Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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AGENT DE CAPTATION POUR LE TRAITEMENT DES FUMEES
10 Objet de l'invention
[0001] La présente invention concerne un agent de captation solide
pour le traitement
des gaz de fumées ainsi qu'un procédé de préparation d'un tel agent. La
présente invention
concerne également un procédé de traitement de gaz de fumées au moyen dudit
agent de
captation.
Etat de la technique
[0002] De nombreux procédés industriels émettent des gaz contenant
des composés
acides tels que S02, S03, HCI, HBr et HF... Afin d'éviter au maximum que ces
composés acides
soient libérés dans l'atmosphère, des efforts considérables ont déjà été
consentis pour le
développement et l'amélioration de procédés de traitement des gaz de fumées.
[0003] Parmi les procédés de traitement connus, plusieurs font appel
à un agent solide,
dit agent de captation. Afin qu'il capte les composés acides présents dans les
gaz, cet agent est
mis en contact avec les gaz à purifier, soit sous forme de poudre soit sous
forme de particules
en suspension liquide.
[0004] Selon un premier procédé de traitement, dit procédé humide , les
gaz sont
lavés dans un absorbeur à l'aide d'une suspension aqueuse d'un agent de
captation. Les
composés acides captés sont récupérés dans la suspension à la sortie de
l'absorbeur sous forme
de produits de réaction, combinés avec l'agent de captation. Par exemple, le
S02 et le S03 captés
sont récupérés dans cette suspension sous forme de sulfites et/ou sulfates.
[0005] Selon un second procédé de traitement, dit procédé semi-humide ,
la
suspension aqueuse d'un agent de captation est injectée dans l'absorbeur sous
forme de
gouttelettes. Le débit et la concentration d'agent de captation dans ladite
suspension et la
température des gaz à traiter sont tels que l'eau présente dans la suspension
est évaporée et
entraînée par les gaz. Les composés acides captés sont récupérés sous forme de
produits de
réaction dans des résidus solides.
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[0006] Dans un troisième procédé de traitement, dit procédé sec ,
les gaz sont mis
en contact direct avec un agent de captation solide, soit par injection sèche
dudit agent dans
l'absorbeur ou dans un lit entraîné, soit par maintien de l'agent dans un lit
fluidisé. Il est
également possible de faire passer les gaz à travers un lit fixe d'un agent de
captation. Les
composés captés sont alors présents sous forme de produits de réaction dans le
résidu solide.
Traditionnellement, on utilise, comme agents de captation solides, des
composés contenant du
calcium sous une forme susceptible de réagir avec les composés acides.
[0007] Parmi les composés acides, le SO2 est généralement le plus
difficile à capter par
réaction chimique à cause de son caractère acide moins prononcé. Ainsi, un
agent de captation
basique qui capte efficacement le S02 capte a fortiori les composés plus
acides tels que HCI, H Br,
HF et S03. Par conséquent, les agents de captation peuvent être évalués par
leur capacité à
capter le SO2 étant entendu qu'ils captent également les autres composés
acides
susmentionnés. Cette approche est également adoptée dans la présente
description.
[0008] Un premier exemple d'un agent de captation solide connu est
l'hydroxyde de
calcium. La réaction entre le Ca(OH)2 et le S02 présent dans les gaz est
favorisée par une humidité
élevée, telle que celle rencontrée, par exemple, dans des procédés humides ou
dans des
procédés semi-humides. Afin d'arriver à une captation de SO2 acceptable lors
de la mise en
oeuvre d'un procédé dit sec , il est généralement admis que l'injection
d'eau dans les gaz en
association avec le Ca(OH)2 améliore les performances du procédé.
[0009] Un désavantage important du Ca(OH)2 est sa consistance pâteuse en
association
avec une humidité relative élevée. Ceci entraîne la formation de dépôts
solides dans les
installations et augmente le risque de colmatage, ce qui oblige l'utilisateur
à traiter les gaz dans
des conditions de faible humidité relative et donc, dans des conditions non
optimales de
traitement de gaz. L'empâtement des grains de Ca(OH)2 est d'autant plus
important que la
porosité est plus faible.
[0010] Un autre désavantage du Ca(OH)2 utilisé en procédé sec est son
manque de
sélectivité (captation importante de CO2), sa réactivité limitée vis-à-vis du
SO2 et sa tendance
importante à la passivation.
