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BE1025977B1 - Composition de sorbant pour un precipitateur électrostatique - Google Patents

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BE1025977B1
BE1025977B1 BE2018/5533A BE201805533A BE1025977B1 BE 1025977 B1 BE1025977 B1 BE 1025977B1 BE 2018/5533 A BE2018/5533 A BE 2018/5533A BE 201805533 A BE201805533 A BE 201805533A BE 1025977 B1 BE1025977 B1 BE 1025977B1
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metal ion
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resistivity
counterion
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BE2018/5533A
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BE1025977A1 (fr
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Johan Heiszwolf
Rodney Foo
Gregory Martin Filippelli
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S.A. Lhoist Recherche Et Developpement
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Publication date
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Abstract

Composé minéral pulvérulent, composition de sorbant à base de composé minéral destinée à être utilisée dans le traitement de gaz de fumée, compatible avec des précipitateurs électrostatiques, et procédé de réduction de la résistivité d'une composition de sorbant pulvérulente pour l'installation de traitement de gaz de fumée comprenant un précipitateur électrostatique.

Description

BE2018/5533 1
COMPOSITION DE SORBANT POUR UN PRECIPITATEUR ÉLECTROSTATIQUE
Domaine technique
La présente invention concerne un composé minéral et une composition de sorbant pour utiliser dans une installation de gaz de fumée équipée d’un précipitateur électrostatique, une méthode d’obtention d’une telle composition de sorbant et un procédé de traitement de gaz de fumée utilisant un précipitateur électrostatique qui comprend une étape d’injection d’une telle composition de sorbant. Dans un autre aspect, la présente invention a trait à une installation de traitement de gaz de fumée utilisant la composition de sorbant selon l’invention.
État de la technique
Une combustion de combustible dans des procédés industriels ou la production d’énergie génère des cendres volantes et des gaz acides dont il faut minimiser la libération dans l’atmosphère. L’élimination des cendres volantes de flux de gaz de fumée peut être réalisée par un précipitateur électrostatique (ESP). Certains exemples de précipitateurs électrostatiques sont décrits dans le brevet US 4 502 872, le brevet US 8 328 902 ou le brevet US 6 797 035. Un précipitateur électrostatique comprend généralement une coque avec une admission de gaz de fumée et une sortie de gaz de fumée, la coque renfermant une pluralité d’électrodes de collecte, et d’électrodes de décharge espacées les unes des autres et une pluralité de trémies positionnées sous les plaques collectrices. Une tension est appliquée entre les électrodes de décharge et les électrodes de collecte de manière à créer un champ électrostatique chargeant la matière particulaire dans les gaz de fumée pour obtenir une matière particulaire chargée. La matière particulaire chargée est collectée par les électrodes de collecte. Le précipitateur électrostatique comprend en outre des heurtoirs qui fournissent des chocs ou vibrations mécaniques aux électrodes de collecte pour éliminer les particules collectées des électrodes de collecte. Les particules collectées chutent dans
BE2018/5533 des trémies arrangées au fond de la coque et qui sont vidées périodiquement ou continuellement. Les électrodes de collecte peuvent être planes ou sous forme de structure tubulaire ou en nid d’abeilles et les électrodes de décharge sont généralement sous la forme d’un fil ou d’une tige.
Généralement, les installations de traitement de gaz de fumée incluant des précipitateurs électrostatiques sont pourvues d’un préchauffeur d’air, lequel est parfois inclus dans une chaudière et/ou sinon fourni sous forme d’un élément additionnel de l’installation de gaz de fumée. Le préchauffeur d’air comprend un échangeur de chaleur transférant la chaleur du flux de gaz de fumée produit par la chaudière pour chauffer l’air de combustion à la chaudière pour augmenter le rendement thermique de la chaudière. Dans certains modes de réalisation, le traitement de gaz de fumée comprend de multiples précipitateurs électrostatiques. Des précipitateurs électrostatiques côté froid sont situés en aval du préchauffeur d’air, fonctionnent ainsi à des températures plus basses généralement inférieures à 200 °C (392 °F). Des précipitateurs électrostatiques côté chaud sont situés en amont du préchauffeur d’air et fonctionnent à des températures plus élevées, généralement supérieures à 250 °C (482 °F).
Quelques fois pour des usines existantes, les unités de précipitateur électrostatique fonctionnent déjà à la limite de leur capacité de conception en raison des limites plus drastiques concernant les émissions de matières particulaires qui ont été introduites au cours des années et/ou de changements quant aux conditions opératoires d’usine tels que le changement de combustible.
L’équation de Deutsch-Anderson décrit avec quelques approximations le rendement de collecte d’un précipitateur électrostatique par :
où η est le rendement de collecte fractionnaire, Ac est l’aire de l’électrode de collecte, Vpm est la vitesse de migration de particule et Q est le débit volumétrique de gaz. Les propriétés des particules qui influencent le rendement de collecte sont essentiellement la distribution de taille de particule
BE2018/5533 et leur résistivité. La résistivité des particules influence la vitesse de migration de particule comme décrit antérieurement dans l’équation de DeutschAnderson.
Diverses tentatives de réduire la résistivité de particules ont été tentées. On sait par exemple d’après le brevet US 4 439 351 que pour qu’un précipitateur électrostatique fonctionne efficacement, la résistivité électrique des cendres volantes doit être comprise entre 1E7 (1x107) et 2E10(2x10 ) ohms.cm. Un autre document, Mastropietro, R. A. Impact of Hydrated Lime Injection on Electrostatic Percipitator Performance in ASTM Symposium on Lime Utilization ; 2012 ; pages 2 à 10, énonce que la résistivité des cendres volantes devrait être comprise entre 1E8 (1x108) et 1E11 (1x1011) ohms.cm. Toutefois, la résistivité électrique des cendres volantes est généralement plus élevée et des additifs chimiques ont été utilisés tels que SO3, HCl, NH3, Na2CO3, Na2SO4 et NH(CH2CH2OH) pour abaisser la résistivité des cendres volantes. Toutefois, ces additifs sont susceptibles de libérer des composés non souhaitables. Le même document divulgue l’utilisation de polymères pour abaisser la résistivité des cendres volantes. Néanmoins, des additifs polymères se dégradent généralement à des températures élevées et doivent être injectés dans le flux de gaz de fumée à des basses températures.
