FR2672817A1 - Procede d'elimination in situ d'effluents a partir d'un courant gazeux par injection d'un agent de sorption des effluents en aval de la zone de combustion. - Google Patents
Procede d'elimination in situ d'effluents a partir d'un courant gazeux par injection d'un agent de sorption des effluents en aval de la zone de combustion. Download PDFInfo
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Abstract
La présente invention se rapporte à un procédé pour éliminer des effluents à partir de gaz d'échappement produits par la combustion d'un combustible hydrocarboné et, plus particulièrement, sur un procédé tel que mentionné ci-dessus, dans lequel un agent de sorption des effluents est injecté sous la forme d'une pulvérisation d'une solution liquide, d'une bouillie ou d'un solide sec dans le courant des gaz d'échappement en aval de la zone de combustion à une température contrôlée du courant des gaz d'échappement.
Description
PROCEDE D'ELIMINATION IN SITU D'EFFLUENTS A PARTIR D'UN
COURANT GAZEUX PAR INJECTION D'UN AGENT DE SORPTION DES
EFFLUENTS EN AVAL DE LA ZONE DE COMBUSTION.
La présente invention porte sur un procédé pour éliminer des effluents à partir de gaz d'échappement produits par la combustion d'un combustible hydrocarboné et, plus particulièrement, sur un procédé pour éliminer les effluents dans lesquels un agent de sorption der effluents est injecté dans les gaz d'échappement en aval de la zone
de combustion.
La demande de brevet américain parallèle Numéro de Série 498 952, déposée le 26 mars 1990, dont la demande américaine servant de base à la revendication de priorité attachée à la présente demande française est une continuation-en-partie, décrit un procédé pour la production in situ d'un aérosol d'oxyde d'agent de sorption utilisé pour éliminer des effluents à partir d'un courant gazeux de combustion Conformément au procédé de la demande de brevet américain Numéro de Série 498 952, une solution aqueuse comprenant un composé de sorption des effluents, dissous dans l'eau, est mélangée avec un combustible contenant des hydrocarbures, de façon à former un mélange de combustible hydrocarboné Le mélange de combustible hydrocarboné est atomisé et introduit dans une zone de combustion, dans laquelle le mélange de combustible atomisé est brûlé dans des conditions contrôlées, à une température
supérieure ou égale à 1400 K en présence d'un oxydant.
Pendant la combustion du mélange de combustible atomisé à la température indiquée ci-dessus, un aérosol d'oxyde d'agent de sorption est obtenu, lequel comprend des particules ultra-fines d'oxyde d'agent de sorption ayant un diamètre moyen de dimension submicronique, dans le courant gazeux de combustion Le courant gazeux de combustion est ensuite refroidi à une température comprise entre environ 700 K et environ 1350 K, de sorte que les particules d'oxyde d'agent de sorption absorbent les effluents à partir du courant gazeux de combustion Le procédé de la demande de brevet américain Numéro de Série 498 952 s'est révélé être particulièrement utile pour éliminer le soufre
à partir de courants de gaz de combustion.
Le brevet américain US-A-4 824 441 ( 1989) décrit un -procédé comprenant le mélange physique d'agents de sorption à base de calcium avec du charbon et des additifs, tous étant comprimés sous la forme de boulettes, et le brûlage des boulettes dans une chaudière Il est bien établi par des documents de la littérature que le mélange physique d'additifs solides ne procure pas d'élimination efficace de 502 * L'injection de carbonate, oxyde ou hydroxyde de Ca ou Mg à travers la flamme de la chaudière est défavorable à la réaction de piégeage de 502 * Le brevet américain US-A 4 191 115 ( 1980) décrit l'utilisation de promoteurs pour rehausser la sulfatation du calcaire à 900 'C En utilisant de basses températures pour la sulfatation du calcaire, des effets défavorables, tels que le frittage et la diminution de la surface spécifique, sont évités, mais la cinétique est lente étant donné que la sulfatation de 64 % de l'agent de sorption demande trois heures Le brevet américain US-A- 4 191 115 montre que le mélange physique de l'agent de sorption solide et du
promoteur n'est pas un mode opératoire efficace.
Le brevet japonais N 078-39965 utilise également un procédé qui comprend le mélange physique d'un agent de sorption et de promoteurs Le brevet ne parvient pas à décrire clairement des températures d'injection d'agent de sorption et des rapports agent de sorption à gaz acide qui sont les points clés pour un procédé réussi Le brevet japonais N 084- 90169 utilise également un procédé qui comprend le mélange physique d'un agent de sorption et d'un promoteur de sulfatation Le rapport molaire calcium à soufre qui est utilisé est d'environ 5 L'utilisation du calcium obtenu par le procédé est de l'ordre de 10 %, ce qui
est très faible.
Naturellement, il serait très souhaitable de développer des procédés nouveaux et perfectionnés pour éliminer des effluents à partir de courants gazeux de combustion de combustibles hydrocarbonés, procédés qui soient économiques à utiliser et efficaces dans la
réduction des effluents.
