BE1001656A3 - Procede et systeme pour le lavage d'un courant de gaz uses. - Google Patents

Abstract

Procédé et système pour le lavage d'un courant de gaz uses d'une cimenterie par voie humide dans lesquels de l'eau alcalinisée et de l'air comprimé alimentent des becs de pulvérisation (26) qui sont situés dans la conduite normale d'évacuation des gaz usés. L'eau alcalinisée est pulvérisée en un brouillard fin qui réagit rapidement avec les oxydes de soufre et d'azote des gaz usés. L'évaporation rapide du brouillard empeche le colmatage du système et une condensation non souhaitable dans l'installation de dépoussiérage en aval.

Description

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 procédé et   Systeme pour   le lavage d'un courant de gaz uses. 



  Arrière-plan de l'invention
La présente invention concerne le lavage des gaz usés des courants dégagés par les fours à ciment du procédé par voie humide. 



   Les réactions entre l'eau et les oxydes de soufre et d'azote produits au cours de la combustion ont été bien élucidées dans les textes de chimie de référence. De meme, l'utilisation de matières alcalines ou de solutions alcalines pour laver les gaz usés est connue depuis des années. De façon générale, les reactions entre   l'eau, l'air   et les oxydes de soufre et d'azote produisent des acides, notamment de 1'acide sulfureux, de l'acide sulfurique, de l'acide nitreux et de l'acide nitrique. L'utilisation d'une matière alcaline ou d'une solution alcaline peut mener   ä   la neutralisation des acides en donnant un sel plus de l'eau. 



   Les inconvénients des systèmes de lavage sont notamment le prix élevé du système, le coût de la ma-   tière   alcaline et la consommation d'énergie pour assurer un contact suffisant entre les matières alcalines ou solutions alcalines et les gaz usés. Un inconvénient supplémentaire de la pulvérisation d'eau ou de dispersions de calcaire dans le courant usé d'un four à ciment du procédé par voie humide est le refroidissement associé du courant usé qui peut conduire   ä   la condensation du pourcentage important d'eau dans le courant usé. 



   Le but de la présente invention est de procurer un système et un procédé de lavage relativement peu oné- 
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 reux, consommant peu d'énergie et à faible coût de matiè- res, qui induisent un refroidissement minimal du courant   use et assurent une elimination   sensible des polluants 

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 des gaz uses. L'invention est spécifiquement conçue pour assurer l'elimination du dioxyde de soufre   (SO)   et des oxydes d'azote hors des gaz usés. L'elimination du trioxyde de soufre (S03) est effectuée efficacement par l'alimentation crue dans un four à ciment comme fonction naturelle du processus de fabrication du ciment. 



   L'invention est décrite avec référence à une usine alimentée au charbon produisant du ciment par voie humide. En raison de la très haute teneur en eau du courant de gaz usés d'un four à ciment du procédé par voie humide et done des limites imposées   ä   la possibilité d'ajouter de l'eau au courant usé, une telle usine constitue probablement le plus mauvais cas pour assurer un lavage significatif. Le procédé doit assurer un lavage efficace tout en maintenant à un minimum absolu le refroidissement du courant usé. Le procédé   n'est   toutefois pas limité aux usines alimentées au charbon et peut être appliqué   ä   des fours à ciment chauffés au moyen de charbon, de fioul ou d'autres combustibles.

   Le système pourrait etre appliqué   ä   l'dépuration de courants usés autres que ceux des cimenteries, par exemple des fours à chaux ou autres systèmes dans lesquels les oxydes de soufre et d'azote sont des polluants du courant usé et dont le courant usé a une très haute teneur en eau. La condition principale est que le lavage ait lieu avant que les gaz usés atteignent les installations de collecte des poussières sans refroidir le courant usé jusqu'au point qu'une condensation puisse avoir lieu   ä     l'Interieur   ou   ä   l'amont des installations de collecte de poussières. 



   Pour arriver à ce résultat, une solution aqueuse d'une matière alcaline tres soluble et un apport d'air comprimé sont débités dans des becs de pulvérisation qui sont situés à   l'Interieur   de la conduite existante pour le courant usé. L'eau avec l'alcali, 

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 qui est principalement une solution d'hydroxyde de po- tassium, est pulvérisée en un brouillard finement divisé dans la canalisation où elle réagit rapidement avec les oxydes de soufre et d'azote en présence dans les gaz usés. La quantité totale d'eau, en raison de la haute solubilité de l'alcali, est réduite au minimum. 