Le document brevet US 6 126 910 divulgue l’élimination de gaz acides d’un gaz de fumée avec un précipitateur électrostatique par pulvérisation d’une solution de bisulfite de sodium, bisulfite de calcium, bisulfite de magnésium, bisulfite de potassium ou bisulfite d’ammonium ou l’une de leurs combinaisons dans un flux de gaz en amont de l’unité de précipitateur électrostatique. De tels sels de bisulfite éliminent sélectivement les gaz acides tels que HCl, HF et SO3 mais ils n’éliminent pas le dioxyde de soufre. Le dioxyde de soufre dans les gaz de fumée doit être éliminé par la suite avec un réactif tel que la chaux hydratée. Le document brevet US 6 803 025 divulgue un procédé similaire utilisant un composé de réaction choisi dans le groupe consistant en le carbonate de sodium, le bicarbonate de sodium, l’hydroxyde de sodium, l’hydroxyde d’ammonium, l’hydroxyde de potassium, l’hydroxyde de
BE2018/5533 potassium, le carbonate de potassium et le bicarbonate de potassium pour éliminer des gaz acides tels que HCl, HF, SO3 et partiellement SO2 des gaz de fumée. Toutefois, le SO2 restant doit toujours être éliminé par l’utilisation d’un autre réactif tel que de la chaux hydratée. Pour le traitement de gaz de fumée libérés par des centrales électriques, les quantités de chlorure libérées par un combustible ou charbon en combustion sont généralement très faibles par rapport au SO2, par conséquent le procédé de traitement de gaz de fumée peut être simplifié en n’utilisant que de la chaux hydratée comme sorbant.
Le document WO2015/119880 concerne les inconvénients du trona ou de la chaux hydratée en tant que sorbants pour un procédé de traitement de gaz de fumée avec des unités de précipitateur électrostatique. Des sorbants à base de sodium sont connus pour diminuer la résistivité de la matière particulaire, néanmoins un inconvénient principal de l’utilisation de sorbants de sodium est que la lixiviation des métaux lourds à partir des cendres volantes est accrue, menant à une contamination environnementale potentielle. Des sorbants à base d’hydroxyde de calcium ne présentent pas le problème de lixiviation de métaux lourds à partir des cendres volantes, mais ils sont connus pour augmenter la résistivité de la matière particulaire (cendres volantes) entraînée dans le flux de gaz de fumée si bien que le rendement de l’unité de précipitateur électrostatique peut être abaissé lorsque l’on utilise des sorbants à base de calcium. Le même document divulgue une composition visant à réduire la résistivité particulaire dans des gaz de fumée et à capturer des gaz acides, où la composition comprenant un métal alcalin/alcalinoterreux particulaire ayant la formule (Lii.a.ß Naa Kß)w(Mgi.5 Caö)x(OH)y(CO3)z-nH2O, plus spécifiquement la formule NawCax(OH)y(CO3)z nH2O, dans lesquelles un rapport W sur x est d’environ 1/3 à environ 3/1. En conséquence, la composition présente encore une grande quantité de sodium qui serait susceptible pas uniquement de se lixivier, mais le sodium est également connu pour augmenter la lixiviation de métaux lourds contenus dans les cendres volantes.
Le document US 6 797 035 divulgue un procédé de réduction de la résistivité de cendres volantes par pulvérisation d’une solution aqueuse de
BE2018/5533 nitrate de potassium ou nitrite de potassium sur le flux de gaz de fumée ou par injection de poudre de nitrate de potassium ou de nitrite de potassium dans le conduit traversé par les gaz de fumée. Un inconvénient de l’utilisation de ces poudres de sels de nitrate ou de nitrite est qu’elles réagissent avec d’autres espèces que les cendres volantes et aboutissent à un produit chimique moins réactif atteignant les plaques collectrices du précipitateur électrostatique. Par conséquent, on suggère d’injecter ces sels de nitrate sous forme de poudres finement divisées pour réduire l’aire réactive exposée et inhiber des réactions avec des oxydes nitreux et des oxydes de soufre.
Néanmoins, il existe encore un besoin de proposer un composé minéral qui puisse être avantageusement utilisé dans des installations de traitement de gaz de fumée hautement compatible avec des précipitateurs électrostatiques.
L’objet de la présente invention est de proposer un composé minéral et une composition de sorbant comprenant ledit composé minéral éliminant l’inconvénient intrinsèque de ces sorbants lors de leur application à des unités de précipitateur électrostatique.
Résumé de l’invention
Selon un premier aspect, la présente invention a trait à un composé minéral pulvérulent présentant une résistivité à 300 °C (372 °F) R300 plus basse que 1E11 (1x1011) Ohms.cm et plus élevée que 1E7 (1x107) Ohms.cm, avantageusement plus basse que 1E10 (1x1010) Ohms.cm et plus élevée que 5E7 (5x107) Ohms.cm, de préférence plus basse que 5E9 (5x109) Ohms.cm, de manière davantage préférée plus basse que 1E9 (1x109) Ohms.cm, de manière encore davantage préférée plus basse que 5E8 (5x108) Ohms.cm.
