Brevet FR2951386A1 — publié le 20110422

PROCEDE ET INSTALLATION DE COMMANDE D'UN LAVEUR HUMIDE La présente invention concerne un procédé de commande d'un laveur humide, ainsi qu'une installation permettant la mise en oeuvre de ce procédé. Les laveurs humides constituent une classe importante des équipements d'épuration des fumées et trouvent des applications régulières dans le domaine de la production d'énergie ou de l'incinération. Dans ces procédés, quand on enlève le dioxyde de soufre SO2 des fumées, celui-ci est absorbé par un ou plusieurs laveurs et, du fait de l'oxydation, naturelle ou forcée, ce dioxyde de soufre se retrouve sous la forme de sulfates dans les laveurs. Pour que l'absorption du SO2 soit efficace, il est nécessaire qu'un composé, neutralisant l'acidité, soit introduit dans les laveurs. Ce composé peut être de la soude, de la chaux, ou pour les plus grosses installations, du calcaire. C'est le cas, en particulier, pour les centrales de production d'énergie. Dans le cas des usines d'incinération, où le polluant acide majoritaire est l'acide chlorhydrique, on utilise, en général, un laveur acide et un laveur alcalin (pour le SO2). Pour des raisons économiques, il peut être intéressant d'utiliser des réactifs neutralisants différents dans les deux laveurs, par exemple de la chaux au premier laveur, et de la soude caustique au second. Dans ce cas, les purges du second laveur sont souvent introduites dans le premier laveur. Dans tous les cas de figure, il y a production de sulfate de calcium di-hydraté (gypse) et il faut éviter une précipitation anarchique et incontrôlée de ce gypse. En effet, une précipitation incontrôlée de gypse peut se traduire par : - des problèmes de dépôt encroûtant, qui vient boucher les canalisations, - une mauvaise qualité de gypse, qui ne permettra pas sa réutilisation, - une captation de SO2 instable et peu fiable. Une situation stable peut devenir instable pour plusieurs raisons. Par exemple, si les laveurs reçoivent un flux important et continu de dioxyde de soufre, qui disparaît ou diminue rapidement, on peut, de par les purges, perdre la quasi-totalité des cristaux et ne plus avoir assez de germes de nucléation pour assurer une précipitation contrôlée, qui devient alors anarchique. Ce cas est assez fréquent en incinération, quand la qualité des produits incinérés peut varier rapidement. Une variation rapide de pH, due par exemple à un défaut de la mesure, peut faire apparaître des conditions où le gypse ne précipite plus. Une apparition de mousse peut aussi se traduire par des pertes de noyaux de cristallisation, ou par leur neutralisation. 2 On peut aussi, dans d'autres périodes transitoires, comme les arrêts ou les démarrages, se trouver dans des conditions où apparaît un manque de cristaux de gypse ou de noyaux propres à assurer une cristallisation maîtrisée. Dans toutes ces situations, un simple recyclage des noyaux, par exemple à l'aide d'un hydro-cyclone comme le propose U5 5,635,149, ne suffit pas. La présente invention vise à proposer un procédé qui est susceptible de prévenir ces situations et d'assurer en permanence des conditions de nucléation et cristallisation contrôlées, et qui est en outre propre à assurer une cristallisation maîtrisée du gypse dans les laveurs humides. A cet effet, elle a pour objet un procédé de commande d'un laveur humide, dans lequel des fumées à épurer, contenant du dioxyde de soufre, sont mises en présence avec un liquide de lavage contenant un réactif de neutralisation, procédé dans lequel : - on détermine un flux de dioxyde de soufre entrant, à savoir en amont du laveur, et on asservit le débit de purge du laveur à la valeur de ce flux de dioxyde de soufre, selon une fonction croissante de cette valeur de flux ; - on prélève un flux de liquide, en aval du laveur, on introduit celui-ci dans un hydro-cyclone ou une batterie d'hydro-cyclones, on mélange au moins une fraction de la surverse de cet hydro-cyclone ou de cette batterie d'hydro-cyclones avec de l'eau de dilution, on mesure le pH de ce mélange et on asservit, à cette mesure de pH, la quantité de réactif de neutralisation introduite dans le laveur ; - on mesure la teneur des fumées en composés organiques totaux ou en composés organiques volatils, en amont du laveur, et on déclenche l'injection dans ce laveur d'un produit anti-mousse, si cette mesure excède un seuil préétabli ; - au moins lors du démarrage du