIER POUR L' IPURATION Dg X L'invention concerne un dispositif de mise en contact d'un gaz et d'un liquide, en particulier pour l'épuration du gaz, mais applicable également au lavage ou au dépoussiérage du gaz, à l'absorption du gaz dans le liquide, au transfert de chaleur entre le gaz et le liquide, etc. On connaît, par le Brevet Français 2 298 359 de la Demanderesse, un dispositif de ce type qui comprend une enceinte dans laquelle sont agencées des plaques planes perforées de forme carrée ou rectangulaire, inclinées pour constituer des surfaces de ruissellement du liquide. Le gaz est amené sous pression sous les plaques et passe par les perforations de celles-ci pour traverser les nappes de liquide en ruissellement, en formant de petits jets de gaz qui se subdivisent dans le liquide en une multitude de petites bulles dont les surfaces permettent un contact efficace entre le gaz et le liquide. L'enceinte est adaptée à la forme rectangulaire ou carrée des plaques et permet le traitement du gaz à une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique. La présente invention a pour objet un dispositif de ce type, qui permette le traitement de gaz à pression supérieure à la pression atmosphérique, avec des débits relativement élevés de gaz et de liquide. L'invention a également pour objet un dispositif de ce type, d'encombrement faible. L'invention a encore pour objet un dispositif de ce type, ayant une fiabilité élevée et qui est susceptible de fonctionner sans interruption sur des périodes de temps relativement longues. Elle propose, à cet effet, un dispositif de mise en contact d'un gaz et d'un liquide, en particulier pour l'épuration du gaz, ce dispositif comprenant une enceinte, des moyens d'amenée du liquide en partie supérieure de l'enceinte, des moyens de collecte de liquide, des plaques planes perforées montées inclinées dans l'enceinte entre les moyens d'amenée et les moyens de collecte de liquide pour former des surfaces de ruissellement du liquide, des moyens d'amenée du gaz sous pression sous les plaques perforées, pour faire passer le gaz par les perforations des plaques et lui faire traverser le liquide ruisselant sur les plaques, et des moyens de sortie du gaz hors de l'enceinte, caractérisé en ce que cette enceinte est cylindrique et comprend au moins un étage de deux plaques perforées inclinées vers le bas à partir d'un canal horizontal d'amenée de liquide agencé diamétralement dans l'enceinte, les deux plaques étant disposées de part et d'autre dudit canal et symétriquement par rapport au plan vertical passant par l'axe longitudinal de celui-ci. La forme cylindrique de l'enceinte lui permet de fonctionner avec du gaz sous pression, sans qu'il en résulte des problèmes complexes d'étanchéité. De plus, la disposition dans un étage de deux plaques perforées qui sont agencées de part et d'autre d'un canal d'alimentation, symétriquement par rapport au plan médian longitudinal de celui-ci, permet de réduire la hauteur de cet étage de presque 50% tout en améliorant la répartition du liquide sur les plaques perforées. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce dispositif comprend au moins un deuxième étage de plaques perforées, situé sous le précédent et comprenant deux plaques perforées inclinées vers le bas à partir d'un canal horizontal d'alimentation en liquide disposé diamétralement dans l'enceinte et qui sont symétriques par rapport au plan vertical passant par l'axe de ce canal. En outre, le canal d'alimentation du deuxième étage est orienté perpendiculairement à celui du premier étage et débouche à ses extrémités dans les volumes de collecte du liquide prévus au premier étage. Dans le dispositif selon l'invention, le deuxième étage a donc une configuration qui est globalement semblable à celle du premier étage, mais est décalé angulairement de 90 par rapport à ce dernier, ce qui favorise une réduction de l'encombrement en hauteur du dispositif. Selon une autre caractéristique de l'invention, ce dispositif comprend au moins un troisième étage de plaques perforées, situé sous le deuxième et comprenant deux plaques perforées parallèles à celles du premier étage et inclinées de part et d'autre d'un canal horizontal d'alimentation disposé diamétralement dans l'enceinte et orienté perpendiculairement au canal d'alimentation du deuxième étage. Le troisième étage a donc une configuration globalement semblable à celle des deux étages précédents, mais est décalé de 90 par rapport au deuxième étage, et se trouve donc avec la même orientation que le premier étage cité. Le nombre d'étages que peut comporter le dispositif selon l'invention est variable en fonction de l'application visée, il est en général compris entre 1 et 30 par enceinte et est de préférence compris entre 1 et 10. Selon une autre caractéristique de l'invention, des rampes munies de buses ou d'orifices de pulvérisation sont disposées sous les plaques perforées de chaque étage, le long de ces plaques, pour projeter sur leur face inférieure des jets de liquide sous pression permettant un nettoyage et un décolmatage des perforations des plaques. On a en