FR3036042A1 - Installation et procede d'epuration des gaz de combustion industrielle. - Google Patents

Installation et procede d'epuration des gaz de combustion industrielle. Download PDF

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Abstract

La présente invention concerne d'épuration des gaz de combustion industrielle, comportant : - une cuve (100) étanche dans laquelle est stockée de l'eau d'épuration (105), laquelle cuve présente un orifice de sortie (106), - un tube plongeur (110) installé dans la cuve (100), lequel tube présente une entrée (111) pour l'admission des gaz de combustion et une sortie (112) immergée dans l'eau dépuration (105), - un moyen (108) pour mettre en dépression l'intérieur de la cuve (100) de sorte que les gaz de combustion soient mis en mouvement entre l'entrée (111) du tube plongeur (110) et l'orifice de sortie (106) en passant au travers dudit tube plongeur (110) puis en barbotant dans l'eau d'épuration (105), - un premier moyen de pulvérisation (120) pour pulvériser de l'eau sur les gaz de combustion circulant au travers du tube plongeur (110) afin de les refroidir, la température d'eau à pulvériser par ledit moyen (120) étant inférieure à 15°C, ladite installation étant caractérisée par le fait que le tube plongeur (110) présente au moins une encoche (114) dont au moins une partie n'est pas immergée dans l'eau d'épuration (105), et par le fait que la cuve (100) intègre un second moyen de pulvérisation (130) pour pulvériser un liquide aqueux sur les gaz de combustion après leur barbotage dans l'eau d'épuration (105) et sur les gaz de combustion qui sortent par la partie non-immergée de l'encoche (114), la température du liquide aqueux pulvérisé étant inférieure à 15°C.

Description

1 INSTALLATION ET PROCEDE D'EPURATION DES GAZ DE COMBUSTION INDUSTRIELLE Description Domaine technique de l'invention. L'invention concerne une installation et un procédé pour l'épuration des gaz de combustion industrielle émis par un dispositif de combustion de déchets contenant de la matière organique. 15 L'invention concerne le domaine technique du traitement des gaz de combustion industriels. Elle s'applique notamment à l'épuration des gaz de combustion émis par les cimenteries et les incinérateurs industriels de déchets. 20 État de la technique. Par « gaz de combustion » ou « gaz de combustion industrielle », on entend selon la présente invention les gaz et les fumées générés par la combustion industrielle de combustibles fossiles (par exemple gaz naturel, fioul, 25 charbons, dérivés de pétrole ou autre) et/ou de déchets des types domestiques, industriels ou similaires (par exemple ordures ménagères, déchets agricoles, déchets hospitaliers, papier, carton, bois, plastique, résidus de pneumatiques, graisses, boues grasses, huiles usées, ou autre). La combustion industrielle en question peut être réalisée dans un incinérateur de déchets ou dans un four de 30 cimenterie ou four de centrale thermique ou four de verrerie ou four d'aciérie. 10 3036042 - 2 - De manière générale, les gaz de combustion contiennent de nombreux polluants pouvant représenter un risque environnemental et sanitaire (toxicité et irritation) et de la vapeur d'eau. A titre d'exemples de tels polluants on peut mentionner : 5 - les polluants gazeux tels que : le monoxyde de carbone ; le dioxyde de carbone ; des oxydes d'azotes en particulier le monoxyde d'azote ; des oxydes soufre particulièrement le dioxyde de soufre ; le chlorure d'hydrogène ; le fluorure d'hydrogène, des molécules organiques notamment aromatiques, et des métaux volatils tels que le mercure, et - les polluants particulaires tels que des suies et des cendres volantes. Ces gaz de combustion doivent être épurés avant leur rejet afin d'éviter le transfert de leurs polluants vers l'atmosphère.
Dans ce cadre, le Demandeur a déjà décrit dans la demande de brevet W02008/086814, une installation d'épuration des gaz de combustion émis par un dispositif de combustion tel qu'un four d'incinération de déchet urbain et/ou industriel ou un four de cimenterie. Cette installation est représentée à la figure 1. Elle comporte une cuve 100 étanche dans laquelle est stockée de l'eau d'épuration 105. La cuve 100 présente une sortie 106 pour l'évacuation des gaz épurés. L'arrivée des gaz de combustion à épurer est symbolisée par la flèche F1 et l'évacuation des gaz épurés est représentée par la flèche F2. Cette installation connue comporte également un tube plongeur 110 installé dans la cuve 100, lequel tube présente une entrée 111 pour l'admission des gaz de combustion et une sortie 112 immergée dans l'eau dépuration 105. L'entrée 111 du tube plongeur coïncide avec l'orifice d'admission 102 des gaz dans la cuve 100.
En fonctionnement, la cuve 100 est mise en dépression par l'intermédiaire d'une turbine d'aspiration 108 (motorisée) connectée au niveau de la sortie 106 de 3036042 3 sorte que les gaz de combustion soient mis en mouvement entre l'entrée 111 du tube plongeur 110 et l'orifice de sortie 106, en passant au travers dudit tube plongeur 110 puis en barbotant d'eau d'épuration 105.
