LU88441A1 - Procédé pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air pollué par des gaz sulfurés - Google Patents

Description

PROCÉDÉ POUR LE TRAITEMENT D'UN MÉLANGE DE VAPEURS D'EAU ET D'AIR POLLUÉ PAR DES GAZ SULFURÉS.

La présente invention concerne un procédé pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air, pollué par des gaz sulfurés qui se forme lors de la production de granulation de laitier de haut fourneau. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé.

Plusieurs procédés et installations sont connus actuellement pour la granulation de laitier de haut fourneau. Il est par exemple fréquent d'injecter un puissant jet d'eau à l'aide d'une tête de pulvérisation dans un débit de laitier fondu. Des réalisations avantageuses de telles têtes de pulvérisation sont décrites par exemple dans la demande de brevet européen EP 0 082 279.

Un problème mal contrôlé dans ce genre d'installation est constitué par les vapeurs d'eau contaminées entre autres par des gaz sulfurés dont le sulfure d'hydrogène H2S et le dioxyde de soufre SO2, générées en quantités importantes et à des débits essentiellement variables lors de l'injection d'eau dans le laitier fondu.

Après la granulation, le laitier peut être déshydraté par exemple dans un cylindre rotatif délimité à l'extérieur par une surface filtrante. Ce procédé et l'installation correspondante sont décrites dans le brevet des Etats-Unis US-4,205,855 auquel le lecteur voudrait bien se référer pour des explications détaillées supplémentaires. Lors de cette déshydratation du laitier, il se forme aussi un mélange de vapeurs d'eau et d'air, pollué par des gaz sulfurés.

Parfois, les vapeurs polluées produites pendant la granulation sont rejetées sans traitement dans l'atmosphère, ce qui constitue naturellement une nuisance pour les habitants aux alentours des usines, vu l'odeur particulièrement désagréable et la toxicité du H2S.

Certaines installations sont équipées d'une tour de condensation fermée qui est située au-dessus du bassin de granulation dans lequel le laitier est refroidi. Dans cette tour de condensation, des gicleurs aspergent de l'eau sur les gaz et vapeurs chauds ascendants par convection. L'eau d'arrosage issue des gicleurs et les condensats sont récupérés par des goulottes situées en-dessous des gicleurs. Ces installations ne donnent cependant pas entièrement satisfaction. Vu que les débits de laitier et par conséquent les débits de vapeurs et de gaz ascendants sont variables en fonction du temps, il est en effet difficile de créer et de maintenir une dépression stable et suffisante par condensation des vapeurs d'eau dans la zone des gicleurs. A certains moments, il se produit ainsi une surpression dans la zone de condensation de la tour, qui empêche les vapeurs de remonter jusqu'aux gicleurs. Une condensation des vapeurs d'eau suffisante et une élimination efficace des gaz sulfurés n'est plus assurée. Des vapeurs polluées peuvent s'échapper alors d'une manière incontrôlée à l'air libre.

La demande de brevet allemand P 3511958.6, déposée le 2 avril 1985, décrit une installation de granulation de laitier de haut fourneau qui utilise un système fermé de circulation de gaz. Les vapeurs générées lors de l'injection d'eau dans le laitier fondu, sont entraînées par un jet d'eau directement dans le bassin de granulation rempli d'eau pour y être condensées partiellement. Les vapeurs et les gaz résiduels émanant du bassin de granulation sont arrosés d'eau, à l'aide de gicleurs installés dans un condenseur situé au-dessus de la réserve d'eau. Les vapeurs ascendantes et l'eau pulvérisée constituent en conséquence deux flux à contre-courant. Il est prétendu que les gaz et vapeurs résiduels qui ne sont pas éliminés par ce lavage sont reconduits vers la tête de pulvérisation par une circulation interne, qui se créerait dans l'installation. Le document allemand ne mentionne pas comment on évite une surpression dans l'installation, qui engendre une fuite incontrôlée de gaz pollués vers l'extérieur. Ce système ne peut pas non plus être utilisé pour équiper une installation existante. L'installation de granulation doit en effet être construite de manière à constituer un système parfaitement étanche pour les gaz.

