Brevet FR3002622A1 — publié le 20140829

CENTRE DE TRAITEMENT DE FUMÉES PROVENANT D'UN FOUR À CUIRE DES ANODES L'invention concerne le domaine de la cuisson des blocs carbonés destinés à l'électrométallurgie, et plus particulièrement la cuisson d'anodes en carbone destinées à la production par électrolyse de l'aluminium. Elle se rapporte plus précisément à un centre de traitement des fumées, ci-après dénommé CTF, destiné à épurer des fumées de cuisson provenant d'un four à cuire, ci-après dénommé FAC, desdits blocs carbonés. Le traitement des fumées des fours à cuire des anodes par épurateur sec à injection d'alumine a été développé au début des années 80. Ce procédé a grandement été inspiré des épurateurs à injection d'alumine traitant les gaz de cuves d'électrolyse qui avaient été mis en service au début des années 70. La principale différence réside, pour le centre de traitement de fumées de FAC, dans l'utilisation d'une tour de refroidissement qui sert à refroidir les fumées par pulvérisation d'eau afin de condenser les goudrons et protéger le média filtrant. Comme pour les centres de traitement des gaz de cuves (CTG), l'épurateur à alumine consiste en une série de modules « réacteurs-filtres » placés en parallèle, chacun recevant une partie des gaz à traiter, permettant une opération continue et le traitement des fumées avec un module à l'arrêt pour entretien. Le procédé a peu évolué au cours des 25 dernières années. Le traitement des fumées des fours à cuire est toutefois très différent du traitement des gaz des cuves d'électrolyse. Ainsi : - le débit des fumées à traiter est 8 à 10 fois plus petit que le débit d'un centre de traitement des gaz de cuves d'électrolyse, ce qui conduit à l'utilisation de modules réacteur-filtres de petites dimensions, qui se révèlent être relativement coûteux à l'investissement ; - la concentration en fluor gazeux dans les fumées des fours modernes est 5 à 10 fois plus faible que la concentration en fluor des gaz d'électrolyse ; la captation du HF et l'obtention de bas rejets de fluor est ainsi plutôt facile à obtenir sur les fumées provenant d'un FAC ; - contrairement aux gaz de cuves, il n'y a aucun risque de formation de « scales » ou croûtes (agrégats d'alumine et de carbone) dans les réacteurs ou dans les filtres ; ces « scales » nécessitent des arrêts pour nettoyage ; de plus, sur un CTF, l'alumine chargée (alumine chargée en goudrons, en carbone et en fluor) est très abrasive et il est nécessaire de protéger les zones de turbulence et de survitesses. La réalisation actuelle des centres de traitement des fumées des fours à cuire des anodes, décrite notamment par FR2917818, n'est pas pleinement satisfaisante pour les raisons suivantes : - l'installation est très coûteuse en raison de l'utilisation de réacteurs de petites dimensions ; - la manutention d'alumine est compliquée, pour permettre d'alimenter chaque réacteur tout en autorisant l'arrêt de n'importe quel filtre pour maintenance, par rapport à la concentration en fluor à capter. Les nombreux évents et chutes sont autant de points sujets à l'abrasion qui nécessitent de l'entretien ; - l'opération de maintenance sur un réacteur entraîne de forte variation de vitesse dans les réacteurs à cause du petit nombre de modules de chaque installation : de 3 à 6 modules ; ainsi, l'augmentation de vitesse dans les réacteurs en service qui résulte de l'arrêt d'un réacteur cause des problèmes d'abrasion ; ce problème est moindre sur un CTG en raison du nombre plus important de réacteurs, de 10 à 18 ; - un long conduit est nécessaire pour véhiculer les fumées à traiter entre la tour de refroidissement et les réacteurs. Ce conduit est particulièrement sensible aux dépôts et à la corrosion en raison d'une faible température des fumées et de l'absence d'alumine dans celles-ci ; - le maintien d'un débit de fumées équilibré entre les réacteurs est en pratique difficile à réaliser en raison d'un niveau de colmatage différent du tissu des filtres et/ou des durées de vie des manches des filtres différentes dépendant de la séquence de changement des manches. Pour remédier à ces inconvénients , l'invention consiste en un centre de traitement de fumées provenant d'un four à cuire des anodes utilisées dans des cuves d'électrolyse pour la production d'aluminium, dans lequel des éléments polluants sont éliminés des fumées en les captant sur au moins un adsorbant qui est ensuite retenu par filtration, caractérisé en ce