Brevet FR2757083A3 — publié le 19980619

FR 2757083 A3 19980619 FR 9615345 A 19961213 APPAREIL POUR LE TRAITEMENT D'UN GAZ DE COMBUSTION ART ANTERIEUR DE L'INVENTION La présente invention concerne un appareil pour le traitement d'un gaz de combustion utilisant un fluide destiné à entrer au contact de ce gaz pour réagir avec lui et absorber les substances polluantes y étant contenues. Dans les gaz de combustion d'origine industrielle libérés, le dioxyde de soufre et le dioxyde de carbone sont des facteurs majeurs affectant la qualité de l'air et l'environnement. Le dioxyde de soufre est un gaz polluant se trouvant dans l'air en quantité plus grande et ayant une incidence plus large. Il est principalement produit par les procédés de combustion de carburants fossiles (charbon ou pétrole) et les procédés métallurgiques ou ceux de chauffage des minéraux sulfurés. Les centrales thermiques, les usines métallurgiques, les raffineries de pétrole et tous les autres brûleurs industriels et fours brûlant du charbon et du pétrole libèrent du dioxyde de soufre gazeux. Dans l'air, ce dioxyde de soufre est dissous par l'eau en solution d'acide sulfurique. Cette solution ne conduit pas uniquement à des difficultés respiratoires directes chez l'être humain, mais corrode aussi les constructions et les plantes agricoles. D'autre part, le dioxyde de carbone est un agent polluant produit en quantité la plus grande parmi des types variés de gaz polluants. Il résulte principalement de la combustion des carburants. Dans le cas de concentrations très élevées de dioxyde de carbone dans l'air, la concentration d'oxygène est relativement réduite. Cette réduction a une mauvaise incidence sur l'organisme humain. L'augmentation de la concentration de dioxyde de carbone sur terre conduit à un effet de serre provoquant une augmentation globale graduelle de la température ainsi qu'un changement du système biologique et des anomalies climatiques. Par conséquent, trouver les moyens pour résoudre les problèmes posés par les deux gaz polluants cités précédemment devient un enjeu sérieux. Dans de nombreux pays du monde entier, on adopte de hautes cheminées pour dissiper les gaz polluants dans une zone plus élevée et plus large afin de réduire la pollution de l'air dans les districts locaux. Cependant, cette politique de hautes cheminées ne peut qu'atténuer la pollution locale de l'air, alors que la quantité totale d'agents polluants libérés n'est pas réduite. En outre, les hautes cheminées sont construites à prix très élevés, alors que personne n'est en mesure de résoudre le problème de la pollution globale de l'environnement. RESUME DE L'INVENTION Afin de tenter de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus, un objet premier de la présente invention est de réaliser un appareil pour le traitement d'un gaz de combustion capable de purifier efficacement une grande quantité de gaz industriel polluant comprenant du dioxyde de soufre et du dioxyde de carbone. Le gaz purifié peut être directement libéré dans l'atmosphère. Par conséquent, la pluie acide et l'effet de serre provoqués par les agents polluants mentionnés précédemment peuvent être limités. Pour atteindre l'objectif cité ci-dessus, l'appareil pour le traitement d'un gaz de combustion comprend au moins une tour de nettoyage. Au moins une alimentation en fluide est disposée sur une paroi latérale de cette tour. Un fluide auquel est ajouté de la chaux est pompé vers la tour de nettoyage en quantité constante et vidangé dans un bassin de précipitation par un orifice situé à la base de cette tour. Le niveau du fluide dans la tour de nettoyage est maintenu à une hauteur déterminée située au dessus de l'alimentation en fluide. Au moins une alimentation en gaz est mise en place sur la paroi de la tour de nettoyage en dessous de l'alimentation en fluide. Le gaz de combustion est injecté dans cette tour de manière à entrer au contact du fluide et à former des bulles remontant vers le haut de celle-ci et s'échappant par son orifice de libération. Le fluide réagit avec les agents polluants contenus dans