laveur, on injecte du lait de gypse ou du gypse de façon à créer un ensemencement en noyaux de gypse. Selon d'autres caractéristiques : - on asservit le débit de purge du laveur au flux entrant de dioxyde de soufre, selon la formule : Q, = K*Q2, où Q, est le débit de purge du laveur, K est une constante positive et Q2 est le flux de dioxyde de soufre entrant dans le laveur ; - le rapport de flux, entre la quantité d'eau de dilution et la partie de surverse mélangée à cette eau, est compris entre 0.5:1 et 20:1, de préférence entre 2:1 et 10:1 ; - on choisit une valeur de pH seuil, comprise entre 0.5 et 7.5, de préférence entre 1.0 et 3.5, notamment voisine de 2, et on fait varier la quantité de réactif de neutralisation introduite dans le laveur, de sorte que le pH du mélange mesuré se rapproche de ladite valeur seuil ; - le seuil préétabli au-delà duquel on déclenche l'injection d'un produit anti-mousse est compris entre 50 et 200 mg/Nm3 de COV (composés organiques volatils) ou de COT (composés organiques totaux) ; - on injecte le produit anti-mousse, selon une quantité comprise entre 10 et 200 ml/m3 de purge du laveur ; - la phase de démarrage du laveur correspond aux 24 premières heures, de préférence aux 12 premières heures d'utilisation du laveur ; - on injecte le gypse ou le lait de gypse, de façon à induire une concentration de 2 à 20 g/I de gypse dans le liquide de lavage. L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, comprenant : - des moyens de détermination du flux de dioxyde de soufre entrant dans le laveur ; - des moyens d'asservissement du débit de la purge du laveur, propres à coopérer avec ces moyens de détermination; - des moyens de mesure du pH ; - des moyens d'asservissement de la quantité de réactif neutralisant introduite dans le laveur, propres à coopérer avec ces moyens de mesure ; - des moyens d'injection d'un produit anti-mousse ; et - des moyens d'injection de gypse ou de lait de gypse dans le laveur. L'invention va être décrite ci-après, en référence à la figure unique, laquelle est une vue schématique illustrant une installation de commande d'un laveur humide conforme à l'invention. L'invention propose un procédé de commande d'un laveur humide destiné à maximiser et à sécuriser la captation des SOx, tout en minimisant les risques de précipitation incontrôlée, et en maintenant de manière fiable le pH dans une zone optimale. En référence à la figure unique, on retrouve un laveur humide de type classique, désigné dans son ensemble par la référence 201. De façon habituelle, ce laveur reçoit des fumées à épurer, véhiculées par la ligne 1, lesquelles sont mises en présence d'un liquide contenant un réactif de neutralisation, véhiculé par la ligne 9. Selon une première caractéristique de l'invention, on asservit la purge du laveur au flux entrant de dioxyde de soufre SO2. Sur la figure, cette purge est matérialisée par la ligne 3. Selon l'invention, on impose un débit de purge 3 calculé selon une fonction préétablie et croissante du flux de SO2. Pour clarifier davantage cette disposition, on asservit un débit de purge du laveur, par exemple exprimé en mètres cube par heure, à un flux de dioxyde de soufre, par exemple exprimé en kilogrammes par heure. On peut ainsi utiliser une fonction linéaire : Q, = k (Q2) où Q, est le débit de purge, k est une constante positive prédéterminée et Q2 est le flux de SO2 pénétrant dans le laveur. Ce flux de SO2 est déterminé, par exemple, à partir d'une mesure de la concentration de SO2 présent dans les fumées en amont du laveur. Cette mesure peut être mise en oeuvre par un analyseur 101 de tout type approprié. Le flux est alors obtenu en multipliant cette mesure de concentration par le débit global de fumées 1. Une précipitation anarchique et non contrôlée de gypse peut se faire n'importe où, y compris sur les électrodes de pH, ce qui empêche leur bon fonctionnement. Or, un contrôle de pH précis est nécessaire, tant pour assurer la captation de certains polluants, comme le mercure, que pour prévenir des situations comme un pH beaucoup trop bas, qui empêche une bonne cristallisation du gypse et aggrave les problèmes liés aux fluorures comme la corrosion. Il est donc critique de disposer d'une mesure de pH fiable. Aussi, selon une seconde caractéristiques de l'invention, on mesure le pH des liquides du laveur considéré après dilution de ce liquide par de l'eau, débarrassée des matières en