En effet, il a été observé de façon étonnante qu’un composé minéral pulvérulent peut être utilisé avec succès dans le traitement de gaz de fumée utilisant des précipitateurs électrostatiques lorsque la résistivité à 300 °C (372 °F) est encore plus basse que 1E11 (1x1011) Ohms.cm, de préférence plus basse que 1E10 (1x101°) Ohms.cm, signifiant que le composé
BE2018/5533 minéral pulvérulent est robuste et ne se décompose pas à une température relativement élevée. En conséquence, ce composé minéral pulvérulent est apte à modifier positivement la résistivité des cendres volantes sans impacter négativement le fonctionnement du précipitateur électrostatique.
Selon le type de composé minéral, il sera de préférence injecté
- à un emplacement près de la chaudière ou même dans la chaudière car à cet emplacement du flux de gaz de fumée à l’intérieur duquel le composé minéral doit être injecté, la température serait favorable à une capture adéquate de composés polluants de gaz de fumée. Dans ce cas, comme le produit ne se décompose pas, la résistivité à une température de 300 °C (372 °F) est encore assez basse pour modifier la résistivité du mélange des cendres volantes présentes dans les gaz de fumée et le composé minéral injecté, ou
- il sera de préférence injecté à un emplacement proche de l’amont du préchauffeur étant donné qu’à cet emplacement du flux de gaz de fumée à l’intérieur duquel le composé minéral doit être injecté, la température serait favorable pour une capture adéquate de composés polluants des gaz de fumées. Dans ce cas, également, comme le produit ne se décompose pas, la résistivité à une température de 300 °C (372 °F) est encore assez basse pour modifier la résistivité du mélange des cendres volantes présentes dans les gaz de fumée et le composé minéral injecté.
De préférence, le composé minéral selon la présente invention présente une résistivité maximale Rmax plus basse que 5E11 (5x1011) Ohms.cm, de préférence plus basse que1E11 (1x1011) Ohms.cm et de manière davantage préférée plus basse que 5E10 (5x1010) Ohms.cm.
Avantageusement, le composé minéral est dopé avec au moins un ion métallique Μ choisi dans le groupe de l’ion métallique ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et appartenant au groupe consistant en un ion de métal de transition ou un ion de métal de post-transition dans une quantité supérieure ou égale à 0,05 % en poids et inférieure ou égale à 5 % en poids par rapport au poids total du composé minéral pulvérulent.
BE2018/5533
Dans un mode de réalisation particulier, le composé minéral selon la présente invention est en outre dopé avec au moins un contre-ion X choisi dans le groupe consistant en des nitrates, des nitrites, et leur mélange à une quantité supérieure ou égale à 0,05 % en poids et inférieure ou égale à 5 % en poids par rapport au poids total du composé minéral pulvérulent.
Dans un mode de réalisation préféré du composé minéral selon la présente invention, le poids total dudit ion métallique et dudit contre-ion est supérieur ou égal à 0,1 % en poids et inférieur ou égal à 5% en poids, de préférence compris entre 0,3 et 3 % en poids, par rapport au poids total du composé minéral pulvérulent.
Dans encore un autre mode de réalisation préféré, le composé minéral de l’invention comprend en outre du sodium dans une quantité allant jusqu’à 3,5 % en poids par rapport au poids total du composé minéral pulvérulent, exprimée en équivalent sodium. De préférence, le sodium est dans une quantité minimale de 0,2 % en poids par rapport au poids total du composé minéral pulvérulent et exprimée en équivalent sodium.
Le sodium sous la forme d’additif de sodium dans de telles quantités est connu pour avoir un léger effet sur la diminution de la résistivité du sorbant. Le demandeur a trouvé que l’additif de sodium dans de telles quantités en combinaison avec la présence telle que décrite ci-dessous d’au moins un ion métallique et/ou un contre-ion confère en outre un effet additionnel sur la diminution de la résistivité de la composition de sorbant. L’utilisation d’additif de sodium en combinaison avec la présence comme décrit ci-dessous d’au moins un ion métallique et/ou un contre-ion diminue la résistivité de la composition de sorbant plus que lorsque la présence telle que décrite ci-dessous d’au moins un ion métallique et/ou un contre-ion est utilisée seule dans le composé minéral et plus que lorsque du sodium est utilisé seul dans le composé minéral.
Dans un mode de réalisation avantageux du composé minéral, ledit ion métallique Μ est l’un des ions parmi Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Mo2+, Ni2+, Zn2+.
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De préférence, ledit ion métallique Μ est l’un des ions parmi Cu2+, Fe2+, Fe3+.
De préférence, ledit contre-ion X est du nitrate.
Il a été trouvée que la présence d’un ion métallique comme divulgué ci-dessus et/ou d’un contre-ion comme décrit précédemment dans le composé minéral, diminue la résistivité du composé minéral.
Dans un mode de réalisation préféré, le minéral pulvérulent comprend des particules ayant une d50 comprise entre 5 et 25 μm, de préférence entre 5 et 20 μm, de manière davantage préférée entre 5 et 16 μm.
La notation dx représente un diamètre exprimé en μm, tel que mesuré par granulométrie laser dans du méthanol facultativement après sonification, par rapport à laquelle X % en masse des particules mesurées sont inférieures ou égales.
De préférence, en particulier, le composé minéral pulvérulent est choisi dans le groupe de la famille des Phyllosilicates qui comprend les quatre groupes clés des groupes de Serpentine, de Minéral argileux, de Mica et de Chlorite.
En particulier, le composé minéral pulvérulent est choisi dans le groupe de l’halloysite et des phyllosilicates selon la classification de Dana, de préférence dans le groupe consistant en l’allophane, la bentonite, la chlorite, la dickite, l’halloysite, l’illite, la kaolinite, la montmorillonite, la nacrite, la nontronite, la palygorksite, la saponite, la sépiolite, la serpentine, le talc et leurs mélanges, de manière davantage préférée dans le groupe consistant en la bentonite, l’halloysite, l’illite, la kaolinite, la montmorillonite, la sépiolite, la smectite, le talc, la vermiculite et leurs mélanges, et de manière préférée entre toutes dans le groupe consistant en la bentonite, l’halloysite, la kaolinite, la montmorillonite, la sépiolite et leurs mélanges.
