FR2798077A1 - Procede et installation d'epuration de gaz - Google Patents

Abstract

Selon ce procédé, on génère une décharge électrique (14) entre au moins une électrode (4) et au moins une contre-électrode (6) placées au voisinage de l'écoulement du gaz à épurer et disposées sur un substrat (2), de manière à former un plasma générant des premiers radicaux libres (18) d'épuration du gaz.On émet ladite décharge électrique à la surface dudit substrat (2) et on extrait dudit substrat des électrons (e) par effet photo-électrique, lesdits électrons (e) générant des seconds radicaux libres (20) d'épuration du gaz.Ce procédé est avantageux, en particulier en termes de coûts énergétiques.

Description

présente invention concerne un procédé et une installation d'épuration de fumées.

invention a plus particulièrement trait à une épuration réalisée au moyen d'un plasma. Il est connu, par exemple de DE-A- 05 735, de générer un plasma dans un volume destiné à recevoir les gaz à traiter. Le plasma, qui est produit une decharge électrique, conduit à la formation d'électrons libres, qui induisent à leur tour une production de radicaux libres permettant l'épuration des gaz à traiter.

Cette solution, bien qu'efficace en termes de dépol - tion, présente cependant un inconvénient, en ce sens qu'elle implique une consommation énergétique très élevée, dans mesure où l'on forme le plasma considéré au sein d'un volume relativement important.

Afin de remédier à cet inconvénient, il a été proposé, par WO-A-97/30 570, d'établir un plasma sensiblement dimensionnel. A cet effet, ce document enseigne de disposer, sur un substrat, un réseau formé d'électrodes et de contre- électrodes métalliques en regard, chaque électrode étant séparée de sa contre-électrode associée d'une distance inférieure à 1 mm. L'application d'une tension électrique appropriée au niveau de chaque couple formé par une électrode et une contre-électrode conduit à la formation d'un plasma entre les surfaces saillantes en regard de ces deux éléments.

Cette solution, bien qu'elle soit relativement satisfai sante sur le plan énergétique, présente également inconvénients. En effet, le réseau d'électrodes et de contre électrodes est particulièrement délicat à fabriquer et se trouve de surcroît sujet à une usure prématurée.

Afin de pallier les différents inconvénients de l'art antérieur évoqués ci-dessus, l'invention vise l'obtention d' procédé d'épuration de fumées au moyen d'un plasma qui, tout en assurant une dépollution fiable des gaz, induit consommation énergétique relativement peu élevée et qui peut être mis en oeuvre au moyen d'une installation simple robuste.

A cet effet, elle a pour objet un procédé d'épuration de gaz, dans lequel on génère une décharge électrique entre au moins une électrode et au moins une contre-électrode placées au voisinage de l'écoulement du gaz à épurer et disposées sur un substrat, de manière à former un plasma entre chaque électrode et sa contre-électrode associée, ledit plasma générant des premiers radiaux libres d'épuration du gaz caractérisé en ce qu'on émet ladite décharge électrique à surface dudit substrat et en ce qu'on extrait dudit substrat des électrons par effet photoélectrique, lesdits électrons générant des seconds radicaux libres d'épuration du gaz.

Le substrat est par exemple une céramique ou du dioxyde de itane.

L'émission d'une décharge électrique, en vue de formation d'un plasma, à la surface d'un matériau apte à céder des électrons par bombardement photoélectrique induit génération de radicaux libres par deux voies différentes.

Ainsi, la formation du plasma conduit à la création radicaux libres de façon directe, comme cela est connu l'état de la technique, par échauffement local.

De plus, la décharge électrique génère également radicaux libres de façon indirecte, de la façon suivante.

tel décharge provoque une émission de lumière dont l'énergie dépend de la longueur d'onde. Lorsque la fraction la plus énergétique de cette lumière est en contact avec le matériau constitutif du substrat, elle en extrait des électrons, effet photoélectrique, ce qui conduit alors à la formation de radicaux libres supplémentaires, qui contribuent à leur tour à la dépollution des gaz à traiter.

De façon avantageuse, on extrait les électrons substrat en le soumettant à une lumière dont la longueur d'onde est supérieure à 50 nm, de préférence comprise entre 250 400 nm.

