LU88703A1 - Procédé de désulfuration d'un mélange de vapeur d'eau et d'air pollué formé lors de la granulation et de la déshydration de laitier de haut fourneau - Google Patents

Description

PROCEDE DE DESULFURATION DON MÉLANGE DE VAPEURS D'EAU ET D'AIR POLLUÉ. FORMÉ LORS DE LA GRANULATION ET DE LA DESHYDRATATION DU LAITIER DE HAUT FOURNEAU

La présente invention concerne un procédé de désulfuration d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air pollué 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 connu 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 générés en quantités importantes et à des débits essentiellement variables lors de la granulation par 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 voudra 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.

Parfois, les vapeurs polluées produites pendant la granulation sont rejetées sans traitement dans l'atmosphère, ce qui constitue naturellement une nuisance pour les habitants des alentours des usines, vu l'odeur particulièrement désagréable 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 condensais 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 DE-A 35 119 58 , 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 non-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 sorte à constituer un système parfaitement étanche pour les gaz.

La demande de brevet EP 0 573 769 propose un procédé et une installation de désulfuration dans lequel on canalise le mélange pollué en un flux descendant dans une enceinte située dans une tour de condensation. Cette enceinte est maintenue en dépression et on y pulvérise, en un écoulement parallèle, une solution aqueuse alcaline dans ledit flux descendant qui dépollue l’air et condense les vapeurs et on évacue les gaz non-condensés à l’extérieur de ladite installation en un courant forcé et réglable de sorte à créer et à maintenir une dépression à l'intérieur de ladite enceinte.

Le but de la présente invention est de proposer un procédé amélioré de désulfuration pour un mélange de vapeurs et d’air pollué généré lors de la granulation et de la déshydratation de laitier de haut-fourneau.

Selon un des aspects de la présente invention, ce but est atteint par un procédé pour la désulfuration 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 que ledit mélange est mis en contact avec une première solution qui est maintenue à un pH compris entre 10 et 12,5 pour éliminer les composés sulfurés dudit mélange.

Un des avantages de ce procédé est qu’il est efficace. Il permet en effet d’éliminer la grande majorité des contaminants sulfurés du mélange de vapeurs et air pollué formé lors de la granulation de laitier de haut fourneau tout en consommant peu de réactif basique.

Un autre avantage du procédé est qu’il est économique. L’utilisation de solutions de lavage à un pH compris entre 10 et 12,5 permet de réduire la quantité de réactif basique, généralement de l’hydroxyde de sodium, mis en oeuvre.

En effet, on a constaté que l’élimination des composés sulfurés est favorisée par un pH élevé selon les réactions: H2S + 2 NaOH -► Na2S + 2H20 S02 + H20 —► H2S03 H2S03 + 1/2 02 -> H2S04 H2S04 + 2 NaOH -> Na2S04 + H20

Cependant, lorsque le pH est très élevé, la réaction suivante a lieu également et consomme une partie non négligeable de la base mise en oeuvre.

C02 + 2 NaOH -» Na2C03 + H20 D’après les résultats des expériences menées, on a constaté que lorsque le pH de la solution de lavage est supérieur à pH=13, environ 100% du H2S sont éliminés du mélange de vapeur et d’air pollué mais on élimine également presque la totalité du dioxyde de carbone C02 contenu dans l’air. Par contre, à pH en dessous de 12,5, seulement 20% du C02 contenu dans l’air sont éliminés tandis qu’environ 100% du H2S sont éliminés.

A première vue, les concentrations en CO2 dans l’air qui se situent aux environs de 500 ppm paraissent négligeables. Cependant, comme la quantité de gaz traité dans de tels procédés (de l’ordre de grandeur de 100.000 Nm^/h) est très importante, la quantité globale de CO2 passant par le système est appréciable. Si on parvient à maîtriser l’élimination du CO2 ,on arrive à économiser une quantité appréciable de réactif basique car il ne faut pas oublier que les concentrations de CO2 dans l’air sont comparables à celles du sulfure d’hydrogène et du SO2 dans le mélange à traiter. Une diminution de l’élimination du CO2 permet de minimiser la quantité de réactif basique mise en oeuvre pour le traitement du mélange pollué.

Les résultats des essais d’absorption de CO2 respectivement du H2S et SO2 à différents pH sont repris dans le tableau 1 ci-dessous.

Tableau 1 : pourcentage de CO2 respectivement de H2S et SO2 éliminé d’un mélange de gaz à différentes valeurs de pH.

On a également constaté que les pourcentages d’absorption des gaz sont fortement influencés par la façon dont les deux phases sont mises en contact. Si le contact entre les deux phases est des plus intimes, on observe des taux d’absorption comparables à ceux des valeurs de pH plus faibles. Ainsi, on a constaté que l’on peut travailler à des pH plus faibles, de l’ordre de grandeur de pH 10 lorsqu’on utilise une colonne garnie non structurée pour effectuer le lavage des gaz et que l’on doit travailler à pH égal à 12-12,5 si on lave les gaz en pulvérisant un liquide dans un flux de gaz.

