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Procédé pour épurer des fumées et dispositif pour sa mise en oeuvre.
Domaine de l'invention.
La présente invention a trait à un procédé pour épurer des fumées, plus particulièrement applicable aux procédés industriels d'agglomération de minerais de fer, et à des dispositifs permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans des
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applications industrielles.
Etat de la technique.
Il est connu que de très nombreux procédés industriels génèrent des fumées qui sont rejetées dans l'atmosphère, en général via une cheminée.
Souvent, les fumées en question contiennent divers polluants tels que : des poussières, - divers composés tels que SOx, NOx, CO,... des composés organiques dont les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), les Poly Chloro Dibenzo Dioxines (PCDD) et les Poly Chloro Dibenzo
Furannes (PCDF), des métaux lourds, etc...
La pollution atmosphérique engendrée par le rejet vers l'air libre de fumées telles que précitées est de moins en moins tolérée et fait l'objet d'une réglementation croissante de plus en plus coercitive.
Afin de respecter les normes toujours plus contraignantes, les industriels tentent d'une part, de minimiser la quantité de fumées rejetées dans l'atmosphère et d'autre part, de réduire la concentration des différents polluants dans ces fumées.
Les méthodes utilisées pour atteindre les objectifs précités sont nombreuses et on peut mentionner à titre d'exemple : un choix plus sélectif des matières premières en vue de réduire le plus possible l'introduction des éléments générateurs de substances polluantes ;
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une modification des conditions opératoires en recherchant une minimalisation de la formation des polluants et/ou en favorisant leur destruction ; un ajout de substances ayant pour objet soit de détruire les polluants, soit de les fixer sous une forme facilitant leur extraction, par exemple sous forme de matières solides produites par le processus de fabrication concerné ;
une modification de la séquence des opérations composant le processus de fabrication, comme par exemple un recyclage d'une partie des fumées dans l'une ou l'autre opération de fabrication, éventuellement avec traitement de ces fumées avant recyclage, en vue de l'un ou l'autre objectif comme une réduction de la quantité de fumées émises, une destruction in situ des polluants ou une rétention desdits polluants dans des matières solides.
D'autres méthodes consistent à soumettre les fumées à un traitement thermique et/ou physico-chimique dans des installations indépendantes afin de les épurer préalablement à leur rejet dans l'atmosphère.
Il va de soi que toute opération effectuée sur les fumées est un ajout aux coûts de production du processus de fabrication tant via les modifications à apporter aux installations que de par l'addition de nouvelles installations comprenant des réacteurs spécifiques assurant l'épuration des fumées.
Présentation de l'invention Le propos de la présente invention est de présenter un procédé qui utilise un composant déjà existant dans le processus de fabrication en vue de procéder à l'épuration des fumées générées dans ledit processus, éventuellement en adaptant ledit composant à sa nouvelle fonction d'épuration. Il en résulte évidemment une simplification des installations de production car il n'y a pas addition de nouveaux modules distincts et donc aussi une diminution des coûts d'investissement relatifs à ladite épuration des fumées.
Le procédé, objet de la présente invention, pour épurer des fumées générées dans un processus industriel dans lequel lesdites fumées sont rejetées vers l'atmosphère au moyen d'une ou de plusieurs cheminées, est essentiellement caractérisé en ce qu'on
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effectue au moins une des opérations d'épuration desdites fumées lors du passage de ces dernières dans une cheminée.
L'avantage réside évidemment dans le cadre des frais d'investissement qui, même dans le cas de mise en oeuvre défavorable où il y a obligation d'augmenter la dimension d'une cheminée, sont inférieurs à l'élaboration d'une installation distincte avec des réacteurs d'épuration spécifiques.
Suivant une modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on détermine dans une cheminée plusieurs tronçons et on effectue sur les fumées traversant lesdits tronçons des opérations spécifiques suivant le tronçon considéré.
Suivant encore une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on fait subir aux fumées un traitement physico-chimique lors de leur passage dans une cheminée.
Suivant une modalité préférentielle du cas précédent de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on procède à une séquence opérationnelle comprenant au moins une des opérations suivantes : - injection d'une substance qui réagit par adsorption ou par absorption ou par réaction chimique, avec au moins un polluant présent dans les fumées et le transforme en une substance non toxique ou plus facilement capable et/ou manipulable ou les deux, éventuellement en présence d'un catalyseur ; - lavage des fumées par un liquide, éventuellement en présence d'un support solide du type anneaux Raschig ; - filtration des fumées pour retenir les particules solides entraînées au sein de ces dernières ; - passage des fumées dans un dévésiculeur qui retient les gouttelettes de liquide entraînées au sein de ces dernières.
Suivant une modalité préférentielle du cas précédent de mise en oeuvre du procédé de l'invention dans lequel on injecte une substance au sein des fumées, la substance est un liquide.
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Suivant une autre modalité préférentielle du cas précédent de mise en oeuvre du procédé de l'invention dans lequel on injecte une substance au sein des fumées, la substance est un solide imprégné d'un liquide.
