Brevet FR2804883A1 — publié le 20010817

La présente invention concerne un procédé et une installation d'épuration de fumées contenant des polluants condensables. L'invention vise plus particulièrement, mais non exclusivement, le traitement de fumées émises dans l'industrie verrière, de telles fumées renfermant des polluants, tels que l'arsenic et ses oxydes. L'épuration de fumées contenant des polluants condensa- bles consiste, de manière connue, à abaisser la température de ces fumées, de manière à provoquer une condensation des polluants précités. Un tel procédé présente cependant un inconvénient, en ce sens qu'un refroidissement lent de ces fumées conduit à la formation de dépôts pâteux sur les parois des installations correspondantes. De tels dépôts, qui peuvent être des sels ou des oxydes, se produisent dans une mesure proportionnelle à la quantité de polluants renfermés par les fumées. Afin de pallier ces inconvénients, l'invention se propose de mettre en oeuvre un procédé qui, tout en assurant une épuration fiable des fumées, ne génère que de faibles dépôts de polluants, permet de s'affranchir dans une mesure impor- tante des phénomènes de colmatage et implique des coûts relativement peu élevés, aussi bien en termes énergétiques qu'en termes de dimensionnement de l'installation. A cet effet, elle a pour objet un procédé d'épuration de fumées contenant des polluants condensables, comprenant les étapes suivantes: - on refroidit les fumées, dans une unité de refroidissement, jusqu'à une température supérieure à la température de condensation desdits polluants, - on trempe, en dehors de l'unité de refroidisse- ment, les fumées ainsi refroidies au moyen d'un flux gazeux de mélange, dont la température est substantiellement inférieure à celle desdites fumées refroidies, de manière à porter ces dernières au-dessous de la température de condensa- tion desdits polluants, - on fait séjourner, dans une chambre de cristalli- sation, les fumées mélangées au flux gazeux, de façon à faire croître des cristaux desdits polluants condensables, - on admet les fumées provenant de la chambre de cristallisation, dans un séparateur de phases solide et gazeuse. Conformément à l'invention, les fumées à épurer, qui sont rejetées d'un four industriel à une température par exemple d'environ 600 C, sont tout d'abord soumises à un refroidisse- ment préalable, qui vise à les amener à une température supérieure à la température de condensation des polluants qu'elles renferment. Une telle température pourra être, par exemple, supérieure de 20 à 80 C à la température de condensa- tion précitée. Ce refroidissement préalable a pour but de porter la température des fumées à une valeur qui soit à la fois, suffisamment faible pour que le mélange postérieur avec le flux gazeux puisse être mis en oeuvre sans faire appel à un volume gazeux trop important, et suffisamment élevé pour ne pas induire de dépôt substantiel de polluants condensés sur les parois froides de l'unité de refroidissement. Selon une caractéristique de l'invention, la température de l'unité de refroidissement est comprise entre 150 et 250 C, de préférence entre 180 et 240 C. La phase de refroidissement préalable des fumées est suivie par une étape de mélange de ces fumées refroidies avec un flux, ou courant, gazeux. Ce mélange, ou trempe, qui est réalisé en dehors de l'unité de refroidissement, permet de refroidir brusquement les fumées, de façon à les amener à une température inférieure à celle de condensation des polluants. Il est à noter que, conformément à l'invention, étant donné que cette trempe est mise en oeuvre avec des fumées préalable- ment refroidies, elle fait appel à un flux gazeux dont le débit est relativement peu important, car on évite une dilution excessive des fumées à traiter. Par ailleurs, étant donné le faible débit de ce flux d'appoint, les installations aval de traitement des fumées mélangées à ce flux peuvent présenter des dimensions relative- ment restreintes, ce qui est avantageux en termes économiques. Ceci est à comparer avec une solution qui ferait appel à une trempe directe des fumées en sortie du four, qui nécessiterait un débit gazeux important et des installations aval de grandes dimensions. La température de ce