Brevet FR3012048A1 — publié le 20150424

PROCÉDÉ DE TRAITEMENT D'EFFLUENTS GAZEUX CONTENANT DES COMPOSÉS ORGANIQUES Domaine de l'invention L'invention concerne un procédé de traitement d'effluents gazeux contenant comme polluants, des composés organiques de masses moléculaires très diverses, depuis des lourds jusqu'à des légers, qui sont captés, adsorbés et/ou condensés sur un support organique pulvérulent. Ce procédé de dépollution par adsorption et/ou condensation peut traiter des effluents provenant d'unités de fabrication de produits carbonés, et plus particulièrement des tours à pâte pour la fabrication des anodes et les ateliers de fabrication des cathodes. Etat de la technique Les unités de fabrication de produits carbonés tels que les tours à pâte pour la fabrication des anodes et les ateliers de fabrication de cathodes utilisés dans les usines de production d'aluminium primaire, émettent des fumées chargées en Composés Organiques Volatils (COV). Ces COV proviennent des matières premières utilisées (typiquement des brais et cokes) et peuvent comporter des molécules présentant une distribution de masse moléculaire assez large. Ils contiennent notamment des molécules de composés légers et de composés lourds (dont de la suie) susceptibles de condenser sous forme de « goudrons ». Les COV émis par les unités de fabrication de produits carbonés comprennent des composés dont les pressions de vapeur (typiquement supérieures à 0,13 Pa à 0°C, soit supérieures à 10 Pa à 25°C) et les températures d'ébullition (typiquement inférieures à environ 150°C à 200°C) favorisent leur présence principalement sous forme gazeuse. Les COV émis par les unités de fabrication de produits carbonés comprennent également des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP). Les HAP sont des composés qui possèdent tous un ou plusieurs noyaux (ou cycles) aromatiques et qui sont pour la plupart classés comme produits cancérigènes. Ils font partie des composés dits « semi-volatils » puisque leurs températures d'ébullition (comprises typiquement entre 215°C et 500°C) permet leur présence (dans des conditions « normales » de température et de pression) sous les deux formes : gazeuse et condensée. Ils sont particulièrement sensibles à l'évolution de la température qui a une influence directe sur le rapport entre la fraction gazeuse et la fraction condensée de chacun de ces composés. Parmi les HAP, seize molécules (appelées collectivement HAP16 US-EPA sont particulièrement visées par la réglementation concernant la protection de l'environnement et la médecine du travail : Molécules à deux cycles : Naphtalène ; Molécules à trois cycles : Acénaphtylène, Phénanthrène, Anthracène, Fluorène, Acénaphtène ; Molécules à quatre cycles : Fluoranthène, Pyrène, Benzo (a) anthracène, Chrysène ; Molécules à cinq cycles : Benzo (b) fluoranthène, Benzo (k) fluoranthène, Benzo (a) pyrène, Dibenzo (a,h) anthracène ; Molécules à six cycles : Indeno (1,2,3,c,d) pyrène, Benzo (g,h,i) perylène. Les effluents émis par les unités de fabrication de produits carbonés constituent donc une nuisance et un risque pour la santé et doivent être dépollués (purifiés) afin de réduire le taux de COV ou HAP résiduel dans le gaz qui sera finalement rejeté dans l'atmosphère. Les unités de fabrication de produits carbonés sont toutes différentes les unes des autres, par conséquent, les paramètres de fonctionnements tels que la 20 température, la quantité, la composition des COV ou HAP émis diffèrent également. Selon l'état de la technique, les effluents chargés de COV ou HAP issus des unités de fabrication de produits carbonés sont typiquement traités par injection directe de coke, le coke ayant la double fonction de noyau de condensation et 25 d'adsorbant : les grains de coke condensent, par refroidissement, les fractions légères (volatiles) des COV ou HAP, et fixent les fractions lourdes par adsorption. Après cette première action de dépollution, les effluents gazeux traités sont soumis à une séparation en deux fractions solide/gaz : les solides (cokes déjà chargés des COV ou HAP condensés et la suie) peuvent être réintroduits pour 30 partie (avec du coke frais) dans les effluents gazeux à traiter pour capter les composés organiques présents, et une autre partie est évacuée. En variante, l'ensemble des particules solides est totalement évacué pour être utilisé dans une autre étape des unités de fabrication de produits carbonés. Comme moyen de séparation, on utilise par exemple un filtre à manche. Les gaz traités sont, quant à eux, évacués dans l'atmosphère via une cheminée. Toutefois, la simple mise en oeuvre d'une solution technique basée sur