Suivant une modalité particulière de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on injecte dans les fumées une substance favorisant de par sa présence le captage d'un ou de plusieurs polluants spécifiques ; de préférence, soit on injecte la substance précitée dans les fumées en amont de l'entrée des fumées dans une cheminée, soit on mélange la substance précitée aux fumées lors de leur cheminement dans une cheminée, soit on combine les deux modalités opératoires précédentes pour obtenir le résultat souhaité de favoriser le captage d'un ou de plusieurs polluants spécifiques. Suivant une modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on opère plusieurs traitements sur les fumées dans des tronçons successifs d'une cheminée.
Suivant une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on opère simultanément plusieurs traitements sur les fumées dans un même tronçon d'une cheminée.
Suivant une modalité préférentielle de mise en oeuvre du procédé de l'invention, la substance injectée au sein des fumées dans une cheminée est à une température suffisamment élevée pour que la température des fumées après contact avec la substance précitée soit supérieure au point de rosée desdites fumées.
Suivant une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on pulvérise une substance au sein des fumées lors de leur passage dans une cheminée ; de préférence sous forme de gouttelettes obtenues au moyen de rampes munies de gicleurs.
Suivant encore une autre modalité de mise en oeuvre du procédé de l'invention, on fait subir aux fumées un traitement thermique lors de leur passage dans une cheminée ; préférentiellement ledit traitement thermique consiste en une séquence
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opérationnelle comprenant au moins un échauffement ou une incinération ou une postcombustion.
La présente invention a aussi trait à la particularisation du procédé d'épuration des fumées au cadre de l'épuration des fumées issues des installations d'agglomération de minerais de fer.
Dans la technique classique de l'agglomération des minerais, en particulier des minerais de fer sur une bande sans fin, on forme un mélange de toutes les matières mises en oeuvre, à savoir les minerais, le combustible, les matières d'addition et éventuellement des matières recyclées. On granule ce mélange en présence d'une certaine quantité d'eau afin qu'il présente une bonne perméabilité, puis on le dépose sur la bande et on brûle le combustible de façon à obtenir l'aggloméré désiré.
Le processus d'agglomération des minerais de fer génère de grandes quantités de fumées qui sont chargées de nombreux polluants tels que des poussières, des SOx, des NOx, du CO, des composés organiques comme les Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), les Poly Chloro Dibenzo Dioxines (PCDD) et les Poly Chloro Dibenzo Furannes (PCDF), des métaux lourds, etc....
Les fumées générées au cours de l'agglomération sont habituellement rassemblées et rejetées à l'atmosphère au moyen d'une cheminée.
Il va de soi d'une part, que la description qui suit reste aussi valable dans le cas où le rejet vers l'atmosphère est effectué par plusieurs cheminées, à cela près qu'au moins une cheminée doit alors être pourvue des dispositifs adéquats pour épurer les fumées selon le procédé de la présente invention, et d'autre part, que le procédé explicité ciaprès dans le cas de l'agglomération de minerais de fer n'est en aucun cas limité dans son application à ce cas précis mais reste valable dans d'autres domaines où les fumées rejetées présentent des similitudes au niveau des polluants à éliminer.
Le procédé d'épuration des fumées générées au cours d'un processus d'agglomération de minerais de fer, objet de la présente invention, dans lequel les fumées sont rejetées
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vers l'atmosphère via une cheminée, est essentiellement caractérisé en ce qu'on met lesdites fumées en contact avec une substance hydrocarbonée du type fuel lourd, fuel léger, huile, lors du passage desdites fumées dans une cheminée servant à les rejeter vers l'atmosphère.
Dans le contexte de la présente invention, le terme"substance hydrocarbonée"ne désigne pas uniquement une substance contenant uniquement du carbone et de l'hydrogène mais bien toutes les substances désignées par ces termes dans la vie courante et qui contiennent aussi d'autres éléments que le carbone et l'hydrogène chimiques comme c'est le cas du pétrole et de ses dérivés.
Suivant une modalité préférentielle du procédé de l'invention, la substance hydrocarbonée est sous forme de gouttelettes d'une dimension comprise entre 10/im et 1 mm lors de sa mise en contact avec les fumées.
Suivant une autre modalité préférentielle du procédé de l'invention, l'hydrocarbure est une huile usée, par exemple de l'huile usée de laminoir, de préférence ladite huile usée a subi une opération destinée à en retirer au moins 80% de la partie aqueuse, avec éventuellement l'addition de triglycérides, par exemple des huiles ou graisses végétales ou animales.
Les gouttelettes d'huile sont pulvérisées dans un ou plusieurs tronçons de la cheminée et le choix de la dimension desdites gouttelettes est lié à deux facteurs, d'une part être suffisamment fines pour offrir une grande surface de contact, et d'autre part, ne pas être trop fines afin de pouvoir être captées par un moyen approprié avant le rejet des fumées à l'atmosphère.
Les deux exemples qui suivent montrent les résultats obtenus en mettant en oeuvre le procédé de l'invention dans le cadre d'une opération d'agglomération de minerais de fer.
EXEMPLE 1 Dans l'exemple 1, les fumées ont été mises en contact avec des gouttelettes d'huile usée de laminoir et on a constaté les taux d'élimination suivants :
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Composant Taux d'élimination Composés organiques (HAP, PCCD, PCDF) sup. à 95% Poussières sup. à 80% N02 sup. à 95% Soufre (S02, S03,) pratiquement nul ! NO pratiquement nul.
