EP4263025A1 - Procede de traitement d'air d'un espace confine dans une colonne a bulles - Google Patents

Procede de traitement d'air d'un espace confine dans une colonne a bulles

Info

Publication number
EP4263025A1
EP4263025A1 EP21820637.3A EP21820637A EP4263025A1 EP 4263025 A1 EP4263025 A1 EP 4263025A1 EP 21820637 A EP21820637 A EP 21820637A EP 4263025 A1 EP4263025 A1 EP 4263025A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
enclosure
liquid
air
particles
bubble column
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21820637.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Pascal Alix
Bastien DAUTRICHE
Pedro MAXIMIANO RAIMUNDO
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of EP4263025A1 publication Critical patent/EP4263025A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D47/02—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath
    • B01D47/021—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath by bubbling the gas through a liquid bath
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/18—Absorbing units; Liquid distributors therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D21/00—Separation of suspended solid particles from liquids by sedimentation
    • B01D21/0087—Settling tanks provided with means for ensuring a special flow pattern, e.g. even inflow or outflow
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1418—Recovery of products
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1425—Regeneration of liquid absorbents
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1456—Removing acid components
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • B01D53/1487—Removing organic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/77—Liquid phase processes
    • B01D53/78—Liquid phase processes with gas-liquid contact
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2221/00—Applications of separation devices
    • B01D2221/16—Separation devices for cleaning ambient air, e.g. air along roads or air in cities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2247/00—Details relating to the separation of dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D2247/04—Regenerating the washing fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2252/00—Absorbents, i.e. solvents and liquid materials for gas absorption
    • B01D2252/10—Inorganic absorbents
    • B01D2252/103—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/30—Sulfur compounds
    • B01D2257/302—Sulfur oxides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/40—Nitrogen compounds
    • B01D2257/404—Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/708—Volatile organic compounds V.O.C.'s
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/06—Polluted air