suspension comme le gypse par un hydro-cyclone, ou des multi cyclones. Cette disposition peut être comprise en se référant à la figure unique. Un flux 4 des liquides dans le laveur 201 est extrait, de préférence à l'aval des pompes de recirculation du laveur, et alimente un hydro-cyclone ou une batterie d'hydro- cyclones 301. La sous verse 5 de cet hydro-cyclone ou de cette batterie d'hydro-cyclones est évacuée, de manière préférée retournée au laveur 201. De plus, la surverse 6 est éventuellement divisée en un flux 6' évacué, et un flux 6" utilisé pour la dilution. Dans la variante préférée, la totalité du flux de surverse de l'hydro-cyclone est utilisée pour la dilution, et le flux 6' est nul. Ce flux 6" est mélangé à de l'eau 7, avant mesure par un pH-mètre 401, qui sert à piloter l'adjonction du réactif neutralisant 9. Le flux résultant 8 est évacué, ou bien retourné au laveur 201. De manière préférée le rapport de dilution entre, d'une part, le flux d'eau fraîche de dilution apportée par 7 et, d'autre part, le flux de la fraction 6" des liquides du laveur, est compris entre 0.5 : 1 et 20 : 1, de préférence entre 2 : 1 et 10 : 1. De tels rapports de dilution mettent l'électrode de pH à l'abri de problèmes liés à la température, et à la saturation du gypse, et limitent fortement l'attaque de l'électrode par le fluor. Cette mesure de pH, fiabilisée, sert à piloter l'appoint de réactif neutralisant 9 au laveur. De façon typique, on choisit une valeur de pH seuil, par exemple comprise entre 0.5 et 7.5. Dans le cas de l'incinération, cette valeur est avantageusement comprise entre 1.0 et 3.5, notamment voisine de 2. Puis, on va faire varier la quantité de réactif de neutralisation admise dans le laveur, afin que la valeur de pH, telle que mesurée ci-dessus, se rapproche de cette valeur seuil. D'autre part, la présence de mousses en quantité importante est très préjudiciable au bon fonctionnement du laveur et peut empêcher de maintenir une qualité et une quantité de gypse ou de noyau de gypse satisfaisantes. Les agents, qui provoquent ces phénomènes de moussage, sont des agents organiques dont on peut détecter la présence. Aussi, selon une autre caractéristique de l'invention, on déclenche l'injection d'un produit surfactant anti-mousse, par la ligne 10, si la concentration en composés organiques totaux COT ou bien la concentration en composés organiques volatils COV excède un seuil préétabli. A titre d'exemple non limitatif, la valeur de ce seuil est par exemple comprise entre 50 et 200 mg/Nm3. Le produit surfactant, à action anti-mousse, peut être de tout type approprié. On citera par exemple à titre non limitatif, les huiles silicones, les mélanges d'émulsifiants non ioniques, de savon et d'hydrocarbures, ainsi que les mélanges d'acide gras et d'alcools supérieurs avec des hydrocarbures. La quantité d'agent injecté dépend bien entendu de son efficacité. A titre d'exemple non limitatif, on peut citer une quantité comprise entre 10 et 200 ml d'agent anti-mousse injecté, par mètre cube de purge. Selon l'invention, un analyseur 102, situé sur le chemin des fumées en amont du laveur, pilote cette injection. En d'autres termes, lorsque l'analyseur détecte que la teneur en composés organiques est supérieure au seuil préétabli, il commande l'injection de produits surfactants, par la ligne 10. Enfin, il est possible que la concentration en gypse dans le laveur soit nulle, en particulier lors du démarrage de ce laveur. Aussi, entre autres pour ces cas, selon une dernière disposition de l'invention, on injecte par la ligne 11 dans le laveur, un lait de gypse ou bien du gypse, de façon à assurer un ensemencement. Il s'agit donc d'éviter la nucléation homogène, peu contrôlable et susceptible de se produire d'un seul coup quand on excédera une certaine sursaturation. Il s'agit également de favoriser la croissance sur des germes introduits ou conservés dans le laveur. La phase de démarrage correspond, par exemple aux 24 premières heures, en particulier aux 12 premières heures de fonctionnement du laveur. De plus, l'injection du gypse ou du lait de gypse, lors de cette phase de démarrage, permet avantageusement d'obtenir une concentration comprise entre 2 et 20 g/I de gypse dans ce laveur. Grâce à un contrôle strict des conditions de nucléation, du pH et des phénomènes de moussage, l'invention permet de faire fonctionner le laveur dans des conditions où, à la fois on maximise