que l'ensemble des fumées traverse au moins un même réacteur dans lequel est injecté au moins un adsorbant suivi d'un ensemble d'unités de filtration traversées en parallèle par les fumées pour capter de l'adsorbant chargé en éléments polluants. Ainsi, l'invention consiste à remplacer les nombreux petits modules « réacteurs-filtres » hérités du développement originel copié des CTG (centre de traitement des gaz) par au moins un réacteur commun de grande capacité traversé par l'ensemble des fumées, jumelé à un ensemble d'unités de filtration traversées en parallèle par les fumées et équipé de filtres à manches modernes multi-compartiments, ce qui permet de garder la capacité d'opérer avec un compartiment isolé pour entretien. Le débit des fumées à traiter sur un FAC permet l'utilisation d'un seul grand réacteur qui garde des dimensions optimales pour le mélange des fumées et de l'alumine. Le réacteur commun ne requiert aucune intervention vu l'absence de formation de « scales ». Une inspection annuelle, lors du bypass du CTF, est suffisante et ne réduit ainsi aucunement la disponibilité de l'installation à traiter les fumées. L'adsorbant utilisé pour capter des éléments polluants peut être notamment de l'alumine, du charbon actif, du coke, du carbonate de calcium CaCO3 ou de la chaux hydratée. Pour capter le HF, nous pouvons par exemple utiliser de l'alumine, du CaCO3 ou de la chaux hydratée. Pour capter le SO2, nous pouvons utiliser de l'alumine, de la chaux hydratée ou du CaCO3. Pour capter les goudrons, nous pourrons par exemple utiliser l'alumine ou le coke. Selon l'invention, en sortie d'un premier réacteur, l'ensemble des fumées traverse des unités de filtration placées en parallèle pour la captation de l'adsorbant injecté dans ledit premier réacteur, puis un second réacteur et enfin des dispositifs de captation placés en parallèle pour la captation de l'adsorbant injecté dans le second réacteur. L'adsorbant utilisé dans le second réacteur peut être un liquide, un solide ou un gaz. Selon un exemple de fonctionnement du centre de traitement de fumées selon l'invention, l'adsorbant utilisé dans le premier réacteur est de l'alumine et l'adsorbant utilisé dans le second réacteur est du charbon actif, du coke, du CaCO3 ou de la chaux hydratée. Une unité de filtration est avantageusement constituée de filtres à manches à multicompartiments et peut être isolée pour son entretien. Selon la capacité de l'installation, le CTF comprend 2, 3, 4 ou davantage d'unités de filtration placées en parallèle. Le débit de gaz à traiter est ainsi réparti entre ces unités. Des organes d'isolement sont placés en amont et en aval des unités de filtration de sorte de pouvoir en isoler une pour son entretien sans interrompre le fonctionnement de l'installation. Pendant cette phase d'entretien, le débit de gaz à traiter est réparti dans les autres unités de filtration en service. Les principales caractéristiques de cette solution innovantes sont : - Un ou deux réacteur(s) commun(s) de grande capacité qui permet(ent) une installation plus compacte et plus économique grâce entre autres à la simplification de la manutention d'alumine. La plus grande section du ou de chaque réacteur le rend moins sujet à l'abrasion. L'ajout d'une protection céramique pour les zones à risques renforce encore davantage la tenue dans le temps du ou de chaque réacteur. - Un ou deux réacteur(s) commun(s) qui offre(ent) l'avantage de ne pas subir les fluctuations de débit causées par l'arrêt d'un réacteur pour maintenance ou par la perméabilité différente du tissu d'un module de filtration par rapport aux autres. - Une injection simplifiée d'alumine fraîche, sans boîte de distribution, avec une seule aéroglissière, éliminant les redondances compliquées sur une installation classique à plusieurs réacteurs en parallèle. - Une réduction de l'entretien du CTF grâce à l'élimination de plusieurs équipements. L'invention consiste, mises à part les dispositions exposées ci-dessus, en un certain nombre d'autres dispositions dont il sera plus explicitement question ci-après à propos d'exemples de réalisation décrits avec référence aux dessins annexés, mais qui ne sont nullement limitatifs. Sur ces dessins : - La Fig. 1 est une vue schématique d'un CTF (1) selon un premier exemple de réalisation de l'invention comprenant un seul réacteur, et - La Fig.2 est une vue schématique d'un CTF (1) selon un second exemple de réalisation de l'invention