Ainsi, pour une consommation énergétique donnée, à savoir une tension donnée appliquée entre une électrode et sa contre- électrode associée, le procédé de l'invention conduit à formation d'un nombre de radicaux libres de dépollution notablement supérieur à celui obtenu conformément à l' antérieur. De la sorte, l'invention permet, pour un rendement de dépollution visé, une consommation d'énergie réduite bien assure un rendement amélioré, à consommat' énergétique constante De plus, étant donné que la décharge électrique est confinée voisinage de la surface du substrat, la consomma tion électrique inhérente à la mise en oeuvre du procédé de l'invention est relativement peu importante.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'inven tion, la décharge électrique est générée entre chaque électrode et sa contre-électrode associée application d'une tension comprenant plusieurs pics successifs séparés par des plages de tension nulle. Les pics de tension sont par exemple d'allure sinusoïdale et, possèdent une valeur comprise entre 10 et 50 kV et une fréquence comprise entre 20 et 50 kHz. Ces plages de tension nulle représentent moins de 95%, de préférence entre 50% et 95% du temps total. De telles plages de tension nulle sont avantageuses en ce sens qu'elles induisent une économie énergétique appréciable tout en n'étant pas préjudiciables à une génération correcte de la décharge électrique destinée à former le plasma.

Selon une autre caractéristique avantageuse de l'inven tion, on ajoute au gaz à traiter au moins un adjuvant de dépollution. Dans le cas où les gaz contiennent au moins un oxyde d'azote, un tel adjuvant pourra être de 1 ammoniac, une solution urée, un alcool, un alcane ou bien encore une amine.

L'invention se propose également de réaliser une installat' permettant la mise en oeuvre du procédé tel que défini ci-dessus. A cet effet, elle a pour objet une installa tion d'épuration de gaz, comprenant des moyens de génération d'une décharge électrique, comportant au moins une électrode et au moins une contre-électrode placées voisinage de l'écoulement du gaz à épurer et disposées un substrat, lesdits moyens de génération d'une décharge électrique étant aptes à former un plasma entre chaque électrode et sa contre- électrode associée, ledit plasma générant des premiers radicaux libres d'épuration du gaz, caractérisée en ce que lesdits moyens de génération sont aptes à émettre ladite décharge électrique à la surface dudit substrat et en ce que ledit substrat est apte à céder des électrons par effet photoélectrique, lesdits électrons générant des seconds radicaux libres d'épuration du gaz.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention - ledit substrat est apte à céder des électrons par effet photoélectrique lorsqu'il est soumis à une lumière dont la longueur d'onde est supérieure à 50 nm, de préférence comprise entre 250 et 400 nm ; - le substrat est une céramique ou du dioxyde de titane - chaque électrode est séparée de sa contre- électrode associée d'au moins 1 mm et, de préférence d'au moins mm ; - le substrat comprend plusieurs plaques s'étendant parallelement les unes aux autres, et les moyens de génération comprennent des éléments filiformes, formant électrodes, s'étendant transversalement par rapport auxdites plaques, ainsi des éléments auxiliaires portés par lesdites plaques formant contre-électrodes ; - lesdits éléments auxiliaires comprennent des barres métalliques, lesdites barres étant disposées unes au-dessous des autres au sein d'une même plaque, chaque élément filiforme traversant ladite plaque entre deux barres successives à équidistance de celles-ci ; - les éléments auxiliaires comprennent des anneaux métalliques, chaque élément filiforme traversant une plaque considérée, au centre d'un anneau correspondant ; - les moyens de génération de la décharge électrique comprennent des moyens de guidage de ladite décharge électri que ; - les moyens de guidage comprennent des extrémités effilées en regard dont sont pourvues respectivement une électrode et une contre-électrode appartenant aux moyens de générat de la décharge électrique.

L'invention va être décrite ci-dessous, en référence aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs et dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique illustrant la mise en oeuvre du procédé de l'invention ; - la figure 2 est une courbe illustrant varia tions, en fonction du temps, de la tension appliquée à l'électrode et à la contre-électrode de la figure - figures 3 et 4 sont des vues de face et de côté illustrant une zone d'épuration de gaz appartenant à une installation conforme à un premier mode de réalisation de l'invention - et - figures 5 et 6 sont des vues analogues à la figure 4 illustrant des deuxième et troisième modes de réalisation l'invention.

La figure 1 illustre la mise en oeuvre procédé d'épuration gaz conforme à l'invention. On ut ise un substrat isolant 2, réalisé en un matériau apte à céder des électrons effet photoélectrique, lors de son exposition à une lumière violette ou ultraviolette. Un tel substrat est par exemple réalisé en céramique ou en dioxyde de titane.

