Brevet FR2855983A1 — publié le 20041217

La présente invention concerne une installation d'épuration de fumées par lavage, ainsi qu'un procédé de mise en oeuvre de cette installation. De nombreux procédés génèrent des fumées ou des effluents gazeux qui nécessitent un traitement avant de pouvoir être rejetés à l'atmosphère. Par exemple, on peut citer les fumées résultant d'une incinération de déchets, de la régénération des catalyseurs, de la combustion de 10 charbon ou de fuel en vue de la production d'énergie. Parmi les nombreux procédés offerts pour le traitement des fumées, les procédés humides occupent une place particulière. Dans ces procédés, le gaz est mis en contact après un conditionnement et un dépoussiérage éventuel avec 15 un ou plusieurs liquides de lavage dans une ou plusieurs installations d'épuration par lavage, encore dénommées laveurs. Quand les gaz contiennent des polluants tels que l'acide chlorhydrique, le dioxyde de soufre ou le mercure 20 cette opération d'épuration par voie humide, dite lavage, est habituellement conduite en deux étapes. Le premier laveur, opéré à un pH normalement acide va capter les polluants comme l'acide chlorhydrique, l'acide fluorhydrique et une partie des métaux lourds, tandis que 25 le second laveur, qui opère usuellement à un pH plus élevé que le premier, va capter plus particulièrement le dioxyde de soufre. Parfois, un troisième laveur suit. Chacune de ces opérations, qui sont effectuées avec des solutions de lavage distinctes, nécessite un laveur 30 séparé ce qui non seulement alourdit le coût de l'investissement initial, mais également occupe davantage d'espace au sol et en hauteur. De plus, afin de convenablement séparer les circuits hydrauliques entre les laveurs, on dispose souvent de séparateurs et/ou de dévésiculeurs entre les laveurs. Ceci accroît encore la complexité de l'installation. En effet, en sus des séparateurs et/ou dévésiculeurs eux-mêmes, de la tuyauterie supplémentaire pour les circuits de drains et de rinçage doit être installée, ainsi que de l'instrumentation. Des intégrations verticales, plaçant un laveur audessus de l'autre ont été proposées. Cependant si on utilise deux technologies différentes comme un garnissage et des pulvérisateurs pour lesquelles les vitesses de 10 passage des fumées sont assez différentes, ceci conduit à des agencements avec des sections de différents diamètres, assez hauts et coûteux à construire. Dans ces conditions, la présente invention a pour but de remédier à ces différents inconvénients. A cet effet, elle a pour objet une installation d'épuration de fumées par lavage, comprenant: - une enveloppe dans laquelle sont respectivement ménagées une entrée des fumées à épurer et une sortie des fumées épurées; - des moyens de séparation définissant, au sein de l'enveloppe, une première région de circulation des fumées, débouchant dans l'entrée, au sein de laquelle les fumées sont destinées à s'écouler de façon descendante, ainsi qu'une seconde région de circulation des fumées, 25 débouchant dans la sortie, au sein de laquelle les fumées sont destinées à s'écouler de façon ascendante, ces deux régions s'étendant de part et d'autre des moyens de séparation; - un passage ménagé dans la partie basse de 30 l'enveloppe, assurant la mise en communication mutuelle des deux région; - des premiers moyens de mise en contact d'un premier liquide de lavage avec les fumées, prévus dans la première région; - des premiers moyens de séparation, aptes à retenir l'entraînement du premier liquide de lavage dans les fumées, qui sont prévus dans la seconde région; - des seconds moyens de mise en contact d'un 5 second liquide de lavage, distinct dudit premier liquide de lavage, avec les fumées, qui sont prévus dans la seconde région, en aval des premiers moyens de séparation; et des seconds moyens de séparation, interposés entre les premiers moyens de séparation et les seconds moyens de 10 mise en contact, ces seconds moyens de séparation étant aptes à collecter le second liquide de lavage, de manière à empêcher ce dernier de retomber vers un fond de l'installation. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: - la première région, délimitée par les moyens de séparation, présente une section transversale qui représente entre 25 et 60%, de préférence entre 30 et 50%, de la section totale de l'enveloppe; - il est en outre prévu des moyens de mise en 20 contact des fumées avec un liquide de lavage supplémentaire, analogue au premier liquide de lavage, qui sont prévus dans la seconde région, en amont des premiers moyens de séparation; - le passage est délimité par une extrémité 25 inférieure des moyens de séparation; l'entrée est ménagée latéralement dans l'enveloppe; - la première région s'étend uniquement sur une partie de la hauteur de l'enveloppe, la section 30 transversale de la seconde région augmentant vers le haut, jusqu'à atteindre la totalité de la section transversale de l'enveloppe; - les moyens de séparation comprennent une paroi oblique, s'étendant à la fois vers le bas et vers l'intérieur de l'enveloppe depuis l'entrée, ainsi qu'une paroi verticale s'étendant vers le bas depuis l'extrémité inférieure de la paroi oblique; - les premiers moyens de séparation comprennent un dévésiculeur à chevrons à un ou deux étages; - les seconds moyens de séparation comprennent un collecteur à plaques inclinées. L'invention a également pour objet un procédé de mise en oeuvre de l'installation telle que définie ci-dessus, 10 caractérisé en ce qu'on admet les fumées par l'entrée, on les dirige vers le bas le long de la première région, à une vitesse comprise entre 2.5 et 10 m/s, on les admet au travers du passage, puis on les fait circuler vers le haut au sein de la seconde région, à une vitesse comprise entre 15 2 et 6 m/s au moins en amont de cette seconde région. Selon une autre caractéristique de l'invention, on récupère par gravité le premier liquide de lavage au niveau d'un fond de l'enveloppe. L'invention va être décrite ci-après, en référence aux 20 dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple non limitatif, dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une installation d'épuration de fumées, par lavage, qui est conforme à l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe selon la ligne II-II à la figure 1, illustrant plus particulièrement le fond de l'installation de la figure 1; et - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale, analogue à la figure 1, mettant plus particulièrement en 30 évidence les différentes zones fonctionnelles de l'installation d'épuration des figures précédentes. Comme le montre notamment la figure 1, les fumées à épurer (1) sont introduites dans une ouverture latérale (102), formant entrée de l'installation d'épuration, ou laveur. Celui-ci comporte une enveloppe externe (10), de forme allongée, qui présente une section globalement constante, par exemple circulaire. Les fumées sont admises dans l'entrée (102) après 5 éventuellement une étape de trempe dans un quench (101) à pulvérisateurs (103). Cette étape de trempe est optionnelle et les fumées peuvent être introduites directement dans le laveur par l'entrée latérale (102). Les fumées sont ensuite dirigées vers le bas du laveur 10 par des parois respectivement oblique (104) et verticale (105). La paroi verticale (105) divise le laveur fonctionnellement en deux régions de circulation des fumées, respectivement descendante (I) et ascendante (II). La section transversale (SI) de la région descendante (I) 15 occupe entre 25 et 60%, de préférence entre 30 et 50%, de la section totale (S) du laveur. Lors de leur trajet descendant, les fumées sont mises en contact avec un premier liquide de lavage par le biais de premiers moyens de mise en contact (107), représentés 20 sur la figure 1 comme des pulvérisateurs, mais pouvant également être un garnissage. Le liquide de lavage (2), provenant du fond (108) du laveur, directement ou par le biais de bacs intermédiaires, est dirigé vers ces moyens de mise en contact (107) par des pompes ou tout autre moyen 25 non représenté ici. Vers le bas du laveur, la paroi verticale (105) est interrompue ou découpée et, par l'ouverture (106) ainsi réalisée, les fumées (3), déjà partiellement épurées, effectuent un demi-tour dans le laveur. Elles passent alors 30 de l'autre côté de la plaque (105) et sont dirigées vers la région ascendante (II). L'ouverture (106) peut, à titre d'exemple, être délimitée par l'arête supérieure de la plaque (105) et le niveau de liquide maintenu dans le fond (108) du laveur, comme illustré à la figure 2. Cette disposition est d'ailleurs la variante préférée d'exécution car elle permet d'assurer aux fumées partiellement épurées (3) un contact supplémentaire avec le liquide (2), au niveau de la surface libre de ce liquide présent dans le fond du laveur (108). Les fumées poursuivent alors leur épuration dans un mouvement ascendant, en amont de la région ascendante (II), o elles sont mises en contact de manière optionnelle avec un liquide de lavage supplémentaire (4), provenant aussi 10 pour tout ou partie du fond du laveur (108). Un appoint d'eau, non représenté, est réalisé dans le laveur pour compenser si nécessaire des pertes liées à l'évaporation. Le liquide supplémentaire (4) est sensiblement