Le procédé de la présente invention constitue un
perfectionnement par rapport aux procédés décrits ci-
dessus, parce que, par l'utilisation d'une injection d'agent de sorption en aval de la flamme, la meilleure température pour une sulfatation d'un agent de sorption donné peut être obtenue, et, par l'utilisation de solutions aqueuses des sels du promoteur, un meilleur contact entre l'agent de sorption et le promoteur peut être assuré Une autre caractéristique de l'injection de l'agent de sorption en aval de la flamme est qu'elle tend à être un procédé qui est indépendant du combustible, étant donné que l'agent de
sorption n'entre en contact qu'avec les gaz brûlés.
L'injection en aval de solutions ou de bouillies d'agent de sorption permet également un contrôle étroit sur le mélangeage nécessaire entre l'agent de sorption et l'effluent SQ 2, ce qui conduit à une meilleure utilisation
de l'agent de sorption.
En conséquence, la présente invention a pour objectif principal de proposer un procédé pour éliminer des effluents nuisibles pour l'environnement à partir d'un
courant gazeux.
La présente invention a pour objectif particulier de proposer un procédé pour l'élimination d'effluents à partir d'un courant gazeux de combustion, dans lequel un agent de sorption d'effluent est injecté dans le courant de
gaz de combustion en aval de la zone de combustion.
D'autres objectifs et avantages de la présente
invention apparaîtront dans ce qui suit.
Conformément à la présente invention, les
objectifs et avantages précédents sont facilement obtenus.
La présente invention se rapporte à un procédé pour éliminer des effluents à partir de gaz d'échappement produits par la combustion d'un combustible hydrocarboné ou de tout autre combustible à teneur en soufre, gaz ou solide Le procédé de la présente invention comprend la combustion d'un combustible hydrocarboné dans une zone de combustion à une température préférée, puis le transport des gaz d'échappement produits par la combustion du combustible hors de la zone de combustion Pendant le transport des gaz d'échappement, ceux-ci sont refroidis jusque dans une plage de température contrôlée qui est inférieure à la température de combustion Un agent de sorption des effluents est injecté dans le courant de gaz d'échappement à une température contrôlée en aval de la zone de combustion Pendant l'injection de l'agent de sorption des effluents à la température contrôlée de courant de gaz d'échappement, l'agent de sorption absorbe
les effluents à partir des gaz d'échappement.
Dans un mode de réalisation préféré de la présente invention, l'agent de sorption des effluents est ensemencé par un promoteur qui rehausse l'effet de l'agent de sorption des effluents sur l'élimination des effluents à partir des gaz d'échappement Conformément à la présente invention, l'agent de sorption des effluents peut être dissous dans l'eau conjointement avec le promoteur pour former une solution aqueuse qui est injectée dans le courant des gaz d'échappement Dans ce mode de réalisation de la présente invention, la solution d'agent de sorption des effluents est injectée de façon à produire une pulvérisation fine dans laquelle la dimension moyenne de particule est inférieure à 100 microns, de préférence,
inférieure à 50 microns.
Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, l'agent de sorption peut être ensemencé par le promoteur et introduit, d'une manière sèche, dans le courant des gaz d'échappement Dans ce mode de réalisation de la présente invention, la dimension moyenne de particule de l'agent de sorption ensemencé doit être inférieure ou
égale à 50 microns, de préférence, inférieure à 10 microns.
Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, l'agent de sorption est un composé solide, insoluble dans l'eau, finement divisé, et le promoteur, se
présente sous la forme d'un composé soluble dans l'eau.
L'agent de sorption des effluents, activé par le promoteuç est préparé par dissolution du promoteur dans l'eau, solution à laquelle l'agent de sorption solide est ajouté de façon à produire une bouillie ou suspension ayant une
charge en matières solides de 50 % en poids ou au-dessous.
La bouillie d'agent de sorption des effluents est injectée dans le courant des gaz d'échappement d'une manière contrôlée, de façon à produire une pulvérisation fine dans laquelle la dimension moyenne de particule est inférieure à microns, de préférence, inférieure à 50 microns Dans ce mode de réalisation de la présente invention, la dimension moyenne de l'agent de sorption solide doit être inférieure à ou égale à 50 microns, de préférence,
inférieure à 10 microns.
La solubilité du promoteur dans l'eau peut être rehaussée conformément à des procédés connus de l'homme du métier, tels que l'utilisation d'agents chélatants, de ligands, etc. Les agents de sorption les plus souhaités, qui sont utilisés dans le procédé de la présente invention, comprennent des composés du magnésium et du calcium et leurs mélanges Des promoteurs appropriés comprennent des composés du fer, du cuivre, du manganèse, du bore, de l'aluminium, du sodium, du potassium, du zinc et du nickel, et leurs mélanges, les composés du fer, du cuivre, du manganèse et du bore étant préférés, et les composés du fer et du cuivre étant des composés idéaux Le rapport molaire de l'agent de sorption à l'effluent et le rapport molaire du promoteur à l'agent de sorption dépend de la question de savoir si un agent de sorption soluble ou insoluble dans
l'eau est employé.