Ce substrat reçoit une électrode 4 et une contre- électrode 6 toutes deux métalliques, qui sont exemple réalisées en cuivre ou en un acier à haute performance. La distance caractéristique d, à savoir la plus pet distance séparant les faces en regard de cette électrode et de cette contre-électrode, est comprise entre 10 et 200 mm, de préférence entre 20 et 100 mm.

I1 est en outre prévu des moyens classiques non représen tés, permettant d'appliquer une tension électrique entre l'électrode et sa contre-électrode 6. Cette électrode 4, cette contre-électrode 6 et les moyens d'application d'une tension forment des moyens de génération d'une décharge électrique.

L'allure de la tension ainsi générée est illustrée sur la figure 2 sur laquelle sont portés en abscisses et en ordonnées respectivement le temps et la valeur de la tension. Comme le montre cette figure, la tension appliquée comprend un premier pic 8 de tension positive d'allure ' peu près sinusoïdale, suivi par une plage 10 pendant laquelle la tension est nulle. Puis, on applique à nouveau tension sous forme d'un second pic 12 de tension négative, dont la durée est analogue à celle du pic 8.

Les deux pics 8, 12 sont globalement symétriques l'un de l' autre par rapport à l' axe des abscisses. La tension maximale appliquée entre l'électrode et la contre-électrode est comprise entre 10 et 50 kV. La fin du pic 12 est séparé par une plage 10' de tension nulle de pics supplémentaires<B>81,</B> 12' analogues à ceux 8, 12, eux-mêmes séparés par une plage intermédiaire 10" de tension nulle. La durée cumulée des plages 10, 10' de tension nulle correspond environ à 60% de la durée totale comprise entre le début de l'application du 8 et le début de l'application du pic 8'.

Sous l'effet de la tension illustrée à la figure 2, une décharge électrique est émise entre l'électrode 4 et sa contre-électrode 6. Cette décharge, qui est affectée de la référence 14, échauffe le gaz à traiter 16 s'écoulant au voisinage du substrat 2, de l'électrode 4 et de la contre- électrode 6.

Ce gaz est porté à une température très élevée, supé rieure de préférence à 450 C, ce qui contribue à créer un plasma ionique, et provoque la formation de premiers radicaux fibres 18. Ces derniers sont générés de façon dite directe, de manière inhérente à la formation du plasma. Ces radicaux libres directs 18 sont susceptibles de migrer dans l'ensemble du volume au sein duquel s'écoule le gaz à traiter ce qui contribue, de façon connue, à la dépollution de ce dernier.

Par ailleurs, lors de sa formation, la décharge electri- génère une émission de lumière violette ou ultraviolette 1 possédant une énergie dépendant de sa longueur ondes. Lorsque cette lumière entre en contact avec le substrat isolant 2, elle en extrait des électrons e qui contribuent à formation de seconds radicaux libres 20. Ces derniers sont dits indirects, étant donné qu'ils sont générés non par formation du plasma à proprement parler, mais par l'action de la lumière induite par la décharge électrique évoquée ci- dessus.

Les radicaux libres indirects 20 se propagent également dans tout le volume affecté au passage du gaz, ce qui contribue à une dépollution secondaire de ce dernier, ajoutant à celle initiée, de façon classique, par les radicaux libres directs 18.

Les figures 3 et 4 représentent un premier mode de réalisation d'une installation d'épuration de conforme à l'invention. Cette installation comprend une amenée de gaz à épurer, non représentée, en communication avec une zone d'épuration. Cette dernière est pourvue de plusieurs plaques parallèles entre elles, s'étendant par exemple verticale ment.

Le gaz à traiter 16 s'écoule dans l'espace intercalaire ménagé entre deux plaques adjacentes. Ces dernières sont réalisées dans le même matériau que le substrat illustré à la référence à la figure 1. Chaque plaque 52 est pourvue de barres 54, s'étendant selon la direction d'écoulement des gaz à traiter. Les barres 54 d'une même plaque 52 s'étendent les unes au-dessous des autres, de sorte que ces barres sont agencées selon plusieurs rangées 54a, 54b et 54ç.

