Dispositif et procédé de mesure d'une concentration de polluant dans des effluents gazeux
La présente invention concerne un dispositif détecteur d'une concentration de composés polluants dans un effluent gazeux, comprenant un indicateur de mesure.
Pour des mesures de rejet de polluants tels que des composés organiques volatils (COV) dans, des installations de peinture, par exemple, on utilise des moyens de contrôle FID (Flame Ionization Detector) ou PID (Photo-Ionization Detector). Les moyens FID utilisent de l'hydrogène comme comburant, ce qui nécessite l'emploi d'un local spécifique. Les moyens PID sont sans utilisation d'hydrogène, mais ne peuvent être utilisés que sur des effluents à température ambiante. Ces méthodes fournissent un indice équivalent d'une molécule mesurable par ces moyens de contrôle mais ne permettent pas d'obtenir directement une concentration massique réelle des émissions gazeuses de composés organiques volatils. Ces méthodes ne permettent donc pas d'effectuer des mesures continues, ni d'obtenir directement une concentration massique réelle de composés dans un effluent gazeux ou du taux de particules dans les effluents gazeux.
L'invention a pour objet, au vu de ce qui précède, de proposer une solution qui permette de mesurer en continu une concentration de polluant dans un échantillon d' effluent gazeux avec un faible coût de maintenance.
L'invention a pour objet, au vu de ce qui précède, de proposer une solution qui permette de mesurer en continu une concentration de polluant dans les effluents gazeux d'une installation industrielle complète, en maintenant les performances de mesure dans le temps.
L'invention a également pour objet de rendre plus précise, de faciliter et de rendre plus rapide la mesure d'une telle concentration de polluant.
L'invention a encore pour objet un dispositif de mesure d'entretien facile et rapide, de structure robuste et adaptable à tout type d'effluent gazeux, quels que soient sa température et son taux d'humidité.
Le dispositif de mesure selon l'invention permet de mesurer une concentration de composés polluants dans un effluent gazeux. Le dispositif comprend un indicateur de mesure, ainsi qu'un détecteur à semi-conducteur apte à analyser en continu un échantillon de mesure de l' effluent gazeux.
Selon unie autre caractéristique, le dispositif comprend des moyens pour maintenir la température de l'échantillon de mesure au-dessus du point de rosée.
Selon une autre caractéristique, les moyens pour maintenir la température de l'échantillon de mesure au-dessus du point de rosée comprennent une sonde de régulation de température, une résistance chauffante, un régulateur de température, et une enceinte calorifugée.
Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend des moyens de filtration de l'échantillon de mesure pour éliminer des particules solides présentes dans l'échantillon gazeux.
Selon une autre caractéristique, le dispositif détecteur à semi-conducteur comprend un circuit d'air de dilution, traité par du charbon actif, et des capillaires, maintenus en dépression par une trompe à air et placés en amont du détecteur à semi-conducteur .
Selon une autre caractéristique, le dispositif fait partie d'un dispositif de mesure d'une concentration de polluant dans des effluents gazeux s 'écoulant dans une pluralité de conduits
de circulation, comprenant des moyens de mesure et une pluralité de tuyères, raccordées aux conduits et associées à un moyen de dépression, chaque tuyère étant raccordée au dispositif détecteur à semi-conducteur par un conduit d'extraction commun et comporte une cartouche filtrante en métal fritte.
Selon une autre caractéristique, le moyen de dépression comporte une pompe à vide capable de maintenir un vide constant et un débit régulé sonique sur chaque tuyère, la pompe à vide étant reliée au conduit d'extraction commun.
Selon une autre caractéristique, chaque tuyère est raccordée sur un conduit de circulation de l'un des effluents gazeux par l'intermédiaire d'un évacuateur d'eau.
Selon une autre caractéristique, la pompe à vide est équipée d'un corps en acier inoxydable chauffé.
Selon une autre caractéristique, le procédé de mesure d'une concentration de composés polluants dans un effluent gazeux consiste en ce que l'on mesure en continu un effluent gazeux et que l'on utilise un dispositif détecteur à semi- conducteur.
Selon une autre caractéristique, la concentration en composés polluants mesurée est représentative de la concentration en composés organiques volatils dans l'échantillon gazeux. Selon une autre caractéristique, on prélève en continu une pluralité d'échantillons gazeux individuels, et on analyse en continu un effluent gazeux représentatif de l'ensemble des échantillons prélevés par un dispositif détecteur à semiconducteur. Selon une autre caractéristique, on maintient constant le débit de chaque prélèvement individuel, et on maintient chacun de ces débits proportionnel à la fraction du débit de l' effluent gazeux duquel provient l'échantillon considéré par rapport au
débit total de l'ensemble des effluents gazeux, pour que le courant gazeux analysé soit représentatif de l'ensemble des débits des effluents gazeux.
Selon une autre caractéristique, les composés organiques volatils de l'échantillon gazeux proviennent d'une installation industrielle de peinture.
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est un schéma synoptique d'un dispositif de mesure selon l'invention.