5 Un moyen 120 permet de pulvériser de l'eau sur les gaz de combustion circulant au travers du tube plongeur 110. En pratique pour épurer les gaz de combustion, on les force à traverser le tube plongeur 110 dans lequel ils sont lavés et refroidis par aspersion d'eau 10 pulvérisée; puis à barboter dans l'eau d'épuration 105 afin de les débarrasser de leurs polluants particulaires et au moins d'une partie de leurs polluants gazeux, avant de les rejeter vers l'extérieur. Le Demandeur a cependant pu constater qu'une telle installation 15 d'épuration ne permet pas une élimination efficace des polluants gazeux contenus dans les gaz de combustion industrielle (taux d'épuration d'au plus égal à 80%). Par ailleurs, l'étude de cette installation d'épuration a amené à constater que les étapes successives décrites ci-dessus devaient être opérées sous une forte dépression dans la cuve 100. En effet, cette forte dépression s'est avérée 20 nécessaire, d'une part, pour forcer les gaz de combustion à traverser le tube plongeur 110 et à barboter dans l'eau d'épuration 105, et, d'autre part, pour mettre en mouvement les gaz de combustion depuis le four (ou installation industrielle) émetteur de gaz de combustion à épurer jusqu'à ladite cuve 100. Mais, lorsqu'on cherche à réduire la dépression dans ladite cuve 100, notamment pour diminuer le 25 débit des gaz de combustion barbotant dans l'eau d'épuration 105 en vue de favoriser au mieux la capture de leurs polluants, on constate fréquemment une montée de l'eau d'épuration 105 dans le tube plongeur et une très mauvaise circulation des gaz de combustion au sein de la cuve 100 et entre celle-ci et le four (ou installation industrielle) de combustion émetteur de gaz de combustion à 30 épurer. Ceci affecte négativement le processus d'épuration des gaz de 3036042 - 4 - combustion et entraine des perturbations potentiellement préjudiciables au fonctionnement dudit four (ou installation industrielle) de combustion. Egalement, il a aussi pu être constaté par le Demandeur que, d'une part, le 5 volume d'eau d'épuration (Veau d'épuration) contenu dans la cuve 100 devait, pour une épuration optimale, être égal à environ 0,33 x Vcuve (ou 1/3 x Vcuve), avec Vcuve représente le volume intérieur de la cuve 100, et que, d'autre part, lorsque ce volume Veau d'épuration devient excessif (c'est-à-dire Veau d'épuration > 0,40 x Vcuve) du fait du lavage des gaz de combustion par l'eau pulvérisée, la cuve 100 devait être 10 vidangée au moins partiellement pour diminuer ce volume. On comprend bien que, d'un point de vue pratique, ceci est quasiment inconcevable car la vidange au moins partielle de la cuve 100 nécessite l'arrêt complet de l'installation et entraine l'interruption de l'opération d'épuration en cours.
15 L'installation d'épuration décrite dans W02008/086814 doit donc être améliorée pour limiter les émissions de gaz de combustion. Face à cet état de chose, un but de l'invention est de proposer une installation qui améliore l'épuration des gaz de combustion industrielle.
20 Un autre but de l'invention est de réduire le rejet des gaz de combustion industrielle. Encore un autre but de l'invention est d'améliorer les performances de 25 l'installation d'épuration connue de W02008/086814 sans qu'il soit nécessaire de remettre en cause sa conception d'origine. Encore, un autre but de l'invention est de proposer une installation d'épuration qui soit facile à installer et dont le coût de revient est limité.
30 3036042 5 Un but supplémentaire de l'invention est de fournir une solution pour réguler le volume d'eau dépuration contenu dans la cuve 100 sans nécessiter l'arrêt complet de l'installation d'épuration.
5 Divulgation de l'invention. La solution proposée par l'invention est une installation d'épuration des gaz de combustion industrielle, comportant : 10 - une cuve étanche dans laquelle est stockée de l'eau d'épuration, laquelle cuve présente un orifice de sortie, - un tube plongeur installé dans la cuve, lequel tube présente une entrée pour l'admission des gaz de combustion et une sortie immergée dans l'eau dépuration, 15 - un moyen pour mettre en dépression l'intérieur de la cuve de sorte que les gaz de combustion soient mis en mouvement entre l'entrée du tube plongeur et l'orifice de sortie en passant au travers dudit tube plongeur puis en barbotant dans l'eau d'épuration, - un premier moyen de pulvérisation pour pulvériser de l'eau sur les gaz de 20 combustion circulant au travers du tube plongeur afin de les refroidir, la température d'eau à pulvériser par ledit moyen étant inférieure à 15°C, Cette installation est remarquable en ce que : - le tube plongeur présente au moins une encoche dont au moins une partie 25 n'est pas immergée dans l'eau d'épuration, notamment pour éviter la montée de celle-ci dans le tube plongeur lorsque la dépression à l'intérieur de la cuve est interrompue ou est devenue inférieure à la dépression régnant dans le tube plongeur, et - la cuve intègre un second moyen de pulvérisation pour pulvériser un liquide 30 aqueux (par exemple l'eau du réseau distribution ou de l'eau d'épuration prélevée de la cuve 100 et recyclée) sur les gaz de combustion après leur barbotage dans 3036042 6 l'eau d'épuration et sur les gaz de combustion qui sortent par la partie non-immergée de l'encoche, la température du liquide aqueux pulvérisé étant inférieure à 15°C.
5 Le Demandeur a maintenant constaté que, de façon surprenante et inattendue, l'utilisation d'un tube plongeur ayant au moins une encoche dont au moins une partie n'est pas immergée dans l'eau d'épuration, présentait de nombreux avantages. En effet, la partie non-immergée de ladite encoche permet d'évacuer au moins partiellement la chaleur accompagnant le flux de gaz de 10 combustion. Elle laisse aussi s'échapper une partie des gaz de combustion, ceci favorise une circulation continue des gaz de combustion depuis l'installation industrielle (ou four ) émettrice de gaz de combustion jusqu'à la cuve d'épuration la présente invention, et ce même lorsqu'on réduit la dépression dans ladite cuve en vue de baisser le débit des gaz de combustion barbotant dans l'eau d'épuration 15 pour favoriser au maximum la capture des polluants gazeux. Il convient par ailleurs de préciser que la circulation continue des gaz de combustion entre ladite cuve et ladite installation industrielle induit dans celle-ci une dépression de tirage, et une entrée d'air « comburant » frais à partir de l'atmosphère , et contribue à empêcher les gaz de combustion chauds de sortir par les ouvertures de 20 chargement de déchets et/ou de combustibles fossiles, lesquelles ouvertures ne sont pas forcément fermées de manière étanche. La Demandeur a aussi pu constater que l'opération de refroidissement initiée par le second moyen d'épuration permet de condenser sous forme liquide 25 au moins une partie des polluants