Brevet FR2806322A1 — publié le 20010921

L'invention porte sur un procédé pour réduire les émissions d'oxydes nitreux dans une installation de combustion comprenant un foyer fonctionnant en lit fluidisé brûlant des combustibles. quel que soit leur état, par exemple du charbon. La combustion en lit fluidisé est une technique en développement pour la production d'énergie. Dans les installations de combustion fonctionnant en lit fluidisé circulant, on sait désulfurer les fumées de combustion par injection de calcaire dans le foyer. On sait également limiter les émissions d'oxydes d'azote (NO, NO2) par un contrôle de la température et par un étagement dans le foyer des injections d'air secondaire mais on contrepartie on augmente les émissions d'oxydes nitreux (N20). On sait réduire les émissions d'oxydes nitreux en effectuant une combustion supplémentaire dans les fumées de combustion en sortie d'un séparateur de type cyclone par exemple, à l'aide d'un combustible additionnel qui peut être du gaz naturel ou du charbon micronisé. Une injection d'air complémentaire peut encore être prévue en amont d'une chaudière de récupération de l'énergie des fumées de combustion. Le but de l'invention est de proposer un autre procédé pour réduire les émissions d'oxydes nitreux dans une installation de combustion fonctionnant en lit fluidisé. A cet effet, I'invention a pour objet un procédé pour réduire les émissions d'oxydes nitreux dans une installation de combustion comprenant un foyer fonctionnant en lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact les fumées de combustion avec un catalyseur appartenant à la famille des zéolithes. Les zéolithes sont des silicoaluminates cristallisés tétraédriques. L'arrangement dans les trois directions de l'espace de ces tétraèdres (SiO2 et A104) avec mise en commun des oxygènes génère une miicroporosité faite de canaux et cavités ayant des tailles de l'ordre de 3 à 13 selon le type de zéolithe. On peut incorporer dans les zéolithes différents cations métalliques par échange cationique et leur conférer ainsi des propriétés particulières. On choisira de préférence le fer (Fe2+) qui n'induit pas de contraintes particulières pour la mise en décharge ou 3 5 la valorisation des cendres si le catalyseur est chargé dans le foyer. Selon un mode de mise en oeuvre particulier du procédé selon lI'invention, le catalyseur est injecté dans le foyer d'un lit fluidisé circulant sous forme pulvérulente. Le catalyseur est broyé à une granulométrie ajustée pour qu'il séjourne suffisamment longtemps dans la boucle de recirculation des particules solides traversant le cyclone. Des essais ont permis d'obtenir une réduction d'environ 85% des émissions d'oxydes nitreux en injectant une quantité de catalyseur pulvérulent à base de zéolithes représentant entre 0,2 et 5% de la charge en solides circulants dans le foyer. Par ailleurs, avec un catalyseur de diamètre moyen compris entre 0,05 et 2 mm, le temps de séjour dans la boucle de recirculation est d'environ 50 heures. Une telle granulométrie permet en outre d'extraire le catalyseur en bas de foyer avec les cendres de lit et le catalyseur ainsi récupéré peut être recyclé dans le foyer après avoir été séparé des cendres de lit. Selon encore un autre mode de mise en oeuvre particulier du procédé selon l'invention, le catalyseur sous formes d'extrudés ou de nids d'abeilles est placé dans un réacteur qui est traversé par les fumées de combustion en sortie du foyer. Le réacteur est de préférence disposé en aval d'un dépoussiéreur des fumées de combustion pour éviter les problèmes de colmatage par les cendres volantes. Dans ce mode de mise en ceuvre du procédé selon l'invention, la consommation de catalyseur est très faible ce qui contribue à réduire les coûts de traitement des fumées de combustion. On peut utiliser des zéolithes synthétiques ou naturelles comme une mordénite provenant de Hongrie dont le rapport Si/AI (atomique) est compris entre 5 et 6. On a également observé que la mise en oeuvre du procédé selon lI'invention contribuait à convertir dans les fumées de combustion le monoxyde de carbone en dioxyde de carbone. La mise en oeuvre du procédé selon l'invention est illustrée très schématiquement sur la figure unique. Sur cette figure, une installation de combustion d'un combustible liquide ou solide comme du charbon comprend un foyer 1 fonctionnant en lit fluidisé circulant par exemple. Le haut du foyer est raccordé à un séparateur de particules du type cyclone ou analogue 3. Ce séparateur reçoit les fumées de combustion en sortie du foyer et comporte une partie haute qui rejette les fumées de combustion avec les cendres volantes et une partie basse qui récupère les particules solides les plus grossières 2 présentes dans les fumées de combustion. La partie basse du séparateur 3 est raccordée au bas du foyer 1 par l'intermédiaire d'une boucle de recirculation 4 munie d'un siphon. Le catalyseur pulvérulent à base de zéolithes broyées est stocké dans un silo 5 qui est relié par l'intermédiaire d'un système de transport 6 à la boucle de recirculation 4 ce qui permet d'injecter le catalyseur pulvérulent indiqué par 7 dans le foyer 1 pour réduire les émissions en oxydes nitreux dans l'installation de combustion. Comme visible sur la figure en alternative au mode de mise en ceuvre décrit ci-dessus ou de façon complémentaire, un réacteur 8 est monté en amont d'un dépoussiéreur 9 des fumées de combustion après la chaudière de récupération 10. En alternative, le réacteur 8 peut être placé en aval du dépoussiéreur 9 afin de limiter la teneur en cendres dans les fumées traversant le réacteur 8. Les fumées peuvent être réchauffées avant de pénétrer dans le réacteur 8 afin d'obtenir une température adaptée a la réduction de l'oxyde nitreux par le catalyseur. Ce réacteur peut être chargé de granules de zéolithe sous forme d'extrudés ou contenir une ou plusieurs structures support en nid d'abeille 11 recouvertes chacune d'une couche du catalyseur à base de zéolithes. 4 2806322 REVENDICATIONS 1/ Un procédé pour réduire les émissions d'oxydes nitreux dans une installation de combustion comprenant un foyer (1) fonctionnant en lit fluidisé, caractérisé en ce qu'il consiste à mettre en contact les fumées de combustion avec un catalyseur appartenant à la famille des zéolithes. 2/ Le procédé selon la revendication 1, dans lequel le catalyseur est injecté dans le foyer sous forme pulvérulente. I0 3/ Le procédé selon la revendication 2, dans lequel le catalyseur injecté dans le foyer représente entre 0,2 et 5% de la charge de solides circulant dans le foyer. 4/ Le procédé selon la revendication 2, dans lequel le catalyseur a un diamètre moyen compris entre 0,05 et 2 mm. / Le procédé selon la revendication 1, dans lequel le catalyseur est placé dans un réacteur (8) qui est traversé par les fumées de combustion en sortie de la chaudière de récupération (10). 6/ Le procédé selon la revendication 5, dans lequel le réacteur (8) est disposé en amont d'un dépoussiéreur (9) des fumées de combustion. 7/ Le procédé selon la revendication 5, dans lequel le réacteur (8) est disposé en aval d'un dépoussiéreur (9) des fumées de combustion, les fumées de combustion étant réchauffées avant de pénétrer dans le réacteur (8). 8/ Le procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel les zéolithes sont naturelles ou synthétiques.