FR3062071A1 - Procede et dispositif pour l'epuration d'effluents gazeux - Google Patents

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Abstract

Pour l'épuration d'un effluent gazeux contenant des composés carbonés et des oxydes d'azote au moyen d'un système de postcombustion régénérateur, il est prévu au moins deux régénérateurs (A, B, C) remplis de corps accumulateurs de chaleur (7a, 7b, 7c) et reliés par une chambre de combustion (10), selon lequel l'effluent gazeux est alternativement chauffé dans un régénérateur (A, B, C), les composés carbonés sont oxydés dans la chambre de combustion (10) et, avec l'ajout d'un composé contenant de l'azote et de l'hydrogène, les oxydes d'azote sont réduits dans la chambre de combustion (10) par voie thermique et donc, non catalytique. Les oxydes d'azote restants sont éliminés au moyen d'une couche d'accumulateur de chaleur catalytiquement active (6a, 6b, 6c) et de l'ajout d'un composé contenant de l'azote et de l'hydrogène supplémentaire dans le régénérateur (A, B, C) à partir duquel le gaz propre sort.

Description

© Mandataire(s) : JACOBACCI CORALIS HARLE.
© PROCEDE ET DISPOSITIF POUR L'EPURATION D'EFFLUENTS GAZEUX.
FR 3 062 071 - A1
©) Pour l'épuration d'un effluent gazeux contenant des composés carbonés et des oxydes d'azote au moyen d'un système de postcombustion régénérateur, il est prévu au moins deux régénérateurs (A, B, C) remplis de corps accumulateurs de chaleur (7a, 7b, 7c) et reliés par une chambre de combustion (10), selon lequel l'effluent gazeux est alternativement chauffé dans un régénérateur (A, B, C), les composés carbonés sont oxydés dans la chambre de combustion (10) et, avec l'ajout d'un composé contenant de l'azote et de l'hydrogène, les oxydes d'azote sont réduits dans la chambre de combustion (10) par voie thermique et donc, non catalytique. Les oxydes d'azote restants sont éliminés au moyen d'une couche d'accumulateur de chaleur catalytiquement active (6a, 6b, 6c) et de l'ajout d'un composé contenant de l'azote et de l'hydrogène supplémentaire dans le régénérateur (A, B, C) à partir duquel le gaz propre sort.
Figure FR3062071A1_D0001
Xi fermé ouvert
Figure FR3062071A1_D0002
Domaine technique auquel se rapporte l'invention
L’invention concerne un procédé pour l’épuration d’un effluent gazeux contenant des composés carbonés et des oxydes d’azote dans un système de postcombustion régénérateur qui a au moins deux régénérateurs remplis de corps accumulateurs de chaleur et reliés par une chambre de combustion, dans lequel l’effluent gazeux est chauffé alternativement dans au moins un régénérateur dans lequel il est introduit, les composés carbonés sont oxydés dans la chambre de combustion et, avec l’ajout d’un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène en tant qu’agent réducteur, une réduction simultanée des oxydes d’azote a lieu dans la chambre de combustion, et le gaz propre chaud formé est extrait au moyen d’au moins un régénérateur supplémentaire. Un autre objet de l’invention concerne un dispositif pour mettre en œuvre le procédé.
Arriere-plan technologique
Un tel procédé est connu d’après le document DE 10 2009 055 942 B4. Dans un système de combustion thermique régénérateur, les composés carbonés sont oxydés dans la chambre de combustion à plusieurs étages à une température supérieure à 800°C et les oxydes d’azote sont réduits par voie thermique par addition d’un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène.
Dans la production de ciment, mais aussi dans d’autres procédés industriels où des combustibles sont brûlés pour générer des températures élevées, les aspects de protection de l’environnement ainsi que les coûts des matières premières et des combustibles jouent un rôle de plus en plus important. En particulier, il faut réduire les émissions d’oxydes d’azote (NOX), d’ammoniac (NH3) et de monoxyde de carbone (CO), tandis que le coût des matières premières et des combustibles doit être abaissé par réduction de la quantité de combustibles, ainsi que des combustibles et des matières premières à faible coût dits combustibles secondaires ou matières premières secondaires. En plus des composés carbonés organiques, de tels gaz contiennent aussi du monoxyde de carbone et de l’ammoniac. Lorsque l’ammoniac (NH3) ou l’urée, utilisé comme agent réducteur, est introduit en quantité dosée dans la chambre de combustion, il y a un risque de fuite d’ammoniac en tant que sous-produit, et par conséquent, de l’ammoniac nocif va s’échapper dans l’atmosphère.
Objet de l’invention
Le but de l’invention est de permettre d’obtenir une épuration des effluents gazeux, en particulier pour l’industrie du ciment, qui réduit les émissions de polluants organiques ainsi que de monoxyde de carbone, d’oxydes d’azote et d’ammoniac en réduisant le coût des combustibles/matières premières.