EXEMPLE 2 Dans l'exemple 2, les fumées ont été mises en contact avec des gouttelettes d'huile usée de laminoir additionnée d'huile végétale et on a constaté les taux d'élimination suivants : Composant Taux d'élimination Composés organiques (HAP, PCCD, PCDF) sup. à 95% Poussières sup. à 80% N02 sup. à 95% Soufre (S02, S03, ) sup. à 30% NO pratiquement nul.
Ces deux exemples montrent bien toute l'importance qu'il y a lieu d'accorder à la composition des substances injectées dans les fumées et ce en fonction de la nature des polluants que l'on désire éliminer, dans le cas illustré par les deux exemples précédents, le soufre et ses dérivés.
Suivant une modalité du procédé de l'invention, on recueille la substance hydrocarbonée introduite dans les fumées chargée de polluants, c'est-à-dire après avoir été mise en contact avec les fumées, d'une part à la base de la cheminée en ce qui concerne les plus gosses gouttelettes qui ne sont pas entraînées par les fumées, et d'autre part, au sommet de la cheminée à l'aide d'un système de captage approprié pour retenir les petites gouttelettes qui sont entraînées par les fumées, et on transfère ensuite la substance hydrocarbonée recueillie chargée de polluants vers un réservoir tampon qui sert de source d'approvisionnement à un dispositif qui pulvérise la
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substance liquide introduite dans les fumées sous forme de gouttelettes dans la cheminée.
Suivant une variante préférentielle de la modalité précédente du procédé de l'invention, on utilise un dévésiculeur pour recueillir les petites gouttelettes entraînées par les fumées.
Le dévésiculeur précité a deux fonctions principales, d'une part, il retient les fines gouttelettes éventuellement entraînées par les fumées, et d'autre part, il provoque la coalescence des fines gouttelettes précitées et provoque l'apparition de gouttelettes plus grosses qui, soit retombent dans la cheminée, soit s'écoulent latéralement le long de la paroi de la cheminée et sont recueillies à la périphérie.
Suivant une modalité préférentielle du procédé de l'invention, on utilise un système composé d'au moins deux dispositifs réalisant l'élimination étagée des gouttelettes selon leur taille.
Suivant une autre modalité préférentielle du procédé de l'invention, on achemine une fraction de la substance hydrocarbonée récupérée tant au pied qu'au-dessus d'une cheminée, soit directement, soit via le réservoir tampon précité, vers un haut-fourneau et on l'injecte aux tuyères de ce dernier.
L'utilisation d'une substance hydrocarbonée, comme par exemple de l'huile usée, chargée de polluants sous forme d'une injection aux tuyères d'un haut-fourneau présente les avantages suivants : - l'huile et toutes les matières organiques qu'elle contient, dont les PCDD/F, brûlent facilement en générant de la chaleur et des gaz réducteurs (CO et H2), avec pour effet une économie dans la consommation de coke, et de plus, les PCCD/F présents dans l'huile injectée aux tuyères ne se reforment pas après combustion dans le haut-fourneau car ce dernier fonctionne en atmosphère réductrice ; - le NO et le N02, portés à haute température ( > 1 500'C) en présence de carbone provenant du coke présent dans le haut-fourneau, réagissent et se décomposent en donnant du N2 et du CO ;
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le soufre, provenant notamment du S02 et du S03, s'incorpore essentiellement dans le laitier de haut-fourneau ; les poussières diverses captées par l'huile sont portées à haute température et ensuite réduites, avec pour conséquences que le fer résultant s'ajoute à la fonte et que la gangue produite s'ajoute au laitier.
On constate donc globalement une très bonne élimination des polluants tant présents à l'origine dans l'huile usée que recueillis dans les fumées.
Il va de soi que le réservoir tampon, dans lequel on prélève l'huile chargée en polluants qui est injectée aux tuyères du haut-fourneau, doit lui-même être alimenté extérieurement en huile usée afin de garantir un volume d'huile suffisant pour alimenter les dispositifs de pulvérisation d'huile dans une cheminée.
Suivant encore une autre modalité préférentielle du procédé de l'invention, on utilise une substance hydrocarbonée dont la température est comprise entre 1000C et 200oC.
Le fait d'utiliser une huile à une certaine température, par exemple supérieure à 100oC, permet de garder les fumées, après contact avec l'huile, à une température supérieure à leur point de rosée et d'éviter tout phénomène perturbateur lié à leur condensation. De plus, le maintien de l'huile à cette température dans le réservoir tampon a pour avantage de recueillir dans la partie supérieure dudit réservoir les fractions les plus volatiles de l'huile et de les soutirer pour les brûler dans un incinérateur, par exemple alimenté en gaz naturel et air.
Suivant une autre modalité préférentielle du procédé de l'invention, on provoque une mise en dépression du réservoir tampon et on y injecte de la vapeur d'eau surchauffée.
La modalité précédente de mise en dépression du réservoir tampon tout en y injectant de la vapeur d'eau surchauffée a pour effet principal de favoriser l'entraînement des fractions les plus volatiles présentes dans l'huile et pour effet secondaire de maintenir l'huile à la température voulue, c'est-à-dire entre 100 C et 200 C, en compensant
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l'abaissement de température consécutif à l'afflux plus froid des huiles recueillies après contact avec les fumées.