effet constaté que les perforations des plaques pouvaient être obstruées plus ou moins rapidement par accumulation d'impuretés véhiculées par le gaz, au niveau du débouché des perforations sur la face inférieure des plaques précitées. Le nettoyage des faces inférieures de ces plaques par pulvérisation de liquide sous pression permet d'assurer un fonctionnement continu du dispositif sur de longues périodes de temps. Avantageusement, les rampes de pulvérisation sont alimentées en succession par une fraction du débit du liquide collecté dans l'enceinte, ce liquide étant de préférence filtré et/ou décanté avant d'être fourni aux rampes de pulvérisation. Dans une forme de réalisation préférée de l'invention, applicable en particulier à l'épuration de l'hydrogène sulfuré par oxydation en soufre élémentaire au moyen d'une solution aqueuse contenant un agent oxydant, l'enceinte est réalisée en acier avec un revêtement interne résistant à la corrosion, par exemple en une matière plastique telle que du polypropylène ou du PVDF, les plaques perforées étant réalisées en acier inoxydable ou en une matière plastique telle que du polypropylène. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue schématique partielle en perspective d'un dispositif selon l'invention, la figure 2 est une vue schématique de dessus du premier étage de ce dispositif; la figure 3 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale de ce dispositif. Le dispositif qui a été représenté schématiquement et de façon partielle dans les figures 1 à 3, est utilisable notamment pour l'épuration des gaz de raffinage ou de cokerie à basse pression (voisine de la pression atmosphérique) ou pression relativement élevée (par exemple de l'ordre de 6 bars) avec un débit relativement élevé, par exemple de plusieurs dizaines de milliers de m3/heure). Ce dispositif comprend une enceinte cylindrique verticale 10 qui peut être réalisée en toute matière appropriée choisie en fonction de l'application envisagée, mais qui peut être par exemple, pour des raisons d'économie, en acier avec un revêtement interne dune matière plastique résistant à la corrosion telle que du polypropylène ou du PVDF, et dans laquelle sont agencés à étanchéité des étages superposés de contact gaz-liquide. Le premier étage ou étage supérieur du dispositif comprend deux plaques planes perforées 12 agencées au même niveau dans l'enceinte 10 et inclinées vers le bas à partir d'un canal d'alimentation 14 à section en U ou en demi-cercle, qui s'étend horizontalement et diamétralement à l'intérieur de l'enceinte 10 entre les deux plaques perforées 12. Plus précisément, chaque plaque perforée 12 comprend un bord supérieur rectiligne horizontal 16 par lequel elle est raccordée à un bord supérieur horizontal rectiligne 18 du canal 14, et un bord rectiligne inférieur 20 horizontal, qui s'étend à distance de la paroi interne de l'enceinte 10 et qui forme une corde par rapport à celle-ci. Les bords supérieur 16 et inférieur 20 de chaque plaque 12 sont reliés entre eux à leurs extrémités par deux arcs d'ellipse 22 appliqués à étanchéité sur la paroi interne cylindrique de l'enceinte 10. Les plaques 12 sont perforées sur toute leur étendue et comprennent un nombre élevé de perforations ayant par exemple un diamètre de 3 à 8 millimètres environ avec un taux de perforation compris entre 3 et 20%, cormne déjà indiqué dans le Brevet Français antérieur 2 298 359 de la demanderesse. Les plaques 12 sont inclinées à un angle de 30' environ par exemple, sur l'horizontale. Le canal 14 du premier étage s'étend diamétralement dans l'enceinte 10 sur toute la largeur de celle-ci et est obturé à étanchéité, à ses extrémités, par la paroi interne de l'enceinte. Les dimensions du canal 14 sont déterminées pour assurer une déverse régulière du liquide sur les plaques 12, c'est-à-dire sur toute la longueur des bords supérieurs 16 de celles-ci. Les bords inférieurs 20 des plaques 12, qui s'étendent horizontalement à distance de la face interne de l'enceinte 10, délimitent avec celle-ci l'ouverture supérieure d'une chambre 24 de collecte de liquide, également délimitée par une paroi horizontale inférieure 26 et une paroi verticale 28 qui relie le bord horizontal inférieur 20 de chaque plaque 12 à la paroi horizontale 26. Le premier étage de ce dispositif comprend donc deux chambres 24 de collecte de liquide, diamétralement opposées et situées dans l'enceinte 10 de part et d'autre des plaques perforées 12. Ces deux chambres 24 sont reliées, par des ouvertures 30 des plaques verticales 28, à un canal horizontal 32 d'alimentation d'un étage inférieur ou deuxième étage de plaques perforées, ce canal 32 s'étendant diamétralement dans l'enceinte 10, perpendiculairement à la direction longitudinale du canal 14 du premier étage, entre le bord inférieur des ouvertures 30 et les plaques horizontales 26 formant le fond des chambres 24. Les ouvertures 30 s'étendent sur une certaine hauteur à partir des parois 26 et se terminent à un niveau inférieur à celui des bords supérieur du canal 32, pour être complètement immergées dans le liquide remplissant les chambres