WO2017115025A1 - Installation de traitement de fumées et procédé de traitement des fumées au sein d'une telle installation - Google Patents

Installation de traitement de fumées et procédé de traitement des fumées au sein d'une telle installation Download PDF

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WO2017115025A1
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reagent
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lime
flue gas
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Thierry ALLEGRUCCI
Philippe Martineau
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Fives Solios Inc.
Fives Solios
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Definitions

  • the invention relates to the field of treatment of fumes from a combustion process, such as in a coal-fired boiler, or calcination, for example for the production of lime or cement.
  • a combustion process such as in a coal-fired boiler, or calcination, for example for the production of lime or cement.
  • These fumes contain pollutants at unacceptable levels, which can contribute to acid rain if they are released to the environment without prior treatment.
  • the invention relates to the desulfurization of fumes before their release into the atmosphere.
  • the fumes resulting from such a process may contain dusts, pollutant sulfur compounds, such as sulfur oxides (in particular SO 2 and SO 3 ), pollutant nitrogen compounds, such as nitrogen oxides ( NO x ), acids such as hydrofluoric acid (HF) or hydrochloric acid (HCl), or hydrocarbons.
  • pollutant sulfur compounds such as sulfur oxides (in particular SO 2 and SO 3 )
  • pollutant nitrogen compounds such as nitrogen oxides ( NO x )
  • acids such as hydrofluoric acid (HF) or hydrochloric acid (HCl)
  • hydrocarbons hydrocarbons
  • One difficulty is to be able to treat all the pollutants contained in the fumes, while they require treatment conditions that may be different.
  • the treatments used generally involve contacting the fumes with a reagent of the target pollutant to produce solid residues that can be separated from the gases.
  • lime processes which use lime in various forms, such as limestone (CaCO 3 ), quicklime (CaO) or slaked lime, also called hydrated lime (Ca (OH) ) 2 ).
  • limestone limestone
  • CaO quicklime
  • slaked lime also called hydrated lime (Ca (OH) ) 2
  • the lime reacts to form solid compounds such as calcium sulphites (CaSO 3 ) or calcium sulphates (CaSO 4 ).
  • the so-called wet way consists of putting lime, usually slaked lime, in the form of a liquid solution, by mixing it with water.
  • the liquid solution can then be sprayed in a reactor in which the fumes loaded with pollutant circulate.
  • the sulphites and sulphates formed are then found in liquid solution, which must be treated.
  • the wet way therefore implies a significant consumption of water, which must also be post-treated, which increases the costs of implementation.
  • the so-called dry route carried out at high temperature, around 900 ° C, consists in injecting lime powder form directly into the combustion chamber of a fluidized bed boiler. Water can be injected to promote the absorption of S0 2 . This process is not very efficient and requires a large excess of reagent which thus reduces the thermal balance of the boiler. It also leads to a high volume of residues that are not reusable.
  • EAD (“Enhanced Ail-Dry Process”) is an acid gas neutralization technology that uses hydrated lime as a reagent and allows efficient desulphurization by moistening recycled solids (salts and excess lime) in a front wet drum. their injection into a Venturi type reactor. The process is said to be semi dry, the humidification rate of recycled solids remains low to keep them in powder form for simple handling. The flow rate of the fresh lime feed is established according to the acid gas concentration at the inlet of the EAD and the desired gas neutralization efficiency. EP 0 182 706 describes this technology.
  • Fresh lime and recycled lime are stored in silos before being sent to the reactor.
  • the fresh lime is injected directly into the divergent reactor.
  • the recycled lime comes from the solid outlet of a bag filter of a gas / solid separation device downstream of the reactor, mixed with the salts produced in the reactor. This mixture is slightly moistened in a humidifying drum, with a maximum of 10% water relative to the weight of the solid, before being injected into the reactor at the Venturi neck.
  • the use of wet lime activates the reactions with the acid gases and thus promotes their capture in the reactor. It is important to note that moistened solids behave like a dry powdery product due to their low moisture content.
  • the recycled lime not only improves the efficiency of the process, but also makes the process more profitable by reducing the consumption of fresh lime fed to the reactor.
  • the moisture of the injected lime makes it possible to lower the temperature of the gases by evaporation of the layer of water around the lime particles.
  • the humidity By controlling the humidity, the drop in the temperature of the gases is controlled.
  • the moisture of the lime can not exceed a threshold beyond which it would no longer be in pulverulent form and cause clogging problems in the reactor.
  • the fumes contain several pollutants, including S0 2 and acids for which the lower the temperature, the higher the effectiveness of the neutralization is high. By Therefore, the humidity of the lime being limited, the reduction of the flue gas temperature is also limited, not allowing an optimal capture of all the pollutants.
  • the invention proposes a plant for treating flue gases from a combustion or calcination furnace, the fumes containing at least one pollutant for the environment, the installation comprising:
  • At least one flue gas cleaning reactor in which the fumes are brought into contact with at least one reagent with respect to the pollutant
  • At least one reagent supply system connected to the reactor to inject the reagent into the reactor at at least one reagent injection point, at least one reagent humidification drum connecting the reagent supply system to the reagent point of injection of the reagent into the reactor, the humidification rate being adapted to keep the reagent in powder form,
  • At least one water supply system connected to the reactor so as to inject water into the reactor at at least one water injection point.
  • the water injection point in the reactor is distinct from the reagent injection point and is located downstream of the reagent injection point in the flue gas flow direction in the reactor, so as to lower the temperature fumes in the reactor to optimize the capture of pollutants while limiting corrosion problems.
  • the installation also comprises a device for regulating the quantity of water injected into the reactor, at the point of water injection, downstream of the reagent injection point connected to a control and regulation system of the reactor. flue gas temperature at the outlet of the reactor, for regulating the quantity of water injected at the point of injection of water into the reactor.
  • the system for controlling and regulating the flue gas temperature at the outlet of the reactor may comprise, in particular, an outlet flue gas temperature sensor. reactor, a calculator and a controller for adjusting the amount of water injected at the point of injection of water into the reactor as a function of the temperature measured by the sensor and a determined target temperature.
  • the installation may further include a gas / solids separation device connected to the outlet of the cleaning reactor for separating the gases from the solid residues.
  • the reagent supply system then advantageously comprises a fresh reagent reservoir connected to a first reagent injection point in the reactor, and a solid residue recovery tank of a gas / solids separation device, the reservoir of recovery being connected to a second reagent injection point in the reactor.
  • the humidification drum connects the recovery tank to the second reagent injection point, the reagent of the fresh reagent tank being dry when it is injected into the reactor.
  • the water injection point in the reactor is in this case upstream of the two reagent injection points.
  • the inlet of the reactor comprises successively, in the flow direction of the fumes, a convergent, a neck and a divergent, forming a Venturi, the water injection point being located on the diverging, so that the fumes already in contact with the reagent are suitably mixed with the water injected at the point of water injection.
  • the water is sprayed at the point of water injection in the form of droplets, ensuring good contact between the water, the reagent and the pollutants.
  • the reagent comprises, for example, lime, which is particularly suitable for reaction with S0 2 , HF and HCl.
  • the invention proposes a method for treating flue gases from a combustion or calcination furnace, fumes containing at least one environmental pollutant, in an installation as presented above.
  • the method comprises in particular the following steps:
  • the step of regulating the injection of water into the reactor comprises: determining a target temperature for the flue gas leaving the reactor; the measurement of the flue gas temperature at the outlet of the reactor by a temperature sensor;
  • the determined target temperature is lower than a maximum operating temperature of the gas / solids separation device.
  • FIG. 1 shows schematically a flue gas treatment plant according to said embodiment of the invention
  • FIG. 2 schematically represents a system for controlling and regulating the flue gas temperature within the installation of FIG. 1.