Suivant une autre modalité du procédé de l'invention, on soutire les fractions les plus volatiles de l'huile hors du réservoir tampon et on les achemine vers un incinérateur où elles brûlent et on utilise les fumées chaudes ainsi générées pour chauffer l'huile présente dans le réservoir tampon.
L'utilisation des parties les plus volatiles de l'huile dans le cadre du maintien à une certaine température de l'huile présente dans le réservoir tampon optimalise le bilan énergétique sans générer d'inconvénient majeur car les fumées ainsi produites peuvent ensuite, après qu'on ait utilisé une partie de leur chaleur pour chauffer l'huile, être mélangées aux fumées issues de l'agglomération et traitées de même que ces dernières.
En faisant référence aux résultats mentionnés précédemment dans le cadre de la dépollution des fumées en présence de fines gouttelettes d'huile, on a constaté que le NO n'est quasiment pas capté par les gouttelettes d'huile alors que le N02 est significativement capté. Cette observation est à la base d'une modalité particulière de mise en oeuvre du procédé de l'invention.
Suivant encore une autre modalité du procédé de l'invention, on injecte dans les fumées, en amont des points d'injection de l'huile usée dans lesdites fumées, du peroxyde d'hydrogène (H202), de préférence ce dernier est injecté dans les fumées avant que ces dernières ne soient introduites dans une cheminée.
L'introduction du peroxyde d'hydrogène (H202) dans les fumées a pour effet de générer en présence de NO une transformation de ce dernier en N02 avec formation de H20.
Suivant encore une autre modalité du procédé de l'invention, on mélange à l'huile usée, avant son injection dans les fumées, une substance favorisant le captage du
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soufre ; de préférence des triglycérides dont une partie au moins est de réemploi, comme par exemple des huiles ou des graisses végétales ou animales.
Suivant une autre modalité préférentielle du procédé de l'invention, on fait passer les fumées qui sortent d'une cheminée à travers un élément de captage de gouttelettes, éventuellement la section de passage dudit élément est supérieure à la section de sortie de la cheminée et il est disposé directement à la sortie de cette dernière.
L'ajout d'un élément de captage dont la section de passage est supérieure à la section de sortie de la cheminée a pour effet d'abaisser la vitesse linéaire de sortie des fumées et d'augmenter par voie de conséquence le rendement de l'élément de captage de gouttelettes de liquide, principalement de l'huile dans notre cas, et d'améliorer de la sorte la dépollution des fumées rejetées vers l'atmosphère.
Suivant encore une autre modalité préférentielle du procédé de l'invention, on fait passer les fumées qui sortent de l'élément de captage de gouttelettes situé directement à la sortie de la cheminée dans un élément dont la section est convergente.
L'ajout d'un élément dont la section est convergente a pour effet de réaccélérer les fumées issues de l'élément de captage des gouttelettes et d'améliorer de la sorte la dispersion dans l'atmosphère desdites fumées.
La présente invention a aussi pour objet un dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans le contexte des processus d'agglomération, ledit dispositif étant schématisé sur la figure 1 à laquelle on se référera ci-après pour désigner sous forme de chiffres les divers composants dudit dispositif.
Le dispositif destiné à la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans le contexte des processus d'agglomération, dans lequel un processus d'agglomération (1) est générateur de fumées canalisées via le moyen (2) vers un moyen propulseur (3), pouvant être un ventilateur, ledit processus comportant une cheminée (4) dans laquelle lesdites fumées progressent suivant la flèche (5), est essentiellement
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caractérisé en ce que des moyens (6) sont présents dans la cheminée (4), moyens (6) représentés sur la figure 1 par une rampe de gicleurs et ce à titre de simplification du schéma et non de limitation du nombre tant de rampes que de gicleurs dans chaque rampe, lesdits moyens (6) délivrant des gouttelettes d'une substance hydrocarbonée, comme par exemple de l'huile usée, qui circulent dans la cheminée dans le sens de la flèche (7)
pour ce qui concerne les plus grosses gouttelettes et dans le sens de la flèche (5) en ce qui concerne les plus petites gouttelettes, en ce qu'il comporte un dévésiculeur (8) qui recueille en (10A) les gouttelettes entraînées par les fumées, les fumées épurées quittant la cheminée en (9), et les grosses gouttelettes de la substance hydrocarbonée non entraînées par les fumées étant recueillies en bas de la cheminée en (lOB), en ce qu'un réservoir tampon (11) est alimenté à partir de la substance hydrocarbonée recueillie en (1 OA) et (10B), ledit réservoir tampon (11) ayant pour fonction d'alimenter les moyens (6) en substance hydrocarbonée recyclée via l'unité de pompage (12), cette dernière permettant d'une part l'approvisionnement des moyens (6) via les liaisons (13)
et d'autre part le prélèvement de la substance hydrocarbonée pour son utilisation aux tuyères d'un haut-fourneau via les liaisons (14).
