Brevet FR2855767A1 — publié le 20041210

Carter à cellules indépendantes apte à contenir des catalyseurs utilisés en particulier pour le traitement des oxydes d'azote, de carbone, de métaux lourds et VOC, des dioxines et des furannes. La présente invention se réfère à une nouvelle et originale configuration de 5 carter à cellules indépendantes, apte à contenir des catalyseurs, utilisés en particulier pour le traitement des oxydes d'azote, dioxines et furannes, mais aussi pour le traitement des oxydes de carbone, métaux lourds et composés organiques volatiles (VOC). Cette nouvelle configuration permet d'opérer des manutentions, 10 régénérations et/ou substitutions du catalyseur cellule par cellule sans arrêter ou réduire le procédé de dépuration des fumées et donc sans interrompre le procédé primaire, en obtenant aussi des avantages significatifs, écologiques et économiques. La présente invention se réfère à un nouveau et original critère de 15 réalisation modulaire du carter pour le logement des catalyseurs utilisés en particulier dans les installations de dépuration des gaz, fumées et vapeurs engendrés par la combustion ou par la thermo-destruction des déchets civils, industriels, hospitaliers, dangereux et des boues et/ou dans d'autres procédés. Comme il est connu, dans tous les procédés de combustion et/ou de 20 thermo-destruction, il se forme des gaz et des vapeurs qui sont principalement constitués par des oxydes d'azote (NO, NO2 et N20), par des composés organiques volatiles (VOCs), par des dioxines et furannes, et, en outre, par des poussières et des petites quantités de métaux lourds. Les usines principalement responsables de telles émissions sont notamment les usines d'incinération des 25 déchets civils et industriels. Il est connu aussi que les NO et NO2 se combinent avec l'humidité atmosphérique pour générer des pluies acides (acides nitreux et nitrique) et, avec des VOCs, ils forment du smog (ozone superficiel) à action irritante respiratoire. Le N20 participe au réchauffement de l'atmosphère et à l'expansion 30 du trou d'ozone. Il est donc important et fondamental d'obtenir une réduction de telles émissions. Il est reconnu aussi que les effluents azotés susnommés peuvent être neutralisés par réduction catalytique sélective (SCR) en les mélangeant à un faible flux d'ammoniac, à des températures comprises entre 120 et 450 , pour générer de l'azote et de la vapeur d'eau naturelles et inoffensives selon les réactions bien expérimentées: 1) 4NO + 4NH3 = 4N2 +6H20 2) 6NO2 + 8HN3 z 7N2 + 12H20 3) 6N0 +4NH3 z 5N2 + 6H20 4) NO+ NO2+ 2NH3 > 2N2+ 3H20 Au delà de 150 C environ, le bioxyde d'azote NO2, commence à se dissocier en oxyde d'azote NO et oxygène 02, ainsi on peut comprendre comment, dans l'intervalle de température considéré, la réaction 1) acquiert un caractère prévalent; comme il a été prouvé elle est aussi la plus rapide. Les catalyseurs sont ceux que l'on trouve communément sur le marché 15 sous forme solide (par exemple avec des structures à nid d'abeille, à canaux et en granulés). Le mécanisme de déplacement catalytique des dioxines et des furannes est très complexe et pas encore parfaitement éclairci. Il semble toutefois que le chlore soit transformé en HCI, en réduisant la toxicité des composés. Les catalyseurs susdits agissent en transformant les dioxines et les furannes en un mélange de gaz inoffensifs selon une réaction générale du type: C12HnCI8.nO2 + (9 + 0,5n)O2=z (n-4)H20 + 12CO2 + (8-n)HCI. Ce procédé ne demande l'utilisation d'aucun réactif particulier: il requiert seulement l'oxygène de l'air qui accompagne toutes les émissions susdites. Puisque la présence de NH3 mélangé aux fumées à dépurer n'interfère pas avec la destruction de la dioxine et puisque les catalyseurs DeNOx sont utilisables (avec quelques variations dans les pourcentages des composants), même dans un système complexe DeNOX- De Dioxin, une installation unique peut donc pourvoir à l'élimination simultanée des polluants NOX, dioxines et furannes, résultant des combustions et/ou des thermodestructions. Dans ce cas, il sera