analogue au premier liquide (2), en ce sens qu'il a 15 sensiblement la même composition que ce liquide (2) mais qu'il peut également contenir des additifs ou de l'eau d'appoint. Les fumées traversent alors un premier moyen de séparation, à savoir un dévésiculeur (110) dont la fonction est d'éviter une contamination des étages supérieurs par le 20 premier liquide de lavage entraîné par les fumées. Ce dévésiculeur (110) peut être, par exemple, un séparateur à chevrons à un ou deux étages. Les liquides collectés par ce séparateur (110) sont, de manière non représentée sur la figure 1, retournés vers le fond (108) 25 du laveur. Il est à noter que, puisque le gaz progresse selon un mouvement ascendant et que les séparateurs (110) sont intégrés dans le laveur, aucun circuit particulier peut n'être nécessaire pour retourner les liquides collectés vers (108), l'action de la gravité se révélant 30 suffisante. A ce stade, dans le cas de fumées (1) contenant à la fois du dioxyde de soufre et de l'acide chlorhydrique, les fumées ont été débarrassées par exemple de plus de 90% de l'acide chlorhydrique initialement contenu, mais conservent encore une fraction significative, par exemple supérieure à 40%, du dioxyde de soufre initialement contenu dans (1) Les fumées entrent alors dans des zones du laveur qui sont fonctionnellement équivalentes à ce que serait un second 5 laveur séparé, dans une configuration plus classique à deux laveurs. Les fumées, dans leur mouvement vertical ascendant, traversent un second moyen de séparation, qui est un collecteur de liquide (111) dont la fonction est de 10 récupérer le liquide de lavage utilisé dans la section supérieure, pour que ce dernier ne contamine pas le liquide contenu dans (108). Ces liquides collectés par la ligne (5) sont dirigés vers un bac externe non représenté, en vue d'être neutralisés et réinjectés par les lignes (6) et/ou 15 (7) dans le laveur. Les fumées sont mises en contact avec un second liquide de lavage, différent du premier. Cette opération est réalisée grâce successivement à des contacteurs (112) et (113). Ces derniers, qui sont destinés à mettre en 20 contact le second liquide de lavage et les fumées, peuvent être par exemple de type à pulvérisateurs ou à garnissage. Il est possible, selon l'application, de n'utiliser que l'un ou l'autre de ces contacteurs (112) et (113), ou bien les deux. Avant de traverser la zone o la dernière phase de l'épuration se fait dans ce laveur, la section (SII) de la région ascendante (I) s'agrandit, en regard de l'entrée (102), jusqu'à occuper la totalité de la section du laveur, du fait de la présence de la paroi oblique (104). La 30 section d'épuration finale, s'étendant au voisinage des contacteurs (113), occupe donc la totalité de la section du laveur. L'exemple de la figure 1 représente successivement un ensemble de pulvérisation (112) et un garnissage (113). Ces contacteurs (112) et (113) reçoivent du liquide de lavage par les lignes (6) et (7), provenant d'un bac externe non représenté o s'effectue la neutralisation et l'ajout optionnel d'additifs. Les fumées épurées (8) sont évacuées 5 du laveur par une sortie supérieure (12) et peuvent, par exemple, aller vers une cheminée après un dévésiculage final par le biais d'un ventilateur, ou bien être soumises à un traitement complémentaire. La figure 3 explique encore l'invention en montrant 10 les différentes zones fonctionnelles du laveur. Dans la zone (A), o les fumées sont successivement descendantes puis ascendantes, la première étape de lavage se fait. La zone (B), o sont placés les premiers moyens de séparation (110), sert à séparer la zone (D) de la zone (A) 15 et à éviter ainsi que le premier liquide de lavage ne soit dirigé vers cette zone (D) . La zone (C) est la zone du collecteur (111), qui récupère le second liquide ayant servi au lavage dans (D), et évite ainsi que ce second liquide ne soit dirigé vers la zone (A) . La zone (D) assure 20 enfin la seconde étape de lavage. A titre d'exemple, une fumée d'incinération (1) contenant du dioxyde de soufre et de l'acide chlorhydrique verrait l'acide chlorhydrique être lavé dans la zone (A), alors que la zone (D) servirait à capter le dioxyde de 25 soufre non capté dans (A) . Dans un tel exemple, le pH des solutions de lavage dans (A) serait compris entre 0 et 2.5, alors que le pH des solutions de lavage dans (D) serait compris entre 4 et 10, de préférence entre 5 et 8. Fonctionnellement, la zone (A) correspondrait, dans une 30 approche traditionnelle à deux laveurs séparés, au laveur acide alors que la zone (D) correspondrait au laveur neutre ou alcalin. La vitesse des fumées, dans la