de collecte 24. Le deuxième étage comprend deux plaques planes perforées 34 du même type que les plaques 12, qui s'étendent en oblique vers le bas de part et d'autre du canal d'alimentation 32, de façon symétrique par rapport au plan médian longitudinal vertical de celui-ci, et qui sont reliées par leur bord supérieur horizontal au bord supérieur horizontal correspondant du canal 32, de la même façon que les plaques perforées 12 du premier étage. Les plaques perforées 34 se terminent en partie inférieure par des bords rectilignes horizontaux 36 qui s'étendent à distance de la surface interne de l'enceinte 10 et qui forment avec celle-ci les ouvertures supérieures de deux chambres 38 de collecte de liquide, diamétralement opposées et délimitées par la surface interne de l'enceinte 10, par des plaques verticales 40 s'étendant vers le bas à partir des bords inférieurs horizontaux 36 des plaques perforées 34, et par des plaques horizontales 42 qui forment les fonds des chambres 38. Les deux chambres 38 peuvent être reliées entre elles par un canal 44 d'alimentation d'un étage inférieur de plaques perforées inclinées (troisième étage du dispositif), ce canal 44 s'étendant diamétralement dans l'enceinte 10 parallèlement au canal 14 du premier étage et débouchant dans les chambres 38 par deux ouvertures 46 formées dans les plaques verticales 40 délimitant ces chambres, ces ouvertures 46 s'étendit à une certaine hauteur à partir des plaques de fond 42, de façon à être complètement immergées dans le liquide collecté dans les chambres 38, pour éviter tout passage de gaz d'un étage à l'autre par ces ouvertures. Le troisième étage du dispositif comprend deux plaques planes perforées 48 du même type que les plaques 12 et 34, qui s'étendent en oblique vers le bas à partir des bords longitudinaux supérieurs du canal 44 et qui sont parallèles aux plaques planes perforées 12 du premier étage. Comme déjà décrit pour les étages précédents, des chambres de collecte de liquide peuvent être formées aux extrémités inférieures des plaques perforées 48 et reliées entre elles par le canal d'alimentation d'un quatrième étage de plaques perforées, ce canal étant parallèle à celui du deuxième étage déjà décrit. Chaque étage de plaques perforées 12, 34, 48,.. peut avantageusement être équipé de moyens de nettoyage et de décolmatage des orifices inférieurs des perforations, ces moyens étant constitués par exemple par une série de rampes horizontales et parallèles 50 (représentées uniquement pour le premier étage en figure 3 pour simplifier le dessin) qui sont munies de buses ou d'orifices de pulvérisation orientés vers les faces inférieures des plaques perforées et qui sont alimentées en liquide sous pression, de préférence le même liquide que celui qui circule dans les canaux d'alimentation des étages et ruisselle sur les plaques perforées. Le gaz à traiter est amené dans l'enceinte 10 en partie inférieure de celle-ci, sous le dernier étage ou étage inférieur de plaques perforées, le gaz pouvant ainsi circuler d'un étage à l'autre en passant par les perforations des plaques inclinées et remonter jusqu'en partie supérieure de l'enceinte 10, d'où il peut être évacué par un conduit de sortie. Inversement, le liquide est amené dans l'enceinte 10 au niveau du canal 14 d'alimentation du premier étage, ruisselle sur les plaques perforées 12 en formant des nappes ayant par exemple une épaisseur de plusieurs millimètres, séjourne un certain temps dans les chambres de collecte 26, puis passe dans le canal 32 d'alimentation du deuxième étage, ruisselle sur les plaques perforées 34, séjourne dans les chambres de collecte 38 du deuxième étage, passe dans le canal 44 d'alimentation du troisième étage, ruisselle sur les plaques perforées 48, et ainsi de suite jusqu'à arriver, en partie inférieure de l'enceinte 10 d'où il est envoyé vers des équipements de séparation du soufre formé, puis vers une colonne de régénération quand le gaz à traiter ne contient pas assez d'oxygène pour réoxyder le catalyseur utilisé, la colonne de régénération étant semblable ou identique à celle qui vient d'être décrite. Le gaz sous pression qui passe par les trous des plaques perforées 12, 34, 48,. ., traverse les nappes de liquide qui ruissellent sur les plaques inclinées et forme au sein de ce liquide une multitude de petites bulles favorisant un contact efficace entre le gaz et le liquide. Le temps de séjour du liquide dans chaque chambre de collecte 24, 38, . est déterminé de façon à ce que le liquide puisse être dégazé à peu près complètement dans cette chambre de collecte avant de circuler dans le canal d'alimentation de l'étage inférieur. Les vitesses de circulation du liquide dans les canaux d'alimentation des différents étages sont relativement faibles, par exemple inférieures à 0,15m/s dans un exemple de réalisation particulier, pour lequel le débit de liquide était de l'ordre de 100 m3/h. Dans le même exemple, le temps de séjour du liquide dans les chambres de collecte 24, 38, . était supérieur à 15 secondes environ. Les moyens de nettoyage et de décolmatage des perforations des plaques inclinées