suffisant de projeter l'installation de dépuration des fumées seulement pour l'élimination des Nox plutôt que le traitement des dioxines, car les Nox sont s plus difficiles à éliminer. Dans ces conditions, les dioxines pourront être traitées, simultanément aux Nox, jusqu'à des valeurs très basses ( Les installations DeNOx-DeDioxin intégrées fonctionnant à ce jour garantissent une élimination simultanée des Nox de plus de 90% et des dioxines en quantité encore plus significative. Des efficiences encore supérieures peuvent être obtenues en augmentant le quantitatif du catalyseur. La configuration des carters généralement employés à ce jour, se 15 caractérise par le fait que les fumées polluantes entrent dans le carter, en utilisant simultanément tout le catalyseur. Un exemple de configuration connue d'un tel carter est illustré par les Figures à caractère schématique 1 (vue de face et en coupe), 2 (vue en plan et en coupe) et 3 (vue de côté et en coupe) des dessins annexés. Les fumées passent par le catalyseur avec un flux latéral, vertical ou horizontal (figure 4: catalyseur de type "Nid d'Abeille" et figure 5: catalyseur en granulés); il s'agit de réacteurs de type à lit fixe fonctionnant avec des pertes de charge basses, même à hautes vitesses spatiales et avec une consommation énergétique basse. Grâce à la haute activité du catalyseur qu'à la flexibilité du dessin du réacteur, il est possible de trouver la solution la plus économique à chaque exigence (relativement à l'élimination des polluants sus-décrits, à la consommation d'ammoniac, à la température, aux pertes de charge, aux espaces disponibles, etc.). Le catalyseur, dans le domaine des DeNOx et DeDioxin, est normalement constitué par TiO2/V03N205. Le rapport des composants oxygénés est variable selon qu'il soit nécessaire d'obtenir la prévalence DeNOx ou de DeDioxin. La présence de 02 dans les fumées augmente l'efficience aussi bien de DeNOx que de DeDioxin. Chaque système unique (DeNOx) ou intégré (DeNOx et DeDioxin) est constitué par un carter contenant le catalyseur traversé simultanément par le flux des aériformes (Figures 1, 2 et 3). Généralement, le système standard DeNOx-De-Dioxin intégré, est prévu pour opérer à une pression maximale positive ou négative de 4000 Pa et une température maximale de 400 C. Il est compréhensible que lorsque la prévalence disponible sera supérieure, le système sera d'autant plus compact: les pertes de charges varient normalement de 500 à 1000 Pa. Si les fumées en 10 entrée contiennent de hautes concentrations de poussières, il se vérifie un accroissement rapide de AP et aussi une perte d'efficience rapide du catalyseur. L'inconvénient engendré par le système susdit résulte de la discontinuité dans le procédé de dépuration, vu que celui-ci doit être périodiquement arrêté, en même temps que le procédé primaire, dans les cas suivants: a) pour la régénération/substitution du catalyseur à cause du lent et naturel désamorçage afin d'enrayer le processus lent et naturel de désamorçage ou empoisonnement irréversible. Le catalyseur généralement travaille de façon satisfaisante pendant 3-5 ans; b) si la présence des poussières dans les fumées se traduit par une 20 augmentation significative des pertes de charge et, par conséquent, par une désactivation par colmatage du catalyseur, le catalyseur doit être déposé pour une régénération mécanique. c) pour les colmatages dûs à la formation de sulfate d'ammonium dans les cas de procédés à basses températures (au-dessous du point de rosée) qui se 25 résolvent par une élévation de température. La nouveauté et l'originalité de l'invention, objet de la présente demande de brevet, consiste dans le critère de construction du carter du DeNOx-DeDioxin; le catalyseur est logé dans des cellules fermées, qui ne sont pas communicantes entre elles, et protégées par des filtres antipoussières logés dans la partie haute 30 des cellules. De cette façon, les fumées polluantes, plutôt que se distribuer dans un unique logement contenant le catalyseur, comme dans les installations traditionnelles, peuvent