le gaz de combustion et les absorbe. Les produits de réaction sont libérés hors de la chambre de nettoyage avec le fluide dans le bassin de précipitation. La présente invention peut être mieux comprise grâce à la description suivantes et aux dessins annexés, dans lesquels BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un diagramme du procédé de traitement du gaz de combustion selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une première réalisation de la présente invention, représentant la structure de la tour de nettoyage; La figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une seconde réalisation de la présente invention, représentant la structure de la tour de nettoyage, dans laquelle les alimentations en fluide et celles en gaz sont inclinées et opposées les unes par rapport aux autres sur la paroi de cette tour; et La figure 4 est une vue en coupe de la seconde réalisation de la présente invention, montrant que les alimentations en fluides et en gaz sont disposées en spirales inversées sur la paroi de la tour de nettoyage. DESCRIPTION DETAILLE DES REALISATIONS PREFEREES Si l'on se réfère au figures 1 et 2, selon une première réalisation de la présente invention, l'appareil de traitement d'un gaz de combustion comprend une tour de nettoyage cylindrique (1) dont la base (12) est conique. Une alimentation en fluide (2) est placée sur une paroi latérale de cette tour par laquelle un fluide (3) peut être acheminé vers cette tour en quantité constante jusqu'à une hauteur déterminée grâce à une pompe (21). Un dispositif de commande (non représenté)est utilisé pour maintenir le niveau de fluide de la tour de nettoyage (1) à une hauteur déterminée située au dessus de l'alimentation en fluide (2) et fait continuellement sortir le fluide par un orifice de libération (15) à la base de cette tour dans une quantité constante. Une alimentation (4) est placée sur la tour de nettoyage sous l'alimentation en fluide (2). Le gaz de combustion est injecté dans la chambre en quantité constante par cette alimentation par l'intermédiaire d'un compresseur de gaz (51) de manière à former des bulles venant se heurter contre le fluide (3) pour donner naissance à de fines bulles. Celles-ci remontent vers le haut de la tour de nettoyage et sont évacuées par son orifice de libération (16). Dans cette réalisation, un appareil de dépoussiérage (6) est mis en place devant l'alimentation en gaz (4) pour retirer les cendres occupant plus de 95% du gaz de combustion avant que celui-ci n'entre dans cette alimentation. Dans cette réalisation, on ajoute de la chaux au fluide (3) pour former un plasma alcalin à la chaux. La valeur optimale du pH opératoire est d'environ 8. Le gaz de combustion contenant du dioxyde de carbone est injecté dans le fluide (3) à partir de l'alimentation (4) à pression élevée pour former des bulles venant le heurter pour donner naissance à des bulles beaucoup plus petites. Ainsi, la zone d'interface dans laquelle le fluide (3) absorbe le dioxyde de carbone est augmentée. Ce dioxyde de carbone absorbé réagit avec le plasma alcalin pour former du carbonate de calcium. L'ion carbonate du fluide est consommé en permanence par la réaction de sorte qu'il faut fréquemment fournir au fluide (3) un supplément de chaux pour maintenir dans ce dernier une certaine concentration en ions calcium. Le produit de carbonate de calcium est évacué avec le fluide (3) dans le bassin de précipitation (7) par l'orifice de libération (15). Le carbonate de calcium précipite au fond de ce bassin pour y être traité de manière globale. Le fluide (3) est extrait par la pompe (21) (laquelle est placée sur une partie inférieure du bassin de précipitation (7)) pour revenir dans la tour de nettoyage (1) et y être réutilisé par remise en circulation. Après avoir été nettoyé, le gaz ne contient que peu de dioxyde de carbone et peut être conduit à nouveau dans une autre tour de nettoyage avec le même plasma à la chaux jusqu'à ce qu'il ait totalement réagi avec ce plasma et soit devenu un précipité de carbonate de calcium. Le gaz peut alors