gazeux qui n'ont pas été captés par l'eau d'épuration ou qui se sont échappés par la partie non-immergée de l'encoche du tube plongeur, ce qui permet de réduire davantage le rejet des polluants gazeux. Ainsi, l'utilisation d'un tube plongeur ayant au moins une encoche dont au 30 moins une partie n'est pas immergée dans l'eau d'épuration et d'un second tube pulvérisateur permet d'améliorer l'installation dépuration tout en optimisant 3036042 7 l'élimination notamment des polluants gazeux (taux d'élimination supérieur à 90%). Enfin, la solution proposée par l'invention est simple, efficace et 5 économique. D'autres caractéristiques avantageuses de l'invention sont listées ci- dessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus, et faire 10 l'objet, le cas échéant, d'une ou plusieurs demandes de brevet divisionnaires : - Le pH d'eau d'épuration est avantageusement supérieur à 7. - L'eau d'épuration peut être une solution aqueuse comprenant un ou plusieurs réactifs choisis parmi les hydroxydes alcalins ou alcalinoterreux ; et/ou parmi les carbonates alcalins ou alcalinoterreux. 15 - De préférence, le second moyen de pulvérisation est un conduit disposé en serpentin à l'intérieur de la cuve et autour du tube plongeur, ledit conduit étant percé d'une pluralité de trous de pulvérisation. - L'installation d'épuration peut en outre comporter des moyens de prélèvement, permettant de prélever de la cuve un volume donné d'eau d'épuration lorsque 20 celle-ci dépasse un niveau maximum (Nmax) prédéterminé dans la cuve, lesdits moyens de prélèvement comportant une conduite de prélèvement équipée d'une pompe permettant de prélever et d'envoyer ledit volume donné d'eau d'épuration vers une conduite de recyclage, et au moins un détecteur de niveau haut capable de commander le démarrage de ladite pompe lorsque l'eau d'épuration dépasse 25 ledit niveau maximum (Nmax). - Avantageusement, l'installation d'épuration comprend en outre un circuit de recyclage dans lequel est intégré au moins : (i) un moyen de traitement recevant, par l'intermédiaire de la conduite de recyclage, l'eau d'épuration prélevée de la cuve et assurant une purification, au 30 moins partielle, de ladite eau d'épuration prélevée, 3036042 8 (ii) un moyen de refroidissement agencé après le moyen de traitement et assurant le refroidissement de l'eau d'épuration purifiée à une température inférieure à 15°C, et (iii) une conduite pour acheminer l'eau d'épuration purifiée et refroidie par le 5 moyen de refroidissement vers le second moyen de pulvérisation. - Le moyen de traitement intégré dans le circuit de recyclage peut comporter au moins un moyen de filtration membranaire choisi parmi des moyens de filtration tangentielle, des moyens de filtration frontale, des moyens de filtration semifrontale et des moyens de filtration par osmose-inverse. 10 - L'installation d'épuration peut en outre comporter des moyens de mesure de pH de l'eau d'épuration. - L'installation d'épuration peut en outre comporter un moyen pour injecter dans la cuve, un additif chimique destiné à ajuster le pH d'eau d'épuration à la valeur désirée supérieure à 7 et/ou à adapter l'eau d'épuration aux types de gaz de 15 combustion à épurer. - L'installation selon la présente invention est typiquement équipée d'une unité de gestion électronique permettant de contrôler et de régler : o la dépression à l'intérieur de la cuve, o la température et la pression d'eau pulvérisée par le premier moyen de 20 pulvérisation, o la température et la pression du liquide aqueux pulvérisé par le second moyen de pulvérisation. Selon autre aspect, la présente invention concerne également l'utilisation 25 de ladite installation d'épuration pour épurer les gaz de combustion émis par une installation industrielle de combustion de déchets domestiques et/ou industriels et/ou de combustibles fossiles et/ou de biomasse. Cette installation industrielle de combustion peut notamment être un incinérateur de déchets ou un four de cimenterie.
30 3036042 9 Selon encore un autre aspect, la présente invention concerne aussi un procédé pour l'épuration de gaz de combustion émis par un dispositif de combustion de déchets contenant de la matière organique. Ce procédé comprend au moins les étapes suivantes consistant à : 5 - stocker de l'eau d'épuration dans une cuve étanche présentant un orifice de sortie destiné à l'évacuation des gaz de combustion épurés, lequel orifice de sortie est raccordée à un moyen permettant de mettre et de maintenir en dépression l'intérieur de ladite cuve, - forcer les gaz de combustion à traverser un tube plongeur installé dans la 10 cuve mise et maintenue en dépression, ledit tube plongeur présentant une entrée pour l'admission des gaz de combustion, une sortie immergée dans l'eau dépuration et au moins une encoche dont au moins une partie n'est pas immergée dans l'eau d'épuration, - à l'aide d'un premier moyen de pulvérisation agencé dans ledit tube 15 plongeur, pulvériser de l'eau sur les gaz de combustion traversant ledit tube plongeur afin de les laver et refroidir, la température d'eau pulvérisée étant inférieure à 15°C, - faire barboter les gaz de combustion ainsi lavés et refroidis dans l'eau d'épuration afin de retenir leurs polluants particulaires et au moins une partie de 20 leurs polluants gazeux, - à l'aide d'un second moyen de pulvérisation installé dans ladite cuve et à l'extérieur dudit tube plongeur, pulvériser un liquide aqueux sur les gaz de combustion s'échappant par la partie non-immergée de l'encoche et les gaz de combustion qui n'ont pas été retenus dans l'eau d'épuration, la température de 25 ladite eau pulvérisée étant inférieure à 15°C, - évacuer vers l'extérieur les gaz de combustion épurés par ledit orifice de sortie. En général, les gaz de combustion entrant dans la cuve ont une 30 température comprise entre 50°C et 100°C. De préférence, la température de l'eau circulant dans le premier moyen de pulvérisation est de 5°C. 3036042 - 10 - Description des figures.
5 D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description d'un mode de réalisation préféré qui va suivre, en référence aux dessins annexés, réalisés à titre d'exemples indicatifs et non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1, précitée, représente schématiquement une installation 10 d'épuration des gaz de combustion selon l'art antérieur ; - la figure 2 représente schématiquement un premier mode de réalisation d'une installation conforme à l'invention ; - la figure 3 représente schématiquement un second mode de réalisation de l'installation de la figure 2 ; 15 - la figure 4 représente schématiquement une installation conforme à l'invention intégrant un système de recyclage d'eau d'épuration prélevée de la cuve; ou d'eau dépuration usée. - la figure 5 représente schématiquement un autre mode de réalisation de l'installation de la figure 2.