entrer dans toutes les cellules, ou bien dans certaines d'entre elles seulement, en excluant les cellules restantes du flux des fumées et donc de l'activité dépuratrice. Cette possibilité est réalisée en dotant le carter d'un collecteur d'adduction des fumées ayant un raccordement et une vanne pour chaque cellule. Pareillement, en sortie de chaque cellule, les fumées dépurées passent par des raccordements reliés à un collecteur général de sortie. Chaque raccordement autant en entrée qu'en sortie de chaque cellule, est pourvu d'une vanne automatique avec le but de rendre le fonctionnement de chaque cellule 10 indépendante de celui des autres. Autrement dit, chacune des cellules contenant le catalyseur est raccordée séparément, d'une part, par un premier raccord, au collecteur d'adduction des polluants aériformes et, d'autre part, après dépuration de ces derniers, par un deuxième raccord, au collecteur de sortie. D'autre part, chaque raccord reliant une cellule, d'une part, au collecteur d'entrée et, d'autre 15 part, au collecteur de sortie, est muni d'une vanne automatique permettant d'exclure, par sa fermeture, le passage des polluants aériformes à travers ladite cellule, tout en permettant le fonctionnement des cellules restantes. Par exemple, quant les vannes d'entrée et sortie d'une cellule sont fermées, celle-ci est exclue du passage des fumées, tandis que les autres continuent à travailler. Dans ce 20 cas, le catalyseur contenu dans la cellule non opérante, peut être enlevé ou régénéré sans arrêter l'installation de dépuration et le procédé primaire relatif. La modularité atteinte avec cette nouvelle conception de l'installation de dépuration permet d'éviter ou de minimiser les temps d'arrêt de l'installation, vue que les inconvénients cités aux points a) et b) cidessus, c'est-à-dire les 25 inconvénients résultant des éventuels remplacements ou nettoyages des filtres et du catalyseur, peuvent être exécutés en enlevant ou en intervenant sur une ou plusieurs cellules, tandis que les cellules restantes, qui n'ont pas été exclues par le flux de fumées, continuent à opérer. Autrement dit, le catalyseur et/ou son filtre peuvent être retirés de l'une quelconque des cellules pour procéder au 30 remplacement et/ou au nettoyage dudit catalyseur ou dudit filtre, pendant le fonctionnement de l'installation, c'est-à-dire sans arrêter le procédé de dépuration et donc le procédé primaire. Aussi l'inconvénient mentionné au point c) est facilement surmonté avec le système de construction objet de la présente demande de brevet. C'està-dire que la modularité du système constructif permet de procéder aux régénérations périodiques du catalyseur, par surchauffage, cellule par cellule, sans arrêter 5 I'installation, seulement pour les cellules qui le nécessitent, en économisant sur le dimensionnement du ventilateur de tirage et du moteur relatif et de tous les appareillages installés en aval du Denox-DeDioxin qui autrement devraient être adaptés à un débit de fumées volumétriquement supérieur, nécessaire dans les périodes de régénération dans les cas o, au lieu de procéder à une 10 régénération cellule par cellule, on procède à une régénération simultanée de tout le catalyseur. L'invention permet, en plus, de réaliser des économies, sur le coût énergétique de la régénération et en procurant, en outre, un indubitable avantage écologique, vu que des quantités inférieures d'éventuelles substances polluantes sont libérées dans l'atmosphère, par l'effet du surchauffage, et tandis 15 que les temps d'indisponibilité annuelle de l'installation de dépuration des fumées sont inférieurs. Pour cela, il s'ensuit que la nouvelle configuration constructive du carter étudiée pour la dépuration catalytique des gaz, fumées et vapeurs contenants des oxydes d'azote NO, NO2 et N20, dioxines et furannes, résultants de 20 procédés tels que spécifiés ci-dessus, peut être efficacement utilisée aussi quand les fumées et les vapeurs contiennent en mélange, ou non, avec ces composés, des autres gaz polluants comme par exemple l'oxyde de carbone (CO), métaux lourds