Conformément à l’invention, ce but est atteint grâce au procédé décrit en introduction, dans lequel une couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active réduisant les oxydes d’azote restants en azote en utilisant un composé comprenant de l’azote et de l’hydrogène est respectivement prévue comme partie inférieure du régénérateur. Des modes de réalisation préférés du procédé selon l’invention présentent les caractéristiques suivantes :
- la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active est configurée sous forme de structure alvéolaire ayant des canaux prismatiques ;
- la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active est utilisée simultanément comme échangeur de chaleur dans lequel une partie de la chaleur du gaz sortant est accumulée et est disponible pour le gaz brut entrant après le basculement ;
- le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène introduit dans la chambre de combustion y est introduit de manière hyperstoechiométrique, et la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active utilise le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène disponible en surplus pour réduire les oxydes d’azote ;
- au moins une partie du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène pour réduire les oxydes d’azote est déjà fournie avec l’effluent gazeux ;
- des solutions aqueuses d’ammoniaque, d’acide carbamique ou d’urée sont utilisées comme composé contenant de l’azote et de l’hydrogène pour réduire les oxydes d’azote afin de diminuer la température réactionnelle requise ;
- la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active réduit aussi les dioxines et les furannes dans l’effluent gazeux ;
- au cours d’un cycle partiel, comme la température de la chambre de combustion diminue, la quantité de composé contenant de l’azote et de l’hydrogène fournie est augmentée en continu dans la troisième zone de la chambre de combustion du régénérateur à partir duquel le gaz propre est extrait ;
- la température requise pour la réduction catalytique sélective dans la zone de la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active est une température comprise entre 150 et 300°C, qui est atteinte en dissipant la chaleur des gaz extraits de la chambre de combustion vers la couche d’accumulateur de chaleur traversée ;
- le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène de la troisième zone de la chambre de combustion du régénérateur à partir duquel est extrait le gaz propre est fourni dans un rapport hyperstoechiométrique ;
- le procédé est utilisé pour l’épuration des effluents gazeux générés lors de la production de clinker de ciment ;
- des combustibles/matières premières secondaires sont utilisés pour la production de clinker de ciment de sorte que l’effluent gazeux présente une teneur en monoxyde de carbone suffisante pour le fonctionnement autothermique du système de postcombustion thermique régénérateur ;
- les oxydes d’azote présents dans l’effluent gazeux, formés principalement par la combustion primaire du four rotatif, sont des gaz partiellement dégradés par l’apport d’un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène par le biais d’une réduction non catalytique sélective avant que l’effluent gazeux soit fourni à un échangeur de chaleur pour le préchauffage de la farine crue.
Les dispositifs préférés pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention présentent les caractéristiques avantageuses suivantes :
- la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active contient de l’oxyde de titane, de l’oxyde de tungstène et de l’oxyde de vanadium comme catalyseur ;
- la couche catalytiquement active est constituée d’éléments qui ont une hauteur de 100 à 1000 mm, de préférence, de 300 à 600 mm, dans le sens de l’écoulement ;
- au lieu de trois régénérateurs où l’effluent gazeux pénètre et d’où le gaz propre sort tandis que le troisième est purgé, on dispose d’une pluralité de régénérateurs d’entrée et de sortie parallèles ;
- un régénérateur séparé est prévu pour purger le gaz brut.
Conformément à l’invention, l’effluent gazeux est débarrassé des oxydes d’azote (NOX), de l’ammoniac (NH3) et des composés carbonés combustibles. Le composé carboné peut être, par exemple, le monoxyde de carbone ou un composé carboné organique, par exemple, le benzène, les dioxines ou les furannes.
L’effluent gazeux est introduit dans au moins deux régénérateurs remplis de corps accumulateurs de chaleur et reliés par une chambre de combustion. De préférence, des corps accumulateurs de chaleur en céramique, en forme de prisme, ayant une multitude de canaux parallèles à l’axe principal du prisme, sont utilisés comme corps accumulateurs de chaleur, en particulier comme ceux décrits dans le document EP 0472605 B2.
L’effluent gazeux est alternativement introduit en cycles dans au moins un régénérateur dont les corps accumulateurs de chaleur ont été préchauffés. L’effluent gazeux préchauffé de cette manière est introduit dans la chambre de combustion qui possède une température élevée de plus de 800°C, en particulier, entre 850 et 1000°C. A cette température élevée, les composés carbonés présents dans la chambre de combustion subissent une combustion grâce à l’oxygène atmosphérique présent dans l’effluent gazeux, tandis que les oxydes d’azote sont réduits au moyen d’un composé d’azote et hydrogène dans la chambre de combustion à cette température élevée.
Le gaz propre formé est alors extrait par au moins un régénérateur supplémentaire dont les corps accumulateurs de chaleur sont chauffés, tandis que dans le même temps, l’effluent gazeux est refroidi à nouveau.