  L'eau qui n'a pas réagi, se trouvant sous forme de très petites gouttelettes qui ont un volume faible et présentent un rapport élevé de la surface au volume, s'évapore rapidement en ne provoquant qu'un refroidissement minimal du courant usé. Par consequent, l'eau ne se condense pas en un liquide et   n'a   pas pour inconvénient de mouiller et de colmater la canalisation. Les oxydes de soufre et d'azote sont convertis en solides particulaires secs qui sont éliminés au moyen des systèmes collecteurs de poussières normaux   ä   l'aval du laveur. 



  Aperçu de l'invention
Compte tenu des indications ci-dessus, la présente invention a pour objet un procédé pour laver un courant de gaz usés émis par un four à ciment du procédé par voie humide, qui comprend l'introduction dans le courant, lorsqu'il sort du four et entre dans un collecteur de poussières   aval, d'un   brouillard finement divisé formé d'une solution aqueuse d'une matière alcaline très soluble en quantité suffisante, par rapport à la concentration des oxydes de soufre et d'azote du courant, pour neutraliser instantanément les acides formes par la reaction de ceux ci avec   l'eau   que contient le brouillard, de manière à produire des solides particlaires secs susceptibles d'être collectés avec les poussières dans le collecteur.

   De préférence, la solution aqueuse est obtenue par dissolution d'une matière alcaline, principalement de l'hydroxyde de potassium, à partir des poussières de rebut produites dans le procédé de fabrication du ciment et la solution a un 

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 pH de l'intervalle de   12, 0 à 12, 3.   Le système n'introduit pas de matières solides seches telles que du calcaire pour la réaction avec le trioxyde de soufre. 11 n'introduit pas non plus d'eau pour le refroidissement. 



   L'invention a pour objet le système pour laver un courant de gaz usés que dégage un four   ä   ciment du procédé par voie humide avant son   entree   dans un collecteur de poussières, qui comprend un dispositif pour introduire un brouillard finement divisé d'une solution aqueuse d'une matière alcaline très soluble 
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 dans le courant immédiatement à l'amont du collecteur de poussières enquantité suffisante, par rapport ä la concentration des oxydes de soufre et d'azote dans le courant, pour neutraliser instantanément les acides formés par la réaction de ceux-ci avec l'eau que contientle brouillard et produire des solides particulaires secs capables d'être collectés avec les poussières dans le collecteur. 



   Dans des formes de réalisation préférées, la solution est le produit obtenu par dissolution d'une matière alcaline, principalement de l'hydroxyde de potassium, à partir des poussières de rebut produitespar le procédé de fabrication du ciment ; il y a un bassin 
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 pour la solution et un dispositif pour pomper la solution hors du bassin jusqu'aux becs de pulvérisation et les becs de pulvérisation pour produire le brouillard sont agencés en une rangée dans le courant et des moyens sont prévus pour actionner sélectivement un ou plusieurs d'entre eux. 



  Brève description des dessins
Fig. 1 est une vue schématique latérale en élévation d'une partie d'une cimenterie par voie humide avec chauffage au charbon montrant le système d'apport d'air et de liquide alimentant les becs de pulvérisation montés dans le courant usé à la sortie du four. 

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   Fig. 2 est une vue en coupe suivant la ligne   2-2   de la Fig. 1. 



  Description détaillée de la forme de réalisation préférée
La Fig. 1 montre l a réserve de solution d'alcali 10, la source 30 d'air comprimé et l'emplacement de la rangée de becs de pulvérisation 26 dans la canalisation 50 immédiatement après la sortie du four 48. 



   La réserve d'eau alcaline 10 est une solution ayant un pH de 12, 0 ä 12, 3 qui est obtenue pardissolution de la matière alcaline des poussières de rebut provenant du procédé de fabrication du ciment. Les poussières de rebut d'un four à ciment contiennent les oxydes de potassium, de sodium et de calcium qui donnent par reaction avec   l'eau   les hydroxydes de potassium, de sodium et de calcium. Ces hydroxydes sont dissous hors des poussières de rebut et conservés en vue de leur utilisation ultérieure comme liquide de lavage alcalin.