et VOC, en employant le catalyseur approprié, indépendamment et/ou avec les autres catalyseurs prévus pour le traitement des oxydes d'azote et des 25 dioxines. Un exemple de réalisation d'une installation modulaire de dépuration de gaz, fumées ou vapeurs, selon l'invention, est illustré aux figures 6 à 9. La figure 6 est une vue de face, à caractère schématique et en coupe, de cette installation, considérée selon la coupe 6-6 de la figure 8. La figure 7 est une vue en coupe selon la ligne 7-7 de la figure 6. La figure 8 est une vue en coupe selon la ligne 8-8 de la figure 6, et, La figure 9 est une vue en coupe suivant la ligne 9-9 de la figure 6. Sur ces figures: - la référence 1 illustre la configuration constructive à cellules indépendantes du carter, désignée dans son ensemble avec ses 5s composants fonctionnels: préfiltres, collecteurs, raccordements et vannes; - la référence 2 désigne le collecteur d'entrée et ses raccordements munis de leur vanne; - la référence 3 désigne le collecteur de sortie et ses raccordements 10 munis de leur vanne; - la référence 4 désigne le collecteur de régénération; - la référence 5 désigne les préfiltres; - la référence 6 désigne le catalyseur; - la référence 7 désigne les raccordements des cellules indépendantes 15 10 au collecteur d'entrée 2. - la référence 8 désigne les raccordements des cellules indépendantes au collecteur de sortie 3. - la référence 9 désigne les raccordements des cellules indépendantes au collecteur de régénération 4; - la référence 10 désigne les cellules indépendantes. REVENDICATIONS 1. - Configuration constructive à cellules indépendantes du carter du dépurateur DeNOx-DeDioxin pour la dépuration catalytique des gaz, fumées et vapeurs 5 contenants des oxydes d'azote NO, NO2 et N20, avec ou sans dioxines et furannes, à la fois avec ou sans oxydes d'azote, résultant des procédés de combustion ou de thermodestruction des déchets civils, industriels, hospitaliers, dangereux, et boues et/ou autres procédés, caractérisée par le fait que chacune des cellules (10) contenant le catalyseur (6) est reliée 10 séparément, d'une part, au collecteur d'adduction des polluants aériformes (2) et, d'autre part, après dépuration de ceux-ci, au collecteur de sortie (3). 2. Configuration constructive, selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque raccord (7, 8) reliant une cellule (10) aux collecteurs (2, 3) est doté, soit en entrée, soit en sortie, d'une vanne automatique permettant d'exclure, 15 par sa fermeture, le passage des polluants aériformes à travers ladite cellule, tout en permettant le fonctionnement des cellules restantes. 3. Configuration constructive selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le catalyseur peut être enlevé avec son filtre de la cellule respective (10) pour procéder au remplacement ou au nettoyage dudit 20 catalyseur ou dudit filtre, pendant le fonctionnement de l'installation, sans arrêter le procédé de dépuration et donc le procédé primaire. 4. Configuration constructive du carter du dépurateur DeNOx, DeDioxin et DeNOx-DeDioxin, selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le catalyseur (6) est contenu dans des cellules 25 fermées (10), chacune desquelles étant reliée par un premier raccord (7) au collecteur d'adduction des polluants aériformes (2) et, après dépuration de ces derniers, par un deuxième raccord (8), au collecteur de sortie (3). 5. Configuration constructive du carter du dépurateur DeNOx-DeDioxin pour la dépuration catalytique des gaz, fumées et vapeurs contenant des oxydes 30 d'azote NO, NO2 et N20, dioxines et furannes, oxydes de carbone CO, métaux lourds et VOC, résultant des procédés de combustions/thermodestruction des déchets civils, industriels, hospitaliers, dangereux, et boues et/ou autres procédés, selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que les cellules contenant le catalyseur sont indépendantes et isolées entre elles et que, de ce fait, ladite 5 configuration constructive permet la régénération du catalyseur, par élévation de la température, cellule par cellule.