Selon un mode de réalisation avantageux, le mélange est soumis à un prélavage à l’aide d’une deuxième solution qui comprend la première solution de lavage usagée dont on a ajusté le pH à une valeur comprise entre 7.5 et 9.

Si on recycle la deuxième solution de lavage après usage en tant que première solution de lavage, les réactions suivantes ont lieu à pH = 7.5 à 9:

Une partie non négligeable de l’élimination de H2S du mélange est ainsi éliminée de la phase gazeuse sans l’intervention du réactif basique. Cette étape de recyclage de la deuxième solution de lavage dans une étape de prélavage permet donc d'économiser de l’hydroxyde de sodium qui est de préférence employé en tant que réactif basique. Le procédé est donc plus économique puisqu’une partie du sulfure d’hydrogène est éliminé sans l’intervention du réactif basique.

A pH = 7.5 et 9, la majorité des molécules de sulfure d’hydrogène en solution sont sous forme d’ions HS'. Une libération de sulfure d’hydrogène gazeux à partir de la phase liquide n’est pas à craindre à de telles valeurs de pH.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, le mélange de vapeur et d’air pollué est d’abord aspergé d’une troisième solution de lavage maintenue à une température voisine de la température d’ébullition de l’eau afin de désabler le mélange et éliminer les particules solides dudit mélange avant de le soumettre à la désulfuration. Si le mélange à traiter contient une concentration élevée en particules solides, on risque que des dépôts ne se forment à certains endroits de l’installation qui finiraient, à la longue, par nuire au bon fonctionnement de l’installation.

Pour effectuer ce désablage, on utilise de l’eau ou une solution aqueuse dont la température est proche de la température d’ébullition c.-à-ck proche de 100°C pour éviter, dans la mesure du possible, une condensation des vapeurs d’eau contenues dans le mélange à désulfurer. Cette étape, le désablage, enlève toutes les particules solides du mélange de vapeur et d’air pollué.

On utilise de préférence de l’eau issue du circuit d’eau de granulation pour effectuer le désablage. Un avantage lié à l’utilisation de l’eau de granulation est que cette eau est disponible en grande quantité et qu’elle se trouve à la température souhaitée lorsque l’installation de granulation fonctionne en régime. On n’aura donc pas besoin d’un système de chauffage séparé pour chauffer la solution utilisée pour le désablage. Une tour de refroidissement n’est pas nécessaire non plus puisque la solution utilisée pour le désablage du mélange de vapeur et d’air pollué est retournée dans le circuit d’eau de granulation après usage.

Si une installation telle que décrite dans le brevet US 4,205,855 est utilisée pour déshydrater le laitier granulé, il n’est même pas nécessaire de filtrer l’eau de granulation avant son utilisation en tant que solution pour désabler le mélange de vapeur et d’air pollué car le dispositif de déshydratation filtre en permanence l’eau de granulation et les solides sont évacués ensemble avec le laitier granulé.

L’étape de lavage à l’aide de la première solution est effectuée, de préférence, à l’aide d’une colonne garnie qui permet d’augmenter l'efficacité du contact entre la phase gazeuse et la phase liquide et de favoriser ainsi la désulfuration. Une telle colonne comprend une matière de remplissage comme p.ex. des anneaux en matière plastique et le gaz et la solution de lavage sont mis en contact à contre-courants. La solution de lavage est aspergée sur les anneaux et ruisselle lentement vers la bas de la colonne. Le mélange à traiter parcourt la colonne en sens inverse et les contaminants sont éliminés très efficacement.

Selon un autre mode de réalisation avantageux, les solutions alcalines usagées sont déversées dans le circuit d'eau de granulation et de refroidissement du laitier. Comme ces solutions ont un pH élevé, elles vont contribuer à augmenter le pH de l’eau de granulation. La formation de sulfure d’hydrogène gazeux à l’intérieur du bassin de granulation est ainsi défavorisée car l’équilibre entre les différentes formes gazeuses et ioniques du sulfure d’hydrogène est déplacé vers les formes ioniques (HS‘ ou S2’) qui restent en solution.

Si nécessaire, les solutions peuvent être oxydées p.ex à l’aide d’un traitement à l’eau oxygénée. Les composés contenant du soufre sont oxydés en sulfate avant de déverser les solutions dans le circuit d'eau de granulation. Comme l’eau de granulation est riche en calcaire, la majorité du sulfate sera alors éliminée du circuit d’eau de refroidissement sous forme de gypse avec le granulat déshydraté.