[0011] On a d'autre part constaté que durant le traitement de gaz, la
réactivité d'un
agent à base de Ca(OH)2 présent sous forme de granules descend jusqu'à un
niveau très bas
alors qu'il contient toujours une quantité significative de Ca(OH)2 qui n'a
pas réagi avec les
composés du gaz à purifier. En pratique, on constate que le Ca(OH)2 doit être
utilisé en excès
important pour le traitement de gaz, ce qui entraîne en outre une quantité
élevée de déchets à
mettre en décharge.
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[0012] D'autres agents de captation solides connus sont les silicates
de calcium
hydratés de formule (Ca0)õ(Si02)y(H20), contenant une quantité variable d'eau
libre.
[0013] Dans DE-OS-3611769, il est proposé d'utiliser comme agent de
captation un
granulat de silicate de calcium hydraté riche en chaux, tel qu'issu du procédé
de fabrication de
béton, cet agent ayant de préférence une porosité élevée.
[0014] Dans le procédé semi-humide décrit dans US 4 804 521, on
utilise comme agent
de captation un silicate de calcium hydraté ou un aluminate de calcium
hydraté, préparé par
réaction d'une suspension aqueuse contenant un composé calcique alcalin (CaO
ou Ca(OH)2)
avec une silice ou une alumine.
[0015] Selon le procédé sec décrit dans US 5 100 643, on injecte dans le
gaz une poudre
fluide semi-sèche contenant un tel silicate de calcium. Un procédé de
préparation d'une telle
poudre semi-sèche est décrit dans US 5 401 481.
[0016] Avec les agents de captation connus à base de silicates de
calcium hydratés, on
observe que les résidus de ces agents après réaction peuvent contenir une
fraction significative
de calcium qui n'a pas réagi durant le traitement des gaz, de manière telle
qu'on a généralement
besoin d'un excès d'agent de captation, ce qui entraîne à nouveau un excès de
déchets solides.
Afin de remédier à ce problème, il est proposé dans US 4 804 521, US 5 100 643
et US 5 401 481
de recycler, au moins partiellement, les résidus solides du procédé de
traitement, résidus qui
peuvent encore comprendre des cendres volantes contenant de la silice. Ainsi
ces résidus solides
sont ajoutés à la suspension aqueuse dans laquelle le silicate de calcium
hydraté est préparé.
[0017] On connaît un grand nombre de silicates de calcium hydratés de
différentes
compositions et structures cristallines. Une étude détaillée de différents
silicates de calcium
hydratés, de leurs structures et de leurs procédés de préparation se trouve
dans le chapitre 5
"The Calcium Silicate Hydrates" de l'ouvrage "The CHEMISTRY of CEMENTS" édité
par H.F.W.
Taylor et publié par Académie Press en 1964. Parmi les silicates de calcium
hydratés, on trouve
des composés cristallins tels que notamment la tobermorite, la xonotlite, la
foshagite, l'afwillite,
la hillebrandite, et des composés mal ou peu cristallisés, tels que notamment
le CSH(I) et le
CSH(II).
[0018] Le document WO 00/48710 divulgue des agents de captation
comportant des
silicates de calcium hydratés dans une phase pré-tobermoritique, présentant un
rapport molaire
Ca/Si compris entre 1 et 5, un rapport molaire H20/Ca entre 0,1 et 2 et une
granulométrie entre
0,5 et 30 mm. L'agent de captation étant obtenu à partir de cristobalite et de
quartz. Ce type de
produit est fabriqué en suspension aqueuse et le séchage pour obtenir un
produit sec représente
des coûts considérables.
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Buts de l'invention
[0019] Le but de la présente invention est de remédier aux
désavantages des agents de
captation connus de l'état de la technique et de proposer un agent de
captation avec une
efficacité améliorée comportant du silicate de calcium hydraté avec des
rapports molaires Ca/Si
et Ca/H20 dans une plage étroite et une granulométrie particulièrement fine.
[0020] L'invention propose également une méthode de fabrication de
l'agent de
captation et un procédé de purification de fumées utilisant l'agent de
captation selon
l'invention.
Résumé de l'invention
[0021] La présente invention divulgue un agent de captation pour le
traitement de gaz,
ayant une phase active qui comporte un silicate de calcium hydraté de type
(Ca0)õ(Si02)y(H20)z
avec un rapport molaire Ca/Si compris entre 1,55 et 1,72, de préférence entre
1,65 et 1,72 et un
rapport molaire H20/Ca compris entre 1 et 1,4, de préférence entre 1,1 et 1,3
, z étant
compris entre 0,3 et 0,8, l'agent de captation ayant une surface spécifique
supérieure à 120
m2/g, de préférence supérieure à 150 m2/g et de manière particulièrement
préférée supérieure
à 200 m2/g et un volume poreux supérieur à 0,4 cm3/g, de préférence supérieur
à 0,6 cm3/g et
de manière particulièrement préférée supérieur à 0,8 cm3/g.