  • a flue gas treatment plant 100 there is shown a flue gas treatment plant 100.
  • the fumes come for example from a combustion or calcination furnace, and are loaded with dust and various gaseous pollutants.
  • the fumes come from the production of lime, the pollutants of which are mainly sulfur dioxide (S0 2 ), hydrochloric acid (HCl) and hydrofluoric acid (HF).
  • S0 2 sulfur dioxide
  • HCl hydrochloric acid
  • HF hydrofluoric acid
  • Other pollutants may of course be present in the fumes.
  • the flue gas treatment plant 100 comprises a Venturi type cleaning reactor 2.
  • the inlet of the reactor 2, forming a Venturi comprises successively, in the flue gas flow direction, a convergent 5, a neck 4 and a divergent 3.
  • the reactor 2 is oriented vertically, the entry of fumes being lower than the outlet.
  • the fumes are brought into contact with a reagent from the divergent venturi of the reactor 2.
  • the installation 100 comprises a reagent supply system for injecting the reagent into the reactor 2 at at least one reagent injection point.
  • the reagent used is lime.
  • the reagent supply system comprises two reagent injection points. More specifically, the supply system comprises on the one hand a so-called fresh lime tank 24, that is to say which has not already been used, and which is connected to the reactor 2 at the divergent 3 by a fresh lime feed line at a first reagent injection point; and on the other hand a recycled lime circuit connected to the reactor 2 at the neck 4 by a lime feed pipe 20 recycled to a second reagent injection point.
  • the lime injected into the reactor 2 is hydrated lime and at least partly moistened.
  • the term "wetted" means that the reagent has been contacted with water in a controlled amount so that the reagent remains in powder form, and not in the form of a liquid.
  • the humidification rate is adapted so that the reagent behaves like a powder.
  • the humification rate is about 10% maximum on the total weight of the dry matter.
  • the recycled lime circuit further comprises a recovery tank 16, supplied with lime from a gas / solid separation device 8 as will be explained later.
  • the recovery tank 16 is connected to the inlet of a humidification drum 19 via a humidification pipe 17.
  • the drum 19 is supplied with water for example by an external source 26 by a pipe 21 of water.
  • the recycled lime in the drum 19 is humidified in a controlled manner, the humidification rate preferably not exceeding 10% on the total weight of the dry matter.
  • a valve 27 placed on the water pipe 21 makes it possible to adjust the quantity of water fed to the drum 19.
  • the humidification of the lime in the drum 19 is intended in particular to promote the contact of the pollutants with the active sites of the lime, that is to say the surface of the lime particles where the gaseous pollutants (HCI, S0 2 and HF in particular) interact with lime and undergo chemical reactions, thus forming the salts (CaSO 3 , CaCl 2 , CaF 2 ), and increase the neutralization efficiency of acid gases.
  • the fresh lime from the fresh lime tank 24 is not humidified and is injected dry into the reactor 2.
  • the recycled lime from the recycled lime feed line 20 previously moistened in the humidification drum 19 and the fresh lime from the fresh lime feed line are injected into the Reactor Venturi 2.
  • the lime humidification is controlled so that the lime behaves in powder form in the reactor 2.
  • the pollutant-laden fumes come into contact with the reagent in the Venturi of reactor 2.
  • the fumes entrain the lime and rise in the reactor 2, while reacting the fumes with the lime.
  • a purpose of the Venturi combined with the reactor 2 is not only to increase the velocity of the gases but also to adequately disperse the solid reagent in the reactor 2.
  • the gases at high speed, brake the solid particles of the reagent which are taken in the sense reverse of gases to rise in co-current suspended in the reactor 2.
  • the installation 100 further comprises a water supply system connected to the reactor 2 so as to inject water in a controlled amount into the reactor 2 at at least one water injection point.
  • the water supply system comprises a water line 6 connecting an external source of water, which is here, but not necessarily the same as that supplying the drum 19, to at least one nozzle 28, in practice a plurality of nozzles 28 for injecting water into the reactor 2.
  • the water injected into the cleaning reactor 2 at the point of water injection is clean water, that is, not mixed with a reagent.
  • the water injection point is located downstream of the lime injection points, both the first injection point and the second injection point.
  • the water supply system is further provided with a device 29 for regulating the quantity of water injected into the reactor 2 through the nozzles 28.
  • the water injection nozzles 28 are for example placed in the divergent 3 of the Venturi, downstream of the fresh lime injection point.
  • the fumes are already mixed with the solid particles of the reagent as they reach the nozzles 28, and the reagent, which has been wetted in the drum 19, has begun to react to form salts or other solid residues.
  • the nozzles 28 then spray water in a gas / solids mixture, which makes it possible to maintain a moderate humidification rate of the solid reagent and also makes it possible to prevent the solids from sticking to the walls inside the reactor. 2.
  • the water is sprayed in the form of droplets, to promote the capture of pollutants and their contact with the lime.
  • the water being injected after lime injection the risks of corrosion are limited. Indeed, the lime being an alkaline, it provides protection equipment against corrosion despite the presence of water.
  • the injection of additional water in a controlled amount downstream of the humidified lime injection makes it possible to provide an additional parameter in the temperature control, which offers advanced control over the reactions in the reactor.
  • the moistened lime can not exceed a humidification threshold beyond which it would no longer be in pulverulent form.
  • the amount of lime injected into the reactor 2 must remain around a set value so that the flue gas treatment process can be controlled. Therefore, the decrease in the temperature in the reactor 2 by the injection of moistened lime is limited.
  • the injection of water in a controlled amount after the lime injection always allows a small amount of evaporated water, so as to maintain a humidity of the fumes in the reactor 2 low enough to lower the temperature in a controlled manner without reaching the dew point, and while retaining the reagent in powder form.
  • the reactions in reactor 2 can be separated into two modes: the aqueous reaction mode and the dry reaction mode.
  • the aqueous reaction mode there is the evaporation of the water around the solid lime particles and, simultaneously, the absorption of the SO 2 in the water layer around the particles, the adsorption of the SO 2 on the active sites of lime and reaction with it.
  • the other acidic gases HF, HCl
  • the evaporation of the water is done through the contact of the hydrated hydrated lime with the hot fumes, which causes the increase of the humidity of the gases and the controlled lowering of the temperature of the gases.
  • the acid gases react with the lime and form as products the CaCl 2 , CaF 2 and CaSO 3 salts.
  • the reaction proceeds in the dry reaction mode.
  • the contact surface between the gases and the lime particles increases, so that the acid gases diffuse on the surface and in the pores of the particles.
  • the gases, adsorbed on the active sites of the lime react and form as products the salts already specified before.
  • the humidity in the mixture comprising the fumes and the lime being adjusted by the additional injection of water in a controlled amount, when the water injection point is sufficiently close to the lime injection point, the aqueous reaction mode is thereby prolonged in a controlled manner. Moisture favoring the solubility of the pollutants in the fumes, their adsorption by the lime is increased.
  • the injection of additional water is moreover advantageously regulated so as to reach the dry reaction mode at the latest on entry into the gas / solids separation device 8.
  • the regulation of the quantity of water injected by the nozzles 28 is determined from a measurement of the flue gas temperature at the outlet of the reactor, by means of a temperature sensor. Indeed, the sequence of reactions between the reagent and the smoke pollutants in the reactor can be verified by considering the outlet temperature of the reactor and comparing it to a determined target temperature:
  • the temperature at the outlet of the reactor is low, then the temperature drop has been too high, at the risk of reaching the dew point in the reactor.
  • the quantity of water injected by the nozzles 28 can then be lowered.
  • the determined target temperature is established taking into account the reactions expected in the reactor 2.