De préférence, il est prévu au moins un régénérateur supplémentaire qui, après le cycle du gaz brut, est purgé avec le gaz propre extrait de la chambre de combustion. Au lieu de deux ou trois régénérateurs, par exemple, une pluralité de régénérateurs peuvent être également prévus, avec le même nombre de régénérateurs d’effluent gazeux et de régénérateurs de gaz propre, et un régénérateur pour la purge étant prévu dans chaque cas.
Conformément à l’invention, l’oxydation des composés carbonés et la réduction des oxydes d’azote dans l’effluent gazeux sont tout d’abord réalisées par voie thermique, c’est-à-dire sans faire appel à un catalyseur, par réaction des oxydes d’azote avec des composants organiques ainsi que CO dans une première zone de la chambre de combustion, qui s’étend des corps accumulateurs de chaleur du régénérateur dans lequel l’effluent gazeux est introduit, jusqu’à la zone de connexion au niveau de laquelle les régénérateurs sont reliés. L’oxyde d’azote restant, ainsi qu’un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène, par exemple, l’ammoniac sous la forme d’une solution aqueuse évaporée, ne seront thermiquement amenés à réagir, avec formation d’azote, que dans une deuxième zone de la chambre de combustion, qui s’étend essentiellement d’un bout à l’autre de l’espace de la chambre de combustion au-dessus de la zone de connexion des régénérateurs. Ainsi, on utilise un système de postcombustion thermique régénérateur grâce auquel, en plus de l’oxydation des polluants organiques, le NOX est également réduit en azote (N2) en deux étapes.
Bien que le monoxyde de carbone soit largement oxydé en dioxyde de carbone dans la chambre de combustion, conformément à l’invention, une partie des oxydes d’azote est réduite en azote déjà par le monoxyde de carbone. De plus, de l’azote se forme du fait de la réduction des oxydes d’azote au moyen du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène. De préférence, on utilise l’ammoniaque, l’urée ou l’acide carbamique comme composé contenant de l’azote et de l’hydrogène.
Le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène servant à réduire les oxydes d’azote peut être introduit dans la chambre de combustion du système de postcombustion thermique régénérateur ou peut être déjà transporté en partie avec l’effluent gazeux.
Le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène est, de préférence, introduit dans la chambre de combustion sous forme d’une solution aqueuse. Ici, la solution peut contenir des additifs pour réduire la température réactionnelle requise, par exemple, des composés organiques tels que des alcools. Pour une répartition optimale de la solution aqueuse du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène dans la chambre de combustion, il est possible d’utiliser des buses à deux fluides, c’est-à-dire une buse ayant une ouverture centrale pour la solution aqueuse, et une ouverture concentrique à la précédente pour le gaz comprimé, ou des atomiseurs à ultrasons ayant chacun une pression constante ou, de préférence, une pression de pompe pulsée.
La zone qui s’étend de la zone de connexion aux corps accumulateurs de chaleur du régénérateur à partir duquel est extrait le gaz propre est désignée sous le nom de troisième zone.
Le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène est introduit dans la chambre de combustion au moyen de dispositifs d’injection, de préférence, des lances d’injection, qui sont répartis sur la section transversale de la chambre de combustion, de préférence, entre la première et la deuxième zone ou entre la deuxième et la troisième zone.
Lorsque l’effluent gazeux contient déjà une partie du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène, une partie des oxydes d’azote est réduite en azote dans la première zone. Par ailleurs, les oxydes d’azote sont réduits en azote dans la deuxième zone au moyen du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène introduit au début de la deuxième zone.
Les oxydes d’azote restants, qui sont toujours présents dans l’effluent gazeux lorsque celui-ci pénètre dans la troisième zone, sont réduits en azote au moyen du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène qui est injecté à l’aide du dispositif d’injection au début de la troisième zone.
Le temps de séjour de l’effluent gazeux dans la première zone et la troisième zone de la chambre de combustion est, de préférence, de 0,3 à 1 seconde, en particulier, de 0,4 à 0,6 seconde dans chaque cas, tandis que le temps de séjour de l’effluent gazeux dans la deuxième zone de la chambre de combustion est, de préférence, de 0,5 à 2 secondes, en particulier, de 0,8 à 1,5 secondes. Un cycle dure de préférence 1 à 4, en particulier, 2 à 3 minutes.
Etant donné qu’à la fin de chaque cycle, la température des corps accumulateurs de chaleur traversés par l’effluent gazeux, et donc la température dans la première et la deuxième zone de la chambre de combustion, ce qui fait que les performances d’épuration sont réduites, la quantité du composé azoté injectée au moyen du dispositif d’injection au début de la troisième zone est de préférence accrue au cours d’un cycle.
Conformément à l’invention, les oxydes d’azote présents dans l’effluent gazeux peuvent être ainsi réduits par une quantité de composé contenant de l’azote et de l’hydrogène telle que l’on empêche non seulement l’émission d’oxydes d’azote, mais également la libération du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène dans l’atmosphère, et ainsi, les valeurs limites strictes pour les oxydes d’azote ainsi que pour les composés d’azote et d’hydrogène, en particulier l’ammoniac, peuvent être respectées de manière fiable.