D’autres modes de réalisation du composé minéral selon la présente invention sont mentionnés dans les revendications annexées.
Selon un deuxième aspect, la présente invention concerne également une composition de sorbant pour une installation de traitement de
BE2018/5533 gaz de fumée incluant un précipitateur électrostatique comprenant ledit composé minéral selon la présente invention.
De préférence, la composition de sorbant selon l’invention comprend en outre du charbon actif, du coke de lignite, de l’argile réfractaire, de la poussière de ciment à air occlus, de la perlite, de l’argile expansée, de la poussière de grès de chaux, de la poussière de trass, de la poussière de roche de Yali, de la chaux de trass, de la terre à foulon, du ciment, de l’aluminate de calcium, de l’aluminate de sodium, du sulfure de calcium, du sulfure organique, du sulfate de calcium, du coke à foyer ouvert, de la poussière de lignite, des cendres volantes, ou du verre soluble ou un composé de calcium-magnésium tel que de la chaux ou du carbonate.
Dans un mode de réalisation préféré, la composition de sorbant selon la présente invention comprend un additif de sodium comprenant du sodium dans une quantité allant jusqu’à 3,5 % en poids par rapport au poids total du composé minéral pulvérulent et exprimée en équivalent sodium. En particulier, la quantité de sodium dans la composition serait supérieure à 0,2 % en poids par rapport au poids total de la composition de sorbant pulvérulente.
Dans un mode de réalisation préféré, la composition de sorbant selon la présente invention comprend ledit ion métallique Μ et/ou ledit contreion X qui sont présents à une quantité supérieure ou égale à 0,05 % en poids et inférieure ou égale à 5 % en poids par rapport au poids total de la composition de sorbant sèche et dans lequel de préférence le poids total dudit ion métallique et dudit contre-ion est supérieur ou égal à 0,1 % en poids et inférieur ou égal à 5 % en poids, de préférence entre 0,3 et 3 % en poids, par rapport au poids total de la composition de sorbant sèche.
Dans un mode de réalisation particulier selon la présente invention, la composition de sorbant comprend de l’eau dans une quantité telle que la composition de sorbant se présente sous la forme d’une suspension. Des exemples de quantités peuvent être de 40 à 90 % en poids d’eau, où le sorbant étant compris dans une quantité de 10 à 60 % en poids par rapport au poids total de la composition de sorbant sous la forme d’une suspension.
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La composition de sorbant sous la forme d’une suspension peut être utilisée par exemple dans un absorbeur par voie sèche à pulvérisation, qui peut être suivi par un précipitateur électrostatique.
D’autres modes de réalisation de la composition de sorbant selon la présente invention sont mentionnés dans les revendications annexées.
Selon un troisième aspect, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’une composition de sorbant pour une installation de traitement de gaz de fumée incluant un précipitateur électrostatique, comprenant les étapes de :
a) fourniture d’un composé minéral dans un réacteur
b) ajout d’un additif ou d’un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X, Μ étant un ion métallique ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et est un ion de métal de transition ou un ion de métal de post-transition, et X étant l’un des contre-ions parmi des nitrates, des nitrites, des oxydes (O2'), des hydroxydes (OH'), et leur mélange dans une quantité calculée pour obtenir entre 0,1 % en poids et 5 % en poids, de préférence entre 0,3 % en poids et 3 % en poids dudit ion métallique Μ et/ou dudit contre-ion X en poids de la composition de sorbant sèche.
En variante, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’une composition de sorbant pour une installation de traitement de gaz de fumée incluant un précipitateur électrostatique, comprenant les étapes de :
a) fourniture d’un composé minéral dans un réacteur
b) ajout d’un additif ou d’un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X, Μ étant un ion métallique ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et étant un ion de métal de transition ou un ion de métal de post-transition, et X étant l’un des contre-ions parmi des nitrates, des nitrites, des oxydes (O2'), des hydroxydes (OH'), et leur mélange dans une quantité calculée pour obtenir entre 0,1 % en poids et 5 % en poids, de préférence entre 0,3 % en poids et 3 % en poids dudit ion métallique Μ et/ou dudit contre-ion X en poids du composé minéral.
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Dans un mode de réalisation préféré, la composition de sorbant comprend des particules ayant une d50 comprise entre 5 et 25 μm, de préférence entre 5 et 20 μm, de manière davantage préférée entre 5 et 16 μm.
De préférence, dans le procédé de fabrication de ladite composition de sorbant, ledit ion métallique Μ est l’un des ions parmi Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Mo2+, Ni2+, Zn2+. De manière davantage préférée, dans le procédé de fabrication de ladite composition de sorbant, ledit ion métallique Μ est l’un des ions parmi Cu2+, Fe2+, Fe3+.
Dans le procédé de fabrication de ladite composition de sorbant, ledit contre-ion X est de préférence du nitrate.
De préférence, le procédé de fabrication de ladite composition de sorbant comprend une étape d’ajout d’un autre additif comprenant du sodium exprimé en équivalent sodium dans une quantité calculée pour obtenir jusqu’à 3,5 % d’équivalent sodium en poids de la composition de sorbant sèche.
De préférence, ledit procédé de fabrication est caractérisé en ce qu’il comprend en outre une étape d’ajout de charbon actif, coke de lignite, argile réfractaire, poussière de ciment à air occlus, perlite, argile expansée, poussière de grès de chaux, poussière de trass, poussière de roche de Yali, chaux au trass, terre à foulon, ciment, aluminate de calcium, aluminate de sodium, sulfure de calcium, sulfure organique, sulfate de calcium, coke à foyer ouvert, poussière de lignite, cendres volantes, composé de calcium-magnésium ou verre soluble.