En plus des désavantages spécifiques cités, ces procédés et installations ne parviennent pas à éliminer, d'une manière efficace, le sulfure d'hydrogène. Ce gaz est particulier en ce sens que le nez humain le détecte à des concentrations infimes qui sont à peine mesurables et qui sont loin en dessous de son seuil de toxicité. Etant donné que le sulfure d'hydrogène se caractérise par une odeur particulièrement désagréable d'oeufs pourris, il présente une forte nuisance pour les gens vivant et travaillant à proximité d'installations générant du sulfure d'hydrogène H2S. Les concentrations limites imposées par les législations sont par conséquent très sévères.

Une solution pour éliminer le sulfure d'hydrogène d'un mélange de gaz consiste à faire passer un mélange de gaz pollué sur un filtre en laine de fer. Le sulfure d'hydrogène est alors éliminé par transformation en sulfure de fer. Ce procédé est surtout adapté à des installations de petite taille et ne peut être appliqué au mélange d'air et de vapeurs, formé lors de la production de granulat de laitier de haut fourneau car, d'une part, la teneur en vapeurs d'eau est très élevée ce qui risquerait de rendre le filtre en laine de fer inefficace, et d'autre part, les ' débits de gaz à traiter sont très importants ce qui nécessite des filtres énormes et chers à l'entretien.

Le but de la présente invention est de proposer un procédé amélioré pour le traitement d'un mélange d'air et de vapeurs, formé lors de la production de granulat de laitier de haut fourneau et pollué par des gaz sulfurés, qui permet de traiter d'une manière efficace des débits de vapeurs polluées très variables, et d'éliminer efficacement le dioxyde de soufre et le sulfure de hydrogène.

Conformément à la présente invention, ce but est atteint essentiellement par le fait qu'on soumet d'abord ledit mélange de gaz à un lavage de gaz afin de le condenser partiellement et d'en extraire une partie des polluants, qu'on recueille et qu'on libère la partie non- condensée et non-dissoute dudit mélange à proximité d'un flux de laitier en fusion.

Le mélange de vapeurs et d'air pollué par des gaz sulfurés, qui est formé lors de la granulation de laitier de haut fourneau, est d'abord soumis à un lavage de gaz classique consistant en une pulvérisation d'une solution aqueuse sur le mélange de gaz qui permet de condenser une grande partie des gaz condensables et d'éliminer la majeure partie du dioxyde de soufre par dissolution dans l'eau. Le lavage des gaz n'est que peu efficace pour éliminer le sulfure d'hydrogène car celui-ci, contrairement au dioxyde de soufre, n'est pas très soluble dans l'eau. D'après la littérature, on parvient à mettre en solution dans de l'eau T , froide 22.8 g/100 cm de dioxyde de soufre alors que l'on peut seulement dissoudre 437 cm3/100 cm3 de sulfure d'hydrogène gazeux, ce qui correspond a 0,7 g /100 cm dans les mêmes conditions. Le sulfure d'hydrogène est éliminé en canalisant et en libérant la partie non condensée et non dissoute du mélange de gaz au-dessus du flux de laitier en fusion. Le sulfure d'hydrogène est oxydé en dioxyde de soufre, car à proximité du flux de laitier en fusion les températures sont élevées et l'air y est riche en oxygène. Le dioxyde de soufre ainsi formé est entraîné dans l'installation de granulation et est ensuite éliminé via le lavage des gaz.

Selon un premier mode de réalisation avantageux, on canalise d'abord ledit mélange dans un flux ascendant, et ensuite le mélange s'écoule en un flux descendant dans une enceinte maintenue en dépression où l'on pulvérise, en un écoulement parallèle, une solution aqueuse alcaline dans ledit flux descendant qui dépollue et condense partiellement ledit mélange. Les gaz non-condensés sont évacués par un courant forcé et réglable de manière à créer et à maintenir une dépression à l'intérieur de ladite enceinte.

Le mélange de vapeurs et d'air pollué par des gaz sulfurés, qui est formé lors de la granulation de laitier de haut fourneau, est canalisé dans un flux ascendant. Ce mouvement ascendant est partiellement un mouvement de convection, renforcé cependant par une extraction des gaz traités non condensés de l'installation.