Definitions

  • the present invention relates to the field of air treatment in confined spaces, whether closed or semi-closed, in particular the elimination of pollutants in the form of particles and / or gaseous compounds in the air contained and / or entering and/or leaving such spaces, by means of bubble columns.
  • confined spaces can be frequented by a transient population, users, and/or by a more or less permanent population, such as operating personnel or shopkeepers.
  • EFS defines all the covered spaces located below ground level, connected to an underground rail transport route where workers work. This definition therefore concerns all spaces where people work on a regular basis, including stations, corridors, trains, tunnels, commercial premises, technical rooms and train repair centres. In France, seven cities have EFS networks, in other words “metros”.
  • ventilation and extraction and/or air blowing systems can be used, the purpose of which is to make the air present in these confined places more breathable, by renewing it with new the "fresh" air blown in taken from outside and/or by extraction and rejection outside of stale air.
  • polluted air is depolluted in so-called “bypass” installations, the air being extracted, depolluted, then reinjected into the tunnel.
  • the pollution is essentially particulate, it comes from the braking phases but also from friction with the tracks and the pantograph. In all cases, this polluted air is extracted in order to reject it outside, thus polluting the outside atmosphere close to these confined spaces.
  • PM2.5 type particles i.e. whose size is less than 10 pm
  • PM2.5 type particles i.e. whose size is less than 2.5 pm.
  • the so-called “fine” particles are particles of the PM2.5 type, and also include smaller particles classified as PMI (submicron particles) or PM0.1 (ultrafine particles or nanoparticles).
  • NO2 nitrogen oxides
  • NOx including monoxide and/or nitrogen dioxide (NO, NO2)
  • carbon monoxide CO sulfur compounds
  • SOx sulfur compounds
  • VOCs VOCs
  • the recommended air quality thresholds are regularly exceeded, particularly with regard to fine particles or NOx.
  • the present invention aims to respond to this general problem of reducing the pollutants of the air contained in and/or arriving in and/or extracted from these confined spaces, in order to improve their quality, by means of an air treatment technique.
  • the treatment of the air in these confined spaces is carried out by means of filters with physical barriers, electrostatic filters, or even by the use of activated carbons acting as adsorbents.
  • gas/liquid contacting devices such as plate columns, packed columns, spray columns, venturi washing chambers, which make it possible to "wash” a gas to rid it of various pollutants.
  • Some of these devices can be used for the treatment of air in confined spaces.
  • application WO2019/192827 discloses a process for treating confined air aimed at eliminating polluting gaseous compounds such as NOx and solid particles, using a packed column to wash the air in contact with a liquid. containing an absorbent compound such as potassium hydroxide (KOH).
  • KOH potassium hydroxide
  • Air purification can also be carried out in devices based on the principle of operation of bubble columns, where the gas is injected at the base of a tank filled with water so as to generate bubbles which rise in the tank. , thus allowing a transfer of matter between liquid and gas.
  • Bubble columns are types of gas/liquid reactors widely used in process engineering, in particular as aerobic fermenters in the biological industry, in petrochemicals or for water treatment.
  • patent application CN105289161A describes an air purifier comprising a cuboid-shaped water tank into which air containing dust is injected by means of a compressor at the bottom from the reservoir and rises as bubbles in the reservoir, which further comprises a porous partition plate for dividing the rising large bubbles into finer bubbles, so as to increase the efficiency of removing particles from the air by contact with water.
  • An atmospheric air purifier of this type is described in patent KR100529857.
  • the purifier comprises a cylindrical chamber arranged vertically, partly filled with an aqueous solution, at the base of which the air to be purified is injected through a plurality of nozzles so as to form bubbles.
  • the enclosure comprises a grid used to divide the bubbles rising in the column, as well as a stirrer forming a vortex in the aqueous solution, and an aqueous solution spraying system arranged between the gas outlet at the top of the column and the gas/liquid interface in the column.
  • This system is complex and expensive, in particular because it requires a compressor to generate the bubbles, a motor to rotate the agitator and a pump for the liquid sprinkling system.
  • the object of the present invention is to overcome at least in part the problems of the prior art mentioned above, and generally aims to provide a method and a device for treating the air contained/arriving in and/or extracted from a confined space, typically an EFS network, a covered/underground vehicle parking lot or a road tunnel, so as to deplete this air of polluting gaseous compounds, such as NOx, SOx, VOCs, and of solid particles.
  • a confined space typically an EFS network, a covered/underground vehicle parking lot or a road tunnel
  • the present invention aims to provide such a method and device which makes it possible to achieve at least one of the following objectives: avoid resorting to moving mechanical parts,
  • the present invention proposes, according to a first aspect, a process for treating air contained in and/or entering into and/or leaving out of a confined space to deplete it in at least one polluting gaseous compound, in particular in NOx, SOx and/or VOC, and in solid particles, implementing a bubble column comprising an enclosure with an H/D ratio ⁇ 1.5 filled with a liquid capable of capturing said polluting particles and gaseous compounds, H and D being respectively the height and the diameter of said enclosure, in which:
  • the air injected is treated in the form of bubbles by contact with the liquid so that at least part of the particles and/or of the polluting gaseous compound(s) is captured by the liquid, and
  • the treated air is evacuated at the top of the enclosure.
  • the superficial operational gas velocity Ug is between 0.40 m/s and 0.50 m/s.
  • the only driving force behind the upward air flow in the form of bubbles results from buoyancy.
  • the liquid is an aqueous solution, and preferably consists of water.
  • the liquid is an aqueous solution comprising at least one absorbent compound with respect to said at least one gaseous polluting compound, and/or comprises a solubility promoter of said at least one compound polluting gas.
  • the liquid is renewed in the enclosure, preferably discontinuously.
  • the bubble column is operated at ambient temperature and pressure.
  • a peripheral zone for settling and concentration of particles is created in the enclosure between said enclosure and a tube arranged in and centered in said enclosure, the liquid having an overall downward movement in said peripheral zone.
  • liquid comprising particles and/or polluting components is withdrawn from said peripheral zone by means of at least one liquid evacuation pipe opening on the side wall of the said enclosure, preferably in the upper half of said enclosure.
  • the enclosure of the column is cylindrical.
  • the present invention relates to a column for carrying out the method according to the invention for treating the air contained in and/or entering and/or leaving outside a confined space in order to deplete it of compounds gaseous pollutants, in particular in NOx, SOx and/or VOC, and in solid particles, configured to operate at a superficial operating gas velocity Ug is between 0.35 m/s and 0.50 m/s, the bubble column comprising:
  • an enclosure preferably cylindrical, with a ratio H/D ⁇ 1.5, H and D being respectively the height and the diameter of the enclosure, configured to be filled with a liquid capable of capturing said polluting particles and gaseous compounds,
  • At least one conduit for discharging the liquid from the enclosure At least one conduit for discharging the liquid from the enclosure.
  • the column comprises a liquid renewal and purge circuit.
  • the column further comprises an inner tube disposed in and centered in the enclosure, dividing the enclosure vertically into a peripheral zone for settling and concentrating particles formed between the enclosure and the tube, and in a central zone formed inside the tube.
  • said at least one liquid discharge pipe opens on the side wall of the enclosure, preferably in the upper half of the enclosure.
  • the present invention relates to an installation for treating the air contained in and/or entering into and/or leaving outside a confined space in order to deplete it of polluting gaseous compounds, in particular of NOx, SOx and / or VOC, and in solid particles, comprising several bubble columns according to the invention, configured to operate in parallel.
  • Figure 1 is a block diagram of the bubble column and its operation for the treatment of air according to the invention.
  • Figure 2 is a diagram of a bubble column according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a diagram of a bubble column according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a diagram of a bubble column according to a third embodiment of the invention.
  • the object of the invention is to propose a particular bubble column and a specific method implementing it for the treatment of the air contained in and/or entering and/or leaving outside a confined space in order to deplete it. into at least one polluting gaseous compound, in particular NOx, SOx and/or VOC, and into solid particles.
  • polluting gaseous compound in particular NOx, SOx and/or VOC
  • confined space we mean a closed or semi-closed space, and preferably a semi-closed space such as a railway tunnel, a road tunnel, a car park, or an EFS network (all covered spaces located below ground level , connected to an underground rail transport track where workers work, including stations, corridors, trains, tunnels, commercial premises, technical rooms and breakdown centers for trains meeting this definition).
  • the air to be treated, contained and/or entering and/or leaving outside a confined space contains solid particles and/or at least one polluting gaseous compound, such as NOx, SOx, VOC, NH3, and in especially NOx.
  • FIG. 1 schematically illustrates a bubble column and its operation for the treatment of air according to the invention.
  • the terms “essentially” or “substantially” correspond to an approximation of ⁇ 5%, preferably ⁇ 1%.
  • an element covering substantially an entire surface corresponds to an element covering at least 95% of said surface.
  • cylindrical refers to a cylinder of revolution.
  • the bubble column 100 comprises an enclosure 1, of height H and of diameter D, configured to be filled with a liquid capable of capturing the polluting particles and/or gaseous compounds of a polluted air Ap to be treated.
  • the bubble column 100 comprises:
  • the air to be treated Ap is advantageously introduced using a blower 17, or any other aeraulic means such as a compressor or a fan, into the enclosure 1 of the column 100 via the arrival duct of air 2.
  • the air flow injected is such that the superficial operational gas velocity Ug (superficial gas velocity when the column is in operation) is between 0.35 m/s and 0.50 m/s, and l
  • the air is injected so as to form bubbles within the liquid at the bottom of the enclosure 1 by means of gas dispersion means (not shown in FIG. 1) connected to the air inlet pipe 2.
  • the air injected in the form of bubbles is then treated by contact with the liquid so that at least some of the particles and/or of the polluting gaseous compound(s) is captured by the liquid.
  • the air thus treated At is evacuated at the top of enclosure 1.
  • the enclosure 1 is cylindrical.
  • the diameter D is the diameter of the cylinder.
  • the enclosure 1 of the column can also be parallelepiped, typically a rectangular parallelepiped or a cube, which can be advantageous in certain cases to optimize the grip on the ground and facilitate the installation of the column in built spaces.
  • the diameter D In the case of a parallelepipedic enclosure, in particular a rectangular parallelepiped or a cube, the diameter D must be understood as an equivalent diameter, defined as being the diameter of the circle inscribed in the section (horizontal cross section) of the pregnant.
  • the enclosure 1 of the column 100 is preferably filled with the liquid over substantially its entire height, with the exception of an area at the top of the enclosure known as the gas disengagement area, where the air dissociates from the continuous phase, i.e. the liquid.
  • the air/liquid interface, marking the start of the disengagement zone, is generally located in the upper half of the enclosure, preferably in the upper third or even the upper quarter of the enclosure.
  • the liquid is preferably an aqueous solution.
  • the liquid may consist of water. Contact between water and polluted air allows certain gaseous polluting compounds and particles to be picked up by the water.
  • the liquid can be an aqueous solution comprising at least one chemically active absorbent compound with respect to one or more polluting gaseous compounds, that is to say a compound allowing absorption of the polluting compound by chemical reaction with said polluting compound present in the air to be treated, and/or comprises a solubility promoter for one or more polluting gaseous compounds, that is to say a compound which increases the solubility of the polluting compound without a direct chemical reaction with said compound polluting.
  • the two-phase flows in the bubble column are driven by gravity, without an overriding external force (such as a stirrer, an external pressure gradient, bubbling flow heat transfers, etc.) so that the sole driver of the upward gas flow as bubbles results from buoyancy.
  • the air, dispersed in bubbles has a mainly upward movement.
  • the column is preferably operated in a discontinuous manner (“batch” operation according to Anglo-Saxon terminology): even if liquid is added or withdrawn from the enclosure of the column, as described later, the flow rate of liquid remains very low compared to the air flow injected at the bottom of the column. There is an accumulation of pollutants in the liquid, which can be purged punctually.
  • the bubbles communicate momentum to the liquid and impose their dynamics on it.
  • the movement of the air inclusions remains constrained by the inertia of the liquid phase which also serves as an intermediary for the interactions between inclusions.
  • Such a dynamic equilibrium between phases involves non-trivial processes of momentum exchange between gas and liquid but also of production/dissipation of turbulence: this dynamic equilibrium gives rise to complex flow structures.
  • an average recirculation is set up on the scale of the column, with an ascending liquid flow in the center and descending on the periphery, on which are superimposed secondary circulations qualified as “chaotic”.