  • the installation 100 further comprises a system 101 for controlling and regulating the flue gas temperature at the outlet of the reactor 2.
  • the system 101 for controlling and regulating the flue gas temperature is connected to the device 29 for regulating the quantity of water, and comprises a flue gas temperature sensor 102 at the outlet of the reactor 2, preferably before entering a filter , for example a bag filter, the separation device 8 as will be explained later.
  • the control and regulation system 101 then comprises a computer 103 enabling, from the flue gas temperature at the outlet of the reactor 2, to determine the quantity of water to be injected into the reactor 2 in order to reach a determined target temperature.
  • the control and regulation system 101 then comprises a controller 104 which adjusts the quantity of water injected into the reactor 2 at the injection point to obtain the determined cooling of the fumes at the outlet of the reactor 2.
  • the installation may comprise a plurality of water injection points, disposed downstream of the injection point of the reagent, and distributed in the flue gas flow direction in the reactor 2.
  • Each injection point is connected the device 29 for regulating the amount of water injected into the reactor.
  • the aqueous reaction mode can be extended at each point of water injection, allowing a finer control of the flue gas temperature throughout their journey in the reactor, to achieve in particular a better treatment of the different pollutants in the water. fumes.
  • the regulation of the quantity of water injected into the reactor by the nozzles 28, after the injection of reagent, by the control and regulation system 101 also makes it possible to keep the temperature of the fumes away from their dew point; which limits the risk of condensation of fumes, corrosion of equipment and formation of a wet cake on the filter sleeves, that is to say, the accumulation of sticky solids which would make the cleaning of the filter sleeves 8 gas / solid separation device more difficult.
  • the present smoke treatment technology makes it possible to increase the efficiency and improve the pollutant neutralization process, in particular from three important parameters: the difference between the dew point and the flue gas temperature. the output of reactor 2 (the approach of saturation), the increase in the solubility of pollutants and consequently the adsorption of pollutants on lime particles.
  • the fumes to be treated have several pollutants for which the effective elimination is carried out at temperatures different from that of S0 2 .
  • the controlled cooling by the injection of water in controlled quantity after the injection of lime into the reactor 2 makes it possible to reach the temperatures required for a good neutralization reaction efficiency between the different pollutants and the lime.
  • the reactions that come into play here are those of the semi-dry way: the hydrated lime is moistened at a rate leaving it in powder form, which allows from its contact with the fumes to enter the aqueous reaction mode.
  • the aqueous reaction mode is then extended in a controlled manner by the injection of water downstream of the injection of the lime into the gases.
  • the salts of the neutralization reactions are produced, and the fumes containing a gas / solids mixture in suspension leave the reactor 2 via an outlet pipe 7 to be directed towards the gas separation device 8.
  • the gas / solids mixture comprises in particular the salts formed and the unreacted lime suspended in the flue gas.
  • the separation device 8 preferably comprises a bag filter, through which the gases pass, the solid residues being captured by the sleeves. The smoke, now clean, is thus separated from solids such as excess lime, salts formed and dust from the furnace or boiler.
  • the now purified fumes exit the filter 8 via a suction line 10, passing through a fan 1 1 to overcome the pressure drop experienced in the filter 8 and in the reactor 2. These gases are then directed to a stack 13 to from a final 12 pipe. Part of the clean fumes can be sent to the atmosphere through the outlet 14 of the chimney 13, while another part of the clean fumes is returned by a return line 15 and combined with the fumes coming out of the furnace in the pipe 1 of inlet, at the entrance of the reactor 2.
  • a regulating valve 15 ' can be used to regulate the amount of flue gas returned from the stack 13.
  • the purpose of this recirculation is in particular to maintain a minimum gas velocity in the neck 4 of the Venturi to prevent the solids fall to the fumes inlet elbow in the reactor 2 instead of mounting with the gases, which is particularly advantageous in the case where the flue gas flow in the inlet pipe 1 is weakened.
  • the solids retained in the filter 8 form a cake on the surface of the sleeves.
  • the quantity of water injected into the reactor 2 and the position of the water injection point in the reactor 2 are adapted so that the dry reaction mode is reached when the fumes enter the filter 8, so that the cake is dry.
  • the solids retained are the salts formed by the neutralization reaction in the reactor 2, the dust from the furnace or the boiler, and the still active lime particles.
  • the cake makes it possible to continue the neutralization reaction of the acid gases.
  • the filter sleeves 8 form an additional surface for the neutralization reaction, which further increases the efficiency of the process. About 80-95% of the reactions are in reactor 2 and the remainder is on the surface of the filter sleeves 8.
  • the bag filter 8 has a maximum operating temperature.
  • the temperature upstream of the filter 8 of the gas-solid mixture is an important parameter to control. Indeed, if the filter 8 operates at a temperature above that allowed, it may compromise the strength of the sleeves and thus the effectiveness of the filter.
  • the flue gas temperature control and regulation system can furthermore take into account the maximum operating temperature of the filter 8. It thus regulates the quantity of water injected into the reactor in order to maintain the temperature. fumes at the inlet of the filter 8 always lower than the maximum operating temperature of the filter 8.
  • the salts produced mixed with the excess lime are discharged through a discharge pipe 9 connected to the reservoir 16 recovery.
  • the recycled lime comprises a mixture of excess lime, the salts formed during the neutralization reactions and dust.
  • the recovery tank 16 comprises two outlets. The first output is connected, as previously seen, to the drum 19 by means of the humidification pipe 17.
  • the second outlet is connected to a silo 22 of waste via a surplus line 18, where the excess recycled lime is sent.
  • the waste leaving the silo 22 of waste via a pipe 23 is revaluated on the market.
  • the non-recycled part of the solids is thus discharged as a dry residue, which facilitates their reuse on the market.
  • the present installation 100 proceeds to treat the fumes in the reactor 2 by the semi-dry route, which uses a small amount of water just as needed.
  • the treatment process then makes it possible not to have liquid discharges or liquid effluents to be treated.
  • the present technology makes it possible to avoid excess equipment and a surplus of energy consumption. This is advantageous for the environment and for the process.
  • Another peculiarity of the installation 100 is the recycling, to the reactor 2, of the mixture containing excess lime and the salts resulting from the neutralization reactions.
  • One purpose of this recycling is to allow a better contact between the solid reagent and the pollutants, which maximizes the use of lime and improves the efficiency of the process.
  • the cake formed on the sleeves of the latter still has active lime particles. So, as long as the fumes reach filter 8, the pollutants continue to react with these lime particles.
  • the filter sleeves 8 form an additional surface for the neutralization reaction, which further increases the efficiency of the process.
  • the nozzles 28 are effective in cooling the gases to a more suitable temperature, but they also make it possible to increase the solubility of the gases and consequently the efficiency of the process.

Abstract

Installation de traitement de fumées et procédé de traitement des fumées au sein d'une telle installation Installation (100) de traitement de fumées issues d'un four de combustion ou de calcination, l'installation comprenant : − au moins un réacteur (2) de nettoyage des fumées, − au moins un système (16, 17, 20, 24, 25) d'approvisionnement d'un réactif connecté au réacteur (2) en au moins un point d'injection de réactif, − au moins un tambour (19) d'humidification du réactif reliant le système (16, 17, 20, 24, 25) d'approvisionnement en réactif au point d'injection du réactif dans le réacteur (2), − au moins un système d'approvisionnement (26, 6) en eau connecté au réacteur en au moins un point d'injection d'eau; le point d'injection d'eau dans le réacteur (2) étant distinct du point d'injection de réactif et étant situé en aval du point d'injection de réactif.

