WO2003022407A1 - Procede d'epuration de gaz de combustion contenant de l'acide chlorhydrique et de l'ammoniac - Google Patents

Procede d'epuration de gaz de combustion contenant de l'acide chlorhydrique et de l'ammoniac Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a process for the purification of combustion gases containing hydrochloric acid and ammonia.
  • the combustion gases such as those resulting from the combustion of household waste, industrial or hospital often contain hydrochloric acid and may contain ammonia, either per se or because, for processing, during combustion or after combustion, ammonia or a derivative capable of generating ammonia was used.
  • This mineral nitrogen is then present at too high a concentration to be able to be rejected, and its presence complicates the water treatment, which economically handicaps the solutions using wet scrubbers.
  • the gases are introduced into an absorber, supplied by a concentrated solution of hydrochloric acid, the content of which is between 9 and 16% by weight, preferably between 12 and 15% by weight; - A quantity of make-up water, representing by weight of 6 to 15% of the gases introduced, is directed towards the absorber, so as to at least partially evaporate this make-up water in the absorber;
  • the purge of the absorber is regulated, so that it contains a fraction of between 1 and 5%, by weight, of the hydrochloric acid introduced into the absorber, as well as a fraction greater than 80%, preferably 90%, by weight, of the ammonia introduced into the absorber
  • the absorber is of the falling film, climbing film, spray or packing type; a desorption or stripping unit is supplied.
  • a desorption or stripping unit is supplied.
  • An ion exchange unit is supplied by means of the purge of the absorber, after dilution and addition of an alkali, and the recovered ammonia is returned to an oven;
  • the purge from the absorber is returned directly to an oven, so as to burn it.
  • the gases 102 resulting from the combustion carried out in an oven 1, contain hydrochloric acid HC1 at a concentration between 400 and 6000 mg / Nm 3 of dry gas, and ammonia at a concentration between 2 and 100 mg / Nm 3 of dry gas, preferably between 10 and 50 mg / Nm 3 .
  • These gases are supplied to an absorption unit, or absorber 2, in which the gases are brought into contact with an absorption liquid 105, which performs the dual function of reducing the temperature of the gases to a value between 50 and 75 ° C, and capture a small fraction, not exceeding 5%, of hydrochloric acid, as well as at least 80% of ammonia.
  • These fractions correspond to the percentages by mass of hydrochloric acid and ammonia, present in the gases introduced into the absorber by line 102.
  • the unpurified gases containing a high content of hydrochloric acid, part of the ammonia may be present in the form of ammonium chloride.
  • the group consisting of ammonia NH 3 and ammonium chloride NH 4 C1 is called ammonia.
  • a very small part 106 representing less than 1% of the flow of concentrated acid 104, is evacuated outside the process, while the part 105 is returned to the absorber 2. It should be noted that the unit 2 combines the functions of a hardening or quenching and 'as a scrubber.
  • This unit 2 could, for example, be a falling film absorber, a climbing film absorber, a packed column, a sheath containing sprayers or any other device making it possible to combine the quenching and absorber functions.
  • the purge 106 can be evacuated continuously from the process, or else semi-continuously. Since the quenching process consumes water, a make-up water 103 is brought to this unit 3 so as to compensate for the evaporation produced by the absorber 2.
  • This make-up water represents between 6 and 15%, by mass , gas powered 102.. It depends on the humidity already present in the gases and their temperature.
  • a typical balance sheet given only by way of nonlimiting example, is presented below.
  • the purge flow 106 is regulated so as to maintain a hydrochloric acid concentration at least equal to 9% by weight, while limiting the amount present in this stream to at most 5% of the amount of acid present in the gases 102.
  • the gases 107 purified of most of the ammonia, are supplied to one or more washers 3.
  • the gases 108 purified by these washers are discharged into the atmosphere by a chimney 4.
  • the purge 109, generated by the washers, is then either sent to a water treatment or evaporated.
  • this ammonia contained in this purge 106 will be recovered for example by desorption, or stripping, after dilution and addition of an alkali such as soda or lime, or else by exchange of ions after dilution, in order to be returned to the oven 1.
  • an alkali such as soda or lime
  • the stream 106 can be returned directly to the oven, so as to be incinerated with the other waste burned by this oven.

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Abstract

Selon ce procédé : - on introduit (par 102) les gaz dans un absorbeur (2), alimenté (par 105) par une solution concentrée d'acide chlorhydrique, dont la teneur est comprise entre 9 et 16% en poids, de préférence comprise entre 12 et 15% en poids ; - on dirige vers l'absorbeur (2) une quantité d'eau d'appoint, représentant en poids de 6 à 15% des gaz introduits ; - on renvoie (par 105) au moins 99% des liquides sortant de l'absorbeur, vers l'entrée de cet absorbeur ; et - on régule la purge (106) de l'absorbeur, afin qu'elle contienne une fraction comprise entre 1 et 5%, en poids, de l'acide chlorhydrique introduit dans l'absorbeur, ainsi qu'une fraction supérieure à 80%, de préférence à 90%, de l'ammoniac introduit dans l'absorbeur.