Suivant une modalité préférentielle de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention dans le cadre des processus d'agglomération, des moyens (15) sont disposés de manière à permettre l'introduction d'une substance dans les fumées avant l'entrée de celles-ci dans la cheminée (4), un moyen (16) est destiné à remuer le contenu du réservoir tampon (11), par exemple un agitateur à pales, un moyen de chauffage (17), par exemple formé de tubes échangeurs de chaleur, est prévu dans le réservoir tampon (11) pour chauffer la substance hydrocarbonée qui y est entreposée, un incinérateur (18) qui est alimenté en gaz naturel (19) et air (20) et dans lequel on introduit par le moyen (21) les composants volatils de la substance hydrocarbonée extraits du réservoir (11), éventuellement par entraînement avec de la vapeur d'eau,
est générateur de fumées qui sont utilisées dans le moyen de chauffage (17) et ensuite, après leur passage dans le moyen de chauffage (17), sont introduites via le moyen (22) dans les fumées issues du processus d'agglomération (1), des moyens (23) sont prévus pour introduire une ou plusieurs substances dans la substance hydrocarbonée présente dans le réservoir (11), ladite ou lesdites substances
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étant par exemple des triglycérides, éventuellement de réemploi, de plus des moyens (24) alimentent ledit réservoir (11) en substance hydrocarbonée usée ou fraîche à partir de sources extérieures au dispositif d'épuration, et enfin, un moyen (25) présentant une section convergente est disposé directement au-dessus du dévésiculeur (8).
En conclusion, la technique de dépollution des fumées issues du processus d'agglomération de minerais de fer, objet de la présente invention, présente les avantages suivants : - les frais tant d'investissement que de fonctionnement liés à la mise en oeuvre du procédé de l'invention sont faibles comparativement aux autres solutions de dépollution proposées industriellement de nos jours ; - l'huile usée chargée de polluants est facilement valorisée au haut-fourneau sans engendrer une pollution quelconque ; - le processus d'agglomération n'est absolument pas perturbé, comme c'est le cas lors d'un recyclage interne des fumées ; la productivité des installations d'agglomération est donc maintenue ainsi que la qualité de l'aggloméré obtenu ;
- étant donné que plus de 80 % des poussières sont captées dans la cheminée, on peut se passer des électrofiltres généralement utilisés pour dépoussiérer les fumées avant leur rejet à la cheminée ; un simple cyclone suffira pour retenir les plus grosses particules en amont de la cheminée et le solde sera capté dans la cheminée par la technique explicitée dans la présente invention.
En permettant la suppression des électrofiltres, la technique proposée supprime les limitations qui provenaient du risque d'incendie dans les électrofiltres de par la présence conjointe de matières organiques et d'arcs électriques. Par conséquent, il devient possible d'utiliser en plus grande proportion des combusti- bles d'agglomération contenant plus de matières volatiles que le poussier de coke, tels que le coke de lignite, le charbon anthracite,... qui présentent le double avantage d'être moins coûteux et plus largement disponibles ; du fait que plus de 95 % des matières organiques volatiles présentes dans les fumées sont captées à la cheminée, il est possible d'incorporer dans le mélange d'agglomération plus de matières recyclées riches en composés organiques sans devoir les prétraiter.
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Method for purifying fumes and device for its implementation.
Field of the invention.
The present invention relates to a process for purifying fumes, more particularly applicable to industrial processes for agglomeration of iron ores, and to devices allowing the implementation of the process of the invention in
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industrial applications.
State of the art.
It is known that very many industrial processes generate fumes which are released into the atmosphere, generally via a chimney.
Often, the fumes in question contain various pollutants such as: dust, - various compounds such as SOx, NOx, CO, ... organic compounds including Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), Poly Chloro Dibenzo Dioxins (PCDD) and the Poly Chloro Dibenzo
Furans (PCDF), heavy metals, etc ...
Air pollution caused by the rejection to the open air of fumes as mentioned above is less and less tolerated and is the subject of an increasingly more and more coercive regulation.
In order to comply with ever more stringent standards, manufacturers are trying, on the one hand, to minimize the quantity of smoke released into the atmosphere and, on the other hand, to reduce the concentration of the various pollutants in this smoke.
The methods used to achieve the above objectives are numerous and we can mention by way of example: a more selective choice of raw materials with a view to minimizing the introduction of elements generating polluting substances;
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a modification of the operating conditions by seeking to minimize the formation of pollutants and / or by promoting their destruction; an addition of substances intended either to destroy the pollutants or to fix them in a form facilitating their extraction, for example in the form of solid materials produced by the manufacturing process concerned;
a modification of the sequence of operations making up the manufacturing process, such as, for example, recycling part of the fumes in one or the other manufacturing operation, possibly with treatment of these fumes before recycling, with a view to one or the other objective such as a reduction in the quantity of fumes emitted, an in situ destruction of pollutants or a retention of said pollutants in solid materials.
Other methods consist in subjecting the fumes to a heat and / or physico-chemical treatment in independent installations in order to purify them before their rejection into the atmosphere.
It goes without saying that any operation carried out on the fumes is an addition to the production costs of the manufacturing process both via the modifications to be made to the installations and by the addition of new installations comprising specific reactors ensuring the purification of the fumes.
Presentation of the invention The purpose of the present invention is to present a method which uses a component already existing in the manufacturing process in order to purify the fumes generated in said process, possibly by adapting said component to its new purifying function. This obviously results in a simplification of the production installations since there is no addition of new separate modules and therefore also a reduction in the investment costs relating to said purification of the fumes.