  • An advantage of the present invention lies in the implementation of a bubble column for the treatment of polluted air contained in and/or entering and/or leaving a confined space, which has particular dimensions, ie a very low H/D ratio, more specifically less than or equal to 1.5, and based on the operation of a high superficial gas velocity Ug in the bubble column, ie between 0.35 m/s and 0.50 m/s.
  • the enclosure 1 of the bubble column 100 has an H/D ratio less than or equal to 1.5, or even less than or equal to 1.
  • a minimum height is necessary to allow sufficient contact time between the gas to be treated and the liquid so that the latter becomes charged with particles and/or gaseous polluting compounds.
  • the bubble column according to the invention has an H/D ratio preferably greater than or equal to 0.5.
  • Such a geometry of the column makes it possible in particular to minimize the pressure drop while maintaining a useful volume sufficient to carry out a good transfer of material, thus contributing to minimizing the operating costs while ensuring good air treatment efficiency.
  • Such an H/D ratio also makes it possible to limit the size of the column, in particular by minimizing the height of the column, which allows installation of the column in spaces constrained in height such as the confined spaces mentioned above.
  • the operational superficial gas velocity Ug is between 0.35 m/s and 0.50 m/s, and preferably between 0.40 m/s and 0.50 m/s, for example equal to 0.40 m/s.
  • a speed Ug makes it possible in particular to reduce the size of the column by allowing a reduced passage section adapted to reach the values of Ug mentioned which minimizes the occupation of the floor of the column.
  • Such a speed Ug also makes it possible to generate strong transfers of material on the liquid side favorable to the capture of particulate and gaseous pollutants.
  • the liquid When the liquid is too loaded with particles or it no longer absorbs the gaseous compounds targeted, it can be completely drained and replaced by a simple pumping operation.
  • the column can thus advantageously comprise a liquid renewal and purge circuit comprising the liquid supply pipe 4 and the liquid evacuation pipe or pipes 5, a hydraulic pump 16 connecting the liquid evacuation pipe or pipes 5 to the liquid supply pipe 4, a fresh liquid inlet pipe 11 connected to the liquid evacuation pipes 5, a purge pipe 12 connected to the pump 16 to evacuate the liquid from the liquid renewal circuit, liquid flow control means making it possible in operation to supply the enclosure with liquid via fresh liquid inlet line 11, pump 16 and liquid supply line 4, or to bleed liquid via liquid discharge line(s) 5, pump 16 and bleed line 12.
  • the liquid renewal and purge circuit may also include means for purifying the liquid to rid it, at least in part, of the polluting particles and/or compounds that it contains (not shown in FIG. 1).
  • the hydraulic pump 16 can advantageously be a low-power pump, typically with a power of between 1 kW and 3 kW, adapted to the low flow rate of renewed liquid which may be required by the bubble column in operation.
  • the liquid flow control means comprise at least one valve 13 arranged on the fresh liquid inlet pipe 11, a valve 14 on the liquid supply pipe 4 and a valve 15 on the purge pipe. 12.
  • the liquid is preferably renewed in the enclosure 1 discontinuously.
  • the renewal of liquid can also be done continuously, e.g. there is always liquid leaving the enclosure of the column and liquid entering the enclosure, the flow rate of liquid withdrawn from the column equivalent to the flow rate liquid entering the column.
  • this renewed liquid flow rate can be between 0.1% vol. and 0.4% vol. the injected air flow.
  • the renewed liquid can comprise liquid withdrawn from the column and purified by any means known to those skilled in the art.
  • the renewed liquid can also include “fresh” liquid, i.e. not loaded with initially gaseous polluting particles and compounds, coming from outside and never having stayed in the column. Topping up with fresh liquid makes it possible in particular to compensate for liquid losses.
  • part of the liquid can be drawn off via the liquid evacuation pipe(s) 5, by means of the pump 16, the valves 13 and 14 being closed and the valve 15 being open to the evacuation of said part of the liquid through the purge line 12.
  • Fresh liquid can then be supplied by the fresh liquid inlet pipe 11, and routed, via the pump 16, to the top of the enclosure 1 by the liquid supply line 4, valves 13 and 14 then being open and valve 15 closed.
  • the liquid is renewed in the enclosure 1 so that the concentration of particles and/or of polluting compounds in the liquid and/or in the treated gas, and/or the pH of the liquid respects a given threshold or a range of given values.
  • the liquid is renewed in the enclosure so that the concentration either of particles or of gaseous polluting compounds or both, in the treated air or in the liquid inside the enclosure 1 is less than one given threshold, in order to guarantee a good level of air treatment performance.
  • Liquid pH monitoring can also be used to trigger liquid renewal in enclosure 1.
  • the column can indeed be advantageously equipped with on-line analyzers allowing the monitoring of the treatment of the air in the column and the preventive maintenance of the column, for example by emptying and replacing the entire volume of liquid in the column. or by partial renewal and purging of liquid, for example by pH control.
  • the column can thus comprise at least one sensor for the concentration of particles and/or polluting compounds present in the liquid or in the treated gas and/or a system for measuring the pH of the liquid, and automatic means for controlling the renewal of liquid configured so that said concentration and/or said pH respects a given threshold (either below or above a given threshold) or a given range of values.
  • the automatic liquid renewal control means can act on the piloting of the liquid flow control means, in particular the valves described above of the liquid renewal and purge circuit.
  • the liquid renewal and purge circuit can be used to occasionally empty and fill the total volume of liquid in the enclosure.
  • the bubble column can be equipped with other measuring and monitoring devices.
  • the correct operation of the pump 16 can be monitored by means of cameras, and the valves fitted to the liquid renewal and purge circuit can be controlled.
  • the control means can control and monitor the bubble column and display the relevant information (alarms, monitoring of measurements by the instruments, video image, etc.) on a remote HMI man-machine interface.
  • the connections between the instrumentation, the controllable elements, the control unit and the HMI are made in known manner, for example by a local Internet network, using optical fibers, modular connectors for RJ45 type Ethernet connection (with the possible addition of a switch/LAN as close as possible to the bubble column).
  • the bubble column is operated at ambient temperature and pressure.
  • the ambient temperature varies according to the given environment, and temperatures ranging from 0°C to 40°C can be encountered as an indication.
  • the ambient pressure is substantially atmospheric pressure, e.g. the operating pressure is preferably between 0.1 MPa and 0.12 MPa absolute.
  • the operation of the column at ambient temperature and pressure is a considerable advantage in view of the layout and the air flow rates to be treated, as this greatly simplifies the implementation of the process and the installation, since this limits the equipment (no heating or pressurizing means required) and the energy consumption of the treatment.
  • enclosure 1 may have a diameter D of between 1 and 5 m, preferably between 1 and 3 m, for example a diameter of 1.5 m.
  • an air flow to be treated having a flow rate of between 1000 m 3 /h and 300,000 m 3 /h, for example 10,000 m 3 /h.
  • the air is at 20°C and the pressure is ambient pressure which is atmospheric pressure (0.1013 MPa).
  • an operational superficial gas velocity 0.40 m/s is provided.
  • FIG. 2 illustrates a bubble column 200 according to a first embodiment of the invention, configured and operating as described in relation to FIG. 1.
  • the numerical references in FIG. 2 designate the elements with the same reference described above in compared with Figure 1. Although the entire renewal and liquid circuit is not shown, the latter operates and is configured as previously described.
  • the means for dispersing the air within the liquid at the bottom of the enclosure 1 are represented schematically under the reference 3.
  • the means for dispersing the gas make it possible to form bubbles 7 in the liquid, and can be chosen from a pipe , a network of pipes, a multitubular distributor, a perforated plate, a combination of these elements, or any other means known to those skilled in the art.
  • the gas dispersion means comprise, and preferably consist of, a network of tubes, for example provided with orifices and/or sparger slots.
  • the gas dispersion means 3 cover substantially the entire section of the enclosure.
  • FIG. 3 illustrates a bubble column 300 according to a second embodiment of the invention, in all respects identical to the bubble column of FIG. 2, with the exception of the fact that it additionally comprises an internal tube 8 placed in and centered in the enclosure 1.
  • the tube 8 thus divides the enclosure 1 into a peripheral zone 18 for settling and concentration of particles formed between the enclosure and the tube 8, more precisely between the side wall of the enclosure and the wall of the tube which is arranged vertically in the enclosure, and in a central zone 19 formed inside the tube 8.
  • the tube 8 is for example a metal tube. It is advantageously arranged vertically in the enclosure 1, just above the air dispersion means 3 that it circumscribes. It preferably extends over a height less than the height of the liquid/gas interface in the enclosure, so as to allow the passage of the liquid towards the peripheral zone 18 and the flow of the liquid descending into said zone 18.
  • the tube 8 has a height h of between 50% and 80% of the height of the enclosure H.
  • the tube can be fixed to the walls of the enclosure, for example the side, top or bottom wall of the enclosure 1, by any means known to those skilled in the art.
  • the liquid While in the peripheral zone 18 the liquid has an overall downward movement, the liquid has an overall upward movement in the central part of the enclosure 1, inside the tube 8.
  • This second embodiment in which the zone where the liquid rises, i.e. the central zone 19, is separated from the peripheral zone 18 where the liquid descends, allows decantation and a concentration of the particles located in the peripheral zone, in direct link with the bottom of the enclosure where the liquid discharge pipe 5 is located and thus increases the efficiency of extraction of these particles.
  • the tube 8 is a cylindrical tube, arranged in and concentrically to the enclosure 1, itself preferably cylindrical.
  • FIG. 4 illustrates a bubble column 400 according to a third embodiment of the invention, in all respects identical to the bubble column of FIG. 3, with the exception of the fact that the liquid outlet is carried out at the level of the side wall of the enclosure 1, in the peripheral zone 18.
  • Liquid containing particles and/or polluting components is thus withdrawn from the peripheral zone 18 by means of at least one liquid discharge pipe 9 opening on the side wall of the enclosure 1, preferably in the upper half of the enclosure 1 in order in particular to avoid the extraction of the liquid laden with particles near the bottom of the enclosure or turbulence generated by the arrival of gas can for example re-entrain the particles in the central zone 19 of the enclosure.
  • the column represented in FIG. 4 comprises two diametrically opposed liquid discharge pipes 9 and opening onto the wall of the enclosure 1 in its upper half.
  • the bubble column according to the invention does not include internals, that is to say fixed or moving parts, participating in the agitation (work dissipated in the medium) responsible for the flows of liquid and air in the enclosure.
  • the column according to the invention and its operation are simple and economical in terms of investment and operation.
  • bubble columns as described above can be combined and configured to operate in parallel and form an installation for treating the air contained in and/or entering and /or leaving a confined space to deplete it of polluting gaseous compounds, in particular of NOx, SOx and/or VOC, and of solid particles.
  • the bubble column or the installation for treating polluted air contained in and/or entering/coming from a confined environment can be associated with an electrostatic filter device preferably associated with a ozone treatment, arranged downstream of the bubble column.
  • the confined spaces which are of interest to the invention are provided with means for supplying and/or extracting air to and from the confined spaces, it is possible to place the bubble column or the installation comprising several of said columns at bubbles in these means.
  • these means are in the form of networks of pipes, chimneys and various enclosures in fluidic connection with each other and equipped with ad hoc fans/extractors to ensure the circulation of the air within the confined environment, from the interior to the exterior of the confined space and/or the reverse.
  • the air to be treated is caused to circulate in the bubble column or columns, possibly without even having recourse to additional forced circulation devices.
  • the air treatment can be controlled by an electronic/computer control system allowing manual, automatic or semi-automatic control, for example remotely.
  • the control system may comprise electronic/computer means connected on the one hand to one or more measurement means associated with the bubble column, in particular a liquid pH sensor or a particle concentration sensor and/or of polluting compounds present in the liquid or in the treated gas, and to one or more means for controlling the process, in particular means for controlling the opening/closing of valves, and connected on the other hand to a man/machine interface. Monitoring of the process can therefore be done remotely, minimizing maintenance operations requiring human intervention.
  • the process for treating air contained in and/or entering and/or leaving outside a confined space according to the invention can implement a bubble column according to any one of the variants or combinations of variants described.
  • the pressure drop of each column is approximately 0.015 MPa.
  • case (c) which is a case according to the invention
  • the capture performance is slightly reduced compared to case (a), however the investment cost PI" is reduced by 20% compared to PI' in case (b), the pressure drop is practically divided by 2, which makes it possible to have an operating cost P2" down 47% compared to P2'.
  • the installation of case (c) uses more compact columns that are much easier to install in confined environments where the ceiling height is sometimes limited.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Gas Separation By Absorption (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Separation Of Particles Using Liquids (AREA)