Le procédé selon l’invention est particulièrement approprié pour des effluents gazeux contenant des oxydes d’azote ayant une teneur élevée en composés carbonés organiques et/ou inorganiques , par exemple, une teneur en monoxyde de carbone de plus de 0,1 pour cent en volume, en particulier, plus de 0,4 pour cent en volume. L’enthalpie de combustion des composés carbonés peut assurer le fonctionnement autothermique du système de postcombustion. Cela signifie qu’aucun combustible supplémentaire n’est requis pour faire fonctionner le système de postcombustion. S’il est prévu, le brûleur dans la chambre de combustion ne sert donc qu’au démarrage du système de postcombustion.
L’épuration des effluents gazeux selon l’invention peut ainsi être utilisée dans des procédés industriels dans lesquels on utilise des combustibles et/ou des matières premières qui n’ont pas pu être utilisés auparavant en raison de la formation d’odeur, de composés organiques volatils (COV) et de monoxyde de carbone.
Par conséquent, l’épuration des effluents gazeux selon l’invention est particulièrement appropriée pour les effluents gazeux issus des procédés industriels dans lesquels des oxydes d’azote se forment en raison d’une température de procédé élevée en présence d’air et, en outre, des composés carbonés tels que le monoxyde de carbone et des composés organiques sont produits. C’est également le cas, par exemple, lorsqu’on brûle de la chaux, et aussi dans l’industrie sidérurgique, par exemple.
Conformément à l’invention, au moins une couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active est respectivement utilisée comme partie inférieure des régénérateurs. Cela signifie que chaque régénérateur possède au moins une couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active au niveau de sa partie inférieure opposée à la chambre de combustion, et au moins une couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active sur le côté faisant face à la chambre de combustion.
Dans le même temps, la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active forme de préférence un échangeur de chaleur, ce qui veut dire qu’il n’y a pas de séparation fonctionnelle entre les corps accumulateurs de chaleur.
De préférence, le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène introduit dans la chambre de combustion y est introduit de manière hyperstœchiométrique, la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active utilisant l’ammoniac formé en surplus afin d’améliorer la réduction des oxydes d’azote.
Un dosage hyperstœchiométrique du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène peut être avantageux car la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active peut accumuler le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène en excès, ce qui réduit déjà une partie des oxydes d’azote du gaz brut lors du cycle de gaz brut suivant lorsque le gaz brut s’écoule dans le régénérateur.
Comme composé contenant de l’azote et de l’hydrogène pour réduire les oxydes d’azote, on utilise de préférence une solution aqueuse d’ammoniaque, d’acide carbamique ou d’urée avec ou sans additifs pour diminuer la température réactionnelle requise. Grâce à la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active, les dioxines et les furannes peuvent être aussi éliminés de l’effluent gazeux par le système de postcombustion thermique régénérateur selon l’invention.
La température de la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active dont est extrait le gaz propre, qui est requise pour la réduction catalytique, est de préférence comprise entre 150 et 300O.
Le procédé selon l’invention est particulièrement approprié pour la purifiaction des effluents gazeux générés lors de la production de clinker de ciment.
Des combustibles secondaires et des matières premières secondaires sont utilisés dans la plupart des cas pour la production de clinker de ciment. En particulier, des déchets rentables tels que les pneus usagés, les huiles usées, les déchets plastiques, ou des combustibles biogènes tels que les résidus de fibres de papier ou les farines animales, sont utilisés tels quels. L’effluent gazeux a ainsi une teneur en monoxyde de carbone suffisante pour le fonctionnement autothermique du système de postcombustion thermique régénérateur.
Lors de la production de clinker de ciment, l’effluent gazeux chaud formé par la combustion primaire du four rotatif est introduit dans un échangeur de chaleur pour préchauffer la farine crue. De préférence, les oxydes d’azote formés principalement par la combustion primaire du four rotatif sont donc partiellement dégradés dans l’effluent gazeux en fournissant un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène par le biais d’une réduction non catalytique sélective, avant que l’effluent gazeux ne soit fourni à l’échangeur de chaleur pour le préchauffage de la farine crue. L’effluent gazeux sortant de cet échangeur de chaleur peut être ensuite épuré par le procédé selon l’invention.
Dans le procédé, le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène peut être fourni dans un rapport hyperstœchiométrique.
La couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active du système de postcombustion régénérateur selon l’invention peut contenir de l’oxyde de titane, de l’oxyde de tungstène et/ou de l’oxyde de vanadium ou peut être formée à partir de ces substances.
La couche catalytiquement active peut être constituée d’éléments catalyseurs qui ont une hauteur de 100 à 1000 mm, de préférence de 300 à 600 mm, dans le sens d’écoulement du gaz.
Au lieu de trois régénérateurs pour l’alimentation en effluent gazeux, l’évacuation du gaz propre ou pour purger, le système de postcombustion thermique régénérateur selon l’invention peut également avoir une pluralité de régénérateurs parallèles pour l’alimentation en effluent gazeux, l’évacuation du gaz propre ou pour purger.