Description

Installation de traitement de fumées et procédé de traitement des fumées au sein d'une telle installation
L'invention concerne le domaine du traitement des fumées issues d'un procédé de combustion, comme dans une chaudière au charbon, ou de calcination, par exemple pour la production de chaux ou de ciment. Ces fumées contiennent des polluants à des taux non acceptables, pouvant contribuer aux pluies acides si elles sont libérées à l'environnement sans traitement préalable. En particulier, l'invention concerne la désulfuration des fumées avant leur rejet dans l'atmosphère.
Les fumées issues d'un tel procédé peuvent contenir des poussières, des composés polluants du soufre, tels que les oxydes de soufre (notamment S02 et S03), des composés polluants de l'azote, tels que les oxydes d'azote (NOx), des acides, tels que l'acide fluorhydrique (HF) ou l'acide chlorhydrique (HCI), ou encore des hydrocarbures. Le traitement de ces fumées doit permettre de baisser, pour l'ensemble des polluants, les taux à des niveaux acceptables avant d'être rejetées dans l'environnement.
Une difficulté est de pouvoir traiter tous les polluants contenus dans les fumées, alors qu'ils requièrent des conditions de traitement qui peuvent être différentes. Les traitements mis en œuvre impliquent de manière générale la mise en contact des fumées avec un réactif du polluant visé pour produire des résidus solides qui peuvent être séparés des gaz. Ainsi, il est connu de traiter les polluants séparément, en série, pour ajuster à chaque polluant les conditions optimales de traitement.
Jusqu'à présent, plusieurs technologies ont été employées pour la désulfuration des gaz. Toutefois, ces technologies n'ont pas été prouvées très efficaces soit au niveau de l'efficacité de neutralisation du S02, soit au niveau de la consommation du réactif, soit encore au niveau de la quantité de résidus et de leur mise en valeur dans le marché.
Parmi ces technologies, on peut citer les procédés à la chaux, qui utilisent la chaux sous différentes formes, notamment sous forme de calcaire (CaC03), de chaux vive (CaO) ou de chaux éteinte, également appelée chaux hydratée (Ca(OH)2). En effet, au contact des oxydes de soufre, la chaux réagit pour former des composés solides tels que les sulfites de calcium (CaS03) ou les sulfates de calcium (CaS04).
Plusieurs voies employant la chaux ont été développées.
La voie dite humide consiste à mettre de la chaux, généralement de la chaux éteinte, sous forme de solution liquide, en la mélangeant avec de l'eau. La solution liquide peut alors être pulvérisée dans un réacteur dans lequel les fumées chargées en polluant circulent. Les sulfites et les sulfates formés se retrouvent alors en solution liquide, qui doit être traitée. La voie humide implique donc une consommation importante d'eau, laquelle doit en plus être post-traitée, ce qui augmente les coûts de mise en œuvre.
La voie dite sèche, réalisée à haute température, aux alentours de 900 'C, consiste à injecter la chaux sous forme pulvérulente directement dans le foyer de combustion d'une chaudière à lit fluidisé. De l'eau peut être injectée afin de favoriser l'absorption du S02. Ce procédé n'est pas très efficace et requiert un fort excédent de réactif qui réduit par le fait même le bilan thermique de la chaudière. Il conduit également à un volume élevé de résidus qui ne sont pas réutilisables.
Une autre voie est celle dite semi-humide, dans lequel on procède à l'injection d'un lait de chaux dans un réacteur ou dans une tour de conditionnement. Dans ce procédé, les gaz doivent être refroidis à une très basse température (15 à 20°C au-dessus du point de rosée) afin d'obtenir un rendement de désulfuration important, ce qui implique que la quantité d'eau en proportion de la chaux doit être élevée. Cependant, le faible écart de température avec la température de rosée implique des risques élevés de condensation des gaz, favorisant la corrosion. En outre, la quantité d'eau doit être contrôlée avec précision pour limiter les risques de colmatage et la production d'effluents liquides, comme pour la voie humide, dont le traitement est coûteux. De plus, l'utilisation d'un lait de chaux est très contraignante du point de vue maintenance et conduit à une abrasion rapide des composants du système de pulvérisation du lait de chaux.
Le document US 8,518,353 décrit un exemple de mise en œuvre d'un procédé de nettoyage des fumées dans lequel les particules de réactif en même temps que des gouttelettes d'eau sont vaporisées dans un réacteur pour être mises en contact avec des fumées polluées. Les gouttelettes d'eau forment sur la surface des particules de réactif une interface liquide pour l'absorption des polluants par le réactif. Lorsque toute l'eau s'est évaporée, la réaction entre les polluants et le réactif s'arrête. Le réactif peut être sous forme de poudre de chaux hydratée - il s'agit alors de la voie sèche - ou sous forme d'un mélange visqueux - il s'agit alors de la voie humide ou semi-humide.
L'EAD (« Enhanced Ail-Dry process ») est une technologie de neutralisation des gaz acides utilisant la chaux hydratée comme réactif et permettant une désulfuration efficace grâce à l'humidification des solides recyclés (sels et chaux excédentaire) dans un tambour mouilleur avant leur injection dans un réacteur de type Venturi. Le procédé est dit semi- sec, le taux d'humidification des solides recyclés restant faible pour les garder sous forme pulvérulente pour une manutention simple. Le débit de l'alimentation en chaux fraîche est établi en fonction de la concentration des gaz acides à l'entrée de l'EAD et de l'efficacité de neutralisation des gaz recherchée. Le document EP 0 182 706 décrit cette technologie.
Dans la technologie EAD, les fumées acides provenant de fours ou de chaudières sont dirigées dans le réacteur où elles rentrent en contact direct à co-courant avec de la chaux hydratée. Dans le réacteur, les polluants réagissent immédiatement au contact de la chaux en suspension provoquant leur neutralisation et formant des sels comme produits des réactions (par exemple CaCI2, CaF2, CaS03). Le Venturi à l'entrée du réacteur permet d'augmenter la vitesse des gaz pour que les solides ne retombent pas dans le coude à l'entrée du réacteur, mais aussi pour qu'ils montent avec les gaz en suspension ce qui assure la dispersion des solides dans le réacteur et évite des zones mortes.
La chaux fraîche et la chaux recyclée sont stockées dans des silos avant d'être dirigées vers le réacteur. La chaux fraîche est injectée directement dans le divergent du réacteur. Quant à la chaux recyclée, cette dernière provient de la sortie solide d'un filtre à manches d'un dispositif de séparation gaz/solides en aval du réacteur, mélangée avec les sels produits dans le réacteur. Ce mélange est légèrement humidifié dans un tambour humidificateur, avec un maximum de 10% d'eau par rapport au poids du solide, avant d'être injecté dans le réacteur au col du Venturi. L'utilisation de la chaux humidifiée active les réactions avec les gaz acides et favorise ainsi leur capture dans le réacteur. Il est important de remarquer que les solides humidifiés se comportent comme un produit pulvérulent sec dû à leur faible taux d'humidité. La chaux recyclée permet non seulement d'améliorer l'efficacité du procédé, mais aussi de rendre le procédé plus rentable en diminuant la consommation de chaux fraîche alimentée au réacteur.
Si cette technologie permet de traiter les fumées, son efficacité est limitée par plusieurs facteurs.
Notamment, l'humidité de la chaux injectée permet d'abaisser la température des gaz par l'évaporation de la couche d'eau autour des particules de chaux. En contrôlant le taux d'humidité, la baisse de la température des gaz est contrôlée. Cependant, l'humidité de la chaux ne peut pas dépasser un seuil au-delà duquel elle ne serait plus sous forme pulvérulente et occasionnerait des problèmes de colmatage dans le réacteur. De plus, les fumées contiennent plusieurs polluants, et notamment du S02 et des acides pour lesquels plus la température est basse, plus l'efficacité de la neutralisation est élevée. Par conséquent, l'humidité de la chaux étant limitée, la baisse de la température des fumées est également limitée, ne permettant pas une capture optimale de tous les polluants.