- la figure 2 est un schéma d'une tuyère de prélèvement et de son embase ou évacuateur d'eau. - et la figure 3 est un schéma synoptique d'un dispositif détecteur à semi-conducteur pouvant être utilisé dans un dispositif selon l'invention.
Selon un mode de réalisation de l'invention, sur la figure 1 , on a représenté l'architecture générale d'un dispositif de prélèvement multipoints, ici au nombre de neuf, pour la mesure en continu d'un taux de particules dans des effluents gazeux d'une installation industrielle, par exemple une installation de peinture. Avantageusement, différents conduits 1 peuvent être placés le long de l'installation de peinture en suivant le déplacement des objets traités. Sur chaque conduit 1 d'effluent gazeux 2 est montée une tuyère 3, de préférence une tuyère sonique, à cartouche filtrante en métal fritte, au moyen d'un évacuateur d'eau 4.
A titre de métal fritte, on peut utiliser en particulier de PINOX 316L ou un métal non oxydable, dans les conditions normales d'utilisation.
Chaque tuyère 3 est reliée par un conduit individuel 5 de faible perte de charge à un conduit d'extraction commun 6
de faible perte de charge, relié à une pompe à vide 7. Le refoulement de la pompe 7 est relié directement à un unique dispositif détecteur, par exemple un dispositif détecteur 8 à semi-conducteur par une sortie 9. La figure 2 représente une tuyère 3 du dispositif de prélèvement qui comprend un évacuateur d'eau 4 ou embase, montée sur un conduit 1 dans lequel s'écoule l' effluent gazeux 2. L' évacuateur d'eau 4 est fixé sur ce conduit 1 au moyen de son socle 10 qui comprend une ouverture 11 commune avec le conduit 1. L'évacuateur d'eau 4 comprend une surface plane 12 faisant un angle compris entre 45° et 60° avec l'axe du conduit 1 , et une ouverture circulaire 13 dans la surface plane 14, sur laquelle est fixée la tuyère 3. La tuyère 3 est fixée sur la surface plane 14 au moyen d'un socle 15, de plusieurs vis 16, et d'un joint d'étanchéité 17, son axe 18 faisant un angle d'environ 10° à 15° avec l'axe du conduit 1. Une enveloppe cylindrique 19 entoure la cartouche filtrante 20 en métal fritte, qui comporte un passage 20a et une paroi cylindrique en métal fritte 20b sur le pourtour cylindrique intérieur. L'enveloppe 19 est reliée à une enveloppe cylindrique 21 par une jonction 22. L'enveloppe cylindrique 21 entoure un étage de jonction 23. Une buse divergente 24 relie l'étage de jonction 23 à un conduit individuel 5.
Le dispositif détecteur 8 à semi-conducteur, visible sur la figure 1 est représenté plus en détail sur la figure 3, et comprend un détecteur 25, par exemple un détecteur à semiconducteur, par exemple du type NAP-11AS. Ce dispositif comprend une entrée 26 de l'échantillon, connectée à la sortie 9 de la pompe 7 (figure 1), un filtre 27 d'air d'échantillon, un capillaire 28 placé en amont du détecteur 25 reliant la sortie du filtre 27 à l'entrée du détecteur 25, et un capillaire 29 placé en amont du détecteur 25 reliant la sortie d'un filtre 30 d'air de dilution à l'entrée du détecteur 25. Il comprend également un
circuit de dilution 31 , et un filtre à charbon actif 32. Le dispositif détecteur 8 à semi-conducteur comprend en outre, une trompe à air 33 reliée au détecteur 25 ainsi qu'à un régulateur de pression 34. Le dispositif détecteur 8 comprend également une sonde de régulation de température 37 et une résistance chauffante 36 reliées à un régulateur de température 37 par des connexions non représentées, ainsi qu'une protection électrique 38, un indicateur de mesure 39 du taux de particules de l'échantillon, et une alimentation stabilisée 40. Le dispositif détecteur 8 est monté à l'intérieur d'une enceinte calorifugée 41.
En régime établi, sur chaque conduit 1 d'effluent gazeux 2, le système, composé d'une tuyère 3 sonique à cartouche filtrante en métal fritte et d'un évacuateur d'eau 4, permet d'extraire en continu un échantillon de cet effluent gazeux 2.
Une faible partie du courant gazeux 2 entre dans l'évacuateur d'eau 4 par l'ouverture 11 du socle 10, puis dans la cartouche filtrante 20 par l'ouverture 13. L'évacuateur d'eau 4 permet d'avoir un gaz extrait le moins humide possible. Les gouttelettes d'eau se condensent en effet au contact de la paroi inclinée 12. Le flux gazeux traverse ensuite le passage 20a de la cartouche filtrante 20, la couche 20b de métal fritte captant les particules dont l' effluent est chargé. Le flux gazeux traverse ensuite la buse divergente 24 avant de sortir par le conduit individuel 5. La buse 24 et la dépression créée en aval de la buse par la pompe 7 sont choisies de façon à maintenir un écoulement sonique dans la tuyère 3.