De plus, un régénérateur séparé peut être prévu pour purger le gaz brut hors du régénérateur dans lequel ce dernier a été introduit lors du cycle précédent.
En dehors des effluents gazeux générés lors de la production de clinker de ciment, le dispositif selon l’invention est également approprié pour l’épuration des effluents gazeux provenant de la production d’acide nitrique, d’acide adipique, d’engrais ou de trioxyde d’uranium.
Description detaillee d’un exemple de réalisation
L’invention sera expliquée plus en détail ci-dessous au moyen d’exemple en se référant aux dessins joints, dans lesquels :
La Figure 1 montre schématiquement une vue élargie de la position de fonctionnement A-B du système de postcombustion thermique régénérateur, dans laquelle l’effluent gazeux est introduit dans le régénérateur A, le gaz propre est extrait du régénérateur B et le régénérateur C est purgé, et la Figure 2 montre aussi schématiquement les deux autres positions de fonctionnement B-C et C-A, dans lesquelles l’effluent gazeux est introduit dans le régénérateur B, le gaz propre est extrait du régénérateur C et le régénérateur A est purgé, ou l’effluent gazeux est introduit dans le régénérateur C, le gaz propre est extrait du régénérateur A et le régénérateur B est purgé, respectivement.
Chacun des régénérateurs A, B, C, dont l’extrémité est opposée à la chambre de combustion 10 des systèmes de postcombustion thermique régénérateurs, est relié via un dispositif de verrouillage d’entrée 1a, 1b, 1c au conduit d’effluent gazeux 1, par l’intermédiaire duquel l’effluent gazeux à purifier est introduit dans le régénérateur A, B, C via un dispositif de verrouillage de sortie 2a, 2b, 2c jusqu’au conduit de gaz propre 2, par lequel le gaz propre est libéré dans l’atmosphère par le biais d’une cheminée, par exemple, et via un dispositif de verrouillage de gaz de purge 3a, 3b, 3c, jusqu’à un conduit de gaz de purge 3a, 3b, 3c. Les dispositifs de verrouillage peuvent être configurés sous forme de soupapes ou de clapets.
Le ventilateur principal 4 pour générer une pression négative dans les régénérateurs A, B, C est prévu dans le conduit de gaz propre 2 en aval du système de postcombustion thermique régénérateur. Le conduit de gaz de purge est relié au conduit d’effluent gazeux 1 par le biais d’un dispositif de verrouillage et d’un ventilateur auxiliaire 5.
Dans la position de fonctionnement A-B selon les Figures 1 et 2, l’effluent gazeux est introduit dans le régénérateur A, le gaz propre est extrait du régénérateur B et le régénérateur C est purgé, alors que dans le cycle suivant dans la position de fonctionnement B-C, l’effluent gazeux est introduit dans le régénérateur B, le gaz propre est extrait du régénérateur C et le régénérateur A est purgé ; dans le cycle suivant selon la position de fonctionnement C-A, l’effluent gazeux est introduit dans le régénérateur C, le gaz propre est extrait du régénérateur A et le régénérateur B est purgé, après quoi, on reprend la position de fonctionnement A-B dans le cycle suivant.
L’effluent gazeux qui est fourni par le biais du conduit d’effluent gazeux 1 a une teneur en monoxyde de carbone, par exemple, de 0,2 à 1 pour cent en volume, une teneur en oxyde d’azote, par exemple, de 100 à 1000 mg/Nm3 et une teneur en oxygène, par exemple, de 8 à 13 pour cent en volume, le restant étant substantiellement de l’azote, de l’eau et du dioxyde de carbone.
Chacun des régénérateurs A, B, C présente une couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6a, 6b, 6c au niveau de sa partie inférieure opposée à la chambre de combustion 10, ainsi que des corps accumulateurs de chaleur 7a, 7b, 7c à une certaine distance au-dessus de la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6a, 6b, 6c du côté faisant face à la chambre de combustion 10.
La couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6a, 6b, 6c est séparée des corps accumulateurs de chaleur 7a, 7b, 7c disposés au-dessus d’un espace 10a, 10b, 10c.
Cela signifie que la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6a, 6b, 6c peut être purifiée séparément ou éliminée du régénérateur A, B, C, par exemple.
De plus, chacun des régénérateurs A, B, C présente facultativement un rétrécissement 8a, 8b, 8c au-dessus des corps accumulateurs de chaleur 7a, 7b, 7c et en dessous de la zone de connexion V1, V2 au niveau de laquelle deux régénérateurs A, B, C adjacents sont reliés l’un à l’autre.
La chambre de combustion 10 du système de postcombustion thermique régénérateur est constituée de plusieurs zones, à savoir les zones 11a, 11b, 11c entre les corps accumulateurs de chaleur 7a, 7b, 7c et la zone de connexion V1, V2 du régénérateur A, B, C respectif, et la zone 12 au-dessus des zones de connexion V1, V2.