Il est connu d'humidifier les fumées avant qu'elles n'entrent dans le réacteur afin de baisser leur température. Toutefois, l'eau en contact avec les polluants dans les fumées favorise la condensation des acides, voire la formation d'autres espèces acides, engendrant de lourds problèmes de corrosion des équipements, et notamment dans le réacteur. Ainsi, l'eau doit être injectée de telle manière qu'elle est totalement évaporée une fois que les fumées entrent dans le réacteur.
Par conséquent, il existe un besoin pour améliorer le traitement des fumées tout en surmontant notamment les inconvénients précités.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose une installation de traitement de fumées issues d'un four de combustion ou de calcination, les fumées contenant au moins un polluant pour l'environnement, l'installation comprenant :
au moins un réacteur de nettoyage des fumées au sein duquel les fumées sont mises en contact avec au moins un réactif vis-à-vis du polluant,
au moins un système d'approvisionnement du réactif connecté au réacteur de manière à injecter le réactif dans le réacteur en au moins un point d'injection de réactif, au moins un tambour d'humidification du réactif reliant le système d'approvisionnement en réactif au point d'injection du réactif dans le réacteur, le taux d'humidification étant adapté pour conserver le réactif sous une forme pulvérulente,
au moins un système d'approvisionnement en eau connecté au réacteur de manière à injecter de l'eau dans le réacteur en au moins un point d'injection d'eau.
Le point d'injection d'eau dans le réacteur est distinct du point d'injection de réactif et est situé en aval du point d'injection de réactif dans le sens d'écoulement des fumées dans le réacteur, de manière à baisser la température des fumées dans le réacteur pour optimiser la capture des polluants tout en limitant les problèmes de corrosion.
L'installation comprend en outre un dispositif de régulation de la quantité d'eau injectée dans le réacteur, au point d'injection d'eau, en aval du point d'injection de réactif relié à un système de contrôle et de régulation de la température des fumées à la sortie du réacteur, pour réguler la quantité d'eau injectée au point d'injection d'eau dans le réacteur.
Le système de contrôle et de régulation de la température des fumées à la sortie du réacteur peut comporter notamment un capteur de température des fumées en sortie du réacteur, un calculateur et un contrôleur pour ajuster la quantité d'eau injectée au point d'injection d'eau dans le réacteur en fonction de la température mesurée par le capteur et d'une température cible déterminée. Ainsi, connaissant la température des fumées en sortie du réacteur, il est possible d'en déduire la température des fumées dans le réacteur et donc les réactions qui ont eu lieu dans le réacteur entre le réactif et les fumées. Une boucle de contrôle sur la température en sortie du réacteur par la quantité d'eau injectée dans le réacteur peut ainsi être effectuée.
L'installation peut en outre comprendre un dispositif de séparation gaz/solides connecté à la sortie du réacteur de nettoyage pour séparer les gaz des résidus solides. Le système d'approvisionnement du réactif comprend alors avantageusement un réservoir de réactif frais connecté à un premier point d'injection de réactif dans le réacteur, et un réservoir de récupération des résidus solides d'un dispositif de séparation gaz/solides, le réservoir de récupération étant connecté à un deuxième point d'injection de réactif dans le réacteur. Ainsi, le réactif est recyclé en étant réinjecté dans le réacteur, ce qui permet d'optimiser l'utilisation du réactif. Dès lors, selon un mode de réalisation, le tambour d'humidification relie le réservoir de récupération au deuxième point d'injection de réactif, le réactif du réservoir de réactif frais étant sec lors de son injection dans le réacteur. Le point d'injection d'eau dans le réacteur est dans ce cas en amont des deux points d'injection de réactif.
Selon un mode de réalisation, l'entrée du réacteur comprend successivement, dans le sens d'écoulement des fumées, un convergent, un col et un divergent, formant un Venturi, le point d'injection d'eau étant situé sur le divergent, de sorte que les fumées déjà en contact avec le réactif sont mélangées de manière adéquate à l'eau injectée au point d'injection d'eau.
De préférence, l'eau est pulvérisée au point d'injection d'eau sous forme de gouttelettes, assurant une bonne mise en contact entre l'eau, le réactif, et les polluants.
Le réactif comprend par exemple de la chaux, particulièrement adaptée à la réaction avec le S02, le HF et le HCI.
Selon un deuxième aspect, l'invention propose un procédé de traitement de fumées issues d'un four de combustion ou de calcination, les fumées contenant au moins un polluant pour l'environnement, dans une installation telle que présentée ci-dessus. Le procédé comprend notamment les étapes suivantes :
l'humidification au moins en partie d'un réactif vis-à-vis du polluant ; l'injection du réactif au moins en partie humidifié dans le réacteur ;
la mise en contact dans le réacteur des fumées avec le réactif au moins en partie humidifié ;
l'injection d'eau dans le réacteur après la mise en contact des fumées avec le réactif ; et
la régulation de l'injection d'eau dans le réacteur par le système de contrôle et de régulation de la température des fumées à la sortie du réacteur.
Avantageusement, l'étape de régulation de l'injection d'eau dans le réacteur comprend : la détermination d'une température cible pour les fumées en sortie du réacteur ; - la mesure de la température des fumées en sortie du réacteur par un capteur de température ;
la régulation de la quantité d'eau injectée en fonction de l'écart entre la température cible déterminée et la température mesurée par le capteur.
Lorsque l'installation comprend de plus un dispositif de séparation gaz/solides connecté à la sortie du réacteur de nettoyage pour séparer les gaz des résidus solides, la température cible déterminée est inférieure à une température maximale d'opération du dispositif de séparation gaz/solides.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation de l'invention accompagnée des figures sur lesquelles :
- la figure 1 représente de manière schématique une installation de traitement des fumées selon ledit mode de réalisation de l'invention ;
la figure 2 représente de manière schématique un système de contrôle et de régulation de la température des fumées au sein de l'installation de la figure 1 .
Sur la figure 1 , il est représenté une installation 100 de traitement des fumées. Les fumées proviennent par exemple d'un four de combustion ou de calcination, et sont chargées en poussières et polluants gazeux divers. Selon le mode de réalisation présenté ici, les fumées proviennent de la production de chaux, dont les polluants sont principalement le dioxyde de soufre (S02), l'acide chlorhydrique (HCI) et l'acide fluorhydrique (HF). D'autres polluants peuvent bien entendu être présents dans les fumées.
L'installation 100 de traitement des fumées comprend un réacteur 2 de nettoyage de type Venturi. Une conduite 1 d'entrée, par laquelle passe les fumées, relie la sortie du four et l'entrée du réacteur 2. L'entrée du réacteur 2, formant un Venturi, comprend successivement, dans le sens de circulation des fumées, un convergent 5, un col 4 et un divergent 3. Le réacteur 2 est orienté verticalement, l'entrée des fumées étant plus basse que la sortie.
Les fumées sont mises en contact avec un réactif dès le divergent du Venturi du réacteur 2.
A cet effet, l'installation 100 comprend un système d'approvisionnement de réactif permettant d'injecter le réactif dans le réacteur 2 en au moins un point d'injection de réactif. Selon l'exemple présenté ici, le réactif utilisé est de la chaux.
Selon le mode de réalisation présenté ici, le système d'approvisionnement de réactif comprend deux points d'injection de réactif. Plus précisément, le système d'approvisionnement comprend d'une part un réservoir 24 de chaux dite fraîche, c'est-à- dire qui n'a pas déjà été utilisée, et qui est connecté au réacteur 2 au niveau du divergent 3 par une conduite 25 d'alimentation en chaux fraîche en un premier point d'injection de réactif ; et d'autre part un circuit de chaux recyclée connecté au réacteur 2 au niveau du col 4 par une conduite 20 d'alimentation en chaux recyclée en un deuxième point d'injection de réactif.