région descendante (I), est avantageusement comprise entre 2.5 et 10 m/s. Par ailleurs, la vitesse de ces fumées est avantageusement comprise entre 2 et 6 m/s au niveau de l'amont de la seconde région (II), à savoir jusqu'au collecteur (111). En effet, en aval de celui-ci, la vitesse de ces 5 fumées diminue, étant donné que la section transversale de la région (II) augmente. Une telle mesure est avantageuse, puisque le temps de séjour des fumées dans le garnissage (113) se trouve augmenté. REVEND I CATIONS 1. Installation d'épuration de fumées par lavage, comprenant: - une enveloppe (10) dans laquelle sont respectivement ménagées une entrée (102) des fumées à épurer et une sortie (12) des fumées épurées; - des moyens de séparation (104, 105) 10 définissant, au sein de l'enveloppe (10), une première région (I) de circulation des fumées, débouchant dans l'entrée (102), au sein de laquelle les fumées sont destinées à s'écouler de façon descendante, ainsi qu'une seconde région (II) de circulation des fumées, débouchant 15 dans la sortie (12), au sein de laquelle les fumées sont destinées à s'écouler de façon ascendante, ces deux régions (I, II) s'étendant de part et d'autre des moyens de séparation (104; 105) ; - un passage (106) ménagé dans la partie basse de 20 l'enveloppe (10), assurant la mise en communication mutuelle des deux régions (I, II) ; - des premiers moyens (107) de mise en contact d'un premier liquide de lavage avec les fumées, prévus dans la première région (I) ; - des premiers moyens de séparation (110), aptes à retenir l'entraînement du premier liquide de lavage dans les fumées, qui sont prévus dans la seconde région (II) ; - des seconds moyens (112, 113) de mise en contact d'un second liquide de lavage, distinct dudit 30 premier liquide de lavage, avec les fumées, qui sont prévus dans la seconde région (II), en aval des premiers moyens de séparation (110) ; et - des seconds moyens de séparation (111), interposés entre les premiers moyens de séparation (110) et les 1i seconds moyens de mise en contact (112, 113), ces seconds moyens de séparation (111) étant aptes à collecter le second liquide de lavage, de manière à empêcher ce dernier de retomber vers un fond (108) de l'installation. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que la première région (I), délimitée par les moyens de séparation (104, 105), présente une section transversale (SI) qui représente entre 25 et 60%, de préférence entre 30 et 50%, de la section totale (S) de l'enveloppe (10). 3. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'il est en outre prévu des moyens (109) de mise en contact des fumées avec un liquide de lavage supplémentaire, analogue au premier liquide de lavage, qui sont prévus dans la seconde 15 région (II), en amont des premiers moyens de séparation (110) . 4. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le passage (106) est délimité par une extrémité inférieure des 20 moyens de séparation (104, 105). 5. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'entrée (102) est ménagée latéralement dans l'enveloppe (10). 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée 25 en ce que la première région (I) s'étend uniquement sur une partie de la hauteur de l'enveloppe (10), la section transversale (SII) de la seconde région (II) augmentant vers le haut, jusqu'à atteindre la totalité de la section transversale de l'enveloppe (10). 7. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens de séparation comprennent une paroi oblique (104), s'étendant à la fois vers le bas et vers l'intérieur de l'enveloppe (10) depuis l'entrée (102), ainsi qu'une paroi verticale (105) s'étendant vers le bas depuis l'extrémité inférieure de la paroi oblique (104). 8. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les 5 premiers moyens de séparation comprennent un dévésiculeur à chevrons (110) à un ou deux étages. 9. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les seconds moyens de séparation comprennent un collecteur à 10 plaques inclinées (111). 10. Procédé de mise en oeuvre de l'installation d'épuration des fumées selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on admet les fumées par l'entrée (102), on les dirige vers le bas le 15 long de la première région (I), à une vitesse comprise entre 2.5 et 10 m/s, on les admet au travers du passage (106), puis on les fait circuler vers le haut au sein de la seconde région (II), à une vitesse comprise entre 2 et 6 m/s au moins en amont de cette seconde région (II). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on récupère par gravité le premier liquide de lavage au niveau d'un fond (108) de l'enveloppe (10).