20 Modes préférés de réalisation de l'invention. La figure 2 montre une installation d'épuration des gaz de combustion 25 industrielle. Ces derniers peuvent être générés par le brûlage, dans une installation industrielle, de combustibles fossiles (par exemple gaz naturel, fioul, charbons, dérivés de pétrole ou autre) ; et/ou de biomasse de type lignocellulosique (par exemple bois) et/ou de déchets des types domestiques, industriels ou similaires (par exemple ordures ménagères, déchets agricoles, 30 déchets hospitaliers, papier, carton, plastique, résidus de pneumatiques, graisses, boues grasses, huiles usées, amiante, boues de forage, ou autre) 3036042 A titre d'exemple de dispositifs de combustion dont les gaz de combustion peuvent être épurés par l'installation de l'invention on peut citer les fours de cimenteries et les incinérateurs de déchets domestiques, industriels ou similaires.
5 L'installation selon l'invention comporte une cuve étanche 100 qui est de préférence à paroi latérale cylindrique, fermée à son extrémité supérieure par un plafond 101 et à son extrémité inférieure par un fond 103 muni d'un orifice de vidange 104 pour évacuer l'eau d'épuration 105 lorsqu'elle usée. La cuve 100 est 10 en outre pourvue en sa partie supérieure d'un orifice de sortie 106 des gaz de combustion épurés, c'est-à-dire des gaz de combustion appauvris en leurs polluants particulaires et au moins une grande partie de leurs polluants gazeux. En général, la cuve 100 est réalisée en en matériau résistant à la corrosion, par exemple en acier inox. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure de 15 déterminer de lui-même la capacité et les dimensions de la cuve 100 les mieux adaptées à la réception du flux gaz de combustion et à leur épuration. A titre d'exemple, la cuve 100 présente une hauteur (Hcuve) comprise entre 1,5 mètre à 15 mètres, de préférence entre 2 mètre et 8 mètres, et un diamètre compris entre 0,5 mètre à 5 mètres, de préférence entre 1 mètre et 3 mètres.
20 La cuve 100 est raccordée, par son orifice de sortie 106, à une conduite d'aspiration 107 équipée d'un moyen 108 dont la fonction est de créer et maintenir la cuve 100 en dépression au cours de l'épuration des gaz de combustion et aussi de refouler vers l'extérieur les gaz de combustion épurés. Typiquement, le moyen 25 de mise en dépression 100 est une turbine d'aspiration motorisée dont le démarrage, l'arrêt et le débit d'aspiration sont gérés par une unité de commande (non représentée) associée à l'installation d'épuration selon l'invention. La cuve étanche 100 contient de l'eau d'épuration 105. Celle-ci est utilisée 30 pour épurer les gaz de combustion en captant leurs polluants particulaires et au moins une partie de leurs polluants gazeux par absorption, par dissolution et/ou 3036042 - 12 - par réaction chimique, notamment par neutralisation acido-basique des polluants gazeux acides tels que le chlorure d'hydrogène ou l'acide sulfureux ou par réaction ionique transformant notamment le dioxyde de soufre en ions sulfites ou ions de sulfates ou leurs sels.
5 Typiquement, l'eau d'épuration 105 comprend au moins de l'eau et un ou plusieurs réactifs choisis parmi les hydroxydes alcalins ou alcalinoterreux tels que NaOH, KOH, Ca(OH)2 ou Mg(OH)2 ; et/ou parmi les carbonates alcalins ou alcalinoterreux tels que K2003 ou MgCO3.
10 De manière générale, le pH de l'eau d'épuration est fixé à une valeur supérieure à 7 par exemple entre 9 et 12, et ce en fonction de la composition des gaz de combustion à épurer.
15 En pratique, la composition d'eau d'épuration 105 et son volume sont fixés en fonction de la composition et du volume des gaz de combustion à épurer. De manière générale, pour un fonctionnement optimal de l'installation, le volume d'eau d'épuration ne dépasse pas la moitié du volume intérieur de la cuve 100. De préférence, le volume d'eau d'épuration (Veau d'épuration) dans la cuve (100) 20 représente environ 0,33 x Vcuve, Vcuve étant le volume intérieur de la cuve 100. Un tube plongeur 110 est installé dans la cuve 100. Ce tube plongeur 110 présente une entrée 111 pour l'admission des gaz de combustion et une sortie 112 immergée dans l'eau dépuration 105. L'entrée 111 permet d'établir une 25 communication fluidique entre le tube plongeur 110 et le dispositif de combustion, et ce via une conduite 113 canalisant les gaz de combustion à épurer. Il convient de préciser que les gaz de combustion présentés au niveau de l'entrée 111 de la cuve 100 ont généralement une température comprise entre 30 50°C et 150°C, en particulier entre 50°C et 100°C, et peuvent avoir un débit compris entre 1000 m3/h et 90000 m3/h. 3036042 - 13 - Préférentiellement, le tube plongeur présente les dimensions suivantes : - une hauteur (Htube plongeur) supérieure à -23 x Hcuve ; Hcuve étant la hauteur de la cuve 100. A titre d'exemple, Htube plongeur = -ù X Hcuve, et 5 - un diamètre variant entre 100 mm et 600 mm. Conformément à l'invention, le tube plongeur 110 présente en outre au moins une encoche 114 dont au moins une partie 1140 n'est pas immergée dans l'eau d'épuration 105. La partie non-immergée 1140 a pour fonction d'éviter la 10 montée de l'eau d'épuration 105 dans le tube plongeur 110 lorsque la dépression à l'intérieur de la cuve 100 est interrompue ou est devenue inférieure à la dépression régnant dans le tube plongeur 110. Cette partie non-immergée 1140 permet en outre l'évacuation d'au moins une partie de la chaleur accompagnant les gaz de combustion à épurer, et le cas échéant l'échappement d'une partie des 15 gaz de combustion circulant dans le tube plongeur 110. Préférentiellement, l'encoche 114 est pratiquée dans la partie basse du tube plongeur 110. Sur la figure 2, l'encoche 114 a une forme évasée qui s'étend depuis l'orifice de sortie 112 vers l'orifice d'admission 111, son sommet S est situé 20 au-dessus du niveau de l'eau d'épuration 105 à une hauteur H de façon à ce que la partie 1140 de l'encore 114 correspondant à cette hauteur reste libre (non immergée). Le fonctionnement optimal de l'installation d'épuration selon la présente 25 invention a été obtenu avec une encoche 114 présentant les dimensions suivantes : - une hauteur supérieure à - x Hcuve ; et - une hauteur H pour la partie non-immergée, allant de 40 mm à 100 mm, de préférence de 50 mm à 80 mm ; 30 - un angle au niveau du sommet S de l'encoche 114 allant de 42° à 48°, de préférence égal à 45°. 3036042 - 14 - En pratique, le tube plongeur 110 présente une seule encoche 114. Un premier moyen de pulvérisation 120 permet de pulvériser de l'eau sur 5 les gaz de combustion circulant au travers du tube plongeur 110. Typiquement, l'eau pulvérisée par le moyen 120 a une température inférieure à 15°C, préférentiellement une température de 5°C. En traversant le tube plongeur 110, les gaz de combustion entrent en 10 contact avec les gouttelettes d'eau pulvérisée par le premier moyen de pulvérisation 120, s'y fixent (c'est notamment le cas pour les polluants particulaires) et/ou s'y condensent (c'est notamment le cas des polluants gazeux condensables à la température d'eau pulvérisée) puis retombent dans l'eau d'épuration 105 dans lequel ils sont retenus par absorption ou par réaction 15 chimique, par exemple par neutralisation acido-basique des polluants acides tels que le chlorure d'hydrogène, le fluorure d'hydrogène et l'acide sulfureux (H2S03), ou par réaction ionique transformant le dioxyde de soufre en ions sulfites ou ions de sulfates ou leurs sels.