être chauffé par un réchauffeur (52) et évacué vers l'atmosphère par une cheminée. En ce qui concerne le traitement d'un gaz de combustion contenant du dioxyde de soufre, on peut en outre ajouter de l'acide adipique au plasma alcalin à la chaux comme agent tampon. Cet acide se rapporte à l'acide dicarboxylique comprenant six atomes de carbone, servant à tamponner la valeur du pH dans le plasma. On choisi l'acide adipique parce qu'il peut être obtenu à partir d'un grand nombre de sources. Le plasma alcalin mentionné ci-dessus est en mesure de retirer plus de % du dioxyde de soufre du gaz de combustion. Sans acide adipique, ce plasma a un rendement compris seulement entre 65 et 70%. Après addition d'acide adipique, ce plasma peut atteindre un rendement dépassant 80%, permettant ainsi de retirer de manière plus efficace le dioxyde de soufre. L'acide adipique crée un effet tampon tel qu'il supprime la diminution de la valeur du pH provoquée par la solution de dioxyde de soufre au niveau de l'interface gaz/fluide. Par conséquent, la concentration du dioxyde de soufre par rapport au volume de fluide est augmentée pour améliorer la capacité de réaction du fluide avec le dioxyde de soufre. Avant que le fluide (3) ne soit injecté dans la tour de nettoyage (1), l'acide adipique réagit avec la chaux pour former de l'adipate de calcium. Après avoir été injecté dans la tour de nettoyage(1), I'adipate de calcium réagit avec l'acide sulfurique pour former du sulfite de calcium et reformer de l'acide adipique,lequel est déchargé avec le fluide (3) par l'orifice de libération (15) pour être remis en circulation et utilisé à nouveau. Le sulfite de calcium produit est évacué avec le fluide (3) dans le bassin de précipitation (7) par l'orifice (15). Le sulfite de calcium précipite au fond de ce bassin pour être traité de manière globale. Le surnageant peut être remis en circulation pour être utilisé à nouveau. Après traitement et nettoyage, le gaz contient moins de 5% de dioxyde de soufre (c'est-à-dire que plus de 95% du dioxyde de soufre ont été retirés). Le gaz peut en outre est conduit dans une autre tour de nettoyage avec le même plasma à la chaux jusqu'à ce que la totalité du dioxyde de soufre ait réagi avec ce plasma et précipité sous forme de sulfite de calcium. A cet instant, le gaz peut être chauffé par le réchauffeur (52) et libéré vers l'atmosphère par une cheminée ou bien il peut être libéré directement vers l'extérieur. On doit noter que le gaz de combustion injecté dans la tour de nettoyage forme beaucoup de bulles venant heurter le fluide pour donner naissance à un grand nombre de fines bulles. Ces dernières servent à augmenter la zone de contact du fluide avec le gaz ainsi que la vitesse de cette réaction. En outre, le gaz de combustion injecté entraîne le fluide à s'écouler de manière à éviter la précipitation par dépôt et accumulation sur la paroi de la tour de nettoyage. Si l'on se réfère aux figures 3 et 4, dans une seconde réalisation de la présente invention, plusieurs alimentations en fluide (8) sont disposées circulairement dans le sens des aiguilles d'une montre à égale distance les unes des autres sur la paroi interne de la tour de nettoyage (1). Dans cette réalisation, on a placé six alimentations (8), chacune ayant un axe (81) incliné de manière à constituer un angle l01 avec l'axe (13) de la tour de nettoyage (1). Cet angle a une valeur comprise de préférence en 10 et 30 degrés. L'axe (81) constitue un angle 02 avec la normale (14) de la paroi de la tour de nettoyage (1). Ce second angle a une valeur comprise de préférence entre 45 et 85 degrés. Ainsi, le fluide (3) peut être injecté dans la tour de nettoyage en quantité constante par l'intermédiaire d'un compresseur pour former un remous ou un tourbillon. Plusieurs alimentations en gaz (9) sont disposées circulairement à égale distance les unes des autres dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur la paroi interne de la tour de nettoyage (1) en dessous des alimentations en fluide (8). Dans cette réalisation se trouvent également six alimentations