La distance d' séparant deux plaques 52 est comprise entre 20 et 200 mm, de préférence entre 50 et 100 mm. Les barres 54 sont métalliques et sont par exemple réalisées en cuivre. La zone d'épuration, illustrée à la figure 3, comprend également des fils 56 de cuivre, s'étendant transversalement à la direction d'écoulement des gaz à traiter 16. Ces fils 56 sont disposées selon plusieurs rangées 56a, 56b disposées les unes au-dessous des autres. Chaque rangée, qui comprend plusieurs fils s'étendant parallèlement entre eux, les uns derrière les autres, est disposée entre deux rangées de barres consécutives, sensiblement à équidistance des deux rangées considérées.

La distance<B><U>dl,</U></B> séparant deux barres 54 adjacentes, disposées sur une même plaque 52, est comprise entre 20 et 400 mm, de préférence 40 et 200 mm, chaque fil 56 étant séparé des deux barres qui lui sont voisines d'une distance caractéristi que d égale à la moitié de<B><U>d''.</U></B>

Lors de l'application d'une tension entre d une part les fils 56 et d'autre part les barres 54, une décharge électrique est générée, à la surface des plaques 52, entre chaque fil 56 formant électrode, et les deux barres 54, formant contre- électrodes, qui lui sont adjacentes. Comme cela a été explicité en référence aux figures 1 et 2, cette décharge électrique va conduire d'une part à la formation de radicaux libres directs, due à l'échauffement du gaz, et d'autre part la génération de radicaux libres indirects, due l'extrac tion d'électrons provenant du matériau constitutif des plaques 52.

La figure 5 représente une variante de l'invention, dans laquelle les barres 54 sont remplacées par des anneaux métalliques 54' disposés sur la plaque 52 et dont l'épaisseur est analogue à celle des barres 54. Chaque fil métallique 56 traverse une plaque 52 considérée au centre d'un anneau 54' correspondant. Le rayon des anneaux 54', égal à la distance caractéristique d, est compris entre 10 et 200 mm, de préférence entre 20 et 100 mm, alors que deux anneaux 54' adjacents sont séparés d'au moins 10 mm.

La figure 6 représente une variante supplémentaire de l'invention. La zone d'épuration comprend une pluralité de plaques, dont une seule 102 est représentée, qui sont analogues aux plaques 52.

Chaque plaque 102, formant substrat, reçoit plusieurs barres 104, dont chacune est pourvue de plusieurs saillies successives 105, en forme de pointes, s'étendant perpendicu lairement à la direction principale de la barre 104. Chaque plaque 102 reçoit également des blocs métalliques 106, dont le nombre correspond à celui des saillies 105. Chaque bloc 106 est pourvu d'une extrémité effilée 107, tournée en direction de la saillie 105 qui lui est adjacente.

La distance séparant la saillie 105 de l'extrémité 107 correspondante, qui constitue la distance caractéristique d, est comprise entre 10 et 200 mm, de préférence entre 20 et 100 mm. La distance D séparant l'extrémité 107 par rapport au corps principal de la barre 104 est comprise entre 20 et 200 mm, de préférence entre 20 et 50 mm. Comme dans le mode de réalisation précédent, la distance séparant deux plaques 102 adjacentes est comprise entre 20 et 200 mm et, de préférence, entre 50 et 100 mm.

De manière conforme à ce qui a été décrit précédemment, lorsque l'on applique une tension électrique, telle que celle illustrée la figure 2, entre chaque barre 104 et les blocs 106 qui sont voisins, des décharges électriques sont émises entre chaque saillie 105 et l'extrémité 107 correspon dante. Cette saillie 105 en forme de pointe et cette extrémité effilée 107, qui sont tournées l'une vers l'autre, assurent le guidage de la décharge électrique ainsi émise.

Les plaques substrats 52, 102 peuvent reposer sur une plaque support, non représentée, réalisée en un matériau peu noble, tel que du verre.

Dans l'exemple illustré en référence la figure 6, les barres et les blocs 106 sont disposés du même côté de la plaque 102. Il est également envisageable de placer la barre 104 sur un premier côté de la plaque et les blocs 106 sur l'autre côté de cette même plaque.