Abstract

La présente invention concerne la mise en œuvre d'une colonne à bulles pour le traitement de l'air contenu dans et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné pour l'appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, SOx et/ou COV, et en particules solides. La colonne à bulles (100) comporte une enceinte, préférentiellement cylindrique, de rapport H/D ≤ 1,5 (H : hauteur, D : diamètre), remplie de liquide apte à capter lesdites particules et composés gazeux polluants. L'air est injecté dans le liquide au fond de l'enceinte (1) de manière à former des bulles, et selon un débit tel que la vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug allant de 0,35 à 0,50 m/s. L'air sous forme de bulles est ainsi traité par contact avec le liquide de sorte qu'au moins une partie des particules et/ou du ou des composés gazeux polluants est captée par le liquide, et l'air traité est évacué en haut de l'enceinte.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT D'AIR D'UN ESPACE CONFINE DANS UNE COLONNE
A BULLES
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine du traitement de l'air dans des espaces confinés, qu'ils soient clos ou semi clos, en particulier l'élimination de polluants sous forme de particules et/ou de composés gazeux dans l'air contenu et/ou entrant et/ ou sortant de tels espaces, au moyen de colonnes à bulles.
Contexte général et technique antérieure
L'air des milieux confinés, en particulier semi clos tels que les tunnels ferroviaires, les tunnels routiers ou encore les parkings, est généralement bien plus pollué que l'air extérieur.
Ces espaces confinés peuvent être fréquentés par une population de passage, des usagers, et/ou par une population plus ou moins permanente, comme un personnel d'exploitation ou des commerçants.
Ces espaces confinés peuvent être des réseaux de transports souterrains de type ferrés. On définit sous l'acronyme EFS l'ensemble des espaces couverts situés en dessous du niveau du sol, connectés à une voie de transport ferroviaire souterraine où exercent des travailleurs. Cette définition concerne donc tous les espaces où des personnes travaillent de façon régulière, incluant les gares, les couloirs, les rames, les tunnels, les locaux commerciaux, les locaux techniques et les centres de dépannage des trains. En France, sept agglomérations disposent ainsi de réseaux d'EFS, autrement dits de « métros ».
Il peut aussi s'agir de parcs de stationnement de véhicules couverts et souterrains, ou encore de tunnels routiers.
Dans ces différents cas de figures, on peut utiliser des systèmes de ventilation et d'extraction et/ou d'insufflation d'air, qui ont pour but de rendre plus respirable l'air présent dans ces lieux confinés, en le renouvelant par de l'air « frais » insufflé prélevé à l'extérieur et/ou par extraction et rejet à l'extérieur d'air vicié. Dans certains cas, une dépollution de l'air vicié est réalisée dans des installations dites « en dérivation », l'air étant extrait, dépollué, puis réinjecté dans le tunnel.
Cependant, ces systèmes s'avèrent souvent insuffisants pour garantir une qualité d'air correcte dans ces lieux confinés. Dans certains cas, notamment les parkings couverts/souterrains, on vient prélever de l'air extérieur urbain pour renouveler l'air. Or l'air urbain peut déjà présenter un niveau de pollution significatif, notamment en termes de particules fines, et de composés gazeux polluants comme les oxydes d'azotes NOx, ou d'autres composés polluants comme les composés organiques volatils (ou VOC pour l'acronyme anglais Volatile Organic Compound), ou les dérivés soufrés, comme les oxydes de soufre SOx, notamment du fait du trafic automobile, du chauffage urbain, ou d'activités industrielles proches. Pour les espaces confinés du type tunnels routiers ou parcs de stationnement, l'air est chargé en particules et en gaz polluants du fait du trafic routier souterrain. Pour les réseaux ferrés de type EFS la pollution est essentiellement particulaire, elle provient des phases de freinage mais aussi des frottements avec les voies et le pantographe. Dans tous les cas on vient extraire cet air pollué pour le rejeter à l'extérieur, en venant ainsi polluer l'atmosphère extérieure proche de ces espaces confinés.
Que les polluants soient émis dans les espaces confinés évoqués plus haut, ou réintroduits depuis l'extérieur, on voit qu'on peut les classer en deux catégories :
- les particules solides peuvent provenir de combustions imparfaites (suies), de l'usure des pneumatiques, des organes de freinage des véhicules, de la dégradation des revêtements routiers ou des rails, etc. Leur petite taille, de l'ordre de quelques microns, explique leur maintien en suspension dans l'air. Pour les enceintes ferroviaires souterraines (EFS) les constituants majeurs identifiés sont différents métaux dont le fer, du carbone élémentaire et du carbone organique. On peut aussi ajouter les poussières terrigènes notamment composées de silice. Les particules sont communément classées en fonction de leur taille, en particulier en fonction du diamètre qu'aurait une sphère de comportement aérodynamique équivalent. Ainsi il est classiquement fait référence dans le cade de la pollution de l'air de deux types de particules, faisant l'objet d'une réglementation à cause de leur effets sur la santé : les particules de type PM10 (PM pour « Particulate Matter » en anglais), i.e. dont la taille est inférieure à 10 pm, et les particules de type PM2.5, i.e. dont la taille est inférieure à 2,5 pm. Les particules dites « fines » sont les particules de type PM2.5, et englobent également des particules de plus petite taille classées PMI (particules submicroniques) ou PM0.1 (particules ultrafines ou nanoparticules).
- les composés gazeux, notamment des oxydes d'azote, NOx dont le monoxyde et/ou le dioxyde d'azote (NO, NO2), mais aussi le monoxyde de carbone CO, les composés soufrés comme les SOx, et les VOC (à noter que le NO peut s'oxyder spontanément en NO2 sous l'effet du soleil et de la présence d'oxygène, donc même s'il est potentiellement moins néfaste que NO2 à concentrations égales, c'est aussi potentiellement un précurseur de NO2).
Dans les espaces confinés mentionnés plus haut, les seuils recommandés pour la qualité de l'air sont régulièrement dépassés, notamment en ce qui concerne les particules fines ou encore les NOx.
Il devient de plus en plus urgent de réduire ces niveaux de polluants, que ce soit en s'attaquant à la source de la pollution ou en traitant l'air de ces milieux. La présente invention vise à répondre à cette problématique générale de réduction des polluants de l'air contenu dans et/ou arrivant dans et/ou extrait de ces espaces confinés, pour en améliorer la qualité, par une technique de traitement de l'air.
Généralement, le traitement de l'air dans ces espaces confinés est réalisé au moyen de filtres à barrières physiques, de filtres électrostatiques, ou encore par l'utilisation de charbons actifs jouant le rôle d'adsorbants.
Les filtres physiques présentent l'inconvénient de générer une forte perte de charge, ce qui se traduit par un coût opératoire élevé, et présentent également des risques de bouchage qui nécessitent l'intervention d'opérateurs et donc une maintenance importante.
Le même problème se pose pour les filtres électrostatiques, avec de surcroît une manutention complexe (interventions en présence de haute tension) qui engendre des coûts importants et des arrêts opératoires.
Par ailleurs, on connaît dans le domaine du traitement des rejets gazeux industriels l'utilisation de dispositifs de mise en contact gaz/liquide telles que des colonnes à plateaux, des colonnes à garnissages, des colonnes à pulvérisation, des chambres de lavage venturi, qui permettent de « laver » un gaz pour le débarrasser de divers polluants. Certains de ces dispositifs peuvent être utilisés pour le traitement de l'air en espace confiné. Par exemple la demande WO2019/192827 divulgue un procédé de traitement d'air confiné visant à en éliminer les composes gazeux polluants comme les NOx et les particules solides, mettant en œuvre une colonne à garnissages pour laver l'air au contact d'un liquide comportant un composé absorbant comme de l'hydroxyde potassium (KOH).
Cependant, l'utilisation de colonnes comportant des internes, que ce soit des garnissages comme dans la demande WO2019/192827, ou des plateaux, bien que requérant généralement moins de maintenance que l'usage de systèmes de filtration, est une solution coûteuse en termes d'investissement et d'opération, notamment car pour traiter un même débit d'air, il est nécessaire de mettre en œuvre des moyens de circulation de gaz et de liquide adaptés (pompes, compresseurs), et car un bac de stockage du liquide est requis. Par ailleurs, ces colonnes ainsi que les internes eux-mêmes sont onéreux, et demandent un dimensionnement rigoureux, ce qui peut limiter la flexibilité de l'usage de la colonne quant aux débits traités.
La purification d'air peut également être effectuée dans des dispositifs reposant sur le principe de fonctionnement des colonnes à bulles, où le gaz est injecté à la base d'un réservoir rempli d'eau de manière à générer des bulles qui remontent dans le réservoir, permettant ainsi un transfert de matière entre le liquide et le gaz. Les colonnes à bulles sont des types de réacteurs gaz/liquide largement utilisées en génie de procédés, en particulier en tant que fermenteurs aérobies dans l'industrie biologique, dans la pétrochimie ou encore pour le traitement de l'eau. Dans le cadre de la purification de l'air, la demande de brevet CN105289161A décrit un purificateur d'air comportant un réservoir d'eau de forme cuboïde dans lequel de l'air contenant des poussières est injecté au moyen d'un compresseur en bas du réservoir et remonte sous forme de bulles dans le réservoir, qui comprend en outre une plaque de partition poreuse permettant de diviser les grosses bulles qui remontent en plus fines bulles, de manière à augmenter l'efficacité d'élimination des particules de l'air par le contact avec l'eau. Un autre exemple de purificateur d'air atmosphérique de ce type est décrit dans le brevet KR100529857. Le purificateur comprend une enceinte cylindrique disposée verticalement, en partie remplie d'une solution aqueuse, à la base de laquelle l'air à purifier est injecté par une pluralité de buses de manière à former des bulles. L'enceinte comprend une grille servant à diviser les bulles remontant dans la colonne, ainsi qu'un agitateur formant un vortex dans la solution aqueuse, et un système d'arrosage de solution aqueuse disposé entre la sortie gaz en haut de la colonne et l'interface gaz/liquide dans la colonne. Ce système est complexe et coûteux, notamment car il nécessite un compresseur pour générer les bulles, un moteur pour faire tourner l'agitateur et une pompe pour le système d'arrosage de liquide.
Objectifs et Résumé de l'invention
La présente invention a pour objectif de surmonter au moins en partie les problèmes de l'art antérieur mentionnés plus haut, et vise de manière générale à fournir un procédé et un dispositif de traitement de l'air contenu/arrivant dans et/ou extrait d'un espace confiné, typiquement un réseau EFS , un parc de stationnement de véhicules couvert/souterrain ou un tunnel routier, de manière à appauvrir cet air en composés gazeux polluants, tels que les NOx, SOx, COV, et en particules solides.
Plus particulièrement, la présente invention vise à fournir un tel procédé et dispositif qui permette d'atteindre au moins l'un des objectifs suivants : éviter de recourir à des pièces mécaniques mobiles,
- présenter un coût relativement faible d'installation et d'opération et/ou une maintenance réduite par rapport aux technologies de filtration mécanique, électrostatique, de lavage par des colonnes de mise en contact gaz/liquide comportant des plateaux ou des garnissages, minimiser l'encombrement du dispositif de traitement de l'air afin qu'il soit adapté à un milieu confiné très contraint en espace disponible, - permettre le traitement de débits d'air importants, typiquement allant de quelques milliers à quelques dizaines, voire centaines, de milliers de m3/h.