Dans un mode de réalisation du procédé de fabrication dudit sorbant selon l’invention, l’étape d’ajout d’un additif ou d’un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X est réalisée avant ladite étape d’ajout de charbon actif, coke de lignite, argile réfractaire, poussière de ciment à air occlus, perlite, argile expansée, poussière de grès de chaux, poussière de trass, poussière de roche de Yali, chaux au trass, terre à foulon, ciment, aluminate de calcium, aluminate de sodium, sulfure de calcium, sulfure organique, sulfate de calcium, coke à foyer ouvert, poussière de lignite, cendres volantes, composé de calcium-magnésium ou verre soluble.
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Dans un autre mode de réalisation du procédé de fabrication de ladite composition de sorbant, ladite étape d’ajout d’un additif ou d’un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X est réalisée pendant ladite étape d’ajout de charbon actif, de coke de lignite, d’argile réfractaire, de poussière de ciment à air occlus, de perlite, d’argile expansé, de poussière de grès de chaux, de poussière de trass, de poussière de roche de Yali, de chaux au trass, de terre à foulon, de ciment, d’aluminate de calcium, d’aluminate de sodium, de sulfure de calcium, de sulfure organique, de sulfate de calcium, de coke à foyer ouvert, de poussière de lignite, de cendres volantes, de composé de calcium-magnésium ou de verre soluble.
En variante, dans le procédé de fabrication de ladite composition de sorbant, ladite étape d’ajout d’un additif ou d’un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X est réalisée après ladite étape d’ajout de charbon actif, de coke de lignite, d’argile réfractaire, de poussière de ciment à air occlus, de perlite, d’argile expansé, de poussière de grès de chaux, de poussière de trass, de poussière de roche de Yali, de chaux au trass, de terre à foulon, de ciment, d’aluminate de calcium, d’aluminate de sodium, de sulfure de calcium, de sulfure organique, de sulfate de calcium, de coke à foyer ouvert, de poussière de lignite, de cendres volantes, de composé de calcium-magnésium ou de verre soluble.
D’autres modes de réalisation du procédé de fabrication d’une composition de sorbant selon la présente invention sont mentionnés dans les revendications annexées
Dans un quatrième aspect, la présente invention concerne un procédé de traitement de gaz de fumée utilisant une installation comprenant une zone d’injection agencée en amont d’un précipitateur électrostatique, caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’injection dans ladite zone d’injection d’une composition de sorbant selon la présente invention.
Plus particulièrement, le procédé de traitement de gaz de fumée utilisant une installation incluant un précipitateur électrostatique, et une zone d’injection agencée en amont dudit précipitateur électrostatique et traversée par
BE2018/5533 des gaz de fumée vers ledit précipitateur électrostatique est caractérisé en ce que ledit procédé comprend une étape d’injection d’une composition de sorbant dans ladite zone d’injection, ladite composition de sorbant comprenant un sorbant minéral, au moins un ion métallique Μ ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et qui est un ion de métal de transition ou un ion de métal de post-transition, et facultativement au moins un contre-ion X choisi parmi des nitrates, des nitrites, et leur mélange, la quantité totale dudit au moins un ion métallique Μ et dudit facultativement au moins un contre-ion X étant comprise entre 0,1 % et 5 %, de préférence 0,3 et 3,5% en poids de la composition sèche.
Selon la présente invention, ladite composition de sorbant a une résistivité plus basse comparée à des sorbants minéraux de la technique antérieure, spécialement à une température de 300 °C (372°F). Une injection de la composition de sorbant selon l’invention dans une zone d’injection pour mélanger avec des gaz de fumée est efficace pour l’élimination de SO2 et d’autres polluants et la résistivité plus basse d’une telle composition de sorbant améliore la collecte de matière particulaire sur les électrodes de collecte du précipitateur électrostatique.
Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon la présente invention, ladite composition de sorbant est injectée dans ladite zone d’injection, dans lequel lesdits gaz de fumée ont une température comprise entre 180°C (356°F) et 1000°C (1832°F), de préférence supérieure ou égale à 200°C (392°F), de manière davantage préférée supérieure à 300°C (372°F), de préférence inférieure à 900°C (1652°F), de manière davantage préférée inférieure à 500°C (932°F).
De préférence, dans le procédé de traitement de gaz de fumée selon l’invention, ledit composé minéral dans la composition de sorbant est mélangé avec un additif ou un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X avant ladite étape d’injection.
En variante, dans le procédé de traitement de gaz de fumée selon l’invention, le composé minéral et un additif ou un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X sont injectés
BE2018/5533 séparément et mélangés avec lesdits gaz de fumée dans ladite zone d’injection.
De préférence, dans le procédé de traitement de gaz de fumée selon l’invention, ladite zone d’injection est située en amont d’un préchauffeur d’air lui-même situé en amont dudit précipitateur électrostatique.
De préférence, dans le procédé de traitement de gaz de fumée selon l’invention, ledit ion Μ est l’un des ions parmi Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Mo2+, Ni2+, Zn2+.
De manière davantage préférée, dans le procédé de traitement de gaz de fumée de l’invention, ledit ion Μ est l’un des ions parmi Cu2+, Fe2+, Fe3+.
De préférence, dans le procédé de traitement de gaz de fumée de l’invention, ledit contre-ion X est du nitrate.
De préférence, dans le procédé de traitement de gaz de fumée de l’invention, ladite composition de sorbant comprend un autre additif comprenant du sodium dans une quantité allant jusqu’à 3,5 % en poids de la composition sèche et exprimée en équivalent sodium.