La première zone est la zone 11a, 11b, 11c entre les corps accumulateurs de chaleur 7a, 7b, 7c et la zone de connexion V1, V2 du régénérateur A, B, C dans lequel l’effluent gazeux provenant du conduit d’effluent gazeux 1 est introduit, donc la zone 11a des Figures 1 et 2 dans la position de fonctionnement A-B.
Dans la première zone 11a, 11b, 11c, le monoxyde de carbone et/ou les composés organiques sont brûlés dans l’effluent gazeux.
Au niveau des zones de connexion V1, V2, un dispositif d’injection 14a, 14b, 14c est respectivement prévu sur chaque régénérateur A, B, C.
Dans la deuxième zone 12, qui est formée par la zone au-dessus des zones de connexion V1, V2, les oxydes d’azote présents dans l’effluent gazeux sortant de la première zone 11a, 11b, 11c sont largement réduits en azote au moyen d’un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène injecté à l’aide du dispositif d’injection 14a, 14b, 14c disposé au-dessus dans chaque cas, en l’occurrence, par voie thermique, c’est-à-dire non catalytique.
La troisième zone 11a, 11b, 11 c est formée par la zone comprise entre la zone de connexion V1, V2 et les corps accumulateurs de chaleur du régénérateur A, B, C à partir duquel l’effluent gazeux est amené au conduit de gaz propre 2, donc la zone 11 b dans la position de fonctionnement A-B selon les Figures 1 et 2.
Dans la troisième zone 11a, 11b, 11c, un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène supplémentaire est injecté dans l’effluent gazeux sortant de la deuxième zone 12 au moyen du dispositif d’injection 14a, 14b, 14c au niveau de la zone de connexion V1, V2, donc la zone 11b dans la position de fonctionnement A-B selon les Figures 1 et 2, afin de réduire par voie catalytique les oxyde d’azote restants en azote au moyen de la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6a, 6b, 6c.
La quatrième zone de la chambre de combustion 10, qui est formée par la zone comprise entre les zones de connexion V1, V2 et les corps accumulateurs de chaleur 7a, 7b, 7c, donc la zone 11c dans la position de fonctionnement A-B selon les Figures 1 et 2, est alimentée en gaz purifié issu de la deuxième zone 12 afin de débarrasser les corps accumulateurs de chaleur 7a, 7b, 7c et la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6a, 6b, 6c, donc les corps accumulateurs de chaleur 7c et la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6c dans la position de fonctionnement A-B selon les Figures 1 et 2, des résidus de gaz brut, en aspirant ce gaz dans le conduit de gaz de purge 3.
Selon l’invention, la réduction des oxydes d’azote par des composés carbonés, tels que le monoxyde de carbone, dans l’effluent gazeux dans la position de fonctionnement A-B de la première zone 11a, par exemple, et la réduction des oxydes d’azote au moyen du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène injecté à l’aide du dispositif d’injection 14a dans la deuxième zone 12, sont ainsi réalisées par voie purement thermique, alors qu’après l’injection du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène à l’aide du dispositif d’injection 14b et après le passage à travers le régénérateur 7b, une réduction catalytique de l’oxyde d’azote restant sur la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6b a lieu dans la troisième zone 11 b.
Après ce premier cycle, le cycle bascule vers le cycle suivant selon la position de fonctionnement B-C, puis au cycle selon la position de fonctionnement C-A et ensuite, revient au cycle selon la position de fonctionnement A-B de la Figure 2.
L’effluent gazeux issu du conduit d’effluent gazeux 1 est ainsi introduit alternativement dans les régénérateurs A, B et C où, comme on peut le voir dans les Figures 1 et 2, l’effluent gazeux à purifier est introduit dans le régénérateur A préchauffé, et le gaz propre est extrait par le biais du régénérateur B de sorte que l’écoulement gazeux s’effectue suivant la flèche 15 dans la chambre de combustion 10.
Si un effluent gazeux contenant un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène et/ou du monoxyde de carbone est introduit dans les corps accumulateurs de chaleur préchauffés du régénérateur A, B, C, une partie des oxydes d’azote de l’effluent gazeux dans la première zone 11a, 11b, 11c sera réduite.
Le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène introduit au début de la deuxième zone 12 via le dispositif d’injection 14a, 14b, 14c permet d’obtenir une réduction thermique des oxydes d’azote dans la deuxième zone 12.
D’autre part, en injectant le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène à la fin de la deuxième zone 12 ou au début de la troisième zone 11a, llb, 11c par le biais du dispositif d’injection, des quantités supplémentaires d’oxyde d’azote sont réduites par voie catalytique dans la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6a, 6b, 6c.
Grâce aux dispositifs de verrouillage 16a, 16b, 16c dans le conduit d’alimentation 16 en composé contenant de l’azote et de l’hydrogène des dispositifs d’injection 14a, 14b et 14c, l’alimentation en composé contenant de l’azote et de l’hydrogène peut être régulée dans chaque cas de manière à avoir une augmentation en continu du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène ajouté au cours d’un cycle de fonctionnement.