La chaux injectée dans le réacteur 2 est de la chaux hydratée et au moins en partie humidifiée.
Dans ce qui suit, le terme « humidifié » signifie que le réactif a été mis en contact avec de l'eau en quantité contrôlée pour que le réactif demeure sous forme pulvérulente, et non sous forme d'un liquide. En d'autres termes, le taux d'humidification est adapté pour que le réactif se comporte comme une poudre. Lorsque le réactif est de la chaux hydratée, le taux d'humification est d'environ 10% au maximum sur la totalité en poids de la matière sèche.
Plus précisément, selon le mode de réalisation présenté ici, le circuit de chaux recyclée comprend en outre un réservoir 16 de récupération, alimenté en chaux à partir d'un dispositif 8 de séparation gaz/solides comme cela sera explicité plus loin. Le réservoir 16 de récupération est connecté à l'entrée d'un tambour 19 d'humidification par une conduite 17 d'humidification. Le tambour 19 est alimenté en eau par exemple par une source 26 extérieure par une conduite 21 d'eau. La chaux recyclée dans le tambour 19 est humidifiée de manière contrôlée, le taux d'humidification ne dépassant de préférence pas 10% sur la totalité en poids de la matière sèche. Par exemple, une valve 27 placée sur la conduite 21 d'eau permet de régler la quantité d'eau alimentée au tambour 19. L'humidification de la chaux dans le tambour 19 a notamment pour but de favoriser la mise en contact des polluants avec les sites actifs de la chaux, c'est-à-dire la surface des particules de chaux où les polluants gazeux (HCI, S02 et HF notamment) interagissent avec la chaux et subissent les réactions chimiques, en formant ainsi les sels (CaS03, CaCI2, CaF2), et d'augmenter l'efficacité de neutralisation des gaz acides.
De préférence, la chaux fraîche, du réservoir 24 de chaux fraîche, n'est pas humidifiée, et est injectée sèche dans le réacteur 2.
Ainsi, simultanément, la chaux recyclée, provenant de la conduite 20 d'alimentation en chaux recyclée et préalablement humidifiée dans le tambour d'humidification 19, et la chaux fraîche provenant de la conduite 25 d'alimentation en chaux fraîche, sont injectées dans le Venturi du réacteur 2. L'humidification de la chaux est contrôlée de sorte que la chaux se comporte sous forme pulvérulente dans le réacteur 2.
Les fumées chargées en polluants entrent en contact avec le réactif dans le Venturi du réacteur 2. Les fumées entraînent la chaux et montent dans le réacteur 2, tout en faisant réagir les fumées avec la chaux. Un but du Venturi combiné avec le réacteur 2 est non seulement d'augmenter la vitesse des gaz mais aussi de disperser adéquatement le réactif solide dans le réacteur 2. Les gaz, à haute vitesse, freinent les particules solides du réactif qui sont reprises en sens inverse des gaz pour monter à co-courant en suspension dans le réacteur 2.
L'installation 100 comprend de plus un système d'approvisionnement en eau connecté au réacteur 2 de manière à injecter de l'eau en quantité régulée dans le réacteur 2 en au moins un point d'injection d'eau. Plus précisément, le système d'approvisionnement en eau comprend une conduite 6 d'eau reliant une source 26 extérieure d'eau, qui est ici, mais non nécessairement, la même que celle alimentant le tambour 19, à au moins une buse 28, en pratique une pluralité de buses 28, d'injection d'eau dans le réacteur 2. L'eau injectée dans le réacteur 2 de nettoyage au point d'injection d'eau est de l'eau dite propre, c'est-à-dire non mélangée à un réactif.
Le point d'injection d'eau est situé en aval des points d'injection de chaux, aussi bien du premier point d'injection que du deuxième.
Le système d'approvisionnement en eau est en outre muni d'un dispositif 29 de régulation de la quantité d'eau injectée dans le réacteur 2 par les buses 28.
Ainsi, les buses 28 d'injection d'eau sont par exemple placées dans le divergent 3 du Venturi, en aval du point d'injection de chaux fraîche. Les fumées sont donc déjà mélangées aux particules solides du réactif lorsqu'elles atteignent les buses 28, et le réactif, qui a été humidifié dans le tambour 19, a commencé à réagir pour former des sels ou autres résidus solides. Les buses 28 pulvérisent alors de l'eau dans un mélange gaz/solides, ce qui permet de conserver un taux d'humidification modéré du réactif solide et permet aussi d'éviter que les solides se collent sur les parois à l'intérieur du réacteur 2. De préférence, l'eau est pulvérisée sous forme de gouttelettes, pour favoriser la capture des polluants et leur mise en contact avec la chaux.
De plus, l'eau étant injectée après l'injection de chaux, les risques de corrosion sont limités. En effet, la chaux étant un alcalin, elle assure une protection des équipements contre la corrosion malgré la présence d'eau.
L'injection d'eau supplémentaire en quantité régulée en aval de l'injection de chaux humidifiée permet d'apporter un paramètre supplémentaire dans le contrôle de la température, ce qui offre un contrôle avancé sur les réactions dans le réacteur. En effet, la chaux humidifiée ne peut pas dépasser un seuil d'humidification au-delà duquel elle ne serait plus sous forme pulvérulente. En outre, la quantité de chaux injectée dans le réacteur 2 doit rester aux alentours d'une valeur consigne afin que le procédé de traitement des fumées puisse être contrôlé. Par conséquent, la baisse de la température dans le réacteur 2 par l'injection de chaux humidifiée est limitée. En injectant de plus de l'eau en aval de l'injection de chaux, en quantité contrôlée en fonction de la température dans le réacteur grâce au dispositif de régulation, il est créé un paramètre supplémentaire pour le contrôle de la température dans le réacteur 2.
Ainsi, l'injection d'eau en quantité régulée après l'injection de chaux permet de toujours avoir une faible quantité d'eau évaporée, de manière à conserver un taux d'humidité des fumées dans le réacteur 2 suffisamment bas pour abaisser la température de manière contrôlée sans atteindre le point de rosée, et tout en conservant le réactif sous forme pulvérulente.
Plus précisément, les réactions dans le réacteur 2 peuvent être séparées en deux modes : le mode réactionnel aqueux et le mode réactionnel sec. Durant le mode réactionnel aqueux, il y a l'évaporation de l'eau autour des particules solides de chaux et, simultanément, l'absorption du S02 dans la couche d'eau autour des particules, l'adsorption du S02 sur les sites actifs de la chaux et réaction avec cette dernière. Il est important de remarquer que les autres gaz acides (H F, HCI) passent par le même mécanisme que le S02, à des températures qui peuvent toutefois être différentes L'évaporation de l'eau se fait grâce au contact de la chaux hydratée humidifiée avec les fumées chaudes, ce qui provoque l'augmentation de l'humidité des gaz et l'abaissement contrôlé de la température des gaz. Les gaz, alors plus humides au contact avec la chaux hydratée humidifiée, sont plus solubles et ils sont ainsi adsorbés sur les sites actifs de la chaux. Les gaz acides réagissent avec la chaux et forment comme produits les sels CaCI2, CaF2, CaS03. Lorsque la quantité d'eau ne suffit plus à couvrir les particules de chaux, la réaction se déroule dans le mode réactionnel sec. Ainsi, la surface de contact entre les gaz et les particules de chaux augmente, de sorte que les gaz acides se diffusent sur la surface et dans les pores des particules. Les gaz, adsorbés sur les sites actifs de la chaux, réagissent et forment comme produits les sels déjà spécifiés auparavant.