20 A titre d'exemple, le premier moyen de pulvérisation 120 est un tube de pulvérisation percé de trous latéraux 121. Ces derniers sont de préférence équipés de buses de pulvérisation, préférentiellement de buses de pulvérisation à cône plein telles que celles commercialisées par la société américaine Spraying Systems Co®. Ce tube de pulvérisation est agencé coaxialement dans le tube 25 plongeur 110 et délimite avec celui-ci un espace annulaire 122 qui est traversé par les gaz de combustion lorsque l'installation d'épuration est en utilisation. Ce tube de pulvérisation est alimenté en eau sous pression par une conduite d'alimentation 123.
30 Pour permettre la fourniture d'eau sous pression, la conduite 123 est de manière générale équipée d'une pompe (ou surpresseur) 125 et le cas échéant 3036042 - 15 - d'une vanne de régulation 124. Cette conduite 123 est connectée à une source d'eau qui peut être une réserve d'eau 127 ou le réseau distributeur d'eau. Le refroidissement de l'eau pulvérisée est assuré par un refroidisseur 126 5 installé dans la conduite 123. De préférence, le refroidisseur 126 inclut un échangeur thermique du type tubulaire ou à plaque, équipé éventuellement au moins d'un thermostat. De manière avantageuse, on soumet les gaz de combustion qui se 10 retrouvent à l'intérieur de la cuve 100 après leur barbotage dans l'eau d'épuration 105 et/ou après leur sortie par la partie non-immergée 1140 de l'encoche 114, à un deuxième refroidissement. Cette deuxième opération de refroidissement permet de débarrasser ces gaz de combustion d'au moins une partie supplémentaire de leurs polluants gazeux avant de les rejeter à l'extérieur par la 15 sortie 106. A cet effet, on a placé à l'intérieur de la cuve 100 un second moyen de pulvérisation 130 pour pulvériser un liquide aqueux sur ces gaz de combustion. Le liquide aqueux pulvérisé par le second moyen de pulvérisation 130 peut être de l'eau du réseau distribution, ou de l'eau d'épuration prélevée de la cuve 20 100 et recyclée (comme cela est décrit plus avant dans la description). En pratique, la température du liquide aqueux pulvérisé est de 5°C à 15°C. Avantageusement, le second moyen de pulvérisation 130 est un conduit disposé en serpentin autour du tube plongeur 110. Les spires de ce conduit sont 25 installées dans l'espace compris entre l'orifice d'aspiration 106 et la surface d'eau d'épuration 105 et entre le tube plongeur 110 et la paroi interne de la cuve 100. Ce conduit en serpentin est fermé à son extrémité inférieure 131 et percé d'une pluralité de trous latéraux 134 pour pulvériser le liquide aqueux sur les gaz de combustion. Il est et raccordé par son extrémité supérieure 132 à une conduite 30 133 d'alimentation en liquide aqueux sous pression à une température allant de 5°C à 15°C. Pour permettre mettre sous pression le liquide aqueux, la conduite 3036042 - 16 - 133 peut être équipée d'au moins une pompe (ou surpresseur) 135 et le cas échéant d'une vanne de régulation 138. Par ailleurs, cette conduite 133 est connectée à une source de liquide aqueux qui peut être un réservoir 137 d'eau ou d'eau d'épuration ou le réseau distributeur d'eau. De préférence, les trous latéraux 134 de pulvérisation sont équipés de buses de pulvérisation, préférentiellement de buses de pulvérisation à cône plein telles que celles commercialisées par la société américaine Spraying Systems Co®. Le refroidissement du liquide aqueux est assuré par un refroidisseur 136 installé dans la conduite 133. De préférence, le refroidisseur 136 inclut un échangeur thermique du type tubulaire ou à plaque, équipé éventuellement au moins d'un thermostat.
15 La conception du second moyen de pulvérisation 130 sous forme d'un conduit en serpentin permet un refroidissement efficace des gaz de combustion, d'une part, par contact avec les gouttelettes du liquide aqueux pulvérisé, et d'autre part, par le conduit en serpentin lui-même jouant le rôle d'échangeur de chaleur 20 gaz-liquide aqueux. Les gaz de combustion ainsi refroidis se condensent sous forme liquide et retombent dans l'eau dépuration dans laquelle ils sont retenus par absorption, par solubilisation et/ou par neutralisation. L'homme de l'art sait déterminer la longueur et le nombre de spires du tube 25 à serpentin hélicoïdal ainsi que le nombre de trous de pulvérisation nécessaires pour maximiser le contact avec les gaz de combustion et ainsi optimiser le refroidissement et la condensation de ces derniers, en particulier des polluants condensables à température ambiante.