The method, object of the present invention, for purifying fumes generated in an industrial process in which said fumes are discharged into the atmosphere by means of one or more chimneys, is essentially characterized in that
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performs at least one of the purification operations of said smoke during the passage of the latter in a chimney.
The advantage obviously lies in the context of investment costs which, even in the case of unfavorable implementation where there is an obligation to increase the size of a chimney, are lower than the development of a separate installation with specific purification reactors.
According to a method of implementing the method of the invention, several sections are determined in a chimney and specific operations are carried out on the fumes passing through said sections according to the section considered.
According to yet another method of implementing the method of the invention, the smoke is subjected to a physicochemical treatment when it passes through a chimney.
According to a preferred method of the previous case of implementing the process of the invention, an operational sequence is carried out comprising at least one of the following operations: injection of a substance which reacts by adsorption or by absorption or by chemical reaction, with at least one pollutant present in the fumes and transforms it into a non-toxic or more easily capable and / or manipulable substance or both, possibly in the presence of a catalyst; - washing the smoke with a liquid, possibly in the presence of a solid support of the Raschig ring type; - filtration of the fumes to retain the solid particles entrained therein; - passage of the fumes in a demister which retains the droplets of liquid entrained therein.
According to a preferred method of the previous case of implementing the method of the invention in which a substance is injected into the fumes, the substance is a liquid.
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According to another preferred embodiment of the previous case of implementing the method of the invention in which a substance is injected into the fumes, the substance is a solid impregnated with a liquid.
According to a particular embodiment of the process of the invention, a substance is injected into the fumes which, by virtue of its presence, promotes the capture of one or more specific pollutants; preferably, either the above substance is injected into the flue gas upstream of the flue gas inlet, or the above substance is mixed with the flue gas as it travels through a chimney, or the two preceding operating methods are combined to obtain the desired result of promoting the capture of one or more specific pollutants. According to a method of implementing the method of the invention, several treatments are carried out on the fumes in successive sections of a chimney.
According to another embodiment of the process of the invention, several treatments are carried out on the fumes in the same section of a chimney.
According to a preferred embodiment of the process of the invention, the substance injected into the flue gases in a chimney is at a temperature high enough for the temperature of the fumes after contact with the aforementioned substance to be higher than the dew point of said fumes.
According to another method of implementing the method of the invention, a substance is sprayed into the fumes when they pass through a chimney; preferably in the form of droplets obtained by means of ramps provided with sprinklers.
According to yet another method of implementing the method of the invention, the smoke is subjected to a heat treatment during its passage through a chimney; preferably said heat treatment consists of a sequence
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operational comprising at least a heating or an incineration or an afterburner.
The present invention also relates to the particularization of the process for purifying the fumes as part of the purification of the fumes from the agglomeration facilities of iron ores.
In the conventional technique of the agglomeration of ores, in particular iron ores on an endless belt, a mixture of all the materials used is formed, namely the ores, the fuel, the additives and possibly recycled materials. This mixture is granulated in the presence of a certain amount of water so that it has good permeability, then it is deposited on the strip and the fuel is burned so as to obtain the desired agglomerate.
The process of agglomeration of iron ores generates large quantities of fumes which are loaded with many pollutants such as dust, SOx, NOx, CO, organic compounds such as Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs), Poly Chloro Dibenzo Dioxins (PCDD) and Poly Chloro Dibenzo Furannes (PCDF), heavy metals, etc ...
The fumes generated during agglomeration are usually collected and released to the atmosphere by means of a chimney.
It goes without saying, on the one hand, that the following description also remains valid in the case where the discharge to the atmosphere is carried out by several chimneys, except that at least one chimney must then be provided with adequate devices for purifying the fumes according to the process of the present invention, and on the other hand, that the process explained below in the case of agglomeration of iron ores is in no way limited in its application to this specific case but remains valid in other areas where the fumes released have similarities in the pollutants to be eliminated.
The process for purifying the fumes generated during an agglomeration process of iron ores, object of the present invention, in which the fumes are discharged
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towards the atmosphere via a chimney, is essentially characterized in that said fumes are brought into contact with a hydrocarbon substance of the heavy fuel, light fuel, oil type, during the passage of said fumes in a chimney serving to discharge them towards the atmosphere.
In the context of the present invention, the term "hydrocarbon substance" does not only mean a substance containing only carbon and hydrogen, but all the substances designated by these terms in everyday life and which also contain other elements than chemical carbon and hydrogen like petroleum and its derivatives.
According to a preferred method of the process of the invention, the hydrocarbon substance is in the form of droplets with a size of between 10 μm and 1 mm when it is brought into contact with the fumes.
According to another preferred method of the invention, the hydrocarbon is a used oil, for example used oil from a rolling mill, preferably said used oil has undergone an operation intended to remove at least 80% of the portion thereof. aqueous, optionally with the addition of triglycerides, for example vegetable or animal oils or fats.
The oil droplets are sprayed into one or more sections of the chimney and the choice of the size of said droplets is linked to two factors, on the one hand being sufficiently fine to offer a large contact surface, and on the other hand, not be too fine so that it can be captured by an appropriate means before the smoke is released to the atmosphere.