L'humidité dans le mélange comprenant les fumées et la chaux étant ajustée par l'injection supplémentaire d'eau en quantité régulée, lorsque le point d'injection d'eau est suffisamment proche du point d'injection de chaux, le mode réactionnel aqueux s'en trouve prolongé de manière contrôlée. L'humidité favorisant la solubilité des polluants dans les fumées, leur adsorption par la chaux s'en trouve augmentée. L'injection d'eau supplémentaire est par ailleurs avantageusement régulée de manière à atteindre le mode réactionnel sec au plus tard à l'entrée dans le dispositif 8 de séparation gaz/solides.
La régulation de la quantité d'eau injectée par les buses 28 est déterminée à partir d'une mesure de la température des fumées en sortie du réacteur, au moyen d'un capteur de température. En effet, l'enchaînement des réactions entre le réactif et les polluants des fumées dans le réacteur peut être vérifié en considérant la température en sortie du réacteur et en la comparant à une température cible déterminée :
si la température en sortie du réacteur est trop élevée, alors la baisse de température n'a pas été suffisante, et l'adsorption des polluants par le réactif a été insuffisante. La quantité d'eau injectée par les buses peut alors être augmentée ;
si la température en sortie du réacteur est basse, alors la baisse de la température a été trop importante, au risque d'atteindre le point de rosée dans le réacteur. La quantité d'eau injectée par les buses 28 peut alors être baissée.
En d'autres termes, la température cible déterminée est établie en tenant compte des réactions attendues dans le réacteur 2.
A cet effet, l'installation 100 comprend de plus un système 101 de contrôle et de régulation de la température des fumées à la sortie du réacteur 2. Plus précisément, le système 101 de contrôle et de régulation de la température des fumées est connecté au dispositif 29 de régulation de la quantité d'eau, et comprend un capteur 102 de température des fumées en sortie du réacteur 2, de préférence avant l'entrée dans un filtre, par exemple un filtre à manches, du dispositif 8 de séparation comme cela sera explicité plus loin. Le système 101 de contrôle et de régulation comprend alors un calculateur 103 permettant, à partir de la température des fumées en sortie du réacteur 2, de déterminer la quantité d'eau à injecter dans le réacteur 2 pour atteindre en sortie une température cible déterminée. Le système 101 de contrôle et de régulation comprend alors un contrôleur 104 qui ajuste la quantité d'eau injectée dans le réacteur 2 au point d'injection pour obtenir le refroidissement déterminé des fumées en sortie du réacteur 2.
Eventuellement, l'installation peut comprendre une pluralité de points d'injection d'eau, disposés en aval du point d'injection du réactif, et répartis dans le sens de circulation des fumées dans le réacteur 2. Chaque point d'injection est relié au dispositif 29 de régulation de la quantité d'eau injectée dans le réacteur. Ainsi, le mode réactionnel aqueux peut être prolongé à chaque point d'injection d'eau, permettant un contrôle plus fin de la température des fumées tout au long de leur parcours dans le réacteur, pour réaliser notamment un meilleur traitement des différents polluants dans les fumées.
La régulation de la quantité d'eau injectée dans le réacteur par les buses 28, après l'injection de réactif, par le système 101 de contrôle et de régulation permet de plus de garder la température des fumées éloignées de leur point de rosée, ce qui limite les risques de condensation des fumées, de corrosion des équipements et de formation d'un gâteau humide sur les manches du filtre, c'est-à-dire, l'accumulation des solides collants qui rendrait le nettoyage des manches du filtre du dispositif 8 de séparation gaz/solides plus difficile. De ce fait, la présente technologie de traitement des fumées permet d'augmenter l'efficacité et d'améliorer le processus de neutralisation des polluants à partir notamment de trois paramètres importants : l'écart entre la température de rosée et la température des fumées à la sortie du réacteur 2 (l'approche de la saturation), l'augmentation de la solubilité des polluants et par conséquence l'adsorption des polluants sur les particules de chaux.
II est ainsi possible de traiter plusieurs polluants dans un seul réacteur 2 en même temps, même si les conditions de traitement varient en fonction du type de polluant. Notamment, les fumées à traiter possèdent plusieurs polluants pour lesquels l'élimination efficace est réalisée à des températures différentes de celle du S02. De ce fait, grâce au contrôle du taux d'humidité de la chaux et au refroidissement contrôlé des fumées par l'injection en un point, voire une pluralité de points, d'injection d'eau en aval du point d'injection de réactif il est possible de diminuer significativement la concentration de ces polluants dans les fumées. En d'autres termes, le refroidissement contrôlé par l'injection d'eau en quantité contrôlée après l'injection de chaux dans le réacteur 2 permet d'atteindre les températures requises pour un bon rendement de réaction de neutralisation entre les différents polluants et la chaux.
Il est important de noter ici que les réactions qui entrent en jeu ici sont celles de la voie semi-sèche : la chaux hydratée est humidifiée à un taux la laissant sous forme pulvérulente, ce qui permet dès son contact avec les fumées d'entrer dans le mode réactionnel aqueux. Le mode réactionnel aqueux est ensuite prolongé de manière contrôlée par l'injection d'eau en aval de l'injection de la chaux dans les gaz.
Lors du contact des fumées avec le réactif, les sels des réactions de neutralisation sont produits, et les fumées contenant un mélange gaz/solides en suspension sortent du réacteur 2 par une conduite 7 de sortie pour être dirigées vers le dispositif 8 de séparation gaz/solides. Le mélange gaz/solides comprend notamment les sels formés et la chaux non-réagie en suspension dans le gaz des fumées. Le dispositif 8 de séparation comprend de préférence un filtre à manches, au travers desquels les gaz passent, les résidus solides étant capturés par les manches. Les fumées, maintenant propres, sont ainsi séparées des solides comme la chaux en excès, les sels formés et les poussières provenant du four ou de la chaudière.
Les fumées maintenant purifiées sortent du filtre 8 par une conduite 10 d'aspiration, en passant par un ventilateur 1 1 pour surmonter la perte de charge subie dans le filtre 8 et dans le réacteur 2. Ces gaz sont ensuite dirigés vers une cheminée 13 à partir d'une conduite 12 finale. Une partie des fumées propres peut être envoyée à l'atmosphère par la sortie 14 de la cheminée 13, tandis qu'une autre partie des fumées propres est renvoyée par une conduite 15 de renvoi et combinée aux fumées sortant du four dans la conduite 1 d'entrée, à l'entrée du réacteur 2. Une vanne 15' de régulation peut permettre de réguler la quantité de fumées renvoyée depuis la cheminée 13. Le but de cette recirculation est notamment de maintenir une vitesse minimale des gaz dans le col 4 du Venturi pour éviter que les solides tombent au coude d'entrée des fumées dans le réacteur 2 au lieu de monter avec les gaz, ce qui est particulièrement avantageux dans le cas où le débit des fumées dans la conduite 1 d'entrée s'affaiblit. Les solides retenus dans le filtre 8 forment un gâteau sur la surface des manches. De préférence, la quantité d'eau injectée dans le réacteur 2 et la position du point d'injection d'eau dans le réacteur 2 sont adaptés pour que le mode réactionnel sec soit atteint lorsque les fumées entrent dans le filtre 8, de sorte que le gâteau soit sec. Sur cette surface, les solides retenus sont les sels formés par la réaction de neutralisation dans le réacteur 2, les poussières provenant du four ou de la chaudière, et les particules de chaux encore actives. Le gâteau permet de continuer la réaction de neutralisation des gaz acides. Ainsi, les manches du filtre 8 forment une surface additionnelle pour la réaction de neutralisation, ce qui permet d'augmenter encore plus l'efficacité du procédé. Environ 80- 95% des réactions se font dans le réacteur 2 et le restant est fait sur la surface des manches du filtre 8.