le principe de la condensation des composés organiques (volatils à la température des effluents gazeux) condensables et sur le principe de l'adsorption des condensés organiques par un support organique pulvérulent approprié, par exemple du coke, n'est pas pleinement satisfaisante. En effet, les effluents gazeux traités et rejetés dans l'atmosphère ne sont pas suffisamment dépollués pour satisfaire, en particulier, les normes de protection de l'environnement les plus exigeantes. Cette insuffisance concerne plus particulièrement les composés les plus volatils. Il est connu de l'homme du métier qu'il est avantageux d'abaisser la température des effluents à épurer pour augmenter l'efficacité de captation des éléments polluants par condensation et adsorption. Le refroidissement des effluents gazeux est par exemple réalisé en diluant les effluents avec de l'air frais. Cette solution présente notamment l'inconvénient d'augmenter le volume des gaz à traiter. Le refroidissement des effluents peut également être réalisé par pulvérisation d'eau dans le flux gazeux. Ainsi, FR2848875 décrit un procédé de dépollution d'effluents gazeux de cellules de production d'aluminium par électrolyse ignée, ledit procédé impliquant une étape de refroidissement des effluents par vaporisation de gouttelettes d'un fluide de refroidissement. Cette solution n'est pas non plus pleinement satisfaisante car elle conduit également à augmenter le volume de gaz à épurer. De plus, l'injection d'eau conduit à augmenter l'humidité des effluents ce qui peut conduire à des problèmes de condensation acide et/ou obstruction des canalisations. Le refroidissement des effluents gazeux à dépolluer améliore l'efficacité de l'épuration. Il existe cependant une importante demande pour diminuer encore plus la teneur en COV résiduelle des gaz issus d'un tel procédé de dépollution, cette demande étant justifiée par l'exigence du respect de l'environnement et du respect des réglementations nationales et internationales en la matière. Objectifs de l'invention Dès lors, l'objectif de l'invention est d'améliorer l'efficacité de la dépollution des effluents gazeux contenant des COV, et plus particulièrement des HAP, et notamment la dépollution des effluents gazeux produits dans les unités de fabrication de produits carbonés. Il est souhaitable que ce nouveau procédé puisse être mis en oeuvre sans bouleversement technologique des installations actuelles de traitement des effluents gazeux. En effet, compte tenu de la taille des dispositifs de purification d'effluents en milieu industriel, il est souhaitable que cette amélioration puisse être obtenue dans un dispositif existant en ne nécessitant qu'une modification aussi faible que possible. Plus particulièrement, il est souhaitable de disposer d'un procédé qui peut être réalisé dans un dispositif déjà installé selon l'état de la technique qui sera légèrement modifié (« rétro-fit »), ou dans un dispositif neuf qui sera une variante d'un dispositif existant pour pouvoir réutiliser un maximum de composantes existantes et pour minimiser les modifications à apporter aux plans de l'ensemble. A ce titre, il convient de noter que dans la plupart des installations existantes dans les usines de production d'aluminium par électrolyse ignée, la température des effluents gazeux émis par les unités de fabrication de produits carbonés entrent dans le dispositif de traitement avec une température T1 comprise entre 10°C et 100°C. C'est la raison pour laquelle il a été choisi de partir d'un procédé dans lequel cette dépollution est réalisée au moyen de particules organiques introduites dans le flux des effluents gazeux, par adsorption et/ou condensation des COV ou HAP présents dans les effluents gazeux directement par et sur les particules. Ainsi pour atteindre ces objectifs, il est apparu que l'abaissement de la température doit se faire par injection des particules organiques pulvérulentes refroidies pour créer des noyaux de condensation dont la température est inférieure à environ 30°C au moment du traitement par lesdites particules. Tous ces objectifs sont atteints par le procédé et le dispositif selon la présente 30 invention. Objets de l'invention La présente invention permet de dépolluer des effluents qui entrent dans un dispositif de dépollution avec une température T1 généralement comprise entre 10°C et 100°C, et avantageusement lorsque cette température est comprise entre 30°C et 70°C. Il s'applique à tout polluant condensable dans les conditions de température du procédé depuis les plus lourds jusqu'aux plus légers. Il concerne notamment les COV et plus particulièrement les HAP. Il est fondé sur la