The two examples which follow show the results obtained by implementing the process of the invention in the context of an agglomeration operation of iron ores.
EXAMPLE 1 In Example 1, the fumes were brought into contact with droplets of used oil from the rolling mill and the following elimination rates were observed:
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Component Elimination rate Organic compounds (PAH, PCCD, PCDF) sup. at 95% Dust sup. at 80% N02 sup. 95% Sulfur (S02, S03,) practically zero! NO practically zero.
EXAMPLE 2 In Example 2, the fumes were brought into contact with droplets of used oil from the rolling mill added with vegetable oil and the following elimination rates were observed: Component Elimination rate Organic compounds (PAH, PCCD, PCDF) sup. at 95% Dust sup. at 80% N02 sup. 95% Sulfur (S02, S03,) sup. at 30% NO practically zero.
These two examples clearly show the importance which should be given to the composition of the substances injected into the fumes and this according to the nature of the pollutants which it is desired to eliminate, in the case illustrated by the two previous examples, sulfur and its derivatives.
According to a modality of the process of the invention, the hydrocarbon substance introduced into the fumes laden with pollutants is collected, that is to say after having been brought into contact with the fumes, on the one hand at the base of the chimney with regard to the largest droplets which are not entrained by the fumes, and on the other hand, at the top of the chimney using a collection system suitable for retaining the small droplets which are entrained by the fumes , and the collected hydrocarbon substance laden with pollutants is then transferred to a buffer tank which serves as a supply source for a device which sprays the
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liquid substance introduced into the smoke in the form of droplets in the chimney.
According to a preferred variant of the previous method of the invention, a demister is used to collect the small droplets entrained by the fumes.
The above-mentioned demister has two main functions, on the one hand, it retains the fine droplets possibly entrained by the fumes, and on the other hand, it causes the coalescence of the aforementioned fine droplets and causes the appearance of larger droplets which, either fall back into the chimney, or flow laterally along the wall of the chimney and are collected at the periphery.
According to a preferred form of the method of the invention, a system is used which is composed of at least two devices carrying out the stepwise elimination of the droplets according to their size.
According to another preferred embodiment of the process of the invention, a fraction of the recovered hydrocarbon substance is conveyed both at the bottom and above a chimney, either directly or via the abovementioned buffer tank, to a blast furnace and it is injected into the latter's nozzles.
The use of a hydrocarbon substance, such as used oil, laden with pollutants in the form of an injection into the nozzles of a blast furnace has the following advantages: - oil and all the organic materials which 'it contains, including PCDD / F, burns easily generating heat and reducing gases (CO and H2), resulting in savings in coke consumption, and moreover, PCCD / F present in oil injected into the nozzles do not reform after combustion in the blast furnace because the latter operates in a reducing atmosphere; - NO and N02, brought to high temperature (> 1,500 ° C) in the presence of carbon from the coke present in the blast furnace, react and decompose giving N2 and CO;
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the sulfur, originating in particular from SO 2 and SO 3, is mainly incorporated in the blast furnace slag; the various dusts captured by the oil are brought to high temperature and then reduced, with the consequence that the resulting iron is added to the cast iron and that the gangue produced is added to the slag.
Overall, there is therefore a very good elimination of pollutants both originally present in the used oil and collected in the flue gases.
It goes without saying that the buffer tank, from which the oil loaded with pollutants which is injected into the nozzles of the blast furnace is taken, must itself be supplied externally with used oil in order to guarantee a sufficient volume of oil to supply oil spray devices in a chimney.
According to yet another preferred method of the invention, a hydrocarbon substance is used whose temperature is between 1000C and 200oC.
The fact of using an oil at a certain temperature, for example greater than 100 ° C., makes it possible to keep the fumes, after contact with the oil, at a temperature above their dew point and to avoid any disturbing phenomenon linked to their condensation. In addition, maintaining the oil at this temperature in the buffer tank has the advantage of collecting in the upper part of said tank the most volatile fractions of the oil and of withdrawing them for burning in an incinerator, for example fed in natural gas and air.
According to another preferred embodiment of the process of the invention, the buffer tank is brought to depression and injected with superheated steam.
The previous method of depressurizing the buffer tank while injecting superheated steam has the main effect of promoting the entrainment of the most volatile fractions present in the oil and the secondary effect of keeping the oil at the desired temperature, i.e. between 100 C and 200 C, by compensating
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the temperature drop resulting from the colder inflow of the oils collected after contact with the fumes.
According to another modality of the process of the invention, the most volatile fractions of the oil are withdrawn from the buffer tank and they are conveyed to an incinerator where they burn and the hot fumes thus generated are used to heat the oil present in the buffer tank.
The use of the most volatile parts of the oil in the context of keeping the oil present in the buffer tank at a certain temperature optimizes the energy balance without generating any major inconvenience since the fumes thus produced can then, after 'we used part of their heat to heat the oil, be mixed with the fumes from the built-up area and treated as well as the latter.
With reference to the results mentioned above in the context of pollution control in the presence of fine oil droplets, it has been found that NO is almost not captured by the oil droplets while N02 is significantly captured. This observation is the basis of a particular method of implementing the method of the invention.