Le procédé de la présente invention offre un mécanisme efficace et économique pour éliminer des effluents à partir d'un courant de gaz de combustion. L'efficacité du procédé de la présente invention sera clarifiée dans ce qui suit par une lecture de la
description détaillée.
La présente invention se rapporte à un procédé pour éliminer des effluents à partir de gaz d'échappement produits par la combustion d'un combustible hydrocarboné, et, plus particulièrement, sur un procédé tel qu'indiqué ci-dessus, dans lequel un agent de sorption des effluents est injecté sous la forme d'une pulvérisation d'une solution liquide, d'une bouillie ou d'un solide sec dans le courant des gaz d'échappement en aval de la zone de combustion, à une température contrôlée du courant des gaz d'échappement. Comme on l'a souligné ci-dessus, le procédé de la présente invention comprend les étapes d'injection d'un agent de sorption des effluents dans un courant des gaz d'échappement en aval d'une zone de combustion, lorsque le courant des gaz d'échappement se trouve dans une plage de température critique Conformément à un mode de réalisation préféré de la présente invention, l'agent de sorption des effluents est mélangé avec un promoteur et injecté dans le courant des gaz d'échappement Dans l'un des modes de réalisation du procédé de la présente invention, l'agent de sorption des effluents est mélangé avec de l'eau et le promoteur, de façon à former un mélange aqueux d'agent de sorption des effluents L'agent de sorption des effluents peut être soit soluble dans l'eau, soit insoluble dans l'eau Le mélange est, par la suite, injecté dans le courant des gaz d'échappement, dans des conditions contrôlées, à une température désirée du courant des gaz d'échappement Le mélange d'agent de sorption des effluents est injecté d'une manière contrôlée de façon à produire une pulvérisation fine ayant une dimension moyenne de gouttelette de moins de ou égale à 100 microns, de préférence, de moins de 50 pm La dimension de particule de l'agent de sorption restant après qu'une gouttelette de pulvérisation de solution ait été évaporée dans le gaz chaud dépend de la dimension de particule de la gouttelette Il a été découvert que plus lk particule d'agent de sorption est petite, meilleur est le degré de sulfatation Par conséquent, plus la pulvérisation du mélange injecté est fine, mieux cela vaut Dans un autre mode de réalisation de la présente invention, l'agent de sorption des effluents est ensemencé par le promoteur et injecté dans le courant des gaz d'échappement sous une forme sèche La voie particulière pour ensemencer un agent de sorption insoluble dans l'eau avec un promoteur dépend, en partie, de la nature à la fois de l'agent de sorption et du promoteur Pour la préparation d'un hydroxyde de calcium Ca(OH)2 ensemencé par un promoteur, le mode opératoire est le suivant L'hydroxyde de calcium peut être facilement préparé par addition d'eau d'hydratation à de l'oxyde de calcium, Ca O (mieux connu comme étant de la chaux) Le promoteur peut facilement être incorporé dans la structure de l'hydroxyde de calcium tout d'abord par dissolution dans l'eau d'hydratation d'un composé promoteur soluble dans l'eau, puis en effectuant l'hydratation par mélange de la solution d'agent de sorption avec l'oxyde de calcium Le mélange est ensuite chauffé à siccité ou bien l'eau d'hydratation est ajoutée dans une quantité telle que le produit final soit sec Dans ce mode de réalisation de la présente invention, la dimension moyenne de particule de
l'agent de sorption des effluents est inférieure ou égale à 50 microns, de préférence, inférieure à 10 microns.
Un autre mode de réalisation de la présente invention met en jeu l'injection dans le courant des gaz d'échappement d'une pulvérisation de la bouillie d'agent de sorption Dans ce cas particulier, le promoteur est dissous dans l'eau de la bouillie; lorsque les gouttelettes de pulvérisation sont injectées dans le courant des gaz d'échappement chauds, de l'eau s'évapore laissant le promoteur sous la forme d'un revêtement sur les particules solides d'agent de sorption La poursuite du chauffage fournit une bonne interaction agent de sorption solide par l'intermédiaire de mécanismes de diffusio agent de sorption solide Des agents de mouillage pourraient être utilisés pour améliorer le contact agent de sorption/ promoteur. Comme on l'a souligné ci-dessus, l'agent de sorption des effluents avec ou sans promoteur est injecté dans le courant des gaz d'échappement lorsque le courant des gaz d'échappement se trouve à une température T 2 désirée La température T 2 dépend du métal utilisé comme de l'agent de sorption, et, pour un métal donné, T 2 dépend également du composé métallique utilisé Pour un métal donné, la température de limite supérieure pour T 2 est dictée par la stabilité thermodynamique du sulfate métallique formé La limite de température inférieure pour
T 2 est corrélée à la cinétique de la sulfatation.
