Brevet FR3006602A1 — publié le 20141212

DISPOSITIF DE TRAITEMENT D'AU MOINS UN FLUX D'EFFLUENTS GAZEUX La présente invention concerne un dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux, plus particulièrement un flux d'effluents gazeux pollués en vue de sa dépollution. On sait que de nombreux effluents gazeux sont pollués. Afin de les dépolluer, il 5 existe des solutions de l'art antérieur qui consistent à traiter ces effluents dans une ligne comprenant plusieurs réacteurs ayant chacun une fonction. Un traitement connu consiste à soumettre le flux gazeux à un bombardement d'électrons à haute énergie, dans un des réacteurs de la ligne. Si les gaz sont associés à des réactifs adaptés, le bombardement d'électrons 10 assure une ionisation et une excitation des molécules contenues dans l'effluent gazeux, notamment des molécules polluantes. Les réactifs présents et les radicaux libres engendrés par le bombardement d'électrons vont réagir avec les composés polluants de l'effluent gazeux pour donner des produits non polluants d'une part sous forme de précipités et des produits gazeux débarrassés des 15 produits polluants. On obtient ainsi à partir de gaz contenant des oxydes de soufre et des oxydes d'azote, des sulfates d'ammonium et des nitrates d'ammonium. De tels gaz sont issus de raffineries, de l'industrie du pétrole lourd, des incinérateurs ou des aciéries. 20 Les lignes de traitement connues comprennent ainsi plusieurs réacteurs pour introduire les réactifs, pour soumettre à un bombardement électronique, pour récupérer les produits. On peut se reporter à la demande de brevet WO 2010/141306 qui divulgue des agencements de ce type. Dans ces agencements, il s'agit bien d'une ligne de plusieurs réacteurs. On note aussi que le bombardement est perpendiculaire au sens de circulation du flux 5 gazeux. Or, on sait que les électrons perdent rapidement de l'énergie lors des collisions avec les molécules gazeuses du flux gazeux. Les électrons ont donc une très forte énergie dans la couche supérieure et une plus faible énergie dans la couche inférieure du flux. De ce fait le bombardement n'est pas homogène. 10 La seule solution est de diffuser ces électrons en quantité et en énergie suffisante pour qu'ils traitent la couche inférieure de façon adaptée mais alors il y a une sur puissance inutile en partie haute et une perte d'énergie en fond de réacteur, ce qui a toujours un coût. Il existe aussi des besoins de même type pour des applications différentes, 15 notamment dans la fabrication de polymères. Au cours de ces procédés, un bombardement d'électrons peut provoquer la génération de radicaux libres et/ou activer les monomères pour les rendre plus réactifs et assurer une polymérisation plus complète, plus rapide ou rendre possibles des greffages en présence de catalyseurs. 20 Le but de la présente invention est de permettre un traitement efficace de gaz dans un réacteur unique en les soumettant à un bombardement par un faisceau d'électrons. A cet effet, le dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux, notamment un flux d'effluents gazeux pollués, comprend un réacteur unique et au moins : 25 - des moyens d'entrée du au moins un flux gazeux dans le réacteur unique, - des moyens d'émission d'un faisceau d'électrons dans ledit réacteur, ce faisceau étant orienté sensiblement dans le sens de circulation du flux gazeux entré dans le réacteur unique, et - des moyens de sortie du réacteur unique des produits gazeux ayant subi le traitement par faisceau d'électrons. Quant au procédé de traitement d'au moins un flux gazeux selon l'invention, il comprend au moins les étapes suivantes : introduire au moins un flux gazeux, - introduire au moins un réactif, soumettre le flux gazeux et le au moins un réactif à un faisceau d'électrons, - séparer d'une part le ou les produit(s) issus du traitement du au moins un flux gazeux par faisceaux d'électrons et d'autre part les produits gazeux traités, ceci, au sein d'un réacteur unique. Le dispositif et le procédé sont maintenant décrits en détail suivant un mode de réalisation