De préférence, dans le procédé de traitement de gaz de fumée de l’invention, ladite composition de sorbant comprend en outre du charbon actif, du coke de lignite, de l’argile réfractaire, de la poussière de ciment à air occlus, de la perlite, de l’argile expansée, de la poussière de grès de chaux, de la poussière de trass, de la poussière de roche de Yali, de la chaux de trass, de la terre à foulon, du ciment, de l’aluminate de calcium, de l’aluminate de sodium, du sulfure de calcium, du sulfure organique, du sulfate de calcium, du coke à foyer ouvert, de la poussière de lignite, des cendres volantes, un sorbant de calcium-magnésium ou du verre soluble.
D’autres modes de réalisation du procédé de traitement de gaz de fumée selon la présente invention sont mentionnés dans les revendications annexées.
Dans un cinquième aspect, la présente invention concerne un dispositif de traitement de gaz de fumée comprenant un précipitateur électrostatique en aval d’un préchauffeur d’air, ledit préchauffeur d’air étant relié audit précipitateur électrostatique par un conduit, caractérisé en ce qu’il
BE2018/5533 comprend en outre une zone d’injection destinée à injecter une composition de sorbant selon la présente invention agencée en amont dudit préchauffeur d’air.
D’autres modes de réalisation du dispositif de traitement de gaz de fumée selon la présente invention sont mentionnés dans les revendications annexées.
De préférence, ledit dispositif ou ladite installation de traitement de gaz de fumée est utilisé pour traiter des gaz de fumée d’une usine, en particulier d’une centrale électrique, utilisant du charbon ou un combustible contenant des espèces soufrées ou d’autres précurseurs de gaz acides.
De préférence, ladite installation de traitement de gaz de fumée comprend en outre un réservoir comprenant ladite composition de sorbant pour fournir ladite composition de sorbant à ladite zone d’injection à travers une admission de sorbant.
La présente invention peut également être résumée comme un procédé de réduction de la résistivité d’une composition de sorbant pulvérulente pour une installation de traitement de gaz de fumée comprenant un précipitateur électrostatique en dessous de1E11 Ohms.cm et au-dessus de1E07 Ohm.cm à 300 °C, dans lequel ladite résistivité de ladite composition de sorbant pulvérulente est mesurée dans une cellule de résistivité dans un four sous un flux d’air comprenant 10 % d’humidité, ladite composition de sorbant pulvérulente comprenant un composé minéral pulvérulent de type halloysite selon la classification de Dana, le procédé comprenant les étapes de :
a) fourniture de ladite composition de sorbant pulvérulente dans un réacteur et ;
b) ajout à ladite composition de sorbant pulvérulente d’un additif ou un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X, Μ étant un ion métallique ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et étant un ion de métal de transition ou un ion de métal de posttransition, ou Mg2+ ou Na+ ou Li+ et X étant l’un des contre-ions choisis dans le groupe consistant en des nitrates, des nitrites, des oxydes O2', et de l’hydroxyde OH' et leurs mélanges dans une quantité calculée pour obtenir entre 0,1 % en poids et 5 % en poids, de préférence entre 0,3 % en poids
BE2018/5533 et 3 % en poids dudit ion métallique Μ et/ou dudit contre-ion X en poids par rapport au poids total de la composition de sorbant sèche.
De préférence, ledit ion métallique Μ est choisi dans le groupe consistant en Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Mo2+, Ni2+ et Zn2+.
De préférence, ledit contre-ion X est du nitrate.
De préférence, ladite composition de sorbant pulvérulente comprend en outre du charbon actif, du coke de lignite, de l’halloysite, de la sépiolite, des argiles, de la bentonite, du kaolin, de la vermiculite, de l’argile réfractaire, de la poussière de ciment à air occlus, de la perlite, de l’argile expansée, de la poussière de grès de chaux, de la poussière de trass, de la poussière de roche de Yali, de la chaux de trass, de la terre à foulon, du ciment, de l’aluminate de calcium, de l’aluminate de sodium, du sulfure de calcium, du sulfure organique, du sulfate de calcium, du coke à foyer ouvert, de la poussière de lignite, des cendres volantes, ou du verre soluble.
De préférence, le procédé de réduction de la résistivité comprend en outre une étape d’ajout à ladite composition de sorbant pulvérulente d’un additif de sodium comprenant du sodium dans une quantité allant jusqu’à 3,5 % en poids par rapport au poids total de la composition de sorbant pulvérulente et exprimée en équivalent sodium.
De préférence, le composé minéral pulvérulent comprend des particules ayant une d50 comprise entre 5 et 25 μm, de préférence entre 5 et 20 μm, de manière davantage préférée entre 5 et 16 μm.
Selon l’invention, la composition de sorbant pulvérulente pour une installation de traitement de gaz de fumée incluant un précipitateur électrostatique, comprend un composé minéral pulvérulent de type halloysite selon la classification de Dana, caractérisée en ce que ladite composition de sorbant pulvérulente a une résistivité réduite en dessous de 1E11 Ohms.cm et au-dessus de 1E07 Ohms.cm à 300 °C, dans laquelle ladite résistivité de ladite composition de sorbant pulvérulente est mesurée dans une cellule de résistivité dans un four sous un flux d’air comprenant 10 % d’humidité, ladite résistivité réduite étant fournie par un additif ou un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X, Μ étant un ion métallique
BE2018/5533 ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et est un ion de métal de transition ou un ion de métal de post-transition, ou Mg2+ ou Na+ ou Li+ et X étant l’un des contre-ions choisi dans le groupe consistant en des nitrates, des nitrites, des oxydes O2', et de l’hydroxyde OH' et leurs mélanges dans une quantité calculée pour obtenir entre 0,1 % en poids et 5 % en poids, de préférence entre 0,3 % en poids et 3 % en poids dudit ion métallique Μ et/ou contre-ion X en poids par rapport au poids total de la composition de sorbant sèche.