Pour les agents de sorption à base de calcium, il a été découvert, conformément à la présente invention, que la température désirée du courant des gaz d'échappement, température à laquelle l'agent de sorption réagira avec les gaz d'effluents pour former le sulfate solide correspondant, doit être choisie en fonction du type d'agent de sorption utilisé, de la façon suivante: (a) Pour des composés de sorption solubles dans l'eau, des températures T 2 d'environ 9000 C ( 16500 F) à 10930 C ( 20000 F) sont préférées lorsqu'aucun promoteur n'est présent Lorsque le promoteur est présent, la limite supérieure de température T 2 est accrue jusqu'à 1538 C
( 2800 'F), d'o il résulte que la plage préférée dans ce cas va de 10930 C à 1538 C ( 2000 F à 2800 F).
(b) Pour des agents de sorption à base de calcium, activés par un promoteur, insolubles dans l'eau (injection sèche ou sous forme de bouillie d'oxyde, hydroxyde ou carbonate de calcium), la température T 2 pratique se situe entre 9000 C et 12040 C ( 1650-F et 22000 F) et, de préférence,
entre 9820 C et 12040 C ( 18000 F et 2200 F).
Il a été découvert, conformément aux caractéristiques préférées de la présente invention, que le rapport molaire de l'agent de sorption activé par un promoteur à l'effluent (par exemple Ca/S) sont les suivants: 1) Pour des composés de sorption solubles dans l'eau, un
rapport de 0,4 à 1,2, de préférence, de 0,6 à 1,0.
2) Pour une injection d'agents de sorption sous forme de solides secs ou sous forme de bouillies, un rapport de 0,5
à 2,5, de préférence, de 0,8 à 2,0.
Le rapport molaire du promoteur à l'agent de sorption utilisé est de 0, 01 à 0,15 et est compris, de préférence, entre 0,01 et 0,05 pour des agents de sorption solubles dans l'eau et entre 0,01 et 0,10 pour une injection d'agent de sorption sous forme sèche ou sous forme de bouillie Le composé de sorption des effluents peut être choisi dans le groupe des éléments constitués par les sels de métaux alcalins, alcalino- terreux ou autres, dans lequel les métaux ont la même valence que les, ou une valence supérieure aux, métaux alcalino-terreux Les agents de sorption des effluents que l'on préfère sont le calcium et
le magnésium, le calcium étant l'agent de sorption idéal.
Le promoteur employé dans le procédé de la présente invention comprend des métaux choisis dans le groupe constitué par le fer, le cuivre, le manganèse, le bore, l'aluminium, le sodium, le potassium, le zinc, le nickel, et leurs mélanges Des promoteurs préférés sont le fer, le cuivre, le manganèse et le bore, le fer et le cuivre étant
ceux que l'on préfère le plus.
Conformément à la présente invention, l'agent de sorption des effluents avec ou sans promoteur peut être injecté dans le courant des gaz d'échappement en présence d'un oxydant Lorsque l'agent de sorption des effluents est injecté dans le courant des gaz d'échappement avec un oxydant, on préfère que l'oxydant soit présent dans une quantité telle qu'il fournisse une fine pulvérisation
d'agent de sorption.
Les exemples suivants illustrent des caractéristiques spécifiques du procédé de la présente invention, mais ne sont en aucune manière destinés à être limitatifs.
Exemple I
Pour démontrer et quantifier l'existence d'effluents indésirés, en particulier de soufre, dans un courant de combustion d'hydrocarbures, un hydrocarbure liquide ayant une teneur en soufre de 3,8 % en poids a été mélangé avec de l'eau, de façon à obtenir un mélange de 55 % en volume de combustible hydrocarboné et de 45 % en volume d'eau Le mélange a ensuite été brûlé jusqu'à achèvement de la combustion Le mélange combustible a été introduit dans le four à travers une buse du commerce Le combustible a été atomisé avec de l'air dans un rapport en masse de l'air au combustible hydrocarboné allant jusqu'à 1, 1 de l'exigence stoechiométrique Le combustible hydrocarboné a été brûlé à un taux de brûlage de 1,64 x 104 W ( 56000 BTU/h) jusqu'à combustion complète La concentration de 502 dans les gaz d'émission secs a été mesurée, et la
concentration de 502 a été trouvée comme étant de 2700 ppm.
Par gaz d'émission secs, on entend tous les gaz produits pendant le procédé de combustion, à l'exception de H 20,
corrigé à 0 % d'oxygène.