La cartouche filtrante 20 permet de filtrer les particules contenues dans le courant gazeux et contrairement aux filtres connus qui se colmatent en une durée de l'ordre de l'heure, celle-ci peut fonctionner sans se colmater durant des périodes bien plus longues, de l'ordre de 1 à 10 mois. Il est ainsi possible d'effectuer une mesure en continu.
Les flux extraits de chaque tuyère 3 arrivent dans leur conduit individuel 5 respectif, et se rejoignent dans le conduit d'extraction commun 6. La circulation des échantillons gazeux qui se mélangent est assurée par la pompe à vide 7. De préférence, la pompe 7 comporte un corps en acier inoxydable, de façon à ne pas être attaquée par des éléments corrosifs éventuels. Le corps de pompe est avantageusement chauffé pour limiter la condensation. En sortie 9 de la pompe à vide, l'échantillon représentatif de l'ensemble des rejets de l'installation industrielle est analysé par le dispositif 8 détecteur à semi-conducteur.
L'objectif de notre mode de réalisation est de mesurer en continu des concentrations de polluants, sensiblement différentes en amont et en aval de l'installation industrielle. L'échantillon d'analyse pénètre dans le dispositif de mesure 8 par l'entrée 26, et traverse le filtre 27 afin d'éliminer les particules présentes dans l'échantillon gazeux. La sortie du filtre 27 est calibrée et permet de réguler le débit dans le capillaire 28. Le filtre à charbon actif 32 permet de filtrer l'air du circuit de dilution 31 en retenant notamment les traces éventuelles de composé à analyser, afin de ne pas détériorer l'échantillon d'analyse. Les particules éventuellement présentes dans l'air de dilution sont éliminées par le filtre 30. La sortie du filtre 30 est calibrée et permet de réguler le débit dans le capillaire 29. Ces régulations de débits permettent de contrôler l'échantillon gazeux à analyser en maintenant un niveau de concentration prévu dans la gamme d'utilisation du détecteur à semi-conducteur 25.
La surface du détecteur à semi-conducteur 25 est recouverte d'une très fine couche d'oxydes métalliques sur un substrat de céramique. Lorsque l'échantillon arrive au contact de cette surface, il se produit une oxydation des gaz de l'échantillon qui dépend de la porosité et de la surface
d'échange du semi-conducteur. La résistance électrique du détecteur 25 varie en fonction de la quantité de molécules de composés organiques en contact avec le détecteur 25 et en fonction du type d'oxydes métalliques utilisés. La trompe à air 33 et le régulateur de pression 34 permettent de maintenir la dépression de la chambre du détecteur à semi-conducteur 25. La dépression réalisée dans la chambre du détecteur 25 permet de décontaminer le détecteur 25 lors de la baisse de concentration des composés organiques, et permet ainsi une durée de fonctionnement accrue. L'ensemble formé par la sonde de régulation de température 35, la résistance chauffante 36, le régulateur de température 37, et l'enceinte calorifugée 41 , permet de maintenir le dispositif à une température supérieure au point de rosée de l'échantillon, afin d'éviter une condensation partielle ou totale de l'échantillon gazeux à analyser.
Le dispositif 8 détecteur à semi-conducteur est alimenté électriquement par l'alimentation stabilisée 40, et protégée électriquement par la protection électrique 38. L'affichage du résultat d'analyse se fait sur l'indicateur d'analyse 39.
L'invention permet d'effectuer une analyse en continu d'une concentration de polluant dans des effluents gazeux, notamment d'une installation industrielle, sur un échantillon final représentatif de l'ensemble des rejets de la zone de production.
L'invention permet en outre de diminuer le nombre d'appareils de mesure, puisqu'on mesure un unique échantillon final représentatif, et donc de nettement diminuer les coûts de mesure. L'invention permet également d'obtenir un dispositif d'entretien facile et rapide, robuste, et adaptable à tout type d'effluent gazeux, quels que soient sa température et son taux d'humidité.
Les résultats de la concentration d'un mélange de composés organiques obtenus par un dispositif de mesure comprenant un détecteur à semi-conducteur suivent, sur une échelle de temps, la même évolution que les résultats obtenus avec un autre type d'analyseur plus précis, mais plus coûteux, tel qu'un analyseur par détection à ionisation de flamme. Le dispositif de mesure selon l'invention permet d'obtenir une variation de composés organiques tout en gardant un coût de maintenance faible. L'invention permet de mesurer en continu une concentration d'un mélange de composés dans un échantillon gazeux, en maintenant celui-ci au-dessus du point de rosée.
L'invention permet également d'obtenir une grande précision de mesure, en filtrant les particules de l'échantillon gazeux et de l'air du circuit de dilution, ainsi qu'en éliminant les éventuelles traces du composé à mesurer de l'air de dilution, tout en gardant un coût de maintenance faible.
On notera que le dispositif détecteur à semi-conducteur décrit pourrait être utilisé en association avec d'autres moyens d'extraction d'échantillons gazeux.