comprenant deux réacteurs successifs, ou en série. En se reportant au schéma de la Fig. 1, on peut voir, schématiquement représenté, un four 30 de cuisson des blocs carbonés. Les fumées sont extraites du four et amenées à une unité de refroidissement 2 au moyen de la gaine 3. L'unité 2 peut, par exemple, être une tour de refroidissement dans laquelle les fumées sont refroidies par pulvérisation d'eau. Les fumées refroidies sont reprises en aval de l'unité 2 et sont conduites au réacteur 4 au moyen de la gaine de liaison 5. Dans notre exemple de réalisation, ce réacteur est un « dry scrubber » (absorbeur- neutraliseur à sec), mais il pourrait s'agir d'un autre type de réacteur. A la base du réacteur 4, on injecte un adsorbant, par exemple de l'alumine. Communément, l'adsorbant utilisé est en partie neuf et en partie recyclé. Ainsi, l'adsorbant neuf 17 stocké dans le silo 18 est amené par le circuit 8 jusqu'au réacteur 4 et l'adsorbant recyclé 19 est amené au réacteur par le circuit 20. Pendant son écoulement dans le réacteur 4 au contact des fumées à épurer, l'adsorbant capte les polluants et les poussières. Les fumées et l'adsorbant chargé en polluants traversent ensuite un ensemble 7 comprenant plusieurs unités de filtration 9 montées en parallèle pour effectuer la séparation entre l'adsorbant chargé en éléments polluants, la poussière et les fumées épurées. Dans cet exemple de réalisation, nous avons trois unités 9 de filtration équipées de filtres à manches. Les unités de filtration 9 sont pourvues de moyens d'isolement 10, 11 permettant d'isoler et de nettoyer chaque unité 9 à tour de rôle sans interrompre le fonctionnement de l'installation. L'adsorbant récupéré dans les filtres est canalisé par un dispositif 21 vers un stockage intermédiaire 22. Une partie de cet adsorbant est réinjectée dans le réacteur 4 au moyen du circuit 20 et une autre partie évacuée vers un silo de stockage 12 temporaire au moyen d'un circuit 23 pouvant comprendre un silo intermédiaire 24 et une pompe 25. La proportion d'adsorbant recyclée dans le réacteur 4 par rapport à celle évacuée est ajustée de sorte d'exploiter au mieux la capacité de captation de l'adsorbant. Les fumées épurées sont ensuite conduites par la gaine 13 jusqu'à l'aspiration d'un ou plusieurs ventilateurs de tirage 14. Un organe de régulation 15 placé en amont de chaque ventilateur de tirage 14, éventuellement combiné à un contrôle de la vitesse de rotation du moteur du ventilateur de tirage 14, permet de réguler le débit de fumées traité dans le centre de traitement et le niveau de dépression dans le four 30. Au refoulement du ventilateur de tirage 14, les fumées épurées sont envoyées vers une cheminée 16. En se reportant au schéma de la Fig. 2, on peut voir schématiquement représentée une seconde variante de réalisation de l'invention comprenant deux réacteurs successifs 4 et 25. Comme dans l'exemple précédent, les fumées sont extraites du four 30 et amenées à une unité de refroidissement 2 au moyen de la gaine 3. Les fumées refroidies sont reprises en partie inférieure de l'unité 2 et sont conduites au premier réacteur 4, par exemple un « dry scrubber » au moyen de la gaine de liaison 5. A la base du réacteur 4, on injecte un premier adsorbant 8 destiné à capter au moins un type de polluants. Ce premier adsorbant 8 peut, par exemple, être de l'alumine 17 destinée à capter le HF et stockée dans le silo 18. Les fumées et l'adsorbant chargé en polluants traversent ensuite en parallèle les unités 9 d'un ensemble 7 d'unités de filtration 9 pour effectuer la séparation entre l'adsorbant chargé en éléments polluants et les fumées en partie épurées et pour capter les poussières présentes dans les fumées en sortie du four à cuire. Dans cet exemple de réalisation, nous avons trois unités de filtration 9 montées en parallèle équipées de plusieurs compartiments de filtres à manches. Les unités de filtration 9 sont équipées de moyens d'isolement 10, 11 (telles que des vannes) permettant d'isoler et de nettoyer chaque unité 9 à tour de rôle sans interrompre le fonctionnement de l'installation. Les fumées partiellement épurées sont ensuite conduites par la gaine 26 jusqu'au second réacteur 25, par exemple un « dry scrubber », un RTO (dispositif d'oxydation et d'élimination des matières organiques polluantes par oxydation thermique régénérative des polluants), ou un autre type d'épurateur pour affiner le traitement des fumées. A la base du second réacteur 