La présente invention concerne également l’utilisation d’une composition de sorbant pulvérulente telle que décrite ici dans un procédé de traitement de gaz de fumée utilisant une installation comprenant un précipitateur électrostatique.
Brève description des dessins
La figure 1 présente un mode de réalisation schématique d’une installation de traitement de gaz de fumée réalisant le procédé de traitement de gaz de fumée avec la composition de sorbant selon la présente invention.
Description détaillée de l’invention
Selon un premier aspect, la présente invention concerne une composition de sorbant pour une installation de traitement de gaz de fumée incluant un précipitateur électrostatique, ladite composition de sorbant comprenant un composé minéral, caractérisée en ce qu’elle comprend en outre un additif ou un mélange d’additifs dans une quantité comprise entre 0,1 % et 5 %, de préférence entre 0,3 % et 3 % en poids de la composition sèche, ledit additif ou lesdits additifs contenant au moins un ion métallique Μ ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et étant un ion de métal de transition ou un ion de métal de post-transition, et au moins un contre-ion X choisi parmi des nitrates, des nitrites, et leurs mélanges.
Dans un mode de réalisation préféré, le composé minéral poudreux est choisi dans le groupe consistant en l’allophane, la bentonite, la chlorite, la dickite, l’halloysite, l’illite, la kaolinite, la montmorillonite, la nacrite, la
BE2018/5533 nontronite, la palygorksite, la saponite, la sépiolite, la serpentine, le talc et leurs mélanges, de manière davantage préférée dans le groupe consistant en la bentonite, l’halloysite, l’illite, la kaolinite, la montmorillonite, la sépiolite, la smectite, le talc, la vermiculite et leurs mélanges, et de manière préférée entre toutes dans le groupe consistant en la bentonite, l’halloysite, la kaolinite, la montmorillonite, la sépiolite et leurs mélanges.
Le procédé de fabrication de ladite composition de sorbant selon l’invention comprend une étape de fourniture d’un sorbant minéral et est caractérisé en ce qu’il comprend une étape d’ajout d’un additif ou d’un mélange d’additifs dans une quantité calculée pour obtenir entre 0,1% et 5%, de préférence entre 0,3 et 3,5% dudit additif ou mélange d’additifs en poids de la composition de sorbant sèche ou en poids du sorbant minéral, ledit additif ou lesdits additifs contenant au moins un ion métallique Μ ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et étant un ion de métal de transition ou un ion de métal de post-transition, et au moins un contre-ion X choisi parmi des nitrates, des nitrites, O2', et OH' et leurs mélanges.
Dans un mode de réalisation du procédé de fabrication de la composition de sorbant selon l’invention, ledit additif contenant au moins un ion métallique Μ et au moins un contre-ion X est ajouté sous forme de solution aqueuse ou de suspension ou de poudre.
Ledit additif ou mélange d’additifs contenant au moins un ion métallique Μ et au moins un contre-ion X est de préférence ajouté à un sorbant minéral avant injection dans une zone d’injection de l’installation de traitement de gaz de fumée.
En variante, ledit additif ou mélange d’additifs contenant au moins un ion métallique Μ et au moins un contre-ion X peut être ajouté pendant l’injection dans une zone d’injection de l’installation de traitement de gaz de fumée, séparément du sorbant minéral et en amont du précipitateur électrostatique.
Diverses compositions de sorbant ont été préparées selon la méthode de la présente invention et des mesures de la résistivité des poudres sèches desdites compositions de sorbant ont été réalisées en suivant la
BE2018/5533 procédure soulignée par ΙΊΕΕΕ (Esctcourt, 1984). Fondamentalement, une cellule de résistivité d’un volume déterminé est remplie par une poudre sèche de composition de sorbant et la poudre est ensuite compactée avec un poids de manière à obtenir une surface plate. Une électrode avec une protection a été placée sur la surface de la poudre et la résistivité de la poudre a été mesurée dans un four sous un flux d’air comprenant 10 % d’humidité à diverses températures comprises entre 150 °C (302 °F) et 300 °C (372 °F). Pour chaque mesure, une résistivité maximale Rmax et une résistivité à 300 °C (372 °F) ont été déterminées.
Il faut mentionner que des améliorations de collecte de matière particulaire sur des électrodes de collecte d’un précipitateur électrostatique peuvent être observées avec l’utilisation du sorbant selon la présente invention.
Selon un autre aspect, la présente invention concerne une installation de traitement de gaz de fumée. La figure 1 montre un mode de réalisation schématique d’une installation de traitement de gaz de fumée 100 comprenant un précipitateur électrostatique 101 agencé en aval d’une première portion de conduit 102 agencée en aval d’un préchauffeur d’air 103, caractérisée en ce qu’une zone d’injection 104 est agencée en amont dudit préchauffeur d’air 103 et comprend une admission de sorbant 105. Ladite installation de traitement de gaz de fumée 100 comprend en outre un réservoir 106 comprenant ladite composition de sorbants pour fournir ladite composition de sorbant à ladite zone d’injection à travers ladite admission de sorbant. Les gaz de fumée chauds FG produits par une chaudière 10 traversent la zone d’injection dans laquelle le sorbant S selon l’invention est injecté pour réagir avec du SO2 et d’autres gaz acides issus des gaz de fumée, puis les gaz de fumée chauds traversent le préchauffeur d’air à travers lequel circule de l’air froid CA pour absorber la chaleur des gaz de fumée chauds et pour être injecté sous forme d’air chaud HA dans la chaudière. Ensuite, les gaz de fumée traversent le précipitateur électrostatique 101 dans lequel des électrodes de collecte chargées collectent la matière particulaire, dont la composition de sorbant selon l’invention qui a réagi avec des gaz acides indésirables. L’installation de traitement de gaz de fumée décrite ici est
BE2018/5533 relativement simple et bien adaptée à l’utilisation de la composition de sorbant selon la présente invention.