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, comprenant : - une première enceinte à l’intérieur de laquelle sont installés des gicleurs pour pulvériser une solution de lavage dont le pH est d’environ 7.5-9 sur ledit mélange, - une deuxième enceinte en communication avec ladite première enceinte dans laquelle les vapeurs sont mises en contact avec une solution de lavage dont le pH est compris entre 10 et 12,5, et - une conduite d’évacuation dudit mélange ainsi purifié.

Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend également une troisième enceinte communiquant avec ladite première enceinte, dans laquelle sont disposés des gicleurs pour asperger une troisième solution de lavage en un flux parallèle sur les gaz descendants pour désabler ledit mélange, la température de ladite première solution de lavage étant proche de la température d’ébullition de l’eau.

Cette purification grossière des gaz est effectuée en aspergeant une solution aqueuse maintenue à une température comprise entre 85 et 95 °C

I» dans le courant qui entraîne le courant de vapeur vers la partie inférieure de ladite troisième enceinte. La solution de désablage est récupérée au fond de ladite troisième enceinte et est évacuée de celle-ci.

Ladite troisième enceinte est reliée à une première enceinte dans laquelle le mélange de vapeur est soumis à une première étape de la désulfuration. On pulvérise une solution aqueuse de pH compris entre 7,5 et 9 dans le mélange de vapeurs.

Le mélange de vapeurs prétraité est ensuite évacué vers une deuxième enceinte où a lieu la désulfuration finale. Dans cette deuxième enceinte, le mélange résiduel de vapeur et d’air contaminé est mis en contact avec la solution qui est à un pH compris entre 10 et 12,5. Dans cette étape, le restant des composés sulfurés est éliminé et les vapeurs et l’air purifiées sont libérées à l’atmosphère.

Les polluants sulfurés acides contenus dans le mélange seront ainsi éliminés efficacement car le mélange pollué et les solutions alcalines sont mélangés d’une manière turbulente, ce qui favorise les échanges entre les deux phases.

Cette installation de désulfuration pourra équiper la plupart des installations de granulation de laitier de haut fourneau existantes, et ceci à un coût relativement modéré. En effet, contrairement à l'installation décrite dans la demande de brevet allemand DE-A 3511958, il ne faut pas que l’installation de granulation soit étanche pour les gaz.

L’installation de désulfuration est capable de maîtriser des débits très variables de vapeurs et d’air pollué.

D’autres particularités et caractéristiques ressortiront de la figure représentant un mode de réalisation avantageux, présenté ci-dessous, à titre d’illustration.

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.

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.

Claims (8)

1. Procédé pour la désulfuration 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 que ledit mélange est mis en contact avec une première solution qui est maintenue à un pH compris entre 10 et 12,5 pour éliminer les composés sulfurés dudit mélange.

2. Procédé pour la désulfuration d’un mélange de vapeurs d'eau et d'air pollué selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange est soumis à un prélavage à l’aide d’une deuxième solution qui comprend la première solution de lavage usagée dont on a ajusté le pH à une valeur comprise entre 7.5 et 9.

3. Procédé pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air pollué selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange est soumis à un désablage en l’aspergeant avec une troisième solution de lavage qui comprend de l’eau utilisée pour la granulation du laitier.

4. Procédé pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air pollué selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le mélange de vapeur et d’air pollué est d’abord aspergé d’une troisième solution de lavage maintenue à une température voisine de la température, d’ébullition de l’eau afin de désabler le mélange et d’éliminer les particules solides dudit mélange avant de le soumettre à la désulfuration.

5. Procédé pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air pollué selon la revendication 4, caractérisé en ce que la température de la troisième solution est maintenue à une température comprise entre 85°C et 95°C de sorte à minimiser la condensation des vapeurs d’eau dans cette étape.

6. Procédé pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d’air pollué selon l’une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que on utilise de l’eau issue du circuit d’eau de granulation pour effectuer le désablage.

7. Procédé pour le traitement d'un mélange de vapeurs d'eau et d'air pollué selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que une ou plusieurs des solutions utilisées sont déversées dans le circuit d'eau de granulation et de refroidissement du laitier.

8. Procédé pour le traitement d’un mélange de vapeurs d'eau et d'air polluée selon la revendication 7, caractérisé en ce que les solutions sont oxydées par un oxydant approprié avant de les déverser dans le circuit d'eau de granulation. Légende de la figure 1 10 conduite d’amenée du mélange vapeurs/air 12 enceinte de désablage 14 laveur de dessablage à jets parallèles 16 conduite d’alimentation du laveur 14 18 conduite d’évacuation de la solution de désablage 20 conduite 22 laveur primaire 24 laveur principal 26 colonne garnie 27 gicleurs 30 conduite d’évacuation du mélange vapeurs/air désulfuré 32 conduite d’alimentation en NaOH 34 conduite d’alimentation en eau 36 pompe 38 conduite d’amenée de la solution de lavage 40 dispositif de captage 42 conduite d’évacuation de la solution de lavage