Description

PROCEDE D'EPURATION DE GAZ DE COMBUSTION CONTENANT DE L'ACIDE CHLORHYDRIQUE ET DE L'AMMONIAC
La présente invention concerne un procédé d'épuration de gaz de combustion contenant de l'acide chlorhydrique et de 1 ' ammoniac .
Les gaz de combustion, par exemple ceux issus de la combustion de ' déchets ménagers, industriels ou hospitaliers, contiennent souvent de l'acide chlorhydrique et peuvent contenir de l'ammoniac, soit intrinsèquement, soit parce qu'en vue d'un traitement, lors de la combustion ou postérieur à la combustion, de l'ammoniac ou un dérivé susceptible de générer de l'ammoniac a été utilisé.
Cet ammoniac résiduel, pouvant atteindre la concentration de 100mg/Nm3 , pose un problème en général et plus particulièrement dans le cas de l'emploi de laveurs humides. L'ammoniac est un gaz très soluble dans l'eau, et la totalité de cet ammoniac va être captée par les laveurs utilisés, ce qui conduit à générer une purge contenant cet ammoniac, usuellement sous la forme d'ion ammonium.
Cet azote minéral est alors présent à une concentration trop importante pour pouvoir être rejeté, et sa présence complique le traitement d'eau, ce qui handicape économiquement les solutions mettant en œuvre des laveurs humides .
La présence de cet ammoniac, en une concentration qui excède souvent les limites imposées pour le rejet des effluents, oblige à une récupération ou à une destruction de cet ammoniac avant le rejet. Plusieurs solutions sont possibles. Ainsi, un traitement biologique de nitrification-dénitrification peut être réalisé, mais ce procédé est complexe, et s'accommode mal de variations brutales de la composition des effluents . Une désorption, ou stripping, après adjonction d'un alcalin comme la soude ou la chaux pour élever le pH est possible, mais est complexe et engendre de nombreuses difficultés supplémentaires, comme la précipitation parasite des sels, qu'il convient de gérer. En sus, la neutralisation complète de ces purges, nécessaire avant le stripping, implique l'utilisation d'une quantité d'agent alcalin importante, puisqu'il faut d'abord neutraliser tout l'acide avant de commencer à élever le pH. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients .
A cet effet, elle a pour objet un procédé d'épuration de gaz de combustion contenant de 1 ' acide chlorhydrique et de l'ammoniac, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : on introduit les gaz dans un absorbeur, alimenté par une solution concentrée d'acide chlorhydrique, dont la teneur est comprise entre 9 et 16% en poids, de préférence comprise entre 12 et 15% en poids ; - on dirige vers l'absorbeur une quantité d'eau d'appoint, représentant en poids de 6 à 15% des gaz introduits, de manière à évaporer au moins partiellement cette eau d'appoint dans l'absorbeur ;
- on renvoie au moins 99% des liquides sortant de l'absorbeur, vers l'entrée de cet absorbeur ; et
- on régule la purge de l'absorbeur, afin qu'elle contienne une fraction comprise entre 1 et 5%, en poids, de l'acide chlorhydrique introduit dans l'absorbeur, ainsi qu'une fraction supérieure à 80%, de préférence à 90%, en poids, de l'ammoniac introduit dans l'absorbeur
Selon d'autres caractéristique de l'invention :
- l'absorbeur est du type à film tombant, à film grimpant, par pulvérisation ou à garnissage ; on alimente une unité de désorption, ou stripping, .au moyen de la purge de l'absorbeur, après dilution et adjonction d'un alcali, et l'ammoniac récupéré est renvoyé vers un four ; - on alimente une unité d'échange d'ions au moyen de la purge de l'absorbeur, après dilution et adjonction d'un alcali, et l'ammoniac récupéré est renvoyé vers un four ;
- on renvoie la purge de l'absorbeur directement vers un four, de manière à la brûler.
L'invention va être décrite en référence à la figure unique, qui est une vue schématique illustrant une installation pour la mise en œuvre du procédé de 1' invention. Les gaz 102, issus de la combustion conduite dans un four 1, contiennent de l'acide chlorhydrique HC1 à une concentration comprise entre 400 et 6000mg/Nm3 de gaz sec, et de l'ammoniac à une concentration comprise entre 2 et 100mg/Nm3 de gaz sec, de préférence entre 10 et 50mg/Nm3. Ces gaz sont alimentés a une unité d'absorption, ou absorbeur 2, dans laquelle les gaz sont mis en contact avec un liquide d'absorption 105, qui réalise la double fonction de rabaisser la température des gaz à une valeur comprise entre 50 et 75°C, et de capter une faible fraction, n'excédant pas 5%, de l'acide chlorhydrique, ainsi qu'au moins 80% de l'ammoniac. Ces fractions correspondent aux pourcentages massiques d'acide chlorhydrique et d'ammoniac, présents dans les gaz introduits dans l'absorbeur par la ligne 102. Les gaz non épurés contenant une forte teneur en acide chlorhydrique, une partie de l'ammoniac pourra être présente sous forme de chlorure d'ammonium. Dans le présent exposé, on appelle ammoniac l'ensemble constitué par l'ammoniac NH3 et le chlorure d'ammonium NH4C1. De façon à pouvoir réaliser cette captation sélective de l'ammoniac, sans trop capter d'acide chlorhydrique, on est amené à recycler plus de 99% du liquide sortant de l'unité 2, de façon à amener la concentration en acide chlorhydrique dans le flux 104 à au moins 9% en poids, de préférence à au moins 12%.