particulier, en regard du dessin annexé, dessin sur lequel la figure 15 unique représente une vue schématique du dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention. Le dispositif qui est maintenant décrit est relatif à un réacteur adapté plus particulièrement au traitement d'un flux d'effluents gazeux pollués mais trouverait une utilisation pour d'autres applications dans lesquels il est 20 nécessaire d'activer des radicaux libres de composés chimiques gazeux, comme dans la chimie des polymères, en présence de catalyseurs par exemple. Le dispositif selon la présente invention comprend un réacteur unique 10, des moyens 12 d'entrée d'au moins un flux 14 gazeux dans le réacteur unique, des moyens 16 d'émission d'un faisceau 18 d'électrons dans ledit réacteur et des 25 moyens 20 de sortie du réacteur unique des produits 22 gazeux ayant subi le traitement par le faisceau d'électrons. Le réacteur unique comporte aussi des moyens 24 de récupération de sous-produits 26 liquides, disposés en partie inférieure dudit réacteur unique. On note que, dans l'agencement tel que représenté schématiquement sur la figure unique, les moyens 12 d'entrée du au moins un flux gazeux sont disposés en haut du réacteur 10 unique, et en ce que les moyens 20 de sortie des produits gazeux sont disposés en bas dudit réacteur 10 unique. Le réacteur unique est une enceinte 28 qui est avantageusement de forme tronconique, voire cylindro-conique. bans le mode préférentiel de réalisation, le au moins un flux 14, gazeux est introduit par les moyens 12 d'entrée et la circulation s'effectue vers les moyens 20 de sortie définissant ainsi une direction D de circulation, symbolisée par une flèche. En l'occurrence, cette direction est, encore plus avantageusement, orientée verticalement. Les moyens 12 d'entrée consiste en au moins un piquage en partie supérieure, latéralement, mais incliné vers le réacteur 10 unique de façon que les éventuels liquides se formant dans ces moyens 12 d'entrée s'écoulent gravitairement dans ledit réacteur 10 unique. Les moyens 16 d'émission d'un faisceau 18 d'électrons dans ledit réacteur 10 sont disposés en partie haute de ce réacteur. Le faisceau 18 d'électrons émis est orienté de façon particulière et sensible pour la présente invention puisque le faisceau 18 doit être orienté dans le sens de circulation du au moins un flux gazeux, c'est-à-dire suivant la direction D de circulation, ceci avec une tolérance de ± 30°, pour obtenir un haut rendement. La puissance du faisceau 18 est adaptée suivant la nature du flux gazeux à traiter d'une part et suivant la réactivité des molécules introduites dans le réacteur 10 unique d'autre part. La géométrie du faisceau 18 d'électrons est adaptée à la géométrie du haut du réacteur de façon à couvrir la section du haut du réacteur, ceci de façon uniforme et homogène. En partie inférieure, les moyens 24 de récupération de sous-produits 26 liquides sont constitués de la partie inférieure du réacteur 10 unique lui-même, de forme tronconique. De façon avantageuse, le pied 30 du réacteur est ainsi de forme cylindrique, dans le prolongement de la forme conique supérieure. Le réacteur 10 unique peut aussi comporter un puits 32 de collecte, ménagé dans sa base, de façon à créer un point bas de collecte au sein même du bain liquide formé en pied de réacteur. Les moyens 20 de sortie des produits gazeux, disposés en bas dudit réacteur 10 unique, comprennent un piquage 34 généralement dirigé soit vers un système de recyclage, soit vers une cheminée 36 avec mise à l'air libre, pour l'application au traitement d'effluents gazeux pollués. Des moyens 38 de circulation, par exemple sous forme de ventilateurs, sont interposés de façon à faire circuler les produits 22 gazeux. On note que le piquage 34 est orienté vers le haut de façon que les éventuels liquides entraînés par les produits gazeux ou formés par exemple par condensation, s'écoulent par gravité vers l'intérieur du réacteur 10 unique. Le réacteur 10 unique est aussi équipé de moyens 40 d'introduction de réactifs permettant l'introduction de ces réactifs