30 En référence à la figure 3, l'installation selon la présente invention comporte en outre un système pour prélever un volume donné de l'eau d'épuration 105 5 10 3036042 - 17 - lorsque son niveau dépasse un niveau maximum (Nmax) déterminé dans la cuve 100. Le volume donné d'eau d'épuration 105 à prélever de la cuve 100 correspond à la différence entre le niveau maximum (Nmax) et un niveau minimum (Nmin) déterminé de l'eau d'épuration 105 dans la cuve 100.
5 Préférentiellement, le système de prélèvement du volume donné d'eau d'épuration 105 comporte : - une conduite d'aspiration 141 reliée à un orifice de sortie 140 de la cuve 100, laquelle conduite d'aspiration 141 est équipée d'une pompe 142 du type 10 motopompe, permettant de prélever et d'envoyer le volume donné d'eau d'épuration vers un point d'évacuation 143, 150, - un détecteur de niveau haut D1 installé dans la cuve 100, lequel détecteur D1 est capable de déclencher l'aspiration du volume donné d'eau d'épuration par la pompe 142 lorsque l'eau d'épuration dépasse le niveau maximum Nmax, et 15 - un détecteur de niveau bas D2 installé dans la cuve 100, lequel détecteur D2 est capable d'arrêter l'aspiration de la pompe 142 lorsque l'eau d'épuration 105 atteint le niveau minimum Nmin. Les détecteurs de niveau D1 et D2 peuvent être des sondes à flotteur.
20 Le prélèvement de ce volume donné d'eau d'épuration 105 ne nécessite pas l'arrêt de l'installation d'épuration et ne perturbe pas son fonctionnement. Il permet d'assurer que la partie non-immergée 1140 de l'encoche 114 reste libre (non-immergée) au cours du fonctionnement de cette installation. Il permet aussi 25 de n'utiliser qu'une cuve 100 de faible capacité et de faible encombrement contrairement à une cuve (par exemple celle décrite dans W02008/086814) qui soit doit avoir une plus grande capacité pour pouvoir stocker d'eau d'épuration 105 additionnée de la quantité d'eau et de liquide aqueux pulvérisée soit doit être vidangée après chaque cycle d'épuration de gaz de combustion ou lorsque le 30 niveau d'eau d'épuration 105 monte à l'intérieur de la cuve 100 à un niveau tel qu'un fonctionnement correct de l'installation d'épuration ne peut plus être assuré. 3036042 - 18 - Sur la figure 3, le point d'évacuation du volume prélevé d'eau d'épuration se présente sous la forme d'une cuve de collecte (143) dans laquelle est stockée l'eau d'épuration prélevée, ou usée, avant son retraitement.
5 Sur la figure 4, ledit point d'évacuation se présente sous la forme d'un circuit de recyclage 150 permettant de traiter et refroidir l'eau d'épuration prélevée de la cuve 100.
10 En pratique, ce circuit de recyclage 150 intègre au moins un moyen de traitement 151 ; un moyen de refroidissement 152 et une conduite 153 qui relie la conduite d'aspiration 141 à la conduite 133. Le moyen de traitement 151 reçoit, par l'intermédiaire de la conduite 141, 15 l'eau d'épuration 105 prélevée de la cuve 100 et permet de récupérer de l'eau purifiée au moins partiellement, en séparant les particules solides et, le cas échéant, les ions et les sels dissous de ladite eau d'épuration prélevée. Le traitement envisagé par le moyen 151 peut consister en un traitement par décantation, par centrifugation, par filtration (microfiltration ou, ultrafiltration) sur 20 membrane(s) tangentielles, frontales ou semi-frontale(s) ou par filtration sur membrane d'osmose inverse. Le moyen de refroidissement 152 est agencé en aval du moyen de traitement 151. Il assure le refroidissement de l'eau qui sort du moyen de 25 traitement 151 à une température inférieure à 15°C. Ce moyen 152 est, préférentiellement, un refroidisseur incluant un échangeur thermique du type tubulaire ou à plaque, équipé éventuellement au moins d'un thermostat. La conduite 153 dirige l'eau au moins partiellement purifiée et refroidie vers 30 la conduite d'alimentation 133 du second moyen de pulvérisation 130. Elle peut 3036042 - 19 - notamment diriger l'eau purifiée vers le réservoir 137 dans lequel elle est stockée avant son utilisation par le second moyen de pulvérisation 130. Le fonctionnement du système de recyclage 150 peut être rendu 5 automatique grâce aux deux détecteurs de niveaux D1 et D2 qui déclenchent respectivement la mise en marche et l'arrêt de la pompe 142. Par ailleurs, une conduite d'alimentation 155 en eau du réseau distributeur peut être connectée au moyen de traitement 151, éventuellement pour les lavages 10 et/ou les rétro-lavages classiques. Il est à noter que le moyen de traitement 151 peut éventuellement aussi servir à traiter l'eau d'épuration 105 évacuée par la conduite de vidange 1040 raccordée à l'orifice de vidange 104 de la cuve 100.
15 En pratique, l'installation d'épuration selon la présente invention est pourvue d'un moyen 115 pour mesurer le pH de l'eau d'épuration 105 afin de contrôler son état chimique, notamment sa basicité. Le moyen pour mesurer le pH peut se présenter sous la forme d'une électrode de pH immergée dans la cuve 20 100, d'un papier pH, ou autre. Il y a lieu de noter qu'après une ou plusieurs opérations d'épuration des gaz de combustion, l'eau d'épuration 105 se trouve diluée par l'eau et le liquide aqueux pulvérisés respectivement par les moyens de pulvérisation 120 et 130. La 25 valeur du pH de l'eau d'épuration 105 est de fait modifié suite notamment à la neutralisation des polluants gazeux acides des gaz de combustion. Il est donc souhaitable de prévoir un moyen pour ajuster ce pH à une valeur désirée supérieure à 7. Il est aussi souhaitable de prévoir un moyen pour renforcer ou modifier les propriétés physico-chimiques de l'eau d'épuration afin les adapter au 30 mieux aux caractéristiques des gaz de combustion à épurer. A ces fins, l'installation selon la présente invention comporte avantageusement des moyens 3036042 - 20 - 160 (voir figure 5) pour injecter un additif chimique destiné à ajuster le pH d'eau d'épuration à la valeur désirée supérieure à 7 et/ou à adapter (c'est-à-dire renforcer ou modifier) les propriétés physico-chimiques de l'eau d'épuration aux caractéristiques des gaz de combustion à épurer. Cet additif chimique est de 5 préférence non toxique vis-à-vis de l'environnement. Un tel additif chimique peut être de l'eau d'épuration concentrée ou une solution aqueuse comprenant un ou plusieurs des composants de l'eau d'épuration 105 ou un réactif à la chaux ou au calcaire.