   La solution alcaline peut provenir d'autres sources et peut être utili- 
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 sée ä d'autres valeurs du pH, à la condition que sa concentration en alcali soit suffisamment élevée pour assurer une élimination adéquate du   sou et   du NOx tout en réduisant jusqu'au minimum le refroidissement du courant usé et la condensation   resultante   de l'eau hors du courant usé. 



   La solution alcaline est pompée jusqu'à un réservoir 12. Le réservoir 12 peut aussi être alimente par une source d'appoint non alcaline 14 pour le service temporaire ou d'urgence. La solution est pompée hors du réservoir 12 par l'une ou l'autre de deux pompes   ä   haute pression 16, 18 (l'une servant de réserve pour   l'autre)   vers un filtre 20 ou 22 jusqu'aux becs de pulvérisation 26. 



  Les robinets 24 règlent la proportion relative de l'apport aux becs 26 ou du retour vers le réservoir 12. 



  Les robinets 28 isolent   l'une ou l'autre   des pompes 16, 18 

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 et des systèmes filtrants 20, 22 de façon qu'un seul circuit soit en service   ä   la fois et qu'il y ait un système de réserve disponible. 



   Le compresseur d'air 30 alimente en air comprimé les becs 26 pour la pulvérisation du liquide alcalin 10. Une alimentation auxiliaire d'air comprimé 52 est prévue aussi pour permettre l'entretien du compresseur 30 tout en maintenant le laveur en service. 



  L'alimentation en air comprimé devrait en l'occurrence débiter jusqu'à 3, 0 m3 normaux (105 pieds cubes normaux) d'air par minute sous des pressions jusqu'à 860 kPa (125 livres/pouce carre). La pression que doit avoir l'air est variable et dépend du type de bec 26 qui est utilisé, de la dimension souhaitée pour les gouttelettes et du nombre de becs 26 en service. Dans d'autres applications, la pression et/ou le volume d'air qu'il faut peuvent être plus élevés ou plus faibles. 



   La Fig. 2 représente   l'extremiste   de sortie du four 48, les douze becs 26 utilises pour cette application, la conduite d'amenée d'air 32, la conduite d'eau sous haute pression 34 et les conduites de dis- 
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 tribution 36, 38 pour les systèmes à air et eau, respectivement. La canalisation ä gaz usés 40 à laquelle sont fixées les conduites d'alimentation 42 pour les becs est régalement représentée. Chaque conduite d'alimentation d'air et d'eau pour les becs est munie d'un manomètre 44 qui indique la pression du fluide et de robinets 46 pour l'ajustement des pressions de l'air et de l'eau. 



   Les becs de pulvérisation utilisés pour cette application sont commercialisés par la société Delavan 
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 Corporation, West Des Moines, loua. Le bec spécifique fH) est le"Swirl-air"-n"P/N 32163-2. Ce bec consomme de l'air pour favoriser la pulvérisation du liquide. D'autres types de becs, notamment ceux n'utilisant pas 

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 d'air, peuvent être utilisés en fonction du volume de liquide et de la dimension des gouttelettes qui sont requis pour une application spécifique. 



  Fonctionnement
Le mode opératoire fondamental de l'invention est de débiter des gouttelettes de liquide suffisamment petites directement dans le courant de gaz   usésäl'in-   térieur de la canalisation de gaz usés dans des conditions où (a) la dimension des gouttelettes est suffisamment petite pour que celles-ci s'évaporent rapidement et ne mouillent donc pas les poussières entraînées ou la canalisation à   l'aval, (b)   la surface spécifique totale du liquide est suffisamment élevée pour permettre une réaction rapide entre le fluide de lavage et les gaz usés,   (c)   la concentration en alcali est élevée de manière à réduire au minimum   l'injection d'eau   et   (d)

     les solides particulaires produits par l'evaporation du fluide de lavage sont suffisamment secs pour être collectés ou extraits du courant usé dans les installations de dépoussiérage ordinaires. 



   Dans les formes de réalisation préférées il-   lustrees,   les becs 26 sont situés à   l'extremiste   de sortie ou d'alimentation 48 du four,   ä   l'amont du système collecteur de poussières. La dimension des gouttelettes de liquide se situe dans l'intervalle de 35 à   100. un.   