Claims (1)

1. <U>REVENDICATIONS</U> . Procédé d'épuration de gaz, dans lequel on génère une décharge électrique (14) entre au moins une électrode (4 56 ; ) et au moins une contre-électrode (6 ; 54 ; 104 placées au voisinage de l'écoulement du gaz à épurer et dispo sées sur un substrat (2 ; 52 ; 102), de manière à former un plasma entre chaque électrode et sa contre-électrode associée ledit plasma générant des premiers radicaux libres d'épuration du gaz, caractérisé en ce qu'on émet ladite décharge électrique à la surface dudit substrat (2 ; 52 ; 102 et en ce qu'on extrait dudit substrat des électrons par effet photoélectrique, lesdits électrons générant des seconds radicaux libres (20) d'épuration du gaz. 2. Procédé d'épuration des gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on extrait les électrons du substrat (2 52 ; 02) en soumettant ce dernier à une lumière dont longueur d'onde est supérieure à 50 nm, de préférence comprise entre et 400 nm. 3. Procédé d'épuration des gaz selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit substrat (2 ; 52 ; 102 est une céramique ou du dioxyde de titane. . Procédé d'épuration des gaz selon la revendication 3 caractérisé en ce qu'on génère ladite décharge électrique application, entre chaque électrode et sa contre-électrode associée (4, 6 ; 54, 56 ; 104, 106), d'une tension comprenant plusieurs pics successifs (8, 12) séparés par des plages (10) de tension nulle. . Procédé d'épuration des gaz selon l'un des revendica tions 1 à 4, caractérisé en ce qu'on ajoute au gaz à traiter au moins un adjuvant de dépollution. Installation d'épuration des gaz, comprenant des moyens de génération d'une décharge électrique, comportant au moins une électrode (6 ; 54 ; 104) et au moins une contre- électrode (4 ; 56 ; 106) placées au voisinage de l'écoulement du à épurer et disposées sur un substrat (2 ; 52 ; 102), lesdits moyens de génération d'une décharge électrique étant aptes à former un plasma entre chaque électrode et sa contre- électrode associée, ledit plasma générant des premiers radicaux libres (18) épuration du gaz, caractérisée en ce que lesdits moyens de génération sont aptes à émettre ladite décharge électrique à surface dudit substrat (2 ; 52 ; 102) et en ce que ledit substrat est apte à céder des électrons par effet photoélectrique lesdits électrons générant des seconds radicaux libres (20) épuration du gaz. 7. Installation d'épuration des gaz selon la revendica tion 6, caractérisé en ce que ledit substrat (2 ; 52 ; 102) est apte à céder des électrons par effet photoélectrique lorsqu'il est soumis à une lumière dont la longueur d'onde est supérieure à 50 nm, préférence comprise entre 250 et 400 nm. 8. Installation épuration des gaz selon la revendica tion 6 ou 7, caractérisee en ce que le substrat (2 ; 52 ; 102) est une céramique ou dioxyde de titane. 9. Installation épuration des gaz selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que chaque électrode (6, 54, 104) est séparee de sa contre-électrode associée (4, 56, 106) d'au moins 1 mm et, de préférence, d'au moins 10 mm. 10. Installation d'épuration des gaz selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le substrat comprend plusieurs plaques (52) s'étendant parallèlement les unes aux autres, et en ce que les moyens de génération comprennent des éléments filiformes (56), formant électrodes, s'étendant transversalement par rapport auxdites plaques (52), ainsi que des éléments auxiliaires (54, 54') portés par lesdites plaques, formant contre-électrodes. 11. Installation d'épuration des gaz selon la revendica tion 10, caractérisée en ce que lesdits éléments auxiliaires comprennent des barres métalliques (54), lesdites barres étant disposées les unes au-dessous des autres au sein d'une même plaque (52), chaque élément filiforme (56) traversant ladite plaque entre deux barres successives à équidistance de celles- ci. 12. Installation d'épuration des gaz selon la revendica tion 10, caractérisée en ce que les élements auxiliaires comprennent des anneaux métalliques (54'), chaque élément filiforme (56) traversant une plaque considérée (52), au centre un anneau (54') correspondant. 13. Installation d'épuration des gaz selon 'une des revendications 6 à 12, caractérisée en ce que les moyens de génération de la décharge électrique comprennent moyens (105, 1 ) de guidage de ladite décharge électrique. 14. Installation d'épuration des gaz selon la revendica tion caractérisée en ce que les moyens guidage comprennent des extrémités (105, 107) effilées en regard dont sont pourvues respectivement une électrode (104 et une contre-électrode (106) appartenant aux moyens de génération de la décharge électrique.