Exemple II
Pour démontrer l'efficacité du procédé de la présente invention, l'hydrocarbure liquide employé à l'Exemple I a été brûlé dans les mêmes conditions que celles énoncées à l'Exemple I Les gaz d'échappement provenant de la zone de combustion ont été transportés et refroidis jusqu'à une température de 1204 C ( 2200 'F) Une solution aqueuse de formiate de calcium a été injectée dans
les gaz d'échappement à la température de 12040 C ( 2200 e F).
Le rapport molaire du formiate de calcium injecté dans le courant des gaz d'échappement au soufre dans le combustible brûlé était de 1,0 Après injection de la solution aqueuse de formiate de calcium dans le courant des gaz d'échappement, la concentration en 502 des gaz d'émission secs a été mesurée et a été trouvée comme étant de 1620 ppm Ce taux de 502 représente une réduction de 40 % du 502 par comparaison avec l'Exemple I La quantité de l'agent de sorption utilisé est de 40 % L'utilisation de l'agent de sorption est définie comme suit: leffluentlligne de base leffluentlagent de sorption
Pourcen-
tage leffluentlligne de base d'agent = 100 x de 1 moles d'agent de sorption sorption utilisé O ( moles d'effluent o: i est le coefficient stoechiométrique dans la réaction chimique agent de sorption et effluent; et leffluentlligne de base est la concentration de l'effluent dans les gaz d'émission secs en l'absence d'un
agent de sorption.
Pour cet Exemple et tous les Exemples suivants, le temps de contact entre le gaz effluent SO dans les gaz d'échappement et les particules solides d'agent de sorption, dans les limites de la température T 2, était
d'approximativement une seconde.
Ainsi, le procédé de la présente invention est efficace pour réduire les taux de SQ 2 dans les gaz d'échappement d'un courant de combustion lorsqu'une solution aqueuse d'un agent de sorption des effluents est injectée dans le courant des gaz d'échappement en aval de la zone de combustion 1
Exemple III
Pour démontrer l'effet de la température sur la performance de l'agent de sorption des effluents lorsqu'il est utilisé dans le procédé de la présente invention, deux essais supplémentaires ont été faits dans les mêmes conditions que celles énoncées ci-dessus en ce qui concerne l'Exemple II, à l'exception du fait qu'à l'Essai 1, la solution aqueuse de formiate de calcium a été injectée dans le courant des gaz d'échappement lorsque les gaz d'échappement se trouvaient à une température de 1538 C ( 28000 F) et, à l'Essai 2, la solution aqueuse de formiate de calcium a été injectée dans le courant des gaz d'échappement lorsque les gaz d'échappement se trouvaient à une température de 10380 C ( 19000 F) La concentration de 502 dans les gaz brûlés après injection de l'agent de sorption des effluents a été mesurée et, dans le cas de l'Essai 1, la concentration a été trouvée comme étant de 1890 ppm, et, dans le cas de l'Essai 2, la concentration a été trouvé comme étant de 2106 ppm Ainsi, le niveau de concentration de 502 à l'Essai 1 correspond à une réduction de 30 % des émissions de 502 par comparaison avec l'Exemple I et à une utilisation de l'agent de sorption de 30 % A l'Essai 2, la concentration de 502 représente une réduction de 22 % dans les émissions de 502 par comparaison avec l'Exemple I et une utilisation de l'agent de sorption de 22 % En comparant ces résultats avec ceux obtenus à l'Exemple II, on peut voir que, pour une performance optimale du procédé de la présente invention, lors de l'injection d'une solution d'agent de sorption dans le courant des gaz d'échappement, la température des gaz d'échappement doit être comprise, de préférence, entre 10930 C et 1260 C ( 2000 F et 23000 F).
Exemple IV
Pour démontrer l'efficacité d'un mode de réalisation préféré de la présente invention, deux essais supplémentaires ont été conduits dans les mêmes conditions que celles énoncées ci-dessus en ce qui concerne l'Exemple III, à l'exception que du gluconate du fer a été dissous dans la solution aqueuse avant l'injection dans le courant des gaz d'échappement Le rapport molaire au fer au calcium dans la solution était approximativement 0,05 Le
rapport molaire du calcium au soufre a été maintenu à 1,0.
A l'Essai 1, la solution mentionnée ci-dessus a été injectée dans le courant des gaz brûlés lorsque le courant des gazs brûlés se trouvait à une température de 12040 C ( 2200 'F) A l'Essai 2, l'injection a eu lieu lorsque le courant des gaz brûlés se trouvait à une température de 15380 C ( 28000 F) Après l'injection, le taux de 502 dans les gaz brûlés a été mesuré et, à l'Essai 1, il a été trouvé comme étant de 1450 ppm, ce qui correspond à une réduction de 46 % des émissions de 502 et à une utilisation de l'agent de sorption de 46 % A l'Essai 2, le taux de 502 a été trouvé comme étant de 1350 ppm, ce qui représente une réduction de 50 % du 502 par comparaison avec l'Exemple I et une utilisation de l'agent de sorption de 50 % Les résultats de cet Exemple montrent que, lorsqu'un promoteur est ajouté à la solution aqueuse de l'agent de sorption des effluents, les taux de réduction de 502 sont accrus, et la plage de température T 2 à laquelle l'injection peut avoir
lieu est élargie du côté des températures élevées.