Etant donné que la couche d’accumulateur de chaleur 6a, 6b, 6c et les corps accumulateurs de chaleur 7a, 7b, 7c refroidissent au cours d’un cycle de fonctionnement du fait de l'effluent gazeux introduit, abaissant ainsi la température dans la zone 12 de la chambre de combustion 10, on diminue le taux de réduction thermique non catalytique pour réduire les oxydes d’azote dans la chambre de combustion 10.
On peut ainsi compenser la diminution du taux de réduction du à la réduction thermique non catalytique dans la zone 12 en augmentant l’apport en un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène dans la troisième zone 11a, 11b, llc, donc au moyen du dispositif d’injection 14b dans la position de fonctionnement A-B selon les Figures 1 et 2, qui est fourni à la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active 6b, c’est-à-dire en augmentant le taux de réduction dû à la réduction catalytique.
En particulier, dans le cas d’un fonctionnement autothermique du système de postcombustion, le bruleur 18 sert à démarrer le système.
L’exemple ci-dessous, qui a été mis en œuvre en utilisant un système pour la production de clinker de ciment et un système pour l’épuration d’effluent gazeux selon les Figures 1 et 2, a pour objectif d’expliquer davantage l’invention.
Exemple
Un effluent gazeux provenant d’un four rotatif pour la production de clinker a la composition suivante :
pour cent en volume de dioxyde de carbone
0,5 pour cent en volume de monoxyde de carbone pour cent en volume d’oxygène
500 mg/Nm3 d’oxydes d’azote mg/Nm3 d’ammoniac
100 mg/Nm3 de carbone organique.
L’effluent gazeux dont le volume est de 300 000 Nm3/h atteint le système de postcombustion thermique régénérateur par l’intermédiaire du conduit
I avec le ventilateur 4. Les corps accumulateurs de chaleur, par exemple, du régénérateur A, chauffent l’effluent gazeux à une température de 900°C, température à laquelle, dans la première zone 11a de la chambre de combustion 10, les oxydes d’azote sont réduits par l’ammoniac en excès toujours présent, introduit dans l’effluent gazeux dans le système lors du cycle précédent, et par une partie du monoxyde de carbone avec la formation d’azote. La quantité en excès de monoxyde de carbone est oxydée en dioxyde de carbone par l’oxygène présent dans l’effluent gazeux et contribue au mode de fonctionnement autothermique du système de postcombustion. Les polluants organiques volatils et les substances olfactivement actives présents dans l’effluent gazeux brûlent aussi en formant du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau dans la première zone
II a de la chambre de combustion 10.
Après avoir quitté la première zone 11a de la chambre de combustion 10, l’effluent gazeux a la composition suivante :
pour cent en volume de dioxyde de carbone
0,1 pour cent en volume de monoxyde de carbone
9,6 pour cent en volume d’oxygène
400 mg/Nm3 d’oxydes d’azote mg/Nm3 d’ammoniac mg/Nm3 de carbone organique.
Au début de la deuxième zone 12 de la chambre de combustion 10, 150 kg/h d’une solution d’ammoniaque à 25 pour cent sont injectés dans l’eau dans le sens de l’écoulement suivant la flèche 15 afin de réduire des quantités supplémentaires des oxydes d’azote toujours présents. Le gaz propre est extrait par l’intermédiaire du régénérateur B, par exemple. A la fin de la deuxième zone 12 de la chambre de combustion 10, c’est-à-dire au début de la troisième zone 11b, 80 kg/h d’une solution d’ammoniaque à 25 pour cent en poids supplémentaires sont injectés dans l’eau dans le sens de l’écoulement afin de réduire encore des quantités supplémentaires d’oxydes d’azote toujours présents et de produire un excès d’ammoniac.
A la fin de la troisième 11b de la chambre de combustion 10, l’effluent gazeux épuré a la composition suivante :
pour cent en volume de dioxyde de carbone pour cent en volume de monoxyde de carbone
9,5 pour cent en volume d’oxygène
250 mg/Nm3 d’oxydes d’azote mg/Nm3 d’ammoniac mg/Nm3 de carbone organique.
Après le passage à travers la couche catalytiquement active 6b du régénérateur de gaz propre B, l’effluent gazeux a la composition suivante :
pour cent en volume de dioxyde de carbone pour cent en volume de monoxyde de carbone
9,5 pour cent en volume d’oxygène
150 mg/Nm3 d’oxydes d’azote mg/Nm3 d’ammoniac mg/Nm3 de carbone organique.
Si le sens d’écoulement est inversé suivant la flèche 17, le dosage de la solution d’ammoniaque injectée est inversé. Le sens d’écoulement est inversé approximativement tous les deux à trois minutes. Le gaz propre quitte le système de postcombustion à une température de 40°C en moyenne au-dessus de la température d’entrée.