Une très faible partie 106, représentant moins de 1% du débit de l'acide concentré 104, est évacuée en dehors du procédé, tandis que la partie 105 est renvoyée vers l'absorbeur 2. Il convient de noter que l'unité 2 combine les fonctions d'une trempe, ou quench, ainsi ' que d'un laveur.
Cette unité 2 pourra, par exemple, être un absorbeur à film tombant, un absorbeur à film grimpant, une colonne garnie, une gaine contenant des pulvérisateurs ou tout autre appareil permettant de combiner les fonctions de trempe et d' absorbeur. La purge 106 pourra être évacuée de manière continue du procédé, ou bien de manière semi- continue. Le processus de trempe consommant de l'eau, un appoint d'eau 103 est amené à cette unité 3 de façon à compenser 1 'évaporation réalisée par l'absorbeur 2. Cet appoint d'eau représente entre 6 et 15%, en masse, des gaz alimentés par 102.. Il dépend de l'humidité déjà présente dans les gaz et de leur température. Un bilan typique, donné uniquement à titre d'exemple non limitatif, est présenté ci-dessous.
Le débit de purge 106 est régulé de façon à maintenir une concentration d'acide chlorhydrique au moins égale à 9% en poids, tout en limitant la quantité présente dans ce flux à au plus 5% de la quantité d'acide présente dans les gaz 102.
Les gaz 107, épurés de la majeure partie de l'ammoniac, sont alimentés dans un ou plusieurs laveurs 3. Les gaz 108 épurés par ces laveurs sont rejetés à l'atmosphère par une cheminée 4. La purge 109, générée par les laveurs, est ensuite soit envoyée à un traitement d'eau, soit évaporée.
Le fait d'opérer l'unité 2, de façon à capter au plus 5% de l'acide chlorhydrique, permet d'obtenir une purge 109 qui contiendra toujours la majeure partie des chlorures et qui sera sensiblement débarrassée de l'azote minéral, usuellement présent sous forme d'ammoniac ou d'ions ammonium. Ainsi, le procédé de traitement de la purge 109, qui peut être un traitement d'eau, est grandement facilité du fait de la forte réduction de cet azote minéral . Le flux 106 contient l'ammoniac captée par l'unité 2, sous forme de chlorure d'ammonium. D'une manière optionnelle, non représentée sur la figure, cet ammoniac contenu dans cette purge 106 sera récupéré par exemple par desorption, ou stripping, après dilution et adjonction d'un alcali comme la soude ou la chaux, ou bien par échange d'ions après dilution, afin d'être retournée au four 1. Ceci améliore encore l'économie du système, réduisant de manière importante la quantité de réactif frais dirigé vers le four. Toujours d'une manière optionnelle, non représentée sur la figure, le flux 106 peut être renvoyé directement au four, de façon à y être incinéré avec les autres déchets brûlés par ce four.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d'épuration de gaz de combustion contenant de l'acide chlorhydrique et de l'ammoniac, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : on introduit (par 102) les gaz dans un absorbeur (2) , alimenté (par 105) par une solution concentrée d'acide chlorhydrique, dont la teneur est comprise entre 9 et 16% en poids, de préférence comprise entre 12 et 15% en poids ;
- on dirige vers l'absorbeur (2) une quantité d'eau d'appoint, représentant en poids de 6 à 15% des gaz introduits (par 102) , de manière à évaporer au moins partiellement cette eau d'appoint dans l'absorbeur ;
- on renvoie (par 105) au moins 99% des liquides sortant de l'absorbeur, vers l'entrée de cet absorbeur ; et
- on régule la purge (106) de l'absorbeur, afin qu'elle contienne une fraction comprise entre 1 et 5%, en poids, de l'acide chlorhydrique introduit (par 102) dans l'absorbeur (2), ainsi qu'une fraction supérieure à 80%, de préférence à 90%, en poids, de l'ammoniac introduit (par 102) dans l'absorbeur (2).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'absorbeur (2) est du type à film tombant, à film grimpant, par pulvérisation ou à garnissage.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2 , dans lequel on alimente une unité de desorption, ou stripping, au moyen de la purge (106) de l'absorbeur (2), après dilution et adjonction d'un alcali, et dans lequel l'ammoniac récupéré est renvoyé vers un four (1) .
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on alimente une unité d'échange d'ions au moyen de la purge (106) de l'absorbeur (2), après dilution et adjonction d'un alcali, et dans lequel l'ammoniac récupéré est renvoyé vers un four (1) .
5. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on renvoie la purge (106) de l'absorbeur directement vers un four, de manière à la brûler.
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