Exemple V
Pour démontrer l'efficacité d'un autre mode de réalisation du procédé de la présente invention, à savoir des bouillies de carbonate de calcium activées par un promoteur, un nouvel essai a été conduit à l'aide d'une émulsion huile-dans-eau préparée à partir d'un brut hydrocarboné lourd ayant une densité de 80 A Pl et une teneur en soufre de 3,87 % en poids La valeur de chauffage du brut
lourd était de 4,06 x 107 J/kg ( 17500 BTU/livre).
L'émulsion huile-dans-eau a été réalisée par mélange de 70 % en poids de pétrole brut et de 30 % en poids d'eau, avec un agent tensio-actif L'émulsion huile-dans-eau résultante a été brûlée par injection de celleci dans un four à travers une buse disponible dans le commerce qui utilise de l'air comme fluide d'atomisation L'émulsion huile-dans-eau a été brûlée jusqu'à achèvement de la combustion avec de l'air, à un taux de brûlage de 1,64 x 104 W ( 56000 BTU/h) et 3 % d'oxygène dans les gaz brûlés Les gaz brûlés résultants, contenant 2700 ppm de 502, ont été transportés et refroidis jusqu'à une température de 1121 'C ( 2050 'F) A ce moment, une bouillie à 5 % en poids de carbonate de calcium dans l'eau a été injectée dans les gaz d'échappement La dimension de particule du carbonate de calcium était de 0,07 micron en tant que diamètre moyen de particule La quantité de calcium injectée était dans un rapport molaire du soufre dans le combustible hydrocarboné de 1 La concentration en 502 des gaz brûlés secs a été mesurée et trouvée comme étant de 2106 ppm, ce qui représente une réduction de 22 % de la teneur en 502 et une utilisation du
calcium de 22 %.
Exemple VI
Une nouvelle expérience a été conduite dans les mêmes conditions que celles de l'Exemple V ci-dessus, à l'exception que du gluconate de fer a été ajouté à la bouillie de carbonate de calcium dans une proportion telle qu'elle fournisse un rapport molaire du fer au calcium de
0,05 Le rapport molaire du calcium au soufre était de 0,8.
La bouillie a été injectée dans les gaz d'échappement à une température de 11210 C ( 20500 F) La concentration en 502 des gaz brûlés a été mesurée et trouvée comme étant de 1706 ppm, ce qui correspond à une utilisation dit calcium de 46 % Ceci représente une augmentation de 109 % par rapport aux résultats démontrés à l'Exemple V ci-dessus o il n'avait pas été employé de promoteur de type fer
Exemple VII
Pour démontrer à nouveau l'effet de la température des gaz brûlés sur l'efficacité du procédé de la présente invention, deux essais ont été effectués, l'un avec et l'autre sans addition de fer Le premier essai était identique à l'Exemple V à l'exception que l'injection a eu lieu à une température des gaz brûlés de 1260 'C ( 23000 F) La concentration en 502 a ensuite été mesurée et une réduction de 502 de 30 % a été observée,le taux de 502 étant de 1890 ppm Ceci correspond à une utilisation du calcium de 30 % Ceci représente une augmentation de 36 % par comparaison à l'Exemple V qui employait une température d'injection de 11210 C ( 20500 F) L'Essai 2 était identique à l'Essai 1, à l'exception que le gluconate de fer a été ajouté à la bouillie dans une proportion telle qu'elle fournisse un rapport molaire du fer au calcium de 0,025 A nouveau, l'injection de la bouillie a eu lieu à une température des gaz brûlés de 1260 C ( 23000 F) La teneur en 502 des gaz brûlés a été mesurée et trouvée comme étant de 1350 ppm, et l'utilisation du calcium a été trouvée comme étant de 50 % A nouveau, ces résultats démontrent qu'une petite addition d'un promoteur métallique soluble dans l'eau dans la bouillie a une forte influence bénéfique sur les réductions des émissions dans le procédé de la présente invention.