fonctionnent par intermittence, leur fréquence de fonctionnement pouvant être déterminée de façon commode à partir de la perte de charge du gaz passant par les perforations des plaques inclinées. En pratique, les pulvérisations de liquide sous pression peuvent être déclenchées à des intervalles de temps compris entre 30 mn et 4 heures environ, chaque pulvérisation durant par exemple de 5 à 300 secondes, le débit de liquide pulvérisé pouvant être de l'ordre de 10 à 150 1/mon et par m2 de surface de plaque perforée, les différentes rampes de pulvérisation étant de préférence alimentées successivement en liquide. Dans l'exemple de réalisation qui a été décrit en référence aux dessins, les différents étages sont placés en série dans l'enceinte et sont traversés successivement par le gaz à traiter. De façon générale, l'invention permet de réduire la hauteur d'un dispositif de contact gazliquide, d'améliorer l'efficacité de ce contact en optimisant les conditions de ruissellement du liquide sur les plaques et d'améliorer le fonctionnement général en évitant toute interruption pour le nettoyage et le décolmatage des plaques perforées. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mise en contact d'un gaz et d'un liquide, en particulier pour l'épuration du gaz, comprenant une enceinte (10), des moyens d'amenée du liquide en partie supérieure de l'enceinte, des moyens (24, 38) de collecte de liquide, des plaques planes perforées (12, 34, 48) montées inclinées dans l'enceinte entre les moyens d'amenée et les moyens de collecte pour former des surfaces de ruissellement du liquide, des moyens d'amenée du gaz sous pression sous les plaques perforées, pour faire passer le gaz par les perforations des plaques et lui faire traverser le liquide ruisselant sur les plaques, et des moyens de sortie du gaz hors de l'enceinte, caractérisé en ce que cette enceinte est cylindrique et comprend au moins un étage de deux plaques perforées (12) inclinées vers le bas à partir d'un canal horizontal (14) d'amenée de liquide agencé diamétralement, les deux plaques (12) étant disposées de part et d'autre dudit canal (14) et symétriquement par rapport à un plan vertical passant par l'axe longitudinal de celui-ci. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites plaques (12) sont raccordées à un bord longitudinal supérieur (18) du canal d'alimentation et se terminent à distance de la paroi interne de l'enceinte (10) pour ménager avec celle-ci une ouverture débouchant dans une chambre (24) de collecte de liquide. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un deuxième étage de plaques perforées (34) situé sous le précédent et comprenant deux plaques inclinées vers le bas à partir d'un canal horizontal (32) d'alimentation en liquide, disposé diamétralement dans l'enceinte, les plaques (34) étant symétriques par rapport à un plan vertical passant par l'axe de ce canal. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le canal (32) d'alimentation du deuxième étage est orienté perpendiculairement à celui du premier étage et débouche à ses extrémités dans les chambres (24) de collecte de liquide du premier étage. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les plaques perforées (34) du deuxième étage sont raccordées chacune à un bord supérieur de leur canal d'alimentation (32) et se terminent à distance de la paroi interne de l'enceinte (10) pour ménager avec celle-ci une ouverture débouchant dans une chambre (38) de collecte de liquide. 6. Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un troisième étage de plaques perforées (48), situé sous le deuxième étage et comprenant deux plaques perforées parallèles à celles du premier étage et s'étendant de part et d'autre d'un canal horizontal d'alimentation (44) disposé diamétralement dans l'enceinte et orienté perpendiculairement au canal d'alimentation du deuxième étage. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le canal (44) d'alimentation du troisième étage débouche à ses extrémités dans les chambres (38) de collecte de liquide du deuxième étage. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre d'étages de plaques perforées inclinées est compris entre 1 et 30, et en particulier entre 1 et 10. 9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des rampes (50) munies de buses ou d'orifices de pulvérisation sont disposées sous les plaques perforées de chaque étage, le long de ces plaques, pour projeter sur leurs faces inférieures des jets de liquide sous pression permettant un nettoyage et un décolmatage des perforations des plaques. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que les rampes (50) sont alimentées successivement, par une fraction du débit du liquide collecté dans l'enceinte (10). 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'enceinte (10) est réalisée en acier avec un revêtement interne résistant à la corrosion, par exemple en matière plastique telle que du polypropylène ou du PVDF. 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques perforées (12, 34, 48) sont en acier inoxydable ou en une matière plastique telle que du polypropylène.