Une dépression dynamique réglable est créée à l'intérieur de ladite enceinte par l'évacuation contrôlée des gaz non-condensés de la partie inférieure de cette dernière vers l'extérieur de la tour. La condensation des vapeurs d'eau par arrosage d'eau contribue aussi à maintenir ladite enceinte en dépression. Cette dépression crée dans ladite enceinte un flux descendant du mélange de vapeurs et de gaz. La condensation des vapeurs résulte d'un refroidissement par pulvérisation d'eau froide dans les vapeurs. L'élimination des gaz sulfurés, dont essentiellement le dioxyde de soufre SO2, provient principalement d'un passage en solution et accessoirement d'une absorption, d'une précipitation et/ou de réactions d'oxydoréduction dans la solution aqueuse alcaline finement pulvérisée. On notera que l'eau est pulvérisée dans le mélange de vapeurs et de gaz descendants à l'intérieur de ladite enceinte. Il s'établit en conséquence un flux forcé et parallèle d'eau d'arrosage et de gaz et vapeurs entre l'extrémité supérieure ouverte et l'extrémité inférieure fermée de l'enceinte. L'avantage est que l'eau d'arrosage condense les vapeurs, réagit avec les gaz sulfurés et entraîne en même temps les gaz non-condensés vers le fond de l'enceinte où ceux-ci sont évacués. Une éventuelle accumulation d'air et de vapeurs non condensées conduisant à un reflux qui empêche les vapeurs polluées d'atteindre la zone de condensation n'est pas possible. On a ainsi éliminé efficacement un phénomène gênant, souvent rencontré dans l'état de la technique actuelle.

La présente invention décrit aussi un dispositif pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air, pollué, qui se forme lors de la production de granulat de laitier de haut fourneau dans une installation de granulation, caractérisé par une tour fermée située au- dessus de l'installation de granulation, destinée à capter ledit mélange de vapeurs et de gaz par des gicleurs disposés à l'intérieur de ladite tour fermée - ces gicleurs étant raccordés à une conduite de distribution d'une solution de lavage des gaz - par au moins un capteur situé en dessous desdits gicleurs, par au moins un conduit d'écoulement de la solution de lavage et du condensât relié audit au moins un capteur, par au moins un conduit d'aspiration des gaz non condensés débouchant dans ladite ' tour, par au moins une pompe d'extraction à débit variable raccordée audit conduit d'aspiration et destinée à évacuer lesdits gaz en-dehors de ladite tour et à maintenir une dépression dans ladite tour, par au moins un conduit acheminant et libérant lesdits gaz évacués à proximité d'une rigole conduisant un flux de laitier en fusion vers une tête de granulation. L'installation mettant en oeuvre la présente invention pourra équiper la plupart des installations de granulation de laitier de haut fourneau existantes, et ceci à un coût relativement faible. En effet, contrairement à l'installation décrite dans la demande de brevet allemand P 3511958.6, il ne faut pas que l'installation de granulation soit étanche pour les gaz.

Avantageusement, le dispositif comprend également au moins une enceinte oblongue fermée à son extrémité inférieure et ouverte à son extrémité supérieure, disposée verticalement à l'intérieur de ladite tour fermée.

Préférablement, la pompe à débit variable utilisée est un ventilateur.

On appréciera le fait que la pompe peut être reliée à une sonde de réglage du débit de celle-ci en fonction de la dépression à l'intérieur de ladite enceinte.

Le débit de gaz évacué est ajusté de façon à maintenir la tour en dépression, ce qui empêche à tout moment les vapeurs polluées de s'échapper d'une manière incontrôlée de l'installation. Or, lors de la granulation de laitier de haut fourneau, les débits de laitier et, par conséquent, les débits de vapeurs et de gaz sulfurés formés, sont très variables. L'installation de dépollution et de condensation devra, en conséquence, être capable de maîtriser des débits très variables de vapeurs et d'air pollués. Cette flexibilité en ce qui concerne les variations des débits de vapeurs et d'air pollués à traiter est assurée en faisant varier le débit du courant - d'extraction * de l'air partiellement dépollué de ladite enceinte. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation avantageux, présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence au dessin annexé. Sur ce dessin : la Figure 1 représente schématiquement une réalisation préférentielle d'une installation de traitement des vapeurs polluées formées lors de la granulation de laitier de haut fourneau illustrant cette invention.