Exemple VIII
Pour démontrer l'efficacité d'un autre mode de réalisation du procédé de la présente invention, une bouillie de chaux hydratée lCa(OH)2 l dans lfeau a été utilisée cette fois-ci Les conditions de brûlage dans le four et le combustible étaient les mêmes qu'à l'Exemple V. La bouillie de chaux hydratée a été préparée par hydratation d'oxyde de calcium (Ca O) Le Ca O utilisé pour préparer la bouillie avait une dimension de particule se situant entre environ 1 et 20 microns Le rapport molaire du calcium au soufre était d'environ 1,0 La température des gaz d'échappement au point d'injection était de 1121 *C ( 20500 F) Deux essais ont été effectués, le premier essai sans promoteur, le second avec du gluconate de fer (Fe/Ca = 0,025 molaire) dissous dans l'eau d'hydratation La concentration en 502 des gaz d'échappement après injection de la bouillie d'hydroxyde de calcium non activé par le promoteur était de 2241 ppm Pour le second essai, de l'hydroxyde de calcium activé par le promoteur a été injecté dans les gaz d'échappement maintenus à la même température qu'auparavant ( 1121 C, soit 20500 F) La concentration en 502 après l'injection était de 1809 ppm, ce qui conduit à une réduction de 34 % de l'émission totale de SQ 2, et à une augmentation de 94 % par rapport au cas o aucun promoteur n'est présent Ces résultats indiquent à nouveau que l'addition du promoteur conforme aux procédés utilisés dans cette invention augmente de façon
substantielle le piégeage de 502 à partir des gaz brûlés.
Exemple IX
L'efficacité d'un autre mode de réalisation du procédé de la présente invention, consistant en l'utilisation d'une injection d'hydroxyde de calcium activé par un promoteur, à l'état sec, en tant qu'agent de
sorption efficace du So 2, est démontrée dans cet exemple.
Les conditions de brûlage dans le four et le combustible sont analogues à celles et celui de l'Exemple V, d'o il résulte que des émissions analogues de 502 ( 2700 ppm) ont été observées lorsqu'aucun agent de
sorption n'a été injecté dans les gaz d'échappement.
La matière de départ pour la préparation de l'hydroxyde de calcium était l'oxyde de calcium L'addition d'eau dans des quantités de 50-60 pour cent de la masse de Ca O a donné un hydroxyde de calcium sec, prêt à être injecté dans les gaz brûlés La dissolution d'un sel de fer comme le gluconate de fer dans l'eau d'hydratation permet de produire un hydroxyde de calcium activé par un promoteur, à l'état sec, prêt à être injecté dans les gaz brûlés Les deux matières, à savoir oxyde de calcium activé par un promoteur et oxyde de calcium non activé, ont été utilisées dans des essais séparés Dans le premier essai, de l'hydroxyde de calcium non activé, sec, a été injecté dans le courant des gaz brûlé à 10930 C ( 20000 F) Un rapport molaire du calcium au soufre de 1 a été utilisé Après injection de l'agent de sorption sec, la concentration en 502 était de 1566 ppm Un autre essai a été effectué, en injectant de l'hydroxyde de calcium activé par promoteur, dans lequel le rapport molaire du fer au calcium était de 0,05 Après injection de l'agent de sorption sec dans les gaz d'échappement au point o la température des gaz était de 1093 C ( 2000 F), la concentration en 502 était de 1566 ppm, ce qui représente une augmentation de 121 % du piégeage de So 2 par rapport au cas o l'agent de sorption
sec n'est pas activé par un promoteur.
Cette invention peut être réalisée suivant d'autres formes ou mise en oeuvre suivant d'autres modes sans que l'on s'écarte de son esprit ou de ses caractéristiques essentielles Le présent mode de réalisation doit donc être considéré sous tous ses aspects comme étant illustratif et non limitatif, toutes les modifications qui appartiennent à la définition générale de l'invention et à la plage d'équivalence étant destinées à être englobées dans le domaine de définition de la présente
invention.
Claims (23)
1 Procédé pour éliminer des effluents à partir de gaz d'échappement produits par la combustion d'un combustible, caractérisé par le fait qu'il comprend les opérations consistant à: faire brûler ledit combustible dans une zone de combustion à une température T 1, de façon à produire des gaz d'échappement contenant des effluents; transporter lesdits gaz d'échappement provenant de ladite zone de combustion, et refroidir lesdits gaz d'échappement à une température de T 2, o T 2 a une valeur inférieure à T 1; prendre un agent de sorption des effluents; et injecter ledit agent de sorption des effluents dans lesdits gaz d'échappement en aval de ladite zone de combustion, en un point o la température desdits gaz d'échappement est de T 2, de sorte que ledit agent de sorption absorbe lesdits effluents à partir desdits gaz d'échappement. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend le mélange dudit agent de sorption des effluents avec de l'eau, de façon à former un mélange aqueux d'agent de sorption des effluents avant l'injection. 3 Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend l'injection dudit mélange d'agent de sorption des effluents dans lesdits gaz d'échappement, de façon à produire une pulvérisation fine ayant une dimension moyenne de gouttelette de moins de 100
microns.
4 Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend l'injection dudit mélange d'agent de sorption des effluents dans lesdits gaz d'échappement, de façon à produire une pulvérisation fine
ayant une dimension moyenne de gouttelette de moins de 50 microns.
Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend la formation dudit mélange d'agent de sorption des effluents par incorporation d'un composé de sorption soluble dans l'eau, choisi dans le groupe constitué par les composés du calcium, les composés
du magnésium et leurs mélanges.