Ainsi, pour atteindre au moins l'un des objectifs susvisés, parmi d'autres, la présente invention propose, selon un premier aspect, un procédé de traitement d'air contenu dans et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné pour l'appauvrir en au moins un composé gazeux polluant, notamment en NOx, SOx et/ou COV, et en particules solides, mettant en œuvre une colonne à bulles comprenant une enceinte de rapport H/D < 1,5 remplie d'un liquide apte à capter lesdites particules et composés gazeux polluants, H et D étant respectivement la hauteur et le diamètre de ladite enceinte, dans lequel :
- on injecte l'air dans le liquide au fond de l'enceinte de manière à former des bulles, et selon un débit tel que la vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug est comprise entre 0,35 m/s et 0,50 m/s,
- on traite l'air injecté sous forme de bulles par contact avec le liquide de sorte qu'au moins une partie des particules et/ou du ou des composés gazeux polluants soit captée par le liquide, et
- on évacue l'air traité en haut de l'enceinte.
Selon une ou plusieurs mise en œuvre de l'invention, la vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug est comprise entre 0,40 m/s et 0,50 m/s.
Avantageusement, le seul moteur de l'écoulement de l'air ascendant sous forme de bulles résulte de la flottabilité.
Selon une ou plusieurs mise en œuvre de l'invention, le liquide est une solution aqueuse, et de préférence est constitué d'eau.
Selon une ou plusieurs mise en œuvre de l'invention, le liquide est une solution aqueuse comprenant au moins un composé absorbant vis-à-vis dudit au moins un composé gazeux polluant, et/ou comprend un promoteur de solubilité dudit au moins un composé gazeux polluant.
Selon une ou plusieurs mise en œuvre de l'invention, on renouvelle le liquide dans l'enceinte, de préférence de manière discontinue.
Selon une ou plusieurs mise en œuvre de l'invention, on opère la colonne à bulles à température et pression ambiantes. Selon une ou plusieurs mise en œuvre de l'invention, on crée dans l'enceinte une zone périphérique de décantation et de concentration de particules entre ladite enceinte et un tube disposé dans et centré dans ladite enceinte, le liquide ayant un mouvement global descendant dans ladite zone périphérique.
Selon une ou plusieurs mise en œuvre de l'invention, on soutire du liquide comportant des particules et/ou des composants polluants depuis ladite zone périphérique au moyen d'au moins une conduite d'évacuation du liquide s'ouvrant sur la paroi latérale de ladite enceinte, de préférence dans la moitié supérieure de ladite enceinte.
Selon une ou plusieurs mise en œuvre de l'invention, l'enceinte de la colonne est cylindrique.
Selon un deuxième aspect, la présente invention porte sur une colonne pour réaliser le procédé selon l'invention de traitement de l'air contenu dans et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné afin de l'appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, SOx et/ou COV, et en particules solides, configurée pour opérer à une vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug est comprise entre 0,35 m/s et 0,50 m/s, la colonne à bulles comportant :
- une enceinte, de préférence cylindrique, de rapport H/D < 1,5, H et D étant respectivement la hauteur et le diamètre de l'enceinte, configurée pour être remplie par un liquide apte à capter lesdites particules et composés gazeux polluants,
- une conduite d'arrivée de l'air,
- des moyens de dispersion dudit air au sein du liquide, connectés à la conduite d'arrivée de l'air et disposés dans le fond de l'enceinte,
- une conduite de sortie de l'air traité disposée en haut de l'enceinte,
- une conduite d'alimentation en liquide débouchant en haut de l'enceinte, et
- au moins une conduite d'évacuation du liquide de l'enceinte.
Selon un ou plusieurs mode de réalisation de l'invention, la colonne comprend un circuit de renouvellement et de purge du liquide.
Selon un ou plusieurs mode de réalisation de l'invention, la colonne comprend en outre un tube interne disposé dans et centré dans l'enceinte, divisant verticalement l'enceinte en une zone périphérique de décantation et de concentration de particules formée entre l'enceinte et le tube, et en une zone centrale formée à l'intérieur du tube. Selon un ou plusieurs mode de réalisation de l'invention, ladite moins une conduite d'évacuation du liquide s'ouvre sur la paroi latérale de l'enceinte, de préférence dans la moitié supérieure de l'enceinte.
Selon un troisième aspect, la présente invention porte sur une installation de traitement de l'air contenu dans et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné pour l'appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, SOx et/ou COV, et en particules solides, comportant plusieurs colonnes à bulles selon l'invention, configurées pour fonctionner en parallèle.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'exemples de réalisations particuliers de l'invention, donnés à titre d'exemples non limitatifs, la description étant faite en référence aux figures annexées décrites ci-après.
Liste des figures
La figure 1 est un schéma de principe de la colonne à bulles et son fonctionnement pour le traitement d'air selon l'invention.
La figure 2 est un schéma d'une colonne à bulles selon un premier mode de réalisation de l'invention.
La figure 3 est un schéma d'une colonne à bulles selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
La figure 4 est un schéma d'une colonne à bulles selon un troisième mode de réalisation de l'invention.
Sur les figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou analogues.
Description des modes de réalisation
L'objet de l'invention est de proposer une colonne à bulles particulière et un procédé spécifique la mettant en œuvre pour le traitement de l'air contenu et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné pour l'appauvrir en au moins un composé gazeux polluant, notamment en NOx, SOx et/ou COV, et en particules solides.
Par espace confiné, on entend un espace clos ou semi clos, et de préférence un espace semi clos tel qu'un tunnel ferroviaire, un tunnel routier, un parking, ou un réseau EFS (ensemble des espaces couverts situés en dessous du niveau du sol, connectés à une voie de transport ferroviaire souterraine où exercent des travailleurs, incluant les gares, les couloirs, les rames, les tunnels, les locaux commerciaux, les locaux techniques et les centres de dépannage des trains répondant à cette définition). L'air à traiter, contenu et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné, comporte des particules solides et/ou au moins un composé gazeux polluant, tel que des NOx, SOx, COV, NH3, et en particulier des NOx.
La figure 1 illustre schématiquement une colonne à bulles et son fonctionnement pour le traitement d'air selon l'invention.
Des modes de réalisation du procédé et de la colonnes à bulles sont décrits ci-après en détail. De nombreux détails spécifiques sont exposés afin de fournir une compréhension plus approfondie de l'invention. Cependant, il apparaîtra à l'homme du métier que le procédé et la colonne à bulles peuvent être mis en œuvre sans tous ces détails spécifiques. Dans d'autres cas, des caractéristiques bien connues n'ont pas été décrites en détail pour éviter de compliquer inutilement la description.
Dans la présente description, le terme « comprendre » est synonyme de (signifie la même chose que) « inclure » et « contenir », et est inclusif ou ouvert et n'exclut pas d'autres éléments qui ne seraient pas mentionnés. Il est entendu que le terme « comprendre » inclut le terme exclusif et fermé « consister ».
En outre, dans la présente description, les termes « essentiellement » ou « sensiblement » correspondent à une approximation de ± 5%, préférablement de ±1%. Par exemple, un élément couvrant sensiblement toute une surface correspond à un élément couvrant au moins 95% de ladite surface.
Dans la présente description, par cylindrique on fait référence à un cylindre de révolution.
Dans la suite de la description et dans les revendications, les positions (« fond », « sommet », « au- dessus », « en-dessous », « horizontal », « vertical », « moitié inférieure », etc.) des différents éléments sont définies par rapport à la colonne en position de fonctionnement.
La colonne à bulles 100 selon l'invention comporte une enceinte 1, de hauteur H et de diamètre D, configurée pour être remplie par un liquide apte à capter les particules et/ou les composés gazeux polluants d'un air pollué Ap à traiter.
La colonne à bulles 100 comporte :
- une conduite d'arrivée 2 de l'air à traiter Ap,
- des moyens de dispersion de l'air au sein du liquide contenu dans ladite enceinte, connectés à la conduite d'arrivée de l'air 2 et disposés dans le fond de l'enceinte 1,
- une conduite de sortie 6 de l'air traité At disposée en haut de l'enceinte 1, - une conduite d'alimentation en liquide 4 débouchant en haut de l'enceinte 1, et
- au moins une conduite d'évacuation du liquide 5 de l'enceinte 1.
L'air à traiter Ap est avantageusement introduit à l'aide d'une soufflante 17, ou tout autre moyen aéraulique tel qu'un compresseur ou un ventilateur, dans l'enceinte 1 de la colonne 100 via le conduit d'arrivée d'air 2. Le débit d'air injecté est tel que la vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug (vitesse superficielle du gaz lorsque la colonne est en opération) est comprise entre 0,35 m/s et 0,50 m/s, et l'air est injecté de manière à former des bulles au sein du liquide au fond de l'enceinte 1 grâce à des moyens de dispersion du gaz (non représenté sur la figure 1) connectés à la conduite d'arrivée d'air 2. L'air injecté sous forme de bulles est alors traité par contact avec le liquide de sorte qu'au moins une partie des particules et/ou du ou des composés gazeux polluants soit captée par le liquide. L'air ainsi traité At est évacué en haut de l'enceinte 1.
Selon un mode de réalisation préféré, l'enceinte 1 est cylindrique. Dans le cas d'une enceinte cylindrique, le diamètre D est le diamètre du cylindre. Une telle géométrie permet notamment de limiter la présence de volumes « morts » dans la colonne.
L'enceinte 1 de la colonne peut aussi être parallélépipédique, typiquement un parallélépipède rectangle ou un cube, ce qui peut être avantageux dans certains cas pour optimiser l'emprise au sol et faciliter la mise en place de la colonne dans des espaces construits. Dans le cas d'une enceinte parallélépipédique, en particulier d'un parallélépipède rectangle ou un cube, le diamètre D doit être entendu comme un diamètre équivalent, défini comme étant le diamètre du cercle inscrit à la section (section droite horizontale) de l'enceinte.
L'enceinte 1 de la colonne 100 est de préférence remplie par le liquide sur sensiblement toute sa hauteur, à l'exception d'une zone au sommet de l'enceinte connue sous le nom de zone de désengagement du gaz, où l'air se dissocie de la phase continue, i.e. le liquide. L'interface air/liquide, marquant le début de la zone de désengagement, est généralement situé dans la moitié supérieure de l'enceinte, de préférence dans le tiers voire le quart supérieur de l'enceinte.
Le liquide est de préférence une solution aqueuse. Le liquide peut être constitué d'eau. Le contact entre l'eau et l'air pollué permet à certains composés polluants gazeux et aux particules d'être captés par l'eau.
Selon d'autres modes de réalisation, le liquide peut être une solution aqueuse comprenant au moins un composé absorbant chimiquement actif vis-à-vis d'un ou plusieurs composé gazeux polluants, c'est- à-dire un composé permettant une absorption du composé polluant par réaction chimique avec ledit composé polluant présent dans l'air à traiter, et/ou comprend un promoteur de solubilité d'un ou plusieurs composés gazeux polluants, c'est-à-dire un composé qui augmente la solubilité du composé polluant sans réaction chimique directe avec ledit composé polluant.