dans ledit réacteur 10. Ces moyens 40 d'introduction peuvent prendre la forme d'au moins un piquage 42. bans le mode de réalisation présenté, appliqué au traitement d'un flux d'effluents gazeux pollués, il est prévu, pour le moins, les piquages suivants : un piquage 42-1 d'injection d'eau, un premier piquage 42-2 d'injection d'ammoniaque, un second piquage 42-3 d'ammoniaque, et un piquage 42-4 de recyclage des effluents liquides. Dans le cas des piquages, en fonction des besoins, les piquages peuvent se présenter à l'intérieur du réacteur 10 unique sous forme de couronnes de diffusion à buses par exemple de façon à répartir les fluides et éventuellement à les microniser afin de permettre une plus grande efficacité du bombardement d'électrons comme cela est décrit ci-après. Le dispositif est complété par des moyens 44 de lavage des produits gazeux. Ces moyens 44 peuvent être constitués de buses 46 de pulvérisation d'eau, 5 disposées en sortie du flux gazeux. De façon avantageuse, il est aussi associé au réacteur 10 unique et plus particulièrement au puits 32 de collecte, des moyens 48 de pompage d'une première fraction des sous-produits 26 liquides, fortement concentrée en sels. Pour le recyclage de la seconde fraction des sous-produits 26 liquides, à travers 10 le piquage 42-4 dédié à cet effet, il est prévu des moyens 50 de pompage avec un piquage 42-5 de prélèvement situé en partie supérieure du bain de sous-produits 26 en fond de réacteur. De façon générale, le dispositif comporte un automate 52 de pilotage, symbolisé par le carter incluant des pompes, des capteurs de débit, de pression, de 15 température et des moyens informatiques associés à tous les éléments nécessaires pour piloter et contrôler les réactions au sein du réacteur, les températures de réaction, les temps de séjour des flux gazeux avant et pendant le traitement. Cette instrumentation est connue et n'est pas représentée en détail, car elle est parfaitement à la portée de l'homme de l'art et les 20 composants sont disponibles dans le commerce ou accessibles. Le dispositif comprend aussi un réservoir 54 de stockage des produits liquides fortement concentrés en sels. Le procédé de mise en oeuvre du dispositif est maintenant décrit. Ce procédé consiste en au moins la succession des étapes suivantes : 25 introduire au moins un flux 14 gazeux, introduire au moins un réactif, notamment de l'ammoniaque NH4OH dans le cas d'un procédé visant le traitement d'au moins un flux 14 gazeux du type effluents gazeux pollués, - soumettre le au moins un flux gazeux et le au moins un réactif à un faisceau d'électrons, - séparer le ou les produit(s) liquides issus du traitement d'un flux gazeux par faisceaux d'électrons et d'autre part les produits gazeux traités, 5 ceci au sein d'un réacteur unique. Selon l'exemple détaillé d'application dans la présente invention, le procédé prévoit dans le cas du traitement d'au moins un flux gazeux constitué d'effluents gazeux pollués, un traitement par injection d'eau et d'ammoniaque. L'ammoniac pourrait aussi être injecté sous forme gazeuse. 10 Ainsi, le flux gazeux 14, si l'on n'en introduit qu'un, passe par les moyens 12 d'introduction 12. Ces moyens 12 d'introduction sont disposés de façon latérale pour ne pas perturber le faisceau 18 d'électrons émis par les moyens 16 d'émission de ce faisceau, mais en fonction de l'architecture, ces moyens pourraient être dirigés de façon centrale, suivant la direction D de circulation du 15 flux gazeux au sein du réacteur 10 unique. Le procédé prévoit une émission de ce faisceau 18 d'électrons dans un direction D, qui est celle de la circulation du flux dans le réacteur 10 unique, ceci avec une plage d'incidences entre la direction d'émission du faisceau d'électrons et la direction D de circulation du flux dans le réacteur unique comprise entre ± 30°. 