10 Typiquement, les moyens d'injection 160 comportent une conduite 162 raccordant un point (ou orifice) d'injection 161 de la cuve 100 à un réservoir de stockage 164 stockant ledit additif chimique. La conduite 162 est équipée d'une pompe doseuse 163, par exemple une pompe péristaltique, apte à prélever dans le réservoir de stockage 164 un volume déterminé V de l'additif chimique et 15 à l'injecter dans la cuve 100 pour assurer l'ajustement du pH d'eau d'épuration 105 à la valeur désirée supérieure à 7 et/ou pour adapter l'eau d'épuration aux types de gaz de combustion à épurer. La pompe doseuse 163 peut être à déclenchement manuel, ou automatique notamment en réponse à un signal de commande fourni par les moyens de mesure du pH 115.
20 La cuve 100 peut en outre être équipée d'un hublot 109 (voir figure 2 à 5) situé de préférence au niveau de la surface d'eau d'épuration 105. Ce hublot permet un contrôle visuel de l'eau d'épuration et de son niveau dans la cuve 100 en cours de l'opération d'épuration des gaz de combustion.
25 L'installation selon la présente invention est de préférence, dotée d'une unité de gestion électronique permettant de contrôler et de régler : o la dépression à l'intérieur de la cuve 100, en commandant le moyen 108, o la pression et la température de l'eau pulvérisée dans le tube plongeur 110 30 par le premier moyen de pulvérisation 120, en commandant respectivement la pompe 125 et le refroidisseur 126, 3036042 - 21 - o la pression et la température du liquide aqueux pulvérisé dans la cuve 100 par le second moyen de pulvérisation 130, en commandant respectivement la pompe 135 et le refroidisseur 136, o le cas échéant, les moyens de prélèvement d'un volume donné d'eau 5 d'épuration de la cuve 100, en commandant la pompe 142, o le cas échéant, le système de recyclage 150 de l'eau d'épuration prélevée de la cuve 100, en commandant le moyen de traitement 151 et le moyen de refroidissement 152, o le cas échéant, les moyens d'injection 160 de l'additif chimique dans la cuve 10 100, en commandant la pompe doseuse 163. Par ailleurs, l'unité de gestion électronique est aussi configurée pour recevoir les informations adressées par le moyen de mesure de pH 105, par les détecteurs de niveau D1 et D2, le thermostat (non représentés) équipant le moyen 15 de refroidissement 152 ainsi que les manomètres (non représentés) équipant les différentes pompes 125, 135, 142, 163 susceptibles d'être intégrées dans l'installation de la présente invention. Et au vu de ces informations, l'unité de gestion électronique commande selon le cas, les moyens ou organes correspondants.
20 Typiquement l'unité de gestion électronique comporte au moins un interrupteur général et le cas échéant d'un dispositif d'arrêt d'urgence de type o coup de poing » pour assurer la sécurité du fonctionnement de l'installation de la présente invention.
25 La cuve 100, le tube plongeur 110, le moyen de pulvérisation 120, le moyen de pulvérisation 130 et les différents organes (par exemple le premier et le second moyen de pulvérisation 120 et 130; les conduites 107, 123, 133, 141, 153, 162, 1040, les détecteurs D1 et D2) équipant éventuellement l'installation d'épuration 30 selon la présente invention sont, de préférence, réalisés en acier inoxydable. 3036042 - 22 - De manière générale, la cuve 100 est positionnée verticalement sur un bâti de support (non représentée). L'installation et le procédé proposés par la présente invention permettent de 5 capter 100% des polluants particulaires et d'éliminer plus de 90% des polluants gazeux contenus dans les gaz de combustion industrielle. L'agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de l'invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être 10 compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. En tout état de cause, on comprendra que diverses modifications peuvent être apportées à ces éléments et/ou moyens et/ou étapes, sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention. En particulier : - le tube plongeur peut présenter plusieurs encoches, 15 - les moyens de refroidissement 126, 136 et 152 peuvent se présenter sous la forme d'un refroidisseur commun. - La conduite 141 peut être équipée d'un moyen de mesure du pH (non représenté) de l'eau d'épuration prélevée, par exemple un pH-mètre ou un papier pH ou autre. Ce moyen de mesure du pH peut être utilisé à la place du 20 moyen 115. - La conduite (113) de collecte des gaz de combustion peut être équipée d'un moyen pour déterminer la température des gaz de combustion entrant dans la cuve 100. - la cuve 100 peut intégrer au moins un thermomètre (non représenté) pour 25 surveiller la température de l'eau d'épuration 105 pendant le processus d'épuration des gaz de combustion. - la cuve 100 peut aussi avoir une forme parallélépipédique.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Installation d'épuration des gaz de combustion industrielle, comportant : une cuve (100) étanche dans laquelle est stockée de l'eau d'épuration (105), laquelle cuve présente un orifice de sortie (106), un tube plongeur (110) installé dans la cuve (100), lequel tube présente une entrée (111) pour l'admission des gaz de combustion et une sortie (112) immergée dans l'eau dépuration (105), un moyen (108) pour mettre en dépression l'intérieur de la cuve (100) de sorte que les gaz de combustion soient mis en mouvement entre l'entrée (111) du tube plongeur (110) et l'orifice de sortie (106) en passant au travers dudit tube plongeur (110) puis en barbotant dans l'eau d'épuration (105), - un premier moyen de pulvérisation (120) pour pulvériser de l'eau sur les gaz de combustion circulant au travers du tube plongeur (110) afin de les refroidir, la température d'eau à pulvériser par ledit moyen (120) étant inférieure à 15°C, ladite installation d'épuration étant caractérisée par le fait que le tube plongeur (110) présente au moins une encoche (114) dont au moins une partie n'est pas immergée dans l'eau d'épuration (105), et par le fait que la cuve (100) intègre un second moyen de pulvérisation (130) pour pulvériser un liquide aqueux sur les gaz de combustion après leur barbotage dans l'eau d'épuration (105) et sur les gaz de combustion qui sortent par la partie non-immergée de l'encoche (114), la température du liquide aqueux pulvérisé étant inférieure à 15°C.