Comme cela est connu du fonctionnement général d'une colonne à bulles, et comme cela s'applique à la présente invention, les écoulements diphasiques dans la colonne à bulles sont pilotés par la gravité, sans forçage externe prépondérant (tel qu'un agitateur, un gradient de pression externe, des transferts de chaleur en écoulement bouillonnant, etc.) de sorte que le seul moteur de l'écoulement du gaz ascendant sous forme de bulles résulte de la flottabilité. L'air, dispersé en bulles, a un mouvement principalement ascendant. La colonne est de préférence opérée de manière discontinue (fonctionnement « en batch » selon la terminologie anglo-saxonne) : même si du liquide est ajouté ou retiré de l'enceinte de la colonne, comme décrit plus loin, le débit de liquide reste très faible par rapport au débit d'air injecté en fond de colonne. Il y a accumulation des polluants dans le liquide, qui peut être purgé ponctuellement. D'une part, les bulles communiquent de la quantité de mouvement au liquide et lui imposent leur dynamique. D'autre part, le mouvement des inclusions d'air reste contraint par l'inertie de la phase liquide qui sert aussi d'intermédiaire aux interactions entre inclusions. Un tel équilibre dynamique entre phases implique des processus non triviaux d'échange de quantité de mouvement entre gaz et liquide mais aussi de production/dissipation de la turbulence : cet équilibre dynamique donne naissance à des structures d'écoulements complexes. Ainsi, dans la colonne à bulles, une recirculation moyenne se met en place à l'échelle de la colonne, avec un écoulement liquide ascendant au centre et descendant en périphérie, sur laquelle se superposent des circulations secondaires qualifiées de « chaotiques ». C'est notamment la présence de ces circulations, à différentes échelles, qui assurent un très bon niveau de transfert de matière entre le gaz et le liquide et une bonne homogénéité des concentrations dans la phase liquide, assurant les conditions nécessaires pour pouvoir capter les particules en suspension dans l'air injecté sous forme de bulles, et le transfert des composés polluants gazeux de l'air vers le liquide. Ce transfert est donc obtenu sans recours à des pièces mobiles (agitation dite mécanique définie comme provoquée par le mouvement physique d'un ou plusieurs éléments rigides ou flexibles dans la colonne par opposition à l'agitation liée à la seule flottabilité), ce que se traduit par un faible coût d'installation et d'opération, ainsi qu'une faible maintenance de la colonne.
Un intérêt de la présente invention réside dans la mise en œuvre d'une colonne à bulles pour le traitement d'air pollué contenu dans et/ou entrant et/ou sortant d'un espace confiné, qui présente des dimensions particulières, i.e. un très faible rapport H/D, plus spécifiquement inférieur ou égal à 1,5, et reposant sur l'opération d'une forte vitesse superficielle de gaz Ug dans la colonne à bulles, i.e. comprise entre 0,35 m/s et 0,50 m/s. Selon l'invention, l'enceinte 1 de la colonne à bulles 100 a un rapport H/D inférieur ou égal à 1,5, voire inférieur ou égal 1. Une hauteur minimale est nécessaire pour laisser suffisamment de temps de contact entre le gaz à traiter et le liquide afin que ce dernier se charge en particules et/ ou composés polluants gazeux. Ainsi, la colonne à bulles selon l'invention a un rapport H/D de préférence supérieur ou égal à 0,5.
Une telle géométrie de la colonne permet en particulier de minimiser la perte de charge tout en maintenant un volume utile suffisant pour effectuer un bon transfert de matière, contribuant ainsi à minimiser les coûts opératoires tout en assurant une bonne efficacité de traitement de l'air. Un tel rapport H/D permet également de limiter l'encombrement de la colonne, en minimisant en particulier la hauteur de la colonne, ce qui permet une installation de la colonne dans des espaces contraints en hauteur tels que les espaces confinés mentionnés plus haut.
Selon l'invention, la vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug est comprise entre 0,35 m/s et 0,50 m/s, et de préférence comprise entre 0,40 m/s et 0,50 m/s, par exemple égale à 0,40 m/s. Une telle vitesse Ug permet notamment de réduire l'encombrement de la colonne en permettant une section de passage réduite adaptée pour atteindre les valeurs de Ug mentionnées qui minimise l'occupation au sol de la colonne. Une telle vitesse Ug permet également de générer de forts transferts de matière côté liquide favorables à la capture des polluants particulaires et gazeux.
Ainsi, une telle vitesse superficielle de gaz opérationnelle en association avec le ratio H/D spécifique de l'enceinte de la colonne permettent de fournir une installation de traitement d'air pollué compacte, en accord avec les contraintes d'espace des milieux confinés tels que décrits, pouvant traiter des débits importants d'air à dépolluer, e.g. quelques milliers à quelques dizaines de milliers, voire centaines de milliers de m3/h, qui sont des aspects incontournables pour avoir une bonne efficacité de traitement de l'air à l'échelle globale.
Quand le liquide est trop chargé en particules ou qu'il n'absorbe plus les composés gazeux visés, il peut être vidangé en totalité et remplacé par une simple opération de pompage.
Il est également possible de réaliser un renouvellement de préférence discontinu, ou alternativement continu, du liquide au moyen d'un circuit de renouvellement et de purge du liquide.
La colonne peut ainsi comprendre avantageusement un circuit de renouvellement et de purge du liquide comportant la conduite d'alimentation en liquide 4 et la ou les conduites d'évacuation du liquide 5, une pompe hydraulique 16 connectant la ou les conduites d'évacuation du liquide 5 à la conduite d'alimentation en liquide 4, une conduite d'arrivée de liquide frais 11 connectée à la ou les conduites d'évacuation du liquide 5, une conduite de purge 12 connectée à la pompe 16 pour évacuer le liquide hors du circuit de renouvellement de liquide, des moyens de contrôle du débit de liquide permettant en fonctionnement d'alimenter l'enceinte avec du liquide frais via la conduite d'arrivée de liquide frais 11, la pompe 16 et la conduite d'alimentation en liquide 4, ou de purger du liquide via la ou les conduites d'évacuation du liquide 5, la pompe 16 et la conduite de purge 12. Le circuit de renouvellement et de purge du liquide peut aussi comprendre des moyens d'épuration du liquide pour le débarrasser au moins en partie des particules et/ou composés polluants qu'il contient (non représentés sur la figure 1).
La pompe hydraulique 16 peut avantageusement être une pompe de faible puissance, typiquement de puissance comprise entre 1 kW et 3 kW, adaptée au faible débit de liquide renouvelé qui peut être requis par la colonne à bulles en fonctionnement.
De préférence, les moyens de contrôle du débit de liquide comprennent au moins une vanne 13 disposée sur la conduite d'arrivée de liquide frais 11, une vanne 14 sur la conduite d'alimentation en liquide 4 et une vanne 15 sur la conduite de purge 12.
On renouvelle de préférence le liquide dans l'enceinte 1 de manière discontinue. Le renouvellement de liquide peut aussi se faire de manière continue, e.g. il y a en permanence du liquide qui sort de l'enceinte de la colonne et du liquide qui entre dans l'enceinte, le débit de liquide soutiré de la colonne équivalent au débit de liquide entrant dans la colonne. Dans ce cas, ce débit de liquide renouvelé peut être compris entre 0,1% vol. et 0,4% vol. du débit d'air injecté.
Le liquide renouvelé peut comprendre du liquide soutiré de la colonne et épuré par tout moyen connu de l'Homme du métier. Le liquide renouvelé peut aussi comprendre du liquide « frais », i.e. non chargé en particules et composés polluants initialement gazeux, provenant de l'extérieur et n'ayant jamais séjourné dans la colonne. Un appoint de liquide frais permet notamment de compenser les pertes de liquide.
Lors du renouvellement et de la purge de liquide, une partie du liquide peut être soutirée par la ou les conduites d'évacuation du liquide 5, au moyen de la pompe 16, les vannes 13 et 14 étant fermées et la vanne 15 étant ouverte pour l'évacuation de ladite partie du liquide par la conduite de purge 12. Du liquide frais peut ensuite apporté par la conduite d'arrivée de liquide frais 11, et acheminé, via la pompe 16, vers le haut de l'enceinte 1 par la conduite d'alimentation en liquide 4, les vannes 13 et 14 étant alors ouverte et la vanne 15 fermée. Avantageusement, on renouvelle le liquide dans l'enceinte 1 de sorte que la concentration en particules et/ou en composés polluants dans le liquide et/ou dans le gaz traité, et/ou le pH du liquide respecte un seuil donné ou une gamme de valeurs donnée. Par exemple, on renouvelle le liquide dans l'enceinte de sorte que la concentration soit en particules soit en composés polluants gazeux soit les deux, dans l'air traité ou dans le liquide à l'intérieur de l'enceinte 1 soit inférieure à un seuil donné, afin de garantir un bon niveau de performance de traitement de l'air. Une surveillance du pH du liquide peut aussi être utilisée pour déclencher le renouvellement de liquide dans l'enceinte 1.
La colonne peut en effet être avantageusement équipée d'analyseurs en ligne permettant le suivi du traitement de l'air dans la colonne et la maintenance préventive de la colonne, par exemple par la vidange et le remplacement de tout le volume de liquide de la colonne ou par le renouvellement et purge partiels de liquide, par exemple par contrôle du pH.
La colonne peut ainsi comprendre au moins un capteur de la concentration de particules et/ou de composés polluants présents dans le liquide ou dans le gaz traité et/ou un système de mesure du pH du liquide, et des moyens de contrôle automatiques du renouvellement de liquide configurés pour que ladite concentration et/ou ledit pH respecte un seuil donné (soit inférieur ou supérieur à un seuil donné) ou une gamme de valeurs donnée. Les moyens de contrôle automatiques du renouvellement de liquide peuvent agir sur le pilotage des moyens de contrôle du débit de liquide, notamment des vannes décrites plus haut du circuit de renouvellement et de purge du liquide.
Le circuit de renouvellement et de purge du liquide peut être utilisé pour effectuer de manière ponctuelle la vidange et le remplissage du volume total de liquide de l'enceinte.
La colonne à bulles peut être équipée d'autres dispositifs de mesure et de surveillance. Par exemple le bon fonctionnement de la pompe 16 peut être surveillé au moyen de caméras, et les vannes équipant le circuit de renouvellement et de purge du liquide peuvent être pilotées.
Les moyens de contrôle peuvent piloter et surveiller la colonne à bulles et afficher les informations pertinentes (alarmes, suivi des mesures par les instruments, image vidéo...) sur une interface homme machine IHM déportée. Les connexions entre les instrumentations, les éléments pilotables, l'unité de contrôle et l'IHM sont réalisées de manière connue, par exemple par un réseau local internet, à l'aide de fibres optiques, de connecteurs modulaires pour connexion Ethernet type RJ45 (avec éventuel ajout d'un commutateur/LAN au plus près de la colonne à bulles).
On peut prévoir à proximité de la colonne à bulles un réservoir de liquide frais destiné à remplacer intégralement le liquide de l'enceinte ou à le renouveler progressivement. On peut également prévoir un réservoir pour le liquide purgé ou vidangé, éventuellement configuré pour permettre un temps de décantation suffisant pour collecter plus facilement les particules en fond de réservoir. Les espèces polluantes gazeuses éventuellement encore présentes dans le liquide purgé ou de vidange peuvent être traitées sur place ou ultérieurement, après vidage du réservoir une fois plein, et récupération de la phase liquide. On prévoit toutes les connexions fluidiques appropriées (conduites équipés de vannes) pour assurer facilement la purge et le remplissage de liquide depuis ou vers l'enceinte de la colonne à bulles.