20 L'objectif est de diriger le faisceau 18 d'électrons sensiblement parallèlement à la direction D de circulation du flux gazeux dans le réacteur unique. En effet, plus le faisceau 18 est parallèle à la direction D du flux gazeux dans le réacteur et plus l'efficacité dudit faisceau sera importante. Les électrons émis ont une puissance maximale au contact du flux gazeux entrant, ceci de façon 25 homogène. De plus les électrons poursuivent leur course dans la direction du flux ils ont donc tendance à heurter des molécules du flux gazeux et des réactifs sur toute la hauteur du flux gazeux contenu dans le réacteur, avant d'avoir heurté une paroi du réacteur et donc avant d'avoir subi l'amortissement correspondant. On note aussi que, dans l'agencement représenté, les électrons qui n'auraient pas été absorbés par les molécules gazeuses, viennent agir sur la surface du bain 5 des produits 26 liquides en fond du réacteur unique, poursuivant les éventuels réactions sur les différentes molécules. C'est ainsi que, suivant un perfectionnement du procédé selon la présente invention, les produits 26 liquides recueillis sont réinjectés pour une part en tête du flux gazeux à proximité des moyens d'introduction de façon à leur faire subir 10 un nouveau bombardement d'électrons. Le pH du bain est contrôlé, ainsi que l'ensemble des paramètres de gradient de températures dans le réacteur. Dans le cas de traitement de fumées, les suies, cendres volantes et autres matières en suspension sont éliminées. 15 La soumission du mélange d'effluents gazeux 50x et NOx et de réactifs au faisceau d'électrons, induit la formation de radicaux qui décomposent les composés organiques volatils et les dioxines, et convertissent les oxydes de soufre et d'azote en un mélange de sels de sulfate et de nitrate d'ammonium. Pour les produits 26 liquides recueillis, il se produit une décantation et les 20 produits concentrés en sels se trouvent en partie basse du bain et sont retirés du réacteur unique de façon à conserver une hauteur donnée de bain et à éliminer les produits recombinés et non polluants. Ces produits sont stockés en vue d'une autre utilisation ou de tout autre traitement de séparation. 25 Le flux des produits gazeux ayant subi le bombardement d'électrons et toujours sous forme gazeuse est évacué à l'atmosphère dans le cas exposé. De façon à assurer une dépollution très satisfaisante, le flux gazeux subit un lavage par exemple par aspersion d'eau, les effluents de lavage étant redirigés vers le réacteur grâce à la pente du piquage. Ces effluents liquides sont eux aussi traités dans le réacteur 10 unique jusqu'à la 5 forme d'effluents liquides ultimes. De façon perfectionnée, il est possible de prévoir aussi un lavage des parois du réacteur unique de façon à limiter la corrosion des parois dudit réacteur. Simultanément, ce lavage limite fortement l'encrassement des parois par des dépôts. 10 Un tel procédé peut être réalisé à grande échelle pour traiter des volumes de plusieurs centaines de milliers de Normo m3/h. La disposition est particulièrement avantageuse en terme d'industrie avec une forte amélioration du rendement énergétique et une forte augmentation de l'efficacité des traitements. 15 De plus, on note que les molécules entrantes du flux gazeux sont traitées avec des électrons de même puissance, de façon homogène. Cet agencement de réacteur unique peut aussi convenir pour améliorer l'efficacité et le rendement de conversion dans le domaine de la chimie et des polymères, en particulier lorsqu'il est nécessaire d'activer des composés ou de 20 générer des radicaux libres. REVENDICATIONS1. Dispositif de traitement d'au moins un flux (14) gazeux, notamment un flux d'effluents gazeux pollué, comprenant un réacteur (10) unique et au moins : - des moyens (12) d'entrée du au moins un flux (14) gazeux dans le réacteur (10) unique, - des moyens (16) d'émission d'un faisceau (18) d'électrons dans ledit réacteur, ce faisceau étant orienté sensiblement dans le sens de circulation du flux gazeux dans le réacteur unique, et - des moyens (20) de sortie du réacteur (10) unique des produits (22) gazeux ayant subi le traitement par faisceau d'électrons. 2. Dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réacteur (10) unique comprend des moyens (24) de récupération de sous-produits (26) liquides, disposés en partie inférieure dudit réacteur (10) unique. 3. Dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que les moyens (12) d'entrée du au moins un flux gazeux sont disposés en haut du réacteur (10) unique, et en ce que les moyens (20) de sortie des produits (22) gazeux ayant subi le traitement par faisceau d'électrons du au moins un effluent (14) gazeux sont disposés en bas du réacteur. 4. Dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que les moyens (12) d'entrée du au moins un flux (14) gazeux et les moyens (20) de sortie des produits (22) gazeux sont disposés de façon à définir une direction D de circulation verticale à ±30° dans le réacteur (10) unique. . Dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le réacteur (10) unique est équipé de moyens (40) d'alimentation en au moins un réactif. 6. Dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux selon la revendication 5 5, caractérisé en ce que les moyens (12) d'introduction et (20) de sortie comprennent des piquages avec un sens d'écoulement orientés vers l'intérieur du réacteur unique. 7. Dispositif de traitement d'effluents gazeux selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le réacteur (10) unique comprend des 10 moyens (44) de lavage des produits (22) gazeux ayant subi le traitement par faisceau d'électrons. 8. Dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le réacteur (10) unique a une forme cylindro-conique permettant la récupération par gravité les produits (26) 15 liquides obtenus par le traitement par faisceaux d'électrons du au moins un flux (14) gazeux. 9. Dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le réacteur (10) unique comprend un bain liquide destiné à récupérer les produits (26) liquides obtenus 20 par le traitement par faisceaux d'électrons du flux gazeux. 10. Dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que le réacteur (10) unique comprend des moyens (32) de récupération des produits (26) liquides et/ou des moyens (42-4, 42-5) de réinjection des produits (26) liquides dans le réacteur (10) unique. 25 11. Dispositif de traitement d'au moins un flux gazeux selon l'une des précédentes revendications, caractérisé en ce que le réacteur (10) unique comprend également des moyens (52) de pilotage.12. Procédé de traitement d'au moins un flux gazeux, comprenant au moins les étapes suivantes : - introduire au moins un flux gazeux, - introduire au moins un réactif, - soumettre le au moins un flux gazeux et le au moins un réactif à un faisceau d'électrons, - séparer d'une part le ou les produit(s) liquides issus du traitement du au moins un flux gazeux par faisceaux d'électrons et d'autre part les produits gazeux traités, caractérisé en ce que ces étapes sont réalisées dans un réacteur unique. 13. Procédé de traitement d'au moins un flux gazeux selon la revendication 12, caractérisé en ce que le faisceau d'électrons est émis suivant la direction b de circulation du flux gazeux dans le réacteur unique. 14. Procédé de traitement d'au moins un flux gazeux selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que le au moins un flux gazeux est un effluent gazeux pollué. 15. Procédé de traitement d'au moins un flux gazeux selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes : introduire dans un effluent gazeux pollué au moins un réactif liquide, soumettre le mélange de l'effluent gazeux pollué et du au moins un réactif liquide à l'action d'un faisceau d'électrons, pour induire la formation de radicaux, séparer d'une part les produits gazeux qui sont évacués et d'autre part les produits liquides obtenus qui sont recueillis. 16. Procédé de traitement d'au moins un flux gazeux selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'on introduit dans l'effluent gazeux pollué de l'ammoniaque et de l'eau, et en ce que la soumission du mélange d'effluent gazeux et de réactifs au faisceau d'électrons, induit la formation deradicaux qui décomposent les composés organiques volatils et les dioxines, et convertissent les oxydes de soufre et d'azote en un mélange de sels de sulfate et de nitrate d'ammonium.