  2. 2. Installation d'épuration selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'eau d'épuration a un pH supérieur à 7.
  3. 3. Installation d'épuration selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que l'eau d'épuration est une solution aqueuse comprenant un ou plusieurs réactifs choisis parmi les hydroxydes alcalins ou alcalinoterreux ; et/ou parmi les carbonates alcalins ou alcalinoterreux. 3036042 - 24 -
  4. 4. Installation d'épuration selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le second moyen de pulvérisation (130) est un conduit disposé en serpentin à l'intérieur de la cuve (100) et autour du tube plongeur (110), ledit conduit étant percé d'une pluralité de trous de pulvérisation (134). 5
  5. 5. Installation d'épuration selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre des moyens de prélèvement permettant de prélever de la cuve (100) un volume donné d'eau d'épuration (105) lorsque celle-ci dépasse un niveau maximum (Nmax) prédéterminé dans la cuve 10 (100), lesdits moyens de prélèvement comportant une conduite de prélèvement (141) équipée d'une pompe (142) permettant de prélever et d'envoyer ledit volume donné d'eau d'épuration vers une conduite de recyclage (141), et au moins un détecteur de niveau haut (D1) capable de commander le démarrage de ladite pompe (142) lorsque l'eau d'épuration dépasse ledit niveau maximum (Nmax). 15
  6. 6. Installation d'épuration selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'elle comprend en outre un circuit de recyclage (150) dans lequel est intégré au moins : (i) un moyen de traitement (151) recevant, par l'intermédiaire de la conduite de 20 recyclage (141), l'eau d'épuration prélevée de la cuve (100) et assurant une purification, au moins partielle, de ladite eau d'épuration prélevée, (ii) un moyen de refroidissement (152) agencé après le moyen de traitement (151) et assurant le refroidissement de l'eau d'épuration purifiée à une température inférieure à 15°C, et 25 (iii) une conduite (153) pour acheminer l'eau d'épuration purifiée et refroidie par le moyen de refroidissement (152) vers le second moyen de pulvérisation (130).
  7. 7. Installation d'épuration selon la revendication 6, caractérisée par le fait que le moyen de traitement (151) comporte au moins un moyen de filtration 30 membranaire choisi parmi des moyens de filtration tangentielle, des moyens de 3036042 - 25 - filtration frontale, des moyens de filtration semi-frontale et des moyens de filtration par osmose-inverse.
  8. 8. Installation d'épuration selon l'une des revendications 1 à 7, 5 caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre des moyens de mesure de pH de l'eau d'épuration (105).
  9. 9. Installation d'épuration selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait qu'elle comporte en outre un moyen (162) pour injecter 10 dans la cuve (100), un additif chimique destiné à ajuster le pH d'eau d'épuration à la valeur désirée supérieure à 7 et/ou à adapter l'eau d'épuration aux types de gaz de combustion à épurer.
  10. 10. Installation selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'elle 15 comprend de plus une unité de gestion électronique permettant de contrôler et de régler : o la dépression à l'intérieur de la cuve (100), o la température et la pression d'eau pulvérisée par le premier moyen de pulvérisation (120), 20 o la température et la pression du liquide aqueux pulvérisé par le second moyen de pulvérisation (130).
  11. 11. Utilisation d'une installation d'épuration conforme à l'une des revendications 1 à 10 pour épurer les gaz de combustion émis par une installation 25 industrielle de combustion de déchets domestiques et/ou industriels et/ou de combustibles fossiles et/ou de biomasse.
  12. 12. Utilisation selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite installation industrielle de combustion est un incinérateur de déchets ou un four de 30 cimenterie. 3036042 - 26 -
  13. 13. Procédé pour l'épuration de gaz de combustion industrielle, ledit procédé comprenant au moins les étapes suivantes : - stocker de l'eau d'épuration (105) dans une cuve étanche (100) présentant un orifice de sortie (106) destiné à l'évacuation des gaz de combustion épurés, 5 lequel orifice de sortie (106) est raccordée à un moyen (108) permettant de mettre et de maintenir en dépression l'intérieur de ladite cuve (100), - forcer les gaz de combustion à traverser un tube plongeur (110) installé dans la cuve (100) mise et maintenue en dépression, ledit tube plongeur (110) présentant une entrée (111) pour l'admission des gaz de combustion, une sortie 10 (112) immergée dans l'eau dépuration (105) et au moins une encoche (114) dont au moins une partie (1140) n'est pas immergée dans l'eau d'épuration, - à l'aide d'un premier moyen de pulvérisation (120) agencé dans ledit tube plongeur (110), pulvériser de l'eau sur les gaz de combustion traversant ledit tube plongeur (110) afin de les laver et refroidir, la température d'eau pulvérisée étant 15 inférieure à 15°C, - faire barboter les gaz de combustion ainsi lavés et refroidis dans l'eau d'épuration (105) afin de retenir leurs polluants particulaires et au moins une partie de leurs polluants gazeux, - à l'aide d'un second moyen de pulvérisation (130) installé dans ladite cuve 20 et à l'extérieur dudit tube plongeur (110), pulvériser un liquide aqueux sur les gaz de combustion s'échappant par la partie non-immergée de l'encoche (1140) et les gaz de combustion qui n'ont pas été retenus dans l'eau d'épuration (105), la température de ladite eau pulvérisée étant inférieure à 15°C, - évacuer vers l'extérieur les gaz de combustion épurés par ledit orifice de 25 sortie (106).
  14. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que les gaz de combustion à épurer ont une température comprise entre 50°C et 100°C. 30
  15. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé par le fait que l'eau circulant dans le premier moyen de pulvérisation a une température de 5°C.
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