Sur la Figure 1, on voit une installation de - granulation 8 qui se situe en général dans un bâtiment (non représenté) de granulation. Un puissant jet d'eau est injecté à l'aide d'une tête de pulvérisation 14 dans un débit de laitier fondu acheminé par une rigole 10 d'un haut fourneau ou d'une poche de laitier dans l'installation 8. Ce jet provoque la formation de granulat de laitier qui· tombe dans un bassin 18 de refroidissement. De ce bassin 18, ledit granulat est évacué en continu vers une installation de déshydratation (non représentée) telle que décrite p.ex dans le brevet US 4,204,855.

Les vapeurs et gaz formés lors du refroidissement brusque du laitier fondu par le jet d'eau, ainsi que les gaz et vapeurs gui émanent du bassin 18 suivent un mouvement ascendant et sont captés par une tour 20 fermée située au-dessus du bassin 18. Dans cette tour 20 se trouve une enceinte 34 oblongue cylindrique ou prismatique. Cette enceinte 34 est fermée à sa base inférieure par un fond en forme d'entonnoir 22 et ouverte à sa base supérieure. Sur la Figure 1, on voit que l'enceinte 34 est installée dans la tour 20 de façon à définir une cheminée 21, formée par une restriction de la section transversale de la tour 20. Cette cheminée canalise le mélange gazeux, formé de vapeurs, de gaz et d'air réchauffés, vers l'entrée de l'enceinte 34. L'enceinte 34 est maintenue en dépression par rapport à l'atmosphère extérieure par une évacuation- continue de gaz traités via un conduit 24 situé dans la partie inférieure de l'enceinte 34. A cet effet, le conduit 24 est relié à une pompe ou à un ventilateur 26 qui maintient un flux descendant 23 du mélange gazeux à traiter dans l'enceinte 34. Les gaz évacués via le conduit 24 sont canalisés et libérés à proximité de la rigole 10 acheminant le laitier vers la tête de granulation 14. Le sulfure d'hydrogène qui n'a pas été éliminé lors du lavage des gaz dans la tour 20 est oxydé en dioxyde de soufre. Les gaz acheminés vers la rigole sont entraînés par le flux de scories vers la tour 20 pour y être retraités.

Dans l'enceinte 34 sont installés des gicleurs 30. Ces gicleurs 30, qui sont de préférence installés sur plusieurs rangées superposées dans la partie supérieure de l'enceinte 34, sont raccordés à une conduite d'alimentation 63 d'eau alcaline froide. Ils permettent de pulvériser cette eau alcaline froide dans le flux descendant 23 du mélange gazeux. La condensation des vapeurs est obtenue par contact intime entre l'eau froide pulvérisée et les vapeurs. La pulvérisation favorise le contact entre les deux phases, ce qui a un effet bénéfique sur le déroulement de ces réactions de dépollution. Il sera noté que les jets d'eau pulvérisés issus des gicleurs ont pour effet secondaire de renforcer la dynamique du flux descendant du mélange gazeux à traiter dans l'enceinte 34 et de favoriser une aspiration des gaz non-condensés et des vapeurs au niveau de l'extrémité supérieure ouverte de l'enceinte 34. Cet effet est d'ailleurs renforcé par la disposition des gicleurs 30 en rangées superposées.

Dans l'enceinte 34, l'eau de pulvérisation et le condensât sont recueillis par le fond en forme d'entonnoir 22 et sont évacués par un conduit 58 d'évacuation.

Dans la partie inférieure de l'enceinte 34, la phase gazeuse contient donc essentiellement de l'air ayant subi un premier lavage.