flux gazeux est par exemple comprise entre -10 et 60 C, de préférence entre 20 et 50 C. Les fumées préalablement refroidies, puis mélangées au flux gazeux froid, sont ensuite admises dans une chambre de cristallisation. Selon une caractéristique de l'invention, les fumées refroidies peuvent être mélangées au flux gazeux dans cette chambre de cristallisation. Cette étape de mélange peut également être mise en oeuvre dans une unité séparée, en amont de la chambre précitée. L'admission de ces fumées dans la chambre de cristallisa- tion induit une nucléation et une croissance des polluants à condenser, qui conduit à la formation et à la croissance de cristaux. Avantageusement, en vue de la croissance des cristaux, le temps de séjour des fumées dans la chambre de cristallisation est compris entre 3 et 30 secondes, de préférence entre 7 et 15 secondes. Ceci garantit un rendement de cristallisation satisfaisant. La température de la chambre de cristallisation est comprise entre 70 et 150 C, de préférence entre 80 et 130 C. En aval de la chambre de cristallisation, les fumées sont conduites vers un séparateur de phases solide et gazeuse, tel qu'un électro-filtre ou un filtre à manches. Etant donné qu'une partie substantielle des polluants a été cristallisée dans la chambre précitée, le risque de problèmes liés à des dépôts dans le séparateur est ainsi considérablement réduit. Le passage des fumées dans ce séparateur conduit à l'évacua- tion des polluants condensés, formés dans la chambre de cristallisation. Les fumées ayant subi cette épuration sont ensuite rejetées, par exemple par une cheminée. Selon une première caractéristique de l'invention, la température du séparateur est supérieure à celle de la chambre de cristallisation, la différence entre ces deux températures pouvant atteindre 10 C. Ceci permet d'éviter, dans une mesure supplémentaire, les problèmes de dépôts dans le séparateur, par exemple de colmatage. Selon une autre caractéristique de l'invention, la température du séparateur est inférieure à celle de la chambre de cristallisation, la différence entre ces deux températures pouvant atteindre 10 C. Ce choix de températures relatives conduit à une condensation supplémentaire des polluants, au sein du séparateur même. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'inven- tion, on recycle au moins partiellement les cristaux collectés dans le séparateur, de manière à les ajouter au flux gazeux lors de l'étape de trempe des fumées refroidies. Selon une autre caractéristique de l'invention, on collecte, dans la chambre de cristallisation, une fraction préalable des cristaux, que l'on recycle au moins partielle- ment, de manière à les ajouter au flux gazeux lors de l'étape de trempe des fumées refroidies. Ces opérations de recyclage, qui conduisent à introduire des particules de polluants sous forme solide, assurent un rendement amélioré de cristallisation, dans la chambre de cristallisation. Ces poussières constituent en effet des noyaux de cristallisation et permettent par ailleurs de maîtriser les risques de corrosion liés à la présence d'oxydes de soufre et de métaux lourds, ainsi qu'à la forte teneur en eau dans les fumées, car ils contribuent à une précipitation simultanée de ces autres polluants. Selon une autre caractéristique de l'invention, les polluants condensables comprennent l'arsenic et/ou un de ses oxydes. L'invention a également pour objet une installation d'épuration des fumées contenant des polluants condensables, comprenant: - des moyens d'amenée des fumées à épurer, - une unité de refroidissement des fumées mise en relation avec les moyens d'amenée, - un dispositif de mélange, mis en relation à la fois avec l'unité de refroidissement et avec des moyens d'amenée d'un flux gazeux de mélange, dont la température est substantiellement inférieure à celle des fumées refroidies, évacuées de l'unité de refroidissement, - une chambre de cristallisation, mise en communica- tion avec ledit dispositif de mélange, - un séparateur de phases solide et gazeuse, mis en relation avec ladite chambre de cristallisation. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - l'installation comprend des premiers moyens de recyclage, aptes à recycler des cristaux collectés dans le séparateur en direction du dispositif de mélange; - l'installation comprend des seconds moyens de recyclage, aptes à recycler une fraction préalable des cristaux, collectée dans la chambre de cristallation, en direction du dispositif de mélange; - les premiers et/ou seconds moyens de recyclage débouchent dans un diviseur de flux, notamment du type centrifuge à effet cyclonique; - le séparateur est un filtre à manches ou un électro-filtre. L'invention va être décrite ci- dessous, en référence aux figures 1 et 2 annexées, données à titre d'exemple non limita- tif, qui sont des représentations schématiques de deux installations d'épuration des fumées conformes à l'invention. Les fumées à épurer, véhiculées par une ligne 2, sont tout d'abord débarrassées, de façon grossière, d'une partie de leurs poussières dans un dépoussiéreur 4, qui peut être un électro-filtre ou un cyclone. De la sorte, une fraction des contaminants initialement présents dans les fumées est évacuée par le conduit 6. Il est à noter cependant que cette phase de dépoussiérage préalable est optionnelle. Les fumées dépoussiérées, circulant dans la ligne 8, sont ensuite dirigées dans une enceinte de refroidissement 10, ou leur température est portée à une valeur supérieure à la température de condensation des polluants qu'elles renferment. Les fumées refroidies, évacuées par le conduit 12, sont ensuite admises dans un mélangeur 14, opérant par exemple par jets d'air. Ce mélangeur 14 est alimenté, par une ligne 16, au moyen d'un flux gazeux froid. Ce dernier peut être introduit dans une gaine en amont du mélangeur, comme représenté, ou bien encore directement dans le mélangeur 14. Les fumées refroidies, puis mélangées, sont ensuite dirigées, via un conduit 18, vers une chambre de cristallisa- tion 20. Il est à noter que, en variante, la phase de mélange avec le flux gazeux froid précité peut être mise en oeuvre directement dans la chambre de cristallisation 20. Les fumées séjournent entre 3 et 30 secondes, de préférence entre 7 et secondes dans cette chambre 20, de façon à permettre aux polluants renfermés dans les fumées de se cristalliser. Une première fraction des cristaux ainsi formés, qui correspond à ceux dont les dimensions sont les plus importan- tes, est évacuée de la chambre de cristallisation 20, par une ligne 22. Cette dernière est mise en communication avec un diviseur de flux 24, par exemple un cyclone, qui est lui-même en relation, par un conduit 26, avec le mélangeur 14. Une ligne 28 permet l'évacuation de l'autre partie des cristaux, recueillis depuis la chambre de cristallisation 20. Les fumées séparées de la première fraction de cristaux évoquées cidessus sont dirigées, par le conduit 30, en direction d'un séparateur gaz solide 32, qui est par exemple un électro-filtre ou un filtre à manches. Le passage des fumées dans ce dernier provoque une épuration complémentaire, par séparation d'une seconde fraction des cristaux de polluants, formés dans la chambre de cristallisation 20. Cette seconde fraction est évacuée du séparateur 32 par l'intermé- diaire d'une ligne 34. Les fumées épurées sont rejetées du séparateur 32 par une ligne 35, et par exemple conduites vers une cheminée non représentée. Selon une première variante de l'invention, représentée à la figure 1, cette seconde fraction de polluants n'est pas recyclée, de sorte que la ligne 34 assure leur évacuation de l'installation. Cette configuration est particulièrement avantageuse, dans le cas o on désire que le produit récupéré par la ligne 28, par exemple des oxyde d'arsenic, soit particulièrement pur. Selon une autre variante illustrée à la figure 2, la deuxième fraction de cristaux, véhiculée par la ligne 34, est dirigée, au moins en partie, vers le diviseur de flux 24, par l'intermédiaire d'un conduit 36. De la sorte, cette deuxième fraction des polluants provenant du séparateur 32 est partiellement recyclée vers le mélangeur 14 et partiellement évacuée par le conduit 26. Cette variante de la figure 2 est avantageuse, dans le cas o les cristaux récupérés par la ligne 22 sont présents en quantité trop faible, pour assurer, une fois recyclés, une nucléation satisfaisante dans la chambre 20. REVENDICATIONS 1. Procédé d'épuration de fumées contenant des