6 Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'il comprend la formation dudit mélange d'agent de sorption des effluents par incorporation d'un composé de sorption insoluble dans l'eau, choisi dans le groupe constitué par les composés du calcium, les composés
du magnésium et leurs mélanges.
7 Procédé selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre l'incorporation d'un promoteur de type sel métallique soluble dans l'eau audit mélange d'agent de sorption des effluents, ledit promoteur étant choisi dans le groupe constitué par les sels de fer, de cuivre, de manganèse, de bore, d'aluminium, de sodium,
de potassium, de zinc, de nickel, et leurs mélanges.
8 Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre l'incorporation d'un promoteur de type sel métallique soluble dans l'eau audit mélange d'agent de sorption des effluents, ledit promoteur étant choisi dans le groupe constitué par les sels de fer, de cuivre, de manganèse, de bore, d'aluminium, de sodium,
de potassium, de zinc, de nickel, et leurs mélanges.
9 Procédé selon la revendication 7, caractérisé par le fait que ledit promoteur est choisi dans le groupe constitué par les sels de fer, de cuivre, de manganèse, de
bore et leurs mélanges.
Procédé selon la revendication 8, caracté-
risé par le fait que ledit promoteur est choisi dans le groupe constitué par les sels de fer, de cuivre, de
manganèse, de bore et leurs mélanges.
11 Procédé selon la revendication 9, caracté-
risé par le fait que ledit promoteur est choisi dans le groupe constitué par les sels de fer, de cuivre et leurs mélanges.
12 Procédé selon la revendication 10, caracté-
risé par le fait que ledit promoteur est choisi dans le groupe constitué par les sels de fer, de cuivre et leurs mélanges.
13 Procédé selon la revendication 7, caracté-
risé par le fait que le rapport molaire de l'agent de sorption soluble dans l'eau à l'effluent est compris entre
0,4 et 1,2.
14 Procédé selon la revendication 7, caracté-
risé par le fait que le rapport molaire de l'agent de sorption soluble dans l'eau à l'effluent est compris entre
0,6 et 1,0.
15 Procédé selon la revendication 8, caracté-
risé par le fait que le rapport molaire de l'agent de sorption insoluble dans l'eau à l'effluent est compris
entre 0,5 et 2,5.
16 Procédé selon la revendication 8, caracté-
risé par le fait que le rapport molaire de l'agent de sorption insoluble dans l'eau à l'effluent est compris
entre 0,8 et 2,0.
17 Procédé selon la revendication 13, caracté-
risé par le fait que le rapport molaire du promoteur à
l'agent de sorption est compris entre 0,01 et 0,15.
18 Procédé selon la revendication 14, caracté-
risé par le fait que le rapport molaire du promoteur à
l'agent de sorption est compris entre 0,01 et 0,05.
19 Procédé selon la revendication 15, caractérisé par le fait que le rapport molaire du promoteur
à l'agent de sorption est compris entre 0,01 et 0,10.
Procédé selon la revendication 16, caracté-
risé par le fait que le rapport molaire du promoteur à
l'agent de sorption est compris entre 0,01 et 0,10.
21 Procédé selon la revendication 13, caracté-
risé par le fait que T 2 est compris entre 1093 C et 1260 'C
(entre 20000 F et 23000 F).
22 Procédé selon la revendication 15, caracté-
risé par le fait que T 2 est compris entre 9820 C et 1204 C
(entre 18000 F et 2200 'F).
23 Procédé selon la revendication 7, caracté- risé par le fait que T 2 est compris entre 9000 C et 15380 C
(entre 16500 F et 28000 F).
24 Procédé selon la revendication a, caracté-
risé par le fait qu'il comprend les étapes de formation
d'une émulsion huile-dans-eau en tant que combustible.
Procédé selon la revendication 1, caracté-
risé par le fait qu'il comprend l'atomisation dudit
combustible avant la combustion.
26 Procédé selon la revendication 1, caracté-
risé par le fait que le combustible est un combustible liquide.
27 Procédé selon la revendication 1, caracté-
risé par le fait que le combustible est un combustible solide.
28 Procédé selon la revendication 6, caracté-
risé par le fait qu'il comprend l'ensemencement dudit agent de sorption des effluents par un promoteur soluble dans l'eau choisi dans le groupe constitué par les sels de fer, de cuivre, de manganèse, de bore, d'aluminium, de sodium,
de potassium, de zinc, de nickel, et leurs mélanges.
29 Procédé selon la revendication 28, caracté-
risé par le fait qu'il comprend la transformation desdites particules d'agent de sorption des effluents qui ont été ensemencées, en particules ayant une dimension moyenne de
particule de moins de 50 microns.
Procédé selon la revendication 28, caracté-
risé par le fait qu'il comprend la transformation desdites particules d'agent de sorption des effluents, qui ont été ensemencées, en particules ayant une dimension moyenne de
particule de moins de 10 microns.
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