Une sonde 66, installée dans la partie inférieure de l'enceinte 34, mesure la dépression à l'intérieur de celle- ci. Cette sonde 66 peut être utilisée pour régler le débit du ventilateur 26 qui évacue le gaz partiellement purifié, de façon à maintenir une dépression stable dans l'enceinte 34.

Les vapeurs d'eau et l'air en provenance de l'installation de déshydratation du granulat (non représentée) peuvent être purifiés avantageusement par la même installation décrite ci-avant. A cet effet, l'installation de déshydratation est munie d'une hotte qui capte le mélange de vapeurs et d'air ascendant par - convection. Ce mélange est acheminé de l'installation de déshydratation vers la tour 20 via une cheminée 38 éventuellement munie d'un clapet 36. Ce clapet 36 permet de contrôler à tout moment le débit du mélange d'air et de vapeurs amené dans la tour 20 par cette voiei L'invention n'est toutefois pas limitée aux modes de réalisation qui ont été décrits et représentés ci-avant, mais elle peut être avantageusement appliquée dans toutes les installations de granulation et de déshydratation de laitier dans lesquelles il y a libération de vapeurs et gaz sulfurés. Aussi peut-on utiliser d'autres méthodes de lavage de gaz connues.

Claims (6)

KEVEiJNUlCATlUflS

1. Procédé pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air pollué par des' gaz sulfurés et formé lors de la production de granulat de laitier de haut fourneau dans une installation de granulation, caractérisé en ce qu'on soumet d'abord ledit mélange de gaz à un lavage de gaz afin de le condenser partiellement et d'en extraire une partie des polluants, en ce qu'on recueille et en ce qu'on libère la partie non-condensée et non-dissoute dudit mélange à proximité d'un flux de laitier en fusion.

2. Procédé pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air pollué selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on canalise d'abord ledit mélange dans un flux ascendant et qu'ensuite le mélange s'écoule en un flux descendant (23) dans une enceinte (34) maintenue en dépression où l'on pulvérise, en un écoulement parallèle, une solution aqueuse alcaline dans ledit flux descendant qui dépollue et condense partiellement ledit mélange et en ce qu'on recueille et évacue les gaz non-condensés à l'extérieur de ladite installation en un courant forcé et réglable de manière à créer et à maintenir une dépression à l'intérieur de ladite enceinte.

3. Dispositif pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau, d'air et de gaz sulfurés, générés lors de la production de granulat de laitier de haut fourneau dans une installation de granulation, caractérisé par une tour fermée (20) située au-dessus de l'installation de granulation (8), destinée à capter ledit mélange de vapeurs et de gaz, par des gicleurs (30) disposés à l'intérieur de ladite tour fermée (20), ces gicleurs (30) étant raccordés -à une conduite de distribution (63) d'une solution de lavage des gaz, par au moins un capteur situé en dessous desdits gicleurs, par au moins un conduit d'écoulement (58) de la solution de lavage et du condensât relié audit au moins un capteur, par au moins un conduit d'aspiration (24) des gaz non condensés débouchant dans ladite tour (20), par au moins une pompe d'extraction (26) à débit variable raccordée audit conduit d'aspiration (24) destiné à évacuer lesdits gaz en-dehors de ladite tour et à maintenir une dépression dans ladite tour, par au moins un conduit acheminant et libérant lesdits gaz évacués à proximité d' une rigole conduisant un flux de laitier en fusion vers une tête de granulation.

4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par au moins une enceinte (34) oblongue fermée à son extrémité inférieure (22) et ouverte à son extrémité supérieure, disposée verticalement à l'intérieur de ladite tour fermée (20), par au moins un conduit d'écoulement (58) de l'eau de lavage et du condensât débouchant dans l'extrémité inférieure (22) de l'enceinte (34) , par au moins un conduit d'aspiration (24) des gaz non condensés débouchant dans la partie inférieure de la dite enceinte (34).

5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que la pompe à débit variable utilisée est un ventilateur (26)

6. Dispositif selon une quelconque revendication 3 à 5, caractérisé en ce que la pompe (26) est reliée à une sonde (66) de réglage du débit de la pompe (26) en fonction de la dépression à l'intérieur de ladite enceinte (34).