maitrise de l'introduction de noyaux de condensation au contact des effluents dans l'installation de traitement jusqu'à la sortie des effluents purifiés. A cet effet, selon un premier asepct, l'invention propose un procédé de traitement de dépollution d'un flux d'effluents gazeux contenant des composés organiques volatils (COV) et/ou des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), par adsorption et/ou condensation par des particules organiques pulvérulentes. Le procédé comporte successivement : (a) une étape d'introduction de particules organiques pulvérulentes dans le flux d'effluents gazeux au cours de laquelle au moins une partie desdits COV et/ou HAP se déposent sur lesdites particules ; (b) une étape de séparation des particules organiques pulvérulentes chargées des COV et/ou HAP et des effluents gazeux traités, et d'évacuation de ces derniers ; De manière particulièrement avantageuse, dans l'étape d'introduction de particules pulvérulentes, les particules mises en oeuvre sont refroidies, avant leur introduction, à une température inférieure à la température des effluents gazeux. Par exemple, les particules organiques pulvérulentes sont du coke. Les particules organiques pulvérulentes sont refroidies à une température comprise entre 0°C et 30°C avant leur introduction dans le flux d'effluents gazeux, afin d'avoir un refroidissement du flux des effluents gazeux à épurer qui est efficace, tout en évitant la formation de givre.30 Selon un mode de réalisation, la température T1 des effluents à l'issue de l'étape d'introduction (a) est comprise entre 10°C et 100°C et avantageusement entre 30°C et 70°C. La température des particules organiques pulvérulentes est ajustée avant leur introduction dans le flux des effluents gazeux de sorte que la température T1 des effluents à l'issue de l'étape d'introduction (a) soit comprise par exemple entre 10°C et 100°C et avantageusement entre 30°C et 70°C. Le flux d'effluents gazeux est, en outre, de préférence refroidi préalablement à l'étape d'introduction (a) des particules organiques pulvérulentes. Selon un mode de réalisation, les particules organiques pulvérulentes chargées de COV et/ou HAP issues de l'étape de séparation (b) sont réintroduites dans l'étape d'introduction (a). De préférence, lesdites particules organiques pulvérulentes chargées de COV et/ou HAP issues de l'étape de séparation (b) sont alors refroidies avant leur réintroduction à l'étape d'introduction (a). En variante, la proportion de particules organiques pulvérulentes chargées de COV et/ou HAP issues de l'étape de séparation (b) et réintroduites à l'étape d'introduction (a) est régulée selon la concentration en composés organiques volatils (COV), et/ou en hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), dans le flux des effluents gazeux à épurer. Selon un mode de réalisation, les effluents gazeux proviennent d'au moins deux circuits distincts. Dans ce cas, l'étape (a) d'introduction de particules pulvérulentes de coke dans le flux des effluents gazeux peut être réalisés en ligne dans lesdits au moins deux circuits distincts. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un dispositif de dépollution d'un 25 flux d'effluents gazeux chargés de composés organiques volatils (COV) et/ou d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) comportant : au moins une zone de refroidissement de particules organiques pulvérulentes ; (ii) au moins une zone de dépollution desdits effluents par contact avec 30 des particules organique pulvérulentes, (iii) au moins une zone de séparation des particules pulvérulentes de coke et des effluents gazeux traités. Selon un troisième aspect, l'invention propose une utilisation du procédé tel que présenté ci-dessus ou du dispositif pour la dépollution de flux d'effluents des unités de fabrication de produits carbonés. L'utilisation peut être mise en oeuvre dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée, de manière à recycler au moins une partie du coke chargé de COV et/ou HAP issue de la zone de séparation ou de l'étape de séparation (b) dans le procédé de fabrication des anodes, plus particulièrement dans les malaxeurs. Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, laquelle est donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence à la figure annexée suivante : - Figure 1 : représente schématiquement, un exemple de mode de réalisation d'un dispositif d'épuration 57 selon l'invention. Description détaillée d'un exemple de réalisation de l'invention Comme représenté en Fig. 1, un flux 1 d'effluents gazeux à épurer circule dans un conduit 55. Dans une première étape (a), on introduit des particules organiques pulvérulentes 56 dans le flux des effluents, au point d'injection 21 dans une zone de dépollution 2. Avantageusement, les particules organiques pulvérulentes injectées sont du coke. Selon l'invention, la température des particules organiques pulvérulentes au moment de l'injection ne doit pas dépasser celle des effluents à épurer qui circulent dans la zone de dépollution. Avantageusement, ces particules sont plus froides que lesdits gaz. Cependant, la température desdites particules ne doit pas être inférieure à 0°C afin d'éviter le risque de condenser l'humidité ambiante et de former du givre. La quantité de particules organiques pulvérulentes, leur granulométrie, leur mode de dispersion dans les effluents et les conditions de contact avec les effluents sont choisies de manière à optimiser la dépollution. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la vitesse des gaz au point d'injection du coke refroidi varie entre environ 2 m/s (mètres par seconde) et 35 m/s, et est comprise de manière préférée entre 8 m/s et 20 m/s. La valeur basse est limitée par la taille et la masse des particules organiques pulvérulentes, la valeur haute est limitée par le dimensionnement du dispositif. Dans une deuxième étape (b), on sépare les particules organiques pulvérulentes chargées des COV ou HAP des effluents gazeux traités dans une zone de séparation 3 avec un moyen de séparation 32. Tout moyen de séparation approprié peut convenir, tel qu'un filtre à manches, connu en tant que tel. Une zone 31 permet de récupérer les particules chargées captées par le moyen de séparation, lesquelles sont ensuite véhiculées par une zone de transport 33. Si un filtre à manches est utilisé, la vitesse de filtration (vitesse d'écoulement des gaz dans le filtre) est avantageusement comprise entre 1 et 2 cm/s. Les gaz épuré sont extraits du moyen de séparation 32 par un conduit 35 au moyen d'un exhausteur 9 et envoyés à une cheminée 7. Pour une bonne efficacité de dépollution, le temps de contact entre les particules et les effluents ne doit pas être trop court afin d'avoir une bonne captation des polluants. Il ne doit cependant pas être trop long pour éviter des réémissions éventuelles de polluants si la température desdits effluents est trop élevée. Afin de maintenir des conditions stationnaires dans la zone de séparation 3, il faut remplacer la quantité de particules organiques extraites et évacuées dans la zone de transport 33. Cela se fait avantageusement par introduction de particules fraîches dans les zones de dépollution 2. Dans les tours à pâte, pour la fabrication des anodes, sont introduits typiquement 3 t/h (tonnes par heure) de coke frais. Cette quantité est ajustée selon l'invention en fonction de la température, la nature et le débit des effluents et leur concentration en polluants afin d'optimiser l'épuration et d'être en adéquation avec la dépollution souhaitée. On entend ici par particules « fraîches » des particules peu ou pas chargées de COV ou HAP condensés ou adsorbés, et notamment des particules qui n'ont pas encore été utilisés dans la zone de dépollution 2. Les particules de coke extraites peuvent être utilisées dans un procédé de fabrication de produits carbonés. Les particules organiques pulvérulentes ont une température plus basse que les effluents avec lesquels elles entrent en contact. Avantageusement, elles sont refroidies à une température comprise entre 0°C et 30°C. Ce refroidissement se déroule dans une zone dite « zone de refroidissement » 5 qui comprend au moins un moyen de refroidissement. Tout moyen pour refroidir les particules organiques pulvérulentes peut convenir. Par exemple, il peut s'agir d'un échangeur thermique immergé dans le coke et dans lequel circule un fluide caloporteur à basse température. Le débit de particules organiques pulvérulentes est régulé au moyen d'un organe de régulation 54 placé entre la zone de refroidissement 5 et le point d'injection 21. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la zone de transport 33 conduit le coke chargé dans une zone de stockage 4. Celui-ci est ensuite acheminé vers une évacuation 42 ou peut être en partie re-circulé dans le dispositif d'épuration au moyen d'un conduit 43. Dans la zone de refroidissement 5, le coke frais 51, éventuellement additionné de coke chargé 52, est mélangé et refroidi avant d'être envoyé dans les effluents à traiter dans la zone de dépollution 2. Le coke chargé en COV ou HAP issus du système de dépollution peut être utilisé comme matière première dans les unités de fabrication des produits carbonés, c'est pourquoi au niveau de la zone de stockage du coke 4 se trouve une évacuation du coke chargé 42. Selon une variante de réalisation, le flux des effluents gazeux à épurer est réparti dans au moins deux conduits distincts 55 avant d'être regroupés dans un même conduit en amont du moyen de séparation 32. Dans ce cas, le dispositif d'épuration selon l'invention peut comprendre une zone de dépollution 2 par conduit 55. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement de dépollution d'un flux (1) d'effluents gazeux contenant des composés organiques volatils (COV) et/ou des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), par adsorption et/ou condensation par des particules organiques pulvérulentes (56), ledit procédé comportant successivement : (a) une étape d'introduction de particules organiques pulvérulentes (56) dans le flux d'effluents gazeux (1) au cours de laquelle au moins une partie desdits COV et/ou HAP se déposent sur lesdites particules (56) ; (b) une étape de séparation des particules organiques pulvérulentes chargées des COV et/ou HAP et des effluents gazeux traités, et d'évacuation de ces derniers ; ledit procédé étant caractérisé en ce que dans l'étape d'introduction (a) de particules pulvérulentes, les particules mises en oeuvre sont refroidies, avant leur introduction, à une température inférieure à la température du flux d'effluents gazeux. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules organiques pulvérulentes (56) sont du coke. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les particules organiques pulvérulentes (56) sont refroidies à une température comprise entre 0°C et 30°C avant leur introduction dans le flux (1) d'effluents gazeux. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la température T1 des effluents à l'issue de l'étape d'introduction (a) est comprise entre 10°C et 100°C et avantageusement entre 30°C et 70°C. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la température des particules organiques pulvérulentes (56) est ajustée avant leur introduction dans le flux (1) des effluents gazeux de sorte que la température (Tl) des 15 202. 3. 25 4. 30 5. 6. 7 8. 9. effluents à l'issue de l'étape d'introduction (a) soit comprise entre 10°C et 100°C et avantageusement entre 30°C et 70°C. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le flux (1) d'effluents gazeux est refroidi préalablement à l'introduction des particules organiques pulvérulentes (56). Procédé selon une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des particules organiques pulvérulentes chargées de COV et/ou HAP issues de l'étape de séparation (b) sont réintroduites dans l'étape d'introduction (a). Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites particules organiques pulvérulentes chargées de COV et/ou HAP issues de l'étape de séparation (b) sont refroidies avant leur réintroduction à l'étape d'introduction (a). Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la proportion de particules organiques pulvérulentes chargées de COV et/ou HAP issues de l'étape de séparation (b) et réintroduites à l'étape d'introduction (a) est régulée selon la concentration en composés organiques volatils (COV), et/ou en hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), dans le flux des effluents gazeux (1) à épurer. 10. Procédé de traitement de dépollution d'effluents gazeux selon la revendication 1 provenant d'au moins deux circuit distincts, caractérisé en ce que l'étape d'introduction (a) de particules pulvérulentes de coke dans le flux des effluents gazeux est réalisé en ligne dans lesdits au moins deux circuits distincts. 11. Dispositif de dépollution d'un flux (1) d'effluents gazeux chargés de composés organiques volatils (COV) et/ou d'hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) comportant :au moins une zone (5) de refroidissement de particules organiques pulvérulentes (56) ; au moins une zone (2) de dépollution desdits effluents par contact avec des particules organique pulvérulentes (56), au moins une zone (3) de séparation des particules pulvérulentes de coke et des effluents gazeux traités. 12. Utilisation du procédé selon une quelconque des revendications 1 à 10 ou du dispositif selon la revendication 11 pour la dépollution de flux (1) 10 d'effluents des unités de fabrication de produits carbonés. 13. Utilisation selon la revendication 12 du procédé selon la revendication 6 ou du dispositif selon la revendication 11 dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée, de manière à recycler au moins une 15 partie du coke (42) chargé de COV et/ou HAP issue de la zone de séparation ou de l'étape de séparation (b) dans le procédé de fabrication des anodes plus particulièrement dans les malaxeurs.5