la captation des oxydes de soufre et du mercure, tout en évitant les problèmes de dépôts incontrôlés de gypse dans le laveur et ses canalisations. Dans ce qui précède, le procédé de commande conforme à l'invention fait intervenir la combinaison de quatre opérations : asservissement de la purge du laveur au flux de dioxyde de soufre ; asservissement de la quantité de réactif neutralisant à la mesure de pH ; injection de produit anti-mousse, si la teneur en composés organiques dépasse un seuil préétabli ; et injection de gypse ou de lait de gypse. Cependant, à titre de variante, il est à noter que chacune de ces opérations peut être mise en oeuvre indépendamment, à savoir sans que les trois autres ne soient réalisées. De plus, on peut mettre en oeuvre toute combinaison possible, faisant intervenir deux de ces opérations. Enfin, on peut également mettre en oeuvre toute combinaison possible, faisant intervenir trois de ces opérations. REVENDICATIONS1.- Procédé de commande d'un laveur humide (201), dans lequel des fumées à épurer (1), contenant du dioxyde de soufre, sont mises en présence avec un liquide de lavage contenant un réactif de neutralisation (9), procédé dans lequel : - on détermine un flux de dioxyde de soufre entrant, à savoir en amont du laveur, et on asservit le débit de purge (3) du laveur à la valeur de ce flux de dioxyde de soufre, selon une fonction croissante de cette valeur de flux ; - on prélève un flux de liquide, en aval du laveur (201), on introduit celui-ci dans un hydro-cyclone ou une batterie d'hydro-cyclones (5), on mélange au moins une fraction (6") de la surverse (6) de cet hydro-cyclone ou de cette batterie d'hydro-cyclones avec de l'eau de dilution (7), on mesure le pH de ce mélange et on asservit, à cette mesure de pH, la quantité de réactif de neutralisation introduite dans le laveur ; - on mesure la teneur des fumées en composés organiques totaux ou en composés organiques volatils, en amont du laveur, et on déclenche l'injection dans ce laveur d'un produit anti-mousse (10), si cette mesure excède un seuil préétabli ; - au moins lors du démarrage du laveur, on injecte du lait de gypse ou du gypse (11) de façon à créer un ensemencement en noyaux de gypse. 2.- Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on asservit le débit de purge du laveur au flux entrant de dioxyde de soufre, selon la formule : Q, = K*Q2, où Q, est le débit de purge du laveur, K est une constante positive et Q2 est le flux de dioxyde de soufre entrant dans le laveur. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le rapport de flux, entre la quantité d'eau de dilution (7) et la partie (6") de surverse mélangée à cette eau, est compris entre 0.5 : 1 et 20 : 1, de préférence entre 2 : 1 et 10 : 1. 4.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on choisit une valeur de pH seuil, comprise entre 0.5 et 7.5, de préférence entre 1.0 et 3.5, notamment voisine de 2, et on fait varier la quantité de réactif de neutralisation introduite dans le laveur, de sorte que le pH du mélange mesuré se rapproche de ladite valeur seuil. 5.- Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le seuil préétabli au-delà duquel on déclenche l'injection d'un produit anti-mousse est compris entre 50 et 200 mg/Nm3 de COV (composés organiques volatils) ou de COT (composés organiques totaux). 6.- Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'on injecte le produit anti-mousse, selon une quantité comprise entre 10 et 200 ml/m3 de purge du laveur. 7.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la phase de démarrage du laveur correspond aux 24 premières heures, de préférence aux 12 premières heures d'utilisation du laveur. 8.- Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on injecte le gypse ou le lait de gypse, de façon à induire une concentration de 2 à 20 g/I de gypse dans le liquide de lavage. 9.- Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant : - des moyens de détermination du flux de dioxyde de soufre entrant dans le laveur ; - des moyens d'asservissement du débit de la purge du laveur, propres à coopérer avec ces moyens de détermination; - des moyens de mesure du pH ; - des moyens d'asservissement de la quantité de réactif neutralisant introduite dans le laveur, propres à coopérer avec ces moyens de mesure ; - des moyens d'injection d'un produit anti-mousse ; et - des moyens d'injection de gypse ou de lait de gypse dans le laveur.