Avantageusement, la colonne à bulles est opérée à température et pression ambiantes. La température ambiante est variable selon le milieu donné, et l'on peut rencontrer à titre indicatif des températures allant de 0°C à 40°C. La pression ambiante est sensiblement la pression atmosphérique, e.g. la pression d'opération est de préférence comprise entre 0,1 MPa et 0,12 MPa absolus. L'opération de la colonne à température et pression ambiantes est un avantage considérable au vu de l'implantation et des débits d'air à traiter, car cela simplifie grandement la mise en œuvre du procédé et l'installation, puisqu'on limite ainsi les équipements (pas de moyens chauffant ou de mise sous pression à prévoir) et la consommation énergétique du traitement.
Pour donner des ordres de grandeur dimensionnels, l'enceinte 1 peut présenter un diamètre D compris entre 1 et 5 m, de préférence entre 1 et 3 m, par exemple un diamètre de 1,5 m.
Pour donner des ordres de grandeur de paramètres de procédé, on peut prendre l'exemple d'un flux d'air à traiter présentant un débit compris entre 1000 m3/h et 300 000 m3/h, par exemple 10 000 m3/h. L'air est à 20°C et la pression est la pression ambiante qui est la pression atmosphérique (0,1013 MPa). Pour absorber la quasi-totalité des NO2 et des particules, on prévoit une vitesse superficielle de gaz opérationnelle de 0,40 m/s.
La figure 2 illustre une colonne à bulles 200 selon un premier mode de réalisation de l'invention, configurée et fonctionnant tel que décrit en relation avec la figure 1. Les références numériques dans la figure 2 désignent les éléments de même référence décrits plus haut en rapport avec la figure 1. Bien que la totalité du circuit de renouvellement et de liquide ne soit pas représenté, ce dernier fonctionne et est configuré tel que précédemment décrit. Les moyens de dispersion de l'air au sein du liquide au fond de l'enceinte 1 sont représentées schématiquement sous la référence 3. Les moyens de dispersion du gaz permettent de former des bulles 7 dans le liquide, et peuvent être choisi parmi une conduite, un réseau de conduites, un distributeur multitubulaire, une plaque perforée, une combinaison de ces éléments, ou tout autre moyen connu de l'Homme du métier. Par exemple les moyens de dispersion du gaz comprennent, et sont de préférence constitués par un réseau de tubes, par exemple munis d'orifices et/ou de fentes (« sparger » en anglais).
De préférence les moyens de dispersion du gaz 3 couvrent sensiblement toute la section de l'enceinte.
La figure 3 illustre une colonne à bulles 300 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, en tout point identique à la colonne à bulles de la figure 2, à l'exception du fait qu'elle comprend en outre un tube interne 8 disposé dans et centré dans l'enceinte 1. Le tube 8 divise ainsi l'enceinte 1 en une zone périphérique 18 de décantation et de concentration de particules formée entre l'enceinte et le tube 8, plus précisément entre la paroi latérale de l'enceinte et la paroi du tube qui est disposé verticalement dans l'enceinte, et en une zone centrale 19 formée à l'intérieur du tube 8.
Le tube 8 est par exemple un tube métallique. Il est avantageusement disposé verticalement dans l'enceinte 1, juste au-dessus des moyens de dispersion de l'air 3 qu'il circonscrit. Il s'étend de préférence sur une hauteur inférieure à la hauteur de l'interface liquide/gaz dans l'enceinte, de manière à permettre le passage du liquide vers la zone périphérique 18 et l'écoulement du liquide descendant dans ladite zone 18.
De préférence le tube 8 a une hauteur h comprise entre 50% et 80% de la hauteur de l'enceinte H.
Le tube peut être fixé aux parois de l'enceinte, par exemple la paroi latérale, sommitale ou basale de l'enceinte 1, par tous les moyens connus de l'homme du métier.
Alors que dans la zone périphérique 18 le liquide a un mouvement global descendant, le liquide a un mouvement global ascendant dans la partie centrale de l'enceinte 1, à l'intérieur du tube 8.
Ce deuxième mode de réalisation, dans lequel la zone où le liquide monte, i.e. la zone centrale 19, est séparée de la zone périphérique 18 où le liquide descend, permet une décantation et une concentration des particules localisée dans la zone périphérique, en lien direct avec le fond de l'enceinte ou se situe la conduite d'évacuation de liquide 5 et augmente ainsi l'efficacité d'extraction de ces particules.
De préférence, le tube 8 est un tube cylindrique, disposé dans et concentriquement à l'enceinte 1, elle- même de préférence cylindrique. La zone périphérique 18 ainsi créée entre l'enceinte 1 et le tube cylindrique 8, plus précisément entre la paroi latérale de l'enceinte cylindrique 1 et la paroi du tube cylindrique 8 qui est disposé verticalement dans l'enceinte, est une zone annulaire, où décantent et se concentrent les particules.
Selon un autre mode de réalisation, le tube 8 peut être de section rectangulaire ou carrée. La figure 4 illustre une colonne à bulles 400 selon un troisième mode de réalisation de l'invention, en tout point identique à la colonne à bulles de la figure 3, à l'exception du fait que la sortie de liquide est effectuée au niveau de la paroi latérale de l'enceinte 1, dans la zone périphérique 18.
On soutire ainsi du liquide comportant des particules et/ou des composants polluants depuis la zone périphérique 18 au moyen d'au moins une conduite d'évacuation du liquide 9 s'ouvrant sur la paroi latérale de l'enceinte 1, de préférence dans la moitié supérieure de l'enceinte 1 afin notamment d'éviter l'extraction du liquide chargé en particules à proximité du fond de l'enceinte ou des turbulences générées par l'arrivée de gaz peuvent par exemple ré-entrainer les particules dans la zone centrale 19 de l'enceinte.
Par exemple, la colonne représentée à la figure 4 comporte deux conduites d'évacuation de liquide 9 diamétralement opposées et s'ouvrant sur la paroi de l'enceinte 1 dans sa moitié supérieure.
Avantageusement, la colonne à bulles selon l'invention ne comprend pas d'internes, c'est-à-dire de pièces fixes ou mobiles, participant à l'agitation (travail dissipé dans le milieu) responsable des écoulements de liquide et d'air dans l'enceinte. Ainsi, la colonne selon l'invention et son fonctionnement sont simples et économes en termes d'investissement et d'opération.
Selon l'invention, plusieurs colonnes à bulles telles que décrites ci-dessus, selon les différents modes de réalisation, peuvent être réunies et configurées pour fonctionner en parallèle et former une installation de traitement de l'air contenu dans et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné pour l'appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, SOx et/ou COV, et en particules solides.
Sans sortir du cadre de la présente invention, la colonne à bulles ou l'installation de traitement d'air pollué contenu dans et/ou entrant/issu d'un milieu confiné peut être associée à un dispositif de filtre électrostatique de préférence associé à un traitement à l'ozone, disposé en aval de la colonne à bulles. On peut ainsi envisager d'effectuer le traitement dans la ou les colonnes à bulles dans un espace confiné déjà équipé d'un dispositif de traitement de l'air de type filtre électrostatique : d'une part, on peut ainsi améliorer l'efficacité globale du traitement de l'air vis-à-vis des particules en exploitant des dispositifs existants plutôt que de les désactiver/démonter, d'autre part on peut tirer avantage du traitement à l'ozone du filtre utilisé pour ioniser les particules avant leur précipitation électrostatique, car l'ozone tend à oxyder NO en NO2, et les NO2 sont plus solubles en phase liquide que les NO : on facilite ainsi globalement l'extraction des NOx par le traitement de l'air au moyen d'une ou plusieurs colonnes à bulles selon l'invention. Avantageusement, puisque les espaces confinés qui intéressent l'invention sont munis de moyens d'amenée et/ou d'extraction d'air vers et depuis les espaces confinés, on peut placer la colonne à bulles ou l'installation comportant plusieurs desdites colonnes à bulles dans ces moyens. Concrètement, ces moyens sont sous forme de réseaux de conduites, de cheminées et d'enceintes diverses en connexion fluidique les un(e)s avec les autres et équipé(e)s de ventilateurs/extracteurs ad hoc pour assurer la circulation de l'air au sein du milieu confiné, depuis l'intérieur vers l'extérieur de l'espace confiné et/ou l'inverse. En disposant la ou les colonnes à bulles à proximité de ces moyens de ventilation/extraction, (soit en « amont » soit en « aval » de ceux-ci, en prenant comme référence le sens d'écoulement général de l'air dans ces moyens), l'air à traiter est conduit à circuler dans la ou les colonnes à bulles, éventuellement sans même avoir recours à des dispositifs de circulation forcée supplémentaires.
Avantageusement, on peut piloter le traitement de l'air par un système de commande électronique/informatique permettant un pilotage manuel, automatique ou semi-automatique, par exemple à distance. Ainsi, le système de commande peut comprendre des moyens électroniques/informatiques connectés d'une part à un ou des moyens de mesure associés à la colonnes à bulles, notamment un capteur de pH du liquide ou un capteur de la concentration de particules et/ou de composés polluants présents dans le liquide ou dans le gaz traité, et à un ou des moyens de pilotage du procédé, notamment des moyens de pilotage d'ouverture/fermeture de vannes, et connectés d'autre part à une interface homme/machine. Le suivi du procédé peut donc se faire à distance, en limitant au maximum les opérations de maintenance nécessitant des interventions humaines.
De préférence, le procédé de traitement d'air contenu dans et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné selon l'invention peut mettre en œuvre une colonne à bulles selon l'une quelconque des variantes ou des combinaisons de variantes décrites.
A titre d'illustration, on peut comparer trois cas (a), (b) et (c) d'installations de traitement d'air pollué issu d'un espace confiné, visant à l'appauvrir en particules solides et en au moins un composé gazeux polluant, notamment en NOx, SOx et/ou COV, comportant des colonnes à bulles fonctionnant en parallèles. Dans les trois cas le débit d'air à traiter est de 10000 m3/h.
Dans le cas (a) l'installation comprend huit colonnes à bulles, disposées pour fonctionner en parallèle, de diamètre 1, 5 m, et de hauteur 1,5 m afin d'abattre les composés polluants gazeux de manière significative (soit un rapport H/D = 1), entièrement remplies d'eau pour simplifier les calculs, et fonctionnant en parallèle, à température et pression ambiantes, avec une vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug de 0,2 m/s. La perte de charge de chaque colonne est d'environ 0,015 MPa. On calcule un prix d'investissement PI et un coût opératoire annuel P2 lié à la consommation électrique de la soufflante.
Dans le cas (b), qui est un cas selon l'invention, le même débit d'air peut être traité avec une installation comprenant seulement quatre colonnes à bulles de même diamètre et même hauteur diamètre (H = D = 1,5 m), soit un rapport H/D = 1, avec une vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug de 0,4 m/s.
Du fait de la forte vitesse de gaz, le coefficient de transfert est supérieur, la performance de captage est au moins égale à celle du cas de base (a). Cela permet de réduire le prix d'investissement PI' de 46% par rapport à PI à coût opératoire P2' comparable à P2.
Dans le cas (c), qui est un cas selon l'invention, le même débit d'air peut être traité avec une installation comprenant seulement quatre colonnes à bulles de même diamètre (D=l,5 m) mais de hauteur différente, H= 0,75 m, soit un rapport H/D de 0,5. Dans ce cas, a performance de captage est légèrement réduite par rapport au cas (a), cependant le coût d'investissement PI" est réduit de 20% comparé à PI' du cas (b), la perte de charge est pratiquement divisée par 2, ce qui permet d'avoir un coût opératoire P2" en baisse de 47% comparé à P2'. Enfin, l'installation du cas (c) met en œuvre des colonnes plus compactes bien plus aisées à installer dans des milieux confinés dont la hauteur sous- plafond est parfois limitée.