polluants condensables, comprenant les étapes suivantes: - on refroidit les fumées, dans une unité de refroidissement (10), jusqu'à une température supérieure à la température de condensation desdits polluants, - on trempe (en 14), en dehors de l'unité de refroidissement (10), les fumées ainsi refroidies au moyen d'un flux gazeux de mélange, dont la température est substan- tiellement inférieure à celle desdites fumées refroidies, de manière à porter ces dernières au-dessous de la température de condensation desdits polluants, - on fait séjourner, dans une chambre de cristalli- sation (20), les fumées mélangées au flux gazeux, de façon à faire croître des cristaux desdits polluants condensables, - on admet (par 30) les fumées provenant de la chambre de cristallisation (20), dans un séparateur (32) de phases solide et gazeuse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on recycle au moins partiellement (par 34, 36, 26) des cristaux collectés dans le séparateur (32), de manière à les ajouter au flux gazeux lors de l'étape de trempe des fumées refroidies. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on collecte, dans la chambre de cristal- lisation (20), une fraction préalable des cristaux, que l'on recycle au moins partiellement (par 22, 26) de manière à les ajouter au flux gazeux lors de l'étape de trempe des fumées refroidies. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température de l'unité de refroidis- sement (10) est comprise entre 150 et 250 C, de préférence entre 180 et 240 C. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fumées refroidies sont mélangées au flux gazeux dans la chambre de cristallisation (20). 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température de la chambre de cristallisation (20) est comprise entre 70 et C, de préférence entre 80 et 130 C. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que, en vue de la croissance desdits cristaux, le temps de séjour des fumées dans la chambre de cristallisation (20) est compris entre 3 et 30 secondes, de préférence entre 7 et 15 secondes. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la température du séparateur (32) est supérieure à celle de la chambre de cristallisation (20), la différence entre ces deux températures pouvant atteindre oc. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la température du séparateur (32) est inférieure à celle de la chambre de cristallisation (20), la différence entre ces deux températures pouvant atteindre oC. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les polluants condensables comprennent l'arsenic et/ou un de ses oxydes. 11. Installation d'épuration des fumées contenant des polluants condensables, comprenant: - des moyens d'amenée (2) des fumées à épurer, une unité de refroidissement (10) des fumées, mise en relation avec les moyens d'amenée (2), - un dispositif de mélange (14), mis en relation à la fois avec l'unité de refroidissement (10) et avec des moyens d'amenée (16) d'un flux gazeux de mélange, dont la température est substantiellement inférieure à celle des fumées refroidies, évacuées de l'unité de refroidissement, - une chambre de cristallisation (20), mise en communication avec ledit dispositif de mélange (14), - un séparateur (32) de phases solide et gazeuse, mis en relation avec ladite chambre de cristallisation (20). 12. Installation selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'elle comprend des premiers moyens de recyclage (34, 36, 26), aptes à recycler des cristaux collectés dans le séparateur (32) en direction du dispositif de mélange (14). 13. Installation selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce qu'elle comprend des seconds moyens de recyclage (22, 26), aptes à recycler une fraction préalable des cristaux, collectée dans la chambre de cristallation (20), en direction du dispositif de mélange (14). 14. Installation selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que les premiers (34, 36, 26) et/ou seconds (22, 26) moyens de recyclage débouchent dans un diviseur de flux (24), notamment du type centrifuge à effet cyclonique. 15. Installation selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisée en ce que le séparateur (32) est un filtre à manches ou un électro-filtre.