According to yet another modality of the process of the invention, hydrogen peroxide (H2O2) is injected into the flue gases, upstream from the injection points of the used oil in said flue gases, preferably the latter is injected into the fumes before they are introduced into a chimney.
The introduction of hydrogen peroxide (H2O2) in the fumes has the effect of generating, in the presence of NO, a transformation of the latter into NO2 with formation of H2O.
According to yet another modality of the process of the invention, a substance promoting the capture of the waste is mixed with the used oil, before its injection into the flue gases.
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sulfur; preferably triglycerides, at least part of which is re-used, such as, for example, vegetable or animal oils or fats.
According to another preferred embodiment of the process of the invention, the fumes leaving a chimney are passed through a droplet collection element, possibly the passage section of said element is greater than the exit section of the chimney and it is placed directly at the exit of the latter.
The addition of a capture element whose passage section is greater than the chimney outlet section has the effect of lowering the linear velocity of the smoke outlet and consequently increasing the efficiency of the element for capturing droplets of liquid, mainly oil in our case, and thereby improving the depollution of the fumes discharged into the atmosphere.
According to yet another preferred method of the invention, the fumes leaving the droplet collection element located directly at the outlet of the chimney are passed into an element whose section is convergent.
The addition of an element whose cross section converges has the effect of re-accelerating the fumes from the droplet collection element and thereby improving the dispersion in the atmosphere of said fumes.
The present invention also relates to a device intended for implementing the method of the invention in the context of agglomeration processes, said device being shown diagrammatically in FIG. 1 to which reference will be made below to denote in the form the various components of said device.
The device for implementing the method of the invention in the context of agglomeration processes, in which an agglomeration process (1) generates smoke channeled via the means (2) to a propellant means (3 ), which can be a fan, said process comprising a chimney (4) in which said fumes progress along the arrow (5), is essentially
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characterized in that means (6) are present in the chimney (4), means (6) represented in FIG. 1 by a nozzle boom and this by way of simplification of the diagram and not of limitation of the number as many ramps as sprinklers in each ramp, said means (6) delivering droplets of a hydrocarbon substance, such as used oil, which circulate in the chimney in the direction of the arrow (7)
with regard to the largest droplets and in the direction of the arrow (5) with regard to the smallest droplets, in that it comprises a demister (8) which collects in (10A) the droplets entrained by the fumes , the purified fumes leaving the chimney in (9), and the large droplets of the hydrocarbon substance not entrained by the fumes being collected at the bottom of the chimney in (lOB), in that a buffer tank (11) is supplied to starting from the hydrocarbon substance collected in (1 OA) and (10B), said buffer tank (11) having the function of supplying the means (6) with hydrocarbon substance recycled via the pumping unit (12), the latter allowing on the one hand the supply of means (6) via the links (13)
and on the other hand the removal of the hydrocarbon substance for its use in the nozzles of a blast furnace via the connections (14).
According to a preferred embodiment of the device for implementing the method of the invention in the context of agglomeration processes, means (15) are arranged so as to allow the introduction of a substance into the flue gases before the entry of these into the chimney (4), a means (16) is intended to stir the contents of the buffer tank (11), for example a paddle stirrer, a heating means (17), for example formed heat exchanger tubes, is provided in the buffer tank (11) to heat the hydrocarbon substance stored therein, an incinerator (18) which is supplied with natural gas (19) and air (20) and into which is introduced by the means (21) the volatile components of the hydrocarbon substance extracted from the reservoir (11), optionally by entrainment with water vapor,
is generator of fumes which are used in the heating means (17) and then, after their passage in the heating means (17), are introduced via the means (22) into the fumes from the agglomeration process (1) , means (23) are provided for introducing one or more substances into the hydrocarbon substance present in the tank (11), said one or more substances
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being for example triglycerides, possibly for reuse, moreover means (24) supply said reservoir (11) with spent or fresh hydrocarbon substance from sources external to the purification device, and finally, means (25) having a converging section is arranged directly above the demister (8).
In conclusion, the technique for decontaminating fumes from the agglomeration process of iron ores, which is the subject of the present invention, has the following advantages: - both the investment and operating costs linked to the implementation of the the invention are weak compared to the other depollution solutions proposed industrially today; - used oil loaded with pollutants is easily recovered in the blast furnace without causing any pollution; - the agglomeration process is absolutely not disturbed, as is the case during internal smoke recycling; the productivity of agglomeration facilities is therefore maintained as well as the quality of the agglomerate obtained;
- given that more than 80% of the dust is collected in the chimney, one can do without the electrofilters generally used to dust off the fumes before their rejection in the chimney; a simple cyclone will suffice to retain the largest particles upstream of the chimney and the balance will be captured in the chimney by the technique explained in the present invention.
By allowing the removal of electrostatic precipitators, the proposed technique removes the limitations that arose from the risk of fire in electrostatic precipitators due to the joint presence of organic matter and electric arcs. Consequently, it becomes possible to use a greater proportion of agglomeration fuels containing more volatile materials than coke dust, such as lignite coke, anthracite coal, etc. which have the double advantage. to be less expensive and more widely available; due to the fact that more than 95% of the volatile organic materials present in the fumes are captured at the chimney, it is possible to incorporate into the agglomeration mixture more recycled materials rich in organic compounds without having to pretreat them.