Le filtre 8 à manches a une température maximale d'opération. De ce fait, la température en amont du filtre 8 du mélange gaz-solide est un paramètre important à contrôler. En effet, si le filtre 8 opère à une température au-dessus de celle permise, cela risque de compromettre la résistance des manches et ainsi l'efficacité du filtre. Ainsi, le système de contrôle et de régulation de la température des fumées peut en outre tenir compte de la température maximale d'opération du filtre 8. Il assure ainsi la régulation de la quantité d'eau injectée dans le réacteur afin de maintenir la température des fumées à l'entrée du filtre 8 toujours inférieure à la température maximale d'opération du filtre 8.
Suite à la filtration, les sels produits mélangés avec la chaux en excès sont évacués par une conduite 9 d'évacuation reliée au réservoir 16 de récupération. Ainsi, la chaux recyclée comprend un mélange de chaux en excès, les sels formés lors des réactions de neutralisation et des poussières. Le réservoir 16 de récupération comprend deux sorties. La première sortie est connectée, comme vu précédemment, au tambour 19 au moyen de la conduite 17 d'humidification. Le recyclage des solides dans le réacteur 2 permet notamment d'augmenter le temps de contact pour les particules de chaux avec les polluants et de diminuer la quantité de déchets. Le recyclage de la chaux permet aussi de réduire la quantité de chaux fraîche à injecter dans le réacteur 2.
La deuxième sortie est connectée à un silo 22 de déchets par l'intermédiaire d'une conduite 18 de surplus, où le surplus de chaux recyclée est envoyé. Les déchets sortant du silo 22 de déchet par une conduite 23 sont revalorisés sur le marché. La partie non- recyclée des solides est ainsi déchargée comme résidu sec, ce qui facilite leur réutilisation sur le marché. La présente installation 100 procède au traitement des fumées dans le réacteur 2 par la voie semi-sèche, qui utilise une faible quantité d'eau juste en fonction des besoins. Le procédé de traitement permet alors de ne pas avoir des rejets liquides ni d'effluents liquides à traiter. De ce fait, la présente technologie permet d'éviter des équipements en excès et un surplus de consommation d'énergie. Cela est avantageux pour l'environnement et pour le procédé.
Une autre particularité de l'installation 100 est le recyclage, vers le réacteur 2, du mélange contenant de la chaux excédentaire et les sels issus des réactions de neutralisation. Un but de ce recyclage est de permettre un meilleur contact entre le réactif solide et les polluants, ce qui maximise l'utilisation de la chaux et améliore l'efficacité du procédé.
En ce qui concerne le filtre 8, le gâteau formé sur les manches de ce dernier possède encore des particules de chaux actives. Alors, tant que les fumées arrivent au filtre 8, les polluants continuent à réagir avec ces particules de chaux. Les manches du filtre 8 forment une surface additionnelle pour la réaction de neutralisation, ce qui augmente encore plus l'efficacité du procédé.
Les buses 28 sont efficaces pour refroidir les gaz à une température plus appropriée, mais elles permettent aussi d'augmenter la solubilité des gaz et par conséquent l'efficacité du procédé.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Installation (100) de traitement de fumées issues d'un four de combustion ou de calcination, les fumées contenant au moins un polluant pour l'environnement, l'installation comprenant :
au moins un réacteur (2) de nettoyage des fumées au sein duquel les fumées sont mises en contact avec au moins un réactif vis-à-vis du polluant,
au moins un système (16, 17, 20, 24, 25) d'approvisionnement du réactif connecté au réacteur (2) de manière à injecter le réactif dans le réacteur (2) en au moins un point d'injection de réactif,
au moins un tambour (19) d'humidification du réactif reliant le système (16, 17, 20, 24, 25) d'approvisionnement en réactif au point d'injection du réactif dans le réacteur (2), le taux d'humidification étant adapté pour conserver le réactif sous une forme pulvérulente,
au moins un système d'approvisionnement (26, 6) en eau connecté au réacteur de manière à injecter de l'eau dans le réacteur en au moins un point d'injection d'eau ;
le au moins un point d'injection d'eau dans le réacteur (2) étant distinct du point d'injection de réactif et étant situé en aval du point d'injection de réactif dans le sens d'écoulement des fumées dans le réacteur (2),
l'installation (100) comprenant en outre un dispositif (29) de régulation de la quantité d'eau injectée dans le réacteur (2) en l'au moins un point d'injection d'eau, le dispositif (29) de régulation étant relié à un système (101 ) de contrôle et de régulation de la température des fumées à la sortie du réacteur (2).
2. Installation (100) de traitement selon la revendication 1 , dans laquelle le système
(101 ) de contrôle et de régulation de la température des fumées à la sortie du réacteur (2) comporte un capteur (102) de température des fumées en sortie du réacteur (2), un calculateur (103) et un contrôleur (104) pour ajuster la quantité d'eau injectée au point d'injection d'eau dans le réacteur (2) en fonction de la température mesurée par le capteur
(102) et d'une température cible déterminée.
3. Installation (100) de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un dispositif (8) de séparation gaz / solides connecté à la sortie du réacteur (2) de nettoyage pour séparer les gaz des résidus solides, et dans laquelle le système (16, 17, 20, 24, 25) d'approvisionnement du réactif comprend un réservoir (24) de réactif frais connecté à un premier point d'injection de réactif dans le réacteur (2), et un réservoir (16) de récupération des résidus solides du dispositif de séparation gaz/solides, le réservoir (16) de récupération étant connecté à un deuxième point d'injection de réactif dans le réacteur (2).
4. Installation (100) de traitement selon la revendication 3, dans laquelle le tambour (19) d'humidification relie le réservoir (16) de récupération au deuxième point d'injection de réactif, le réactif du réservoir (24) de réactif frais étant sec lors de son injection dans le réacteur (2).
5. Installation (100) de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'entrée du réacteur (2) comprend successivement, dans le sens d'écoulement des fumées, un convergent (5), un col (4) et un divergent (3), le point d'injection d'eau étant situé sur le divergent (3).
6. Installation (100) de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'eau est pulvérisée au point d'injection d'eau sous forme de gouttelettes.
7. Installation (100) de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le réactif comprend de la chaux.
8. Procédé de traitement de fumées issues d'un four de combustion ou de calcination, les fumées contenant au moins un polluant pour l'environnement, dans une installation (100) selon l'une quelconque des revendications précédentes, le procédé comprenant :
l'humidification au moins en partie d'un réactif vis-à-vis du polluant ;
l'injection du réactif au moins en partie humidifié dans le réacteur (2) ;
la mise en contact dans le réacteur (2) des fumées avec le réactif au moins en partie humidifié ; l'injection d'eau dans le réacteur (2) après la mise en contact des fumées avec le réactif ;
la régulation de l'injection d'eau dans le réacteur (2) par le système (101 ) de contrôle et de régulation de la température des fumées à la sortie du réacteur (2).
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la régulation de l'injection d'eau dans le réacteur (2) comprend :
la détermination d'une température cible pour les fumées en sortie du réacteur (2) ; la mesure de la température des fumées en sortie du réacteur (2) par un capteur (102) de température ;
la régulation de la quantité d'eau injectée en fonction de l'écart entre la température cible déterminée et la température mesurée par le capteur (102).
10. Procédé selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans lequel l'installation (100) comprend de plus un dispositif (8) de séparation gaz / solides connecté à la sortie du réacteur (2) de nettoyage pour séparer les gaz des résidus solides, et dans lequel la température cible déterminée est inférieure à une température maximale d'opération du dispositif (8) de séparation gaz / solides.
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