De préférence, ladite installation de traitement de gaz de fumée est utilisée pour traiter des gaz de fumée d’une centrale électrique utilisant du charbon ou un combustible contenant des espèces soufrées ou d’autres précurseurs de gaz acides.
Il faut comprendre que la présente invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits et que des variations peuvent être appliquées sans sortir de la portée des revendications annexées.
Par exemple, dans le mode de réalisation préféré, l’installation destinée au traitement de gaz de fumée a été décrite avec un précipitateur électrostatique en aval d’un préchauffeur d’air, ledit préchauffeur d’air étant relié audit précipitateur électrostatique par un conduit avec une zone d’injection destinée à une injection d’une composition de sorbant selon la présente invention agencée en amont dudit préchauffeur d’air. Une alternative dans la portée de la présente invention peut comprendre un dispositif de collecte particulaire en amont dudit préchauffeur.
Une autre alternative du dispositif de traitement de gaz de fumée selon la présente invention comprend en séquence un précipitateur électrostatique, un préchauffeur suivi facultativement par un dispositif de collecte particulaire, avant d’atteindre la cheminée.
Le dispositif de collecte particulaire peut être un autre précipitateur électrostatique ou tout type de filtre, tel qu’un filtre à manches.
Dans tous ces modes de réalisation, la composition de sorbant selon la présente invention est injectée dans une zone d’injection située en amont dudit précipitateur électrostatique, avant ou après le préchauffeur, selon la configuration sur site.

Claims (8)

1. Procédé de réduction de la résistivité d’une composition de sorbant pulvérulente pour une installation de traitement de gaz de fumée comprenant un précipitateur électrostatique en dessous de 1E11 Ohms.cm et au-dessus de 1E07 Ohms.cm à 300 °C, dans lequel ladite résistivité de ladite composition de sorbant pulvérulente est mesurée dans une cellule de résistivité dans un four sous un flux d’air comprenant 10 % d’humidité, ladite composition de sorbant pulvérulente comprenant un composé minéral pulvérulent de type halloysite selon la classification de Dana, le procédé comprenant les étapes de :
a) fourniture de ladite composition de sorbant pulvérulente dans un réacteur et ;
b) ajout à ladite composition de sorbant pulvérulente d’un additif ou d’un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X, Μ étant un ion métallique ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et étant un ion de métal de transition ou un ion de métal de posttransition, ou Mg2+ ou Na+ ou Li+ et X étant l’un des contre-ions choisis dans le groupe consistant en des nitrates, des nitrites, des oxydes O2', et de l’hydroxyde OH' et leurs mélanges dans une quantité calculée pour obtenir entre 0,1 % en poids et 5 % en poids, dudit ion métallique Μ et/ou dudit contreion X en poids par rapport au poids total de la composition de sorbant sèche.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit ion métallique Μ est choisi dans le groupe consistant en Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Co2+, Mo2+, Ni2+ et Zn2+.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit contreion X est du nitrate.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite composition de sorbant pulvérulente comprend en outre du charbon actif, du coke de lignite, de l’halloysite, de la sépiolite, des argiles, de la bentonite, du kaolin, de la vermiculite, de l’argile réfractaire, de la poussière de ciment à air occlus, de la perlite, de l’argile expansée, de la
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22 poussière de grès de chaux, de la poussière de trass, de la poussière de roche de Yali, de la chaux de trass, de la terre à foulon, du ciment, de l’aluminate de calcium, de l’aluminate de sodium, du sulfure de calcium, du sulfure organique, du sulfate de calcium, du coke à foyer ouvert, de la poussière de lignite, des cendres volantes, ou du verre soluble.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une étape d’ajout à ladite composition de sorbant pulvérulente un additif de sodium comprenant du sodium dans une quantité allant jusqu’à 3,5 % en poids par rapport au poids total de la composition de sorbant pulvérulente et exprimée en équivalent sodium.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit composé minéral pulvérulent comprend des particules ayant une d50 comprise entre 5 et 25 μm.
7. Composition de sorbant pulvérulente pour une installation de traitement de gaz de fumée incluant un précipitateur électrostatique, ladite composition de sorbant pulvérulente comprenant un composé minéral pulvérulent de type halloysite selon la classification de Dana, caractérisée en ce que ladite composition de sorbant pulvérulente a une résistivité réduite en dessous de1E11 Ohms.cm et au-dessus de 1E07 Ohms.cm à 300 °C, dans laquelle ladite résistivité de ladite composition de sorbant pulvérulente est mesurée dans une cellule de résistivité dans un four sous un flux d’air comprenant 10% d’humidité, ladite résistivité réduite étant fournie par un additif ou un mélange d’additifs, comprenant au moins un ion métallique Μ et/ou un contre-ion X, Μ étant un ion métallique ayant un numéro atomique inférieur ou égal à 74 et étant un ion de métal de transition ou un ion de métal de posttransition, ou Mg2+ ou Na+ ou Li+ et X étant l’un des contre-ions choisis dans le groupe consistant en des nitrates, des nitrites, des oxydes O2', et de l’hydroxyde OH' et leurs mélanges dans une quantité calculée pour obtenir entre 0,1 % en poids et 5 % en poids, dudit ion métallique Μ et/ou dudit contreion X en poids par rapport au poids total de la composition de sorbant sèche.
BE2018/5533
8. Utilisation d’une composition de sorbant pulvérulente selon la revendication 7 dans un procédé de traitement de gaz de fumée utilisant une installation comprenant un précipitateur électrostatique.
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