en gaz (9), chacune ayant un axe (91) ascendant de manière à constituer un angle 03 avec l'axe (13) de la tour de nettoyage. Cet angle a une valeur comprise de préférence entre 10 et 30 degrés. L'axe (91) constitue aussi un angle 04 avec la normale (14) de la paroi de la tour de nettoyage (1). Cet angle 04 a une valeur comprise de préférence entre 45 et 85 degrés. Ainsi, le gaz de combustion (5) peut être injecté dans le fluide (3) en quantité constante pour former des bulles de remous venant le heurter et donner naissance à de nombreuses fines bulles. Celles-ci remontent vers le haut de la tour de nettoyage (1) et sont évacuées par son orifice de libération (16). Selon la conception de la seconde réalisation, le fluide de remous et les bulles servent à augmenter la perturbation et à prolonger le temps de réaction de manière à obtenir un traitement plus efficace. On doit comprendre que la description et les dessins précédents ne sont utilisés que pour illustrer certaines réalisations de la présente invention et ne tendent pas à limiter son domaine. Toute variation ou modification par rapport à cette description et ces dessins doit être incluse dans le domaine de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Appareil pour le traitement d'un gaz de combustion, particulièrement pour un gaz contenant du dioxyde de carbone ou du dioxyde de soufre, comprenant: - au moins une tour de nettoyage (1), - au moins une alimentation en fluide (2) placée sur une paroi latérale de cette tour, un fluide (3) auquel est ajouté de la chaux pour former un plasma à la chaux, ce fluide étant pompé vers la tour de nettoyage en quantité constante et évacué vers un bassin de précipitation (7) par un orifice (15) situé à la base de cette tour, le niveau de fluide dans cette tour étant maintenu à une hauteur déterminée située au dessus de l'alimentation en fluide (2), - au moins une alimentation en gaz (4) placée sur la paroi de la tour de nettoyage en dessous de l'alimentation en fluide (2), - un dispositif de remise en circulation (6) utilisé d'abord pour retirer les cendres du gaz de combustion, puis pour injecter le gaz de combustion dans la tour de nettoyage par un compresseur (51) de sorte que ce gaz vienne heurter le fluide et forme des bulles remontant vers le haut de la tour et évacuées par l'orifice d'échappement (16) de cette tour. 2. Appareil pour le traitement d'un gaz de combustion selon la revendication 1, dans lequel le bassin de précipitation (7) possède une partie inférieure et une pompe (21) est placée dans cette partie pour pomper le fluide (3) et le remettre en circulation dans la tour de nettoyage (1). 3. Appareil pour le traitement d'un gaz de combustion selon la revendication 1, dans lequel: - plusieurs alimentations en fluide (8) sont disposées circulairement dans le sens des aiguilles d'une montre sur la paroi interne de la tour de nettoyage à égale distance les unes des autres, chaque alimentation ayant un axe incliné (81) de manière à constituer un premier angle (01) avec l'axe (13) de la tour de nettoyage (1), cet angle ayant une valeur comprise entre 10 et 30 degrés, I'axe de l'alimentation en fluide constituant aussi un second angle (02) avec la normale (14) de la paroi de la tour de nettoyage, ce second angle ayant une valeur comprise entre 45 et 85 degrés, plusieurs alimentations en gaz (9) étant disposées circulairement dans le sens inverse des aiguilles d'une montre sur la paroi interne de la tour de nettoyage (1) à distance égale les unes des autres, chaque alimentation en gaz ayant un axe ascendant (91) de manière à constituer un troisième angle (03) avec l'axe (13) de la tour de nettoyage, cet angle ayant une valeur comprise entre 10 et 30 degrés, chaque axe des alimentations en gaz constituant aussi un quatrième angle (04) avec la normale (14) de la paroi de cette tour, ce quatrième angle ayant une valeur comprise entre 45 et 85 degrés. 4. Appareil pour le traitement d'un gaz de combustion selon la revendication 1, dans lequel de l'acide adipique est ajouté au plasma à la chaux comme agent tampon.