  Dans d'autres applications, la dimension des gouttelettes devrait être augmentée ou diminuée suivant le lavage requis et suivant la nature, la teneur en eau et la température des gaz usés. Le spécialiste en la matière, connaissant les conditions, est capable d'opérer les ajustements nécessaires pour adapter le système à de nouvelles applications. 



   Les becs de pulverisation peuvent etre actionnés sélectivement à volonté ou comme l'impose le système de traitement des gaz usés. Dans le présent cas, trois à 

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 cinq becs sont utilisés simultanément en raison du caractère très stratifié en température des gaz usés et de leur haute teneur en eau. Si le volume ou la température des gaz augmente ou diminue, les becs peuvent être mis en service en nombre plus grand ou plus petit. 



     L'efficacitéde lavage suivant l'invention   est variable avec la température, le volume et la teneur en eau des gaz usés, de même qu'avec la concentration initiale en l'espèce chimique qu'il faut éliminer. 



   A température et volume constants des gaz usés, la limite du lavage maximal est la relation stoe-   chiométrique   entre le poids de fluide de lavage et le poids des constituants à éliminer des gaz usés. 



   Dans des cimenteries par voie humide avec chauffage au charbon, l'oxyde principal à éliminer est le dioxyde de soufre   (SO.,). Une experience   de six mois a été exécutée dans une cimenterie. La quantité 
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 de SO-dans le courant usé varie et s'échelonne d'environ 13, 6 kg (30 livres) à 454 kg (1000 livres) par heure sur de courtes périodes. La moyenne relevée au cours de la phase sans lavage de la période d'essai de 6 mois a été de 93, 5 kg (206 livres) par heure. La moy- enne observée au cours de la phase avec lavage de la même période d'essai de 6 mois a été de 38, 6 kg (85 livres) par heure. L'efficacité moyenne d'élimination du   502 s'est révélée être   de 58,   74%.   



   La description ci-dessus est donnée à titre d'illustration et l'invention est susceptible de nombreuses variantes et modifications sans sortir de son cadre.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS 1 - Procédé de lavage d'un courant de gaz uses contenant des oxydes de soufre et des oxydes d'azote que dégage un four à ciment du procédé par voie humide, caractérisé en ce qu'on introduit dans le courant, tandis qu'il sort du four et entre dans un collecteur de poussières en aval, un brouillard finement divisé forme d'une solution aqueuse d'une matière alcaline très soluble en quantité juste suffisante, par rapport ä la concentration des oxydes de soufre et d'azote dans le courant, pour neutraliser instantanément les acides formes par la reaction de ceux-ci avec l'eau que contient le brouillard tout en évaporant complètement la solution afin de former des sels particulaires solides secs capables d 'être collectés avec les poussières dans le collecteur et tout en induisant un refroidissement minimal du courant usé,

   la solution aqueuse étant obtenue par dissolution de la matière alcaline contenant principalement du potassium hors des poussières de rebut produites par la fabrication du ciment.
2. 2 - procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la solution a un pH de l'intervalle EMI9.1 d'environ 12, 0 à 12, 3.
3. 3 - système pour laver un courant de gaz usés contenant des oxydes de soufre et des oxydes d'azote que dégage un four ä ciment d'une cimenterie par voie humide avant son entrée dans un collecteur de poussières, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour former une solution aqueuse contenant principalement du potassium par épuisement des poussières de rebut produites par la fabrication du ciment, le dispositif d'épuisement comprenant un réservoir pour accumuler la solution, une rangée de becs situés immédiatement à l'amont du collecteur de poussières au delà de l'extré- <Desc/Clms Page number 10> mité de sortie du four,

   un dispositif pour pomper la solution ä partir du réservoir jusqu'aux becs aux fins de la débiter à partir de ceux-ci dans le courant sous la forme d'un brouillard finement divisé en quantité juste suffisante, par rapport à la concentration des oxydes de soufre et d'azote dans le courant, pour neutraliser instanta- nément les acides formés par la réaction de ceux-ci avec l'eauquecontient lebrouillardtout en évaporant complètement la solution afin de former des sels particulaires solides secs capables d'être collectés avec les poussières dans le collecteur et tout en induisant un refroidissement minimal du courant usé, la solution aqueuse étant obtenue par dissolution de la matière alcaline contenant principalement du potassium hors des poussières de rebut produites par la fabrication du ciment.
4. 4 - Système suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif pour actionner sélectivement un ou plusieurs des becs.