25, on injecte un autre type d'adsorbant 27 destiné à capter les polluants non captés dans le premier réacteur 4. Cet autre adsorbant 27 est stocké dans un autre silo 32 et amené au second réacteur 25 au moyen d'un circuit 33. Ce nouvel adsorbant 27, peut par exemple, être du charbon actif, du coke, du carbonate de calcium ou de la chaux hydratée destiné(e) à capter les oxydes de Soufre. Au moyen d'un circuit 31, les fumées et le nouvel adsorbant 27 chargé en polluants traversent ensuite en parallèle des dispositifs de captation 28, par exemple des unités de filtration similaires à celles 9 placées en aval du réacteur 4 ou des cyclones, montés en parallèle pour effectuer la séparation entre le nouvel adsorbant chargé en éléments polluants et les fumées épurées. Les dispositifs de captation 28 sont également équipés de moyens d'isolement 29, 30, telles que des vannes permettant d'isoler et de nettoyer chaque dispositif 28 à tour de rôle sans interrompre le fonctionnement de l'installation. De nouveau, bien que non représenté sur cette figure, le nouvel adsorbant 27 récupéré dans les filtres des dispositifs 28 peut être en partie réinjecté dans le second réacteur 25 et en partie évacué vers un silo, et la proportion d'adsorbant recyclée dans le second réacteur 25 et celle évacuée est ajustée de sorte d'exploiter au mieux la capacité de captation du nouvel adsorbant. Les fumées épurées sont ensuite conduites par la gaine 34 jusqu'à l'aspiration d'un ou plusieurs ventilateurs de tirage 14. Un organe de régulation 15, placé en amont de chaque ventilateur de tirage 14, éventuellement combiné à un contrôle de la vitesse de rotation du moteur du ventilateur 14, permet de réguler le débit de fumées traité dans le centre de traitement et le niveau de dépression dans le four 30. Au refoulement du ou des ventilateur(s) de tirage 14, les fumées épurées sont envoyées vers une cheminée 16. REVENDICATIONS1. Centre de traitement de fumées (1) provenant d'un four (30) à cuire des anodes utilisées dans des cuves d'électrolyse pour la production d'aluminium, dans lequel 10 des éléments polluants sont éliminés des fumées en les captant sur au moins un adsorbant (17, 19, 27) qui est ensuite retenu par filtration, caractérisé en ce que l'ensemble des fumées traverse au moins un même réacteur (4, 25) dans lequel est injecté au moins un adsorbant (17, 19, 27) suivi d'un ensemble (7) d'unités de filtration (9, 28) traversées en parallèle par les fumées pour capter de l'adsorbant 15 chargé en éléments polluants. 2. Centre de traitement de fumées selon la revendication 1, caractérisé en ce que un adsorbant (17, 19, 27) est de l'alumine. zo 3. Centre de traitement de fumées selon la revendication 1, caractérisé en ce que un adsorbant (17, 19, 27) est du charbon actif ou du coke. 4. Centre de traitement de fumées selon la revendication 1, caractérisé en ce que un adsorbant (17, 19, 27) est du CaCO3. 25 5. Centre de traitement de fumées selon la revendication 1, caractérisé en ce que un adsorbant (17, 19, 27) est de la chaux hydratée. 6. Centre de traitement de fumées selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, 30 caractérisé en ce qu'en sortie d'un premier réacteur (4), l'ensemble des fumées traverse des unités de filtration (9) placées en parallèle pour la captation de l'adsorbant (17, 19), injecté dans ledit premier réacteur, puis un second réacteur (25), et enfin des dispositifs de captation (28) placés en parallèle pour la captation de l'adsorbant (27) injecté dans le second réacteur (25).. Centre de traitement de fumées selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'adsorbant utilisé dans le second réacteur (25) est un liquide, un solide ou un gaz. 8. Centre de traitement de fumées selon l'une quelconque des revendications 6 et 7, 10 caractérisé en ce que l'adsorbant (17, 19) utilisé dans le premier réacteur (4) est de l'alumine, et en ce que l'adsorbant (27) utilisé dans le second réacteur (25) est du charbon actif, du coke, du CaCO3 ou de la chaux hydratée. 9. Centre de traitement de fumées selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, 15 caractérisé en ce que des unités de filtration (9) sont constituées de filtres à manches à multi-compartiments. 10. Centre de traitement de fumées selon l'une quelconque des revendications 1,et 6 à9 , caractérisé en ce que les unités de filtration (9) et les dispositifs de captation 20 (28) peuvent être isolé(e)s pour leur entretien. 95