Claims (18)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé pour l’épuration d’un effluent gazeux contenant des composés carbonés et des oxydes d’azote dans un système de postcombustion régénérateur qui a au moins deux régénérateurs (A, B, C) remplis de corps accumulateurs de chaleur (7a, 7b, 7c) et reliés par une chambre de combustion (10), dans lequel l’effluent gazeux est chauffé alternativement dans au moins un régénérateur (A, B, C) dans lequel il est introduit, les composés carbonés sont oxydés dans la chambre de combustion (10) et, avec l’ajout d’un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène en tant qu’agent réducteur, une réduction simultanée des oxydes d’azote a lieu dans la chambre de combustion (10), et le gaz propre chaud formé est extrait au moyen d’au moins un régénérateur supplémentaire (A, B, C), caractérisé en ce qu’une couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active (6a, 6b, 6c) réduisant les oxydes d’azote restants en azote en utilisant un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène est respectivement prévue comme partie inférieure du régénérateur (A, B, C).
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, selon lequel la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active (6a, 6b, 6c) est configurée sous forme de structure alvéolaire ayant des canaux prismatiques.
  3. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, selon lequel la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active (6a, 6b, 6c) est utilisée simultanément comme échangeur de chaleur dans lequel une partie de la chaleur du gaz sortant est accumulée et est disponible pour le gaz brut entrant après le basculement.
  4. 4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, selon lequel le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène introduit dans la chambre de combustion (10) y est introduit de manière hyperstoechiométrique, et selon lequel la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active (6a, 6b, 6c) utilise le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène disponible en surplus pour réduire les oxydes d’azote.
  5. 5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel au moins une partie du composé contenant de l’azote et de l’hydrogène pour réduire les oxydes d’azote est déjà fournie avec l’effluent gazeux.
  6. 6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel des solutions aqueuses d’ammoniaque, d’acide carbamique ou d’urée sont utilisées comme composé contenant de l’azote et de l’hydrogène pour réduire les oxydes d’azote afin de diminuer la température réactionnelle requise.
  7. 7. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active (6a, 6b, 6c) réduit aussi les dioxines et les furannes dans l’effluent gazeux.
  8. 8. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel, au cours d’un cycle partiel, comme la température de la chambre de combustion diminue, la quantité de composé contenant de l’azote et de l’hydrogène fournie est augmentée en continu dans la troisième zone (11a, 11b, 11c) de la chambre de combustion (10) du régénérateur (A, B, C) à partir duquel le gaz propre est extrait.
  9. 9. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel la température requise pour la réduction catalytique sélective dans la zone de la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active (6a, 6b, 6c) est une température comprise entre 150 et 300°C, qui est atteinte en dissipant la chaleur des gaz extraits de la chambre de combustion (10) vers la couche d’accumulateur de chaleur (6a, 6b, 6c) traversée.
  10. 10. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, selon lequel le composé contenant de l’azote et de l’hydrogène de la troisième zone (11a, 11b, 11 c) de la chambre de combustion (10) du régénérateur (A, B, C) à partir duquel est extrait le gaz propre est fourni dans un rapport hyperstoechiométrique.
  11. 11. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes pour l’épuration des effluents gazeux générés lors de la production de clinker de ciment.
  12. 12. Procédé selon la revendication 11, selon lequel des combustibles/matières premières secondaires sont utilisés pour la production de clinker de ciment de sorte que l’effluent gazeux présente une teneur en monoxyde de carbone suffisante pour le fonctionnement autothermique du système de postcombustion thermique régénérateur.
  13. 13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, selon lequel les oxydes d’azote présents dans l’effluent gazeux, formés principalement par la combustion primaire du four rotatif, sont des gaz partiellement dégradés par l’apport d’un composé contenant de l’azote et de l’hydrogène par le biais d’une réduction non catalytique sélective avant que l’effluent gazeux soit fourni à un échangeur de chaleur pour le préchauffage de la farine crue.
  14. 14. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d’accumulateur de chaleur catalytiquement active (6a, 6b, 6c) contient de l’oxyde de titane, de l’oxyde de tungstène et de l’oxyde de vanadium comme catalyseur.
  15. 15. Dispositif pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 14, dans lequel la couche catalytiquement active (6a, 6b, 6c) est constituée d’éléments qui ont une hauteur de 100 à 1000 mm, de préférence de 300 à 600 mm, dans le sens de l’écoulement.
  16. 16. Dispositif selon la revendication 14 ou 15, dans lequel, au lieu de trois régénérateurs (A, B, C) où l’effluent gazeux pénètre et d’où le gaz propre sort tandis que le troisième est purgé, on dispose d’une pluralité de régénérateurs d’entrée et de sortie parallèles.
  17. 17. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel un régénérateur séparé est prévu pour purger le gaz brut.
  18. 18. Utilisation du dispositif selon l’une quelconque des revendications 14 à 17 pour l’épuration des effluents gazeux générés lors de la production de clinker de ciment, d’acide nitrique, d’acide adipique, d’engrais ou de trioxyde d’uranium.
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