Claims

Revendications
1. Procédé de traitement d'air contenu dans et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné pour l'appauvrir en au moins un composé gazeux polluant, notamment en NOx, SOx et/ou COV, et en particules solides, mettant en œuvre une colonne à bulles (100, 200, 300, 400) comprenant une enceinte (1) de rapport H/D < 1,5 remplie d'un liquide apte à capter lesdites particules et composés gazeux polluants, H et D étant respectivement la hauteur et le diamètre de ladite enceinte, dans lequel :
- on injecte l'air dans le liquide au fond de ladite enceinte (1) de manière à former des bulles, et selon un débit tel que la vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug est comprise entre 0,35 m/s et 0,50 m/s,
- on traite ledit air injecté sous forme de bulles par contact avec le liquide de sorte qu'au moins une partie des particules et/ou du ou des composés gazeux polluants soit captée par le liquide, et
- on évacue l'air traité en haut de ladite enceinte (1).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug est comprise entre 0,40 m/s et 0,50 m/s.
3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le seul moteur de l'écoulement de l'air ascendant sous forme de bulles résulte de la flottabilité.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liquide est une solution aqueuse, et de préférence est constitué d'eau.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le liquide est une solution aqueuse comprenant au moins un composé absorbant vis-à-vis dudit au moins un composé gazeux polluant, et/ou comprend un promoteur de solubilité dudit au moins un composé gazeux polluant.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on renouvelle le liquide dans ladite enceinte, de préférence de manière discontinue.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on opère la colonne à bulles à température et pression ambiantes.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on crée dans l'enceinte une zone périphérique de décantation et de concentration de particules (18) entre ladite enceinte (1) et un tube (8) disposé dans et centré dans ladite enceinte (1), le liquide ayant un mouvement global descendant dans ladite zone périphérique (18).
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel on soutire du liquide comportant des particules et/ou des composants polluants depuis ladite zone périphérique (18) au moyen d'au moins une conduite d'évacuation du liquide (9) s'ouvrant sur la paroi latérale de ladite enceinte (1), de préférence dans la moitié supérieure de ladite enceinte (1).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'enceinte (1) de la colonne est cylindrique.
11. Colonne à bulles (100, 200, 300, 400) pour réaliser le procédé de traitement de l'air contenu dans et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné afin de l'appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, SOx et/ou COV, et en particules solides selon l'une quelconque des revendications précédentes, configurée pour opérer à une vitesse superficielle de gaz opérationnelle Ug est comprise entre 0,35 m/s et 0,50 m/s, ladite colonne à bulles comportant :
- une enceinte (1), de préférence cylindrique, de rapport H/D < 1,5, H et D étant respectivement la hauteur et le diamètre de ladite enceinte, configurée pour être remplie par un liquide apte à capter lesdites particules et composés gazeux polluants,
- une conduite d'arrivée de l'air (2),
- des moyens de dispersion dudit air au sein dudit liquide (3), connectés à ladite conduite d'arrivée de l'air (2) et disposés dans le fond de l'enceinte (1),
- une conduite de sortie de l'air traité (6) disposée en haut de ladite enceinte,
- une conduite d'alimentation en liquide (4) débouchant en haut de ladite enceinte, et
- au moins une conduite d'évacuation du liquide (5, 9) de ladite enceinte.
12. Colonne à bulles selon la revendication 11, comprenant un circuit de renouvellement et de purge du liquide.
13. Colonne à bulles selon l'une quelconque des revendications 11 ou 12, comprenant en outre un tube interne (8) disposé dans et centré dans ladite enceinte (1), divisant verticalement ladite enceinte (1) en une zone périphérique de décantation et de concentration de particules (18) formée entre ladite enceinte (1) et ledit tube (8), et en une zone centrale (19) formée à l'intérieur dudit tube (8). Colonne à bulles selon la revendication 13, dans laquelle ladite moins une conduite d'évacuation du liquide (9) s'ouvre sur la paroi latérale de ladite enceinte (1), de préférence dans la moitié supérieure de ladite enceinte (1). Installation de traitement de l'air contenu dans et/ou entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confiné pour l'appauvrir en composés gazeux polluants, notamment en NOx, SOx et/ou COV, et en particules solides, comportant plusieurs colonnes à bulles (100, 200, 300, 400) selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, configurées pour fonctionner en parallèle.
EP21820637.3A 2020-12-18 2021-12-09 Procede de traitement d'air d'un espace confine dans une colonne a bulles Pending EP4263025A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2013654A FR3117885B1 (fr) 2020-12-18 2020-12-18 Procede de traitement d’air d’un espace confine dans une colonne a bulles
PCT/EP2021/084888 WO2022128712A1 (fr) 2020-12-18 2021-12-09 Procede de traitement d'air d'un espace confine dans une colonne a bulles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4263025A1 true EP4263025A1 (fr) 2023-10-25

Family

ID=74554125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21820637.3A Pending EP4263025A1 (fr) 2020-12-18 2021-12-09 Procede de traitement d'air d'un espace confine dans une colonne a bulles

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4263025A1 (fr)
JP (1) JP2023554246A (fr)
KR (1) KR20230123487A (fr)
FR (1) FR3117885B1 (fr)
WO (1) WO2022128712A1 (fr)

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5567317A (en) * 1978-11-13 1980-05-21 Ube Ind Ltd Apparatus for blowing gas into liquid
JP3706395B2 (ja) * 1994-03-08 2005-10-12 千代田化工建設株式会社 排ガス処理装置
JPH09313877A (ja) * 1996-05-23 1997-12-09 Babcock Hitachi Kk 排煙脱硫装置と方法
KR100373234B1 (ko) * 2000-09-20 2003-02-25 학교법인 선문학원 기포를 이용한 가스상 물질 제거장치
KR100529857B1 (ko) 2003-10-17 2005-11-21 중소기업진흥공단 대기 오염물질 저감장치
JP4544017B2 (ja) * 2005-03-31 2010-09-15 株式会社アネモス 散気処理装置
CN105289161A (zh) 2014-06-21 2016-02-03 蒋世芬 一种气泡过水式空气净化器
FR3068620B1 (fr) * 2017-07-10 2020-06-26 IFP Energies Nouvelles Procede d’oligomerisation mettant en oeuvre un dispositf reactionnel comprenant un moyen de dispersion
FR3070872B1 (fr) * 2017-09-14 2022-01-14 Psa Automobiles Sa Dispositif de recuperation de particules du systeme de freinage d’un vehicule automobile
FR3079758B1 (fr) 2018-04-04 2023-01-20 Ifp Energies Now Procede de traitement d'air entrant dans et/ou sortant hors d'un espace confine
FR3079757B1 (fr) * 2018-04-04 2022-07-22 Ifp Energies Now Procede de traitement d’air exterieur urbain

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230123487A (ko) 2023-08-23
WO2022128712A1 (fr) 2022-06-23
FR3117885A1 (fr) 2022-06-24
JP2023554246A (ja) 2023-12-27
FR3117885B1 (fr) 2023-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113490538B (zh) 污染物捕集器和净化器
CN103212257B (zh) 用于清除pm2.5的气体净化装置
MX2013008932A (es) Precipitador electrostatico con humedad y metodos relacionados.
CN204051314U (zh) 喷漆废气处理系统
CN206535402U (zh) 一种喷涂废气净化处理系统
CN104524947A (zh) 基于高分子筛吸附技术的喷涂有机废气处理系统和处理方法
CN205145831U (zh) 消烟除霾空气净化塔
WO2019192827A1 (fr) Procede de traitement d&#39;air entrant dans et/ou sortant hors d&#39;un espace confine
WO2019192826A1 (fr) Procede de traitement d&#39;air exterieur urbain
CN208660820U (zh) 一种喷漆工艺光催化除臭设备
CN105363300A (zh) 一种烟尘过滤机
EP4051412B1 (fr) Dispositif de filtration de gaz pollués par absorption
Bhargava Wet scrubbers–design of spray tower to control air pollutants
EP4106904B1 (fr) Installation et procédé d&#39;épuration d&#39;air
EP4263025A1 (fr) Procede de traitement d&#39;air d&#39;un espace confine dans une colonne a bulles
WO2022122463A1 (fr) Dispositif et procede pour depolluer l&#39;air de milieux confines ou semi-confines
CN111001248B (zh) 一种公路隧道多级水洗除尘活性炭净化系统
CN108771941B (zh) 一种基于水幕过滤技术的烟尘净化处理设备
CN221131570U (zh) 一种利用城市地下轨道交通隧道的降霾处理系统
WO2022122462A1 (fr) Dispositif et procede pour depolluer l&#39;air de milieux confines ou semi-confines
CN109529557A (zh) 一种云雾超重力voc处理系统
CN106984116B (zh) 一种气体高效净化塔及气体处理系统
CN209662886U (zh) 一种管束除雾器下冲水装置
WO2022214154A9 (fr) Dispositif et procédé d&#39;élimination des poussières, des fumées, des gaz et des vapeurs évacués dans l&#39;environnement.
WO2021140357A1 (fr) Purificateur industriel de tous types de polluants gazeux toxiques par l&#39;intermédiaire d&#39;un procédé de réaction chimique par décomposition de molécules polluantes à l&#39;intérieur du réacteur

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230718

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20251106