[0022] Les modes d'exécution préférés de l'invention comportent au
moins une, ou une
combinaison quelconque appropriée des caractéristiques suivantes :
- la taille moyenne des particules (D50) est inférieure à 1000 um, de
préférence inférieure à
500 um et de manière particulièrement préférée inférieure à 300 11m;
- ledit agent comporte en outre du chlorure de sodium, du chlorure de
calcium ou du chlorure
de fer hydraté au sein de ses pores ;
- ledit agent comporte en outre un agent de fluidification sélectionné parmi
la monoéthanol-
amine, la diéthanol-amine, la triéthanol-amine, le monoéthylène-glycol, le
diéthylène-glycol
et le triéthylène-glycol.
[0023] L'invention divulgue également un procédé de préparation d'un
agent de
captation selon l'invention caractérisé en ce que du silicate de calcium
hydraté est obtenue par:
- préparation d'une suspension aqueuse de silice et de chaux, au départ de
silice colloïdale de
fumée de silice ou de terre à diatomée ;
- séchage à l'aide de la chaleur.
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[0024] Selon des modes préférés de l'invention la préparation de la
silice colloïdale, de
la fumée de silice ou la terre à diatomée ou un mélange de ces ingrédients
comporte au moins
une des étapes suivantes:
- broyage préalable jusqu'à obtenir des particules d'un diamètre d5o
inférieur à 30 um;
5 - ajout de silice colloïdale fraichement synthétisée dans une proportion
de 1 à 5 % de
préférence de 2 à 4 % avant la synthèse du CSH;
- ajout de sel de chlore, de préférence du chlorure de sodium, du chlorure
de calcium ou du
chlorure de fer.
[0025] L'invention divulgue également un procédé de traitement de gaz
par mise en
contact de l'agent de captation selon l'invention avec les gaz à traiter.
[0026] Selon l'un des modes préférés de l'invention, le procédé de
traitement de gaz
consiste en un procédé sec, dans lequel les gaz sont mis en contact direct
avec l'agent de
captation où le gaz à traiter traverse de préférence un électrofiltre ou un
filtre à manches
contenant cet agent.
[0027] On évalue l'efficacité de l'agent de captation selon l'invention en
mesurant la
concentration de SO2 en tant que composé indicateur, dans les gaz à la sortie
de l'électrofiltre
ou du filtre à manches et on remplace l'agent de captation quand la
concentration dépasse une
valeur limite préalablement fixée.
Description détaillée de l'invention
[0028] L'objet de la présente invention est de fournir un agent de
captation à base de
silicate de calcium hydraté (CSH) ou d'une composition contenant du silicate
de calcium hydraté
sous forme de poudre pour le traitement des fumées ainsi qu'une méthode de
fabrication de ce
produit. L'invention divulgue également un procédé de purification de fumées à
l'aide de l'agent
de captation de la présente invention.
[0029] Les silicates de calcium hydratés (CSH) sont généralement
caractérisés par les
ratios molaires CaO/5i02 et H20/CaO et par ses caractéristiques structurelles
telles que sa
microstructure (CSH de type a, p ou y), sa teneur en Ca(OH)2, la stabilité de
l'eau moléculaire,
son volume poreux (VP), la taille de ses pores, sa surface spécifique (BET) et
la teneur en CO2. La
faible capacité de captage du CO2 est une propriété très recherchée dans la
mesure où les gaz à
purifier sont généralement des gaz de combustion beaucoup plus chargés en CO2
qu'en SO2 ou
HCI par exemple (10 % de CO2 contre 0,2 % de SO2 par exemple).
[0030] Certaines propriétés ne sont d'ailleurs obtenues que dans
certaines conditions
de synthèse faisant intervenir la T , le temps, la pression et les additifs
utilisés.
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[0031] Pour obtenir une efficacité maximale dans la captation du S02,
S03, HCI, HF,
voire certains métaux lourds, et une stabilité optimale du produit, on
recherche aussi
généralement des propriétés de résistance au gel malgré sa forte teneur en eau
résiduelle (test
de 3 jours à -20 C) et d'écoulement optimal (mesuré par l'indice de cohésion à
vitesses
croissante et décroissante dans le Granu-Drum de la société Aptis).
[0032] Pour atteindre ces caractéristiques, la granulométrie des CSH
selon l'invention
ne doit pas dépasser en moyenne (D50) et mesuré en volume, 1000 um, de
préférence 500 um
et de manière particulièrement préférée 200 um. Les mesures de tailles de
particules sont
effectuées par diffraction laser où toutes les particules sont assimilées à
des sphères. L'appareil
utilisé est le senseur Sympatec HELOS/KR selon la méthode de Fraunhofer.
[0033] Une manière particulièrement avantageuse de préparer le CSH
est de remplacer
de 2 à 4 %, de préférence environ 3 % de la silice par de la silice colloïdale
fraîchement préparée.
Pour ce faire, on fait réagir un acide dilué (H2SO4, HCI, ...) avec une
solution de silicate de soude.
Cette façon de procéder est appelée procédé amplifié selon la présente
invention.
[0034] Un tableau comparatif entre le CSH divulgué dans WO 00/48710 et
celui de la
présente invention montre les principales différences suivantes :
Paramètres Ca/Si H20/Ca
Granulométrie Surface spécifique
(rapport molaire) (rapport molaire)
WO 00/48710 1 à 5 0,1 à 2 0,5 à 30 mm BET>120m2/g
1,54 à 5 (préféré) 0,1 à 1 (préféré)
1,54 à 2,5 (+préféré) 0,25 à 1 (+préféré)
Présente 1,55 < Ca/Si < 1,72 0,1 à 2 <1000um préféré
BET>120m2/g
invention préféré 0,1 à 1 <500um préféré
1,65 < Ca/Si < 1,72 0,25 à 1 <300um >150
m2/g
VP>0,4 cm3/g
[0035] La silice colloïdale fraîche utilisée en petite quantité (1 à
5 %) dans le mélange
de silice permet d'augmenter la BET jusqu'à 200 m2/g et un volume poreux VP >
0,5 cm3/g. Le
volume poreux est mesuré selon la méthode BJH (Barrett-Joyner-Halenda).
[0036] Le Ca représente uniquement la teneur en calcium pouvant
réagir avec la
silice. Si un des réactifs (chaux ou silice) contient du carbonate de calcium
qui ne participe pas à
la synthèse hydrothermale du CSH, ce calcium n'entre pas en ligne de compte
pour le calcul du
ratio Ca/Si. Ce carbonate de calcium est dosé par thermogravimétrie.
[0037] Les ratio Ca/Si très spécifiques dans les gels de CSH selon la
présente invention
présentent l'avantage qu'ils libèrent du Ca(OH)2 qui en milieu aqueux s'ionise
en ions Ca " et
hydroxyles (OH-) neutralisant les gaz acides.
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[0038] On a pu démontrer que pour des ratios molaires Ca/Si < ou =
1.72, seul du CSH
est formé. Pour des ratios supérieurs, on obtient un mélange de CSH et
d'hydrate de calcium.
Pour un ratio Ca/Si >1,72 le CSH est donc dilué avec de l'hydrate de calcium
et ses performances
diminuent.
[0039] Les gels de CSH comportent de l'eau sous trois formes différentes :
1) eau de contact capillaire entre grains de CSH : Ec.
2) eau contenue dans les pores du CSH : Ep.
3) eau de constitution du gel de silicate de calcium : Eg.
L'eau totale = Et = Ec + Ep + Eg.
[0040] Lorsqu'on réalise une analyse thermogravimétrique d'un tel produit,
on
distingue quatre zones :
1) De 25 à 150 C, on évapore l'eau de contact capillaire et l'eau contenue
dans les pores.
2) De 350 à 500 C, on déshydrate Ca(OH)2 en CaO et H20.
3) De 550 à 800 C, on libère l'eau de constitution du CSH.
4) De 800 à 1000 C, on décarbonate le CaCO3, qui peut avoir trois origines :
a. Impureté provenant de la silice amorphe.
b. Impureté de la chaux vive.
c. Carbonatation du CSH et décalcification de celui-ci.
[0041] La capture des gaz acides (S02, S03, HCI, HF) par un solide
poreux n'est
véritablement performante que lorsque les pores de ce solide sont
partiellement ou totalement
remplis d'eau et de sels dissous. Ces gaz se dissolvent dans l'eau des pores
où de l'hydrate de
calcium s'est lui aussi dissous. La réaction acide-base entre Ca(OH)2 et les
gaz acides se fait en
milieu dissous dans les pores et ensuite le gypse et/ou le chlorure de calcium
formés se déposent
à la surface interne des pores.
[0042] Dans les hydrates de calcium secs ayant des volumes poreux entre
0.08 et 0.2
cm3/g, l'eau est apportée par les fumées et se condense préférentiellement par
effet capillaire
dans des pores. Dans le cas de figure de la présente invention, l'eau se
trouve déjà dans les pores
dès la fabrication du solide poreux et du Ca(OH)2 y est déjà dissous prêt à
réagir avec les gaz
acides.
[0043] En ajoutant un sel de chlorure lors de la synthèse du CSH (par
exemple chlorure
de sodium, chlorure de calcium ou chlorure de fer), le chlore forme des
chlorures de calcium
hydratés dans les pores qui relâchent progressivement de l'eau de
cristallisation lors du contact
avec les gaz chauds. Ils libèrent ainsi de l'eau disponible pour la
dissolution des gaz acides. :
¨ CaCl2.6H20 stable en-dessous de 30 C
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¨ CaCl2.4H20 stable de 30 à 45 C
¨ CaCl2.2H20 stable de 45 à 87 C
Les essais de performance ont montré un effet très bénéfique du chlore dans le
réactif pour
traiter des gaz pauvres en HCI.
[0044] Le tableau suivant compare l'efficacité de différents agents de
capture testés en
incinérateur. La surface spécifique (BET - Brunauer-Emmett-Teller) des poudres
est mesurée
selon la norme 1809277, seconde édition du premier septembre 2010. Le calcul
de la répartition
poreuse est basé sur l'analyse pas à pas de la branche d'adsorption de
l'isotherme par la
méthode BJH, de Barrett, Joyner et Halenda (1951), classiquement utilisée avec
l'azote à 77K
comme gaz adsorbant. La méthode est décrite dans la norme DIN66134.
[0045] Réactions chimiques
relatives aux agents de captation
1) Ca(OH)2 + SO2 +1/2 02 => CaSO4+ H20.
2) (Ca0)õ(.8i02),. (H20)z + x SO2 + x/2 02 => x CaSO4+ y Si02 + z H20
1,6 < X/Y < 1,72
0,25 < Z/X < 1
La réaction de captation des polluants tels que l'oxyde de soufre par le CSH
libère la silice et
l'eau de constitution du CSH. Seule la chaux présente dans la molécule du CSH
réagit avec le
polluant. Le CSH présente donc l'inconvénient d'avoir une plus grande quantité
de matière ne
participant pas à la réaction de capture du polluant que l'hydrate de calcium.
Néanmoins cet
inconvénient est largement compensé par la plus grande réactivité du CSH vis-à-
vis du polluant
du fait de sa grande surface spécifique et de son haut volume poreux.
Agents de capture Ca(OH)2 Ca(OH)2 CSH CSH
standard amélioré (sans silice précipitée
(avec silice
fraîche) selon
précipitée fraiche)
l'invention
selon l'invention
Accès à l'alcalinité 34% 50% 87% 95%
c.-à-d. Ca(OH)2*
BET en m2/g 22 40 >120 >150-
(200)
VP en cm3/g 0.08 0.2 >0.4 >0.6
% d'alcalinité 90%
de Ca(OH)2 95% de Ca(OH)2 63% de Ca(OH)2 63% de Ca(OH)2
Kg d'alcalinité
34*0.9 = 30.6 kg 50*0.95 = 47.5 kg. 87*0.63 = 54.8 kg 95*0.63 = 60 kg
c.-à-d. Ca(OH)2 utiles
(c.-à-d. qui ont réagi
avec 802)
par 100 kg de produit
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* L'accès à l'alcalinité est obtenu par l'analyse du sorbent après son
exposition à des fumées
synthétiques contenant 02, N2, S02, HCI et CO2. Le % de Ca(OH)2 provenant d'un
hydrate ou d'un
CSH combiné à du SO2 et ou du HCI par rapport à l'hydrate total disponible
exprime l'accès des
gaz polluants SO2 et HCI à l'alcalinité du Ca(OH)2 mis en oeuvre.
Le CSH selon l'invention contient d'avantage d'alcalinité accessible par 100
kg de produit et de
ce fait génère moins de déchets par kg de SO2 capté ; ce qui est un grand
avantage parce que les
frais de mise en décharge sont moins importants.
Modes de synthèse des laits de CSH
[0046] La synthèse du CSH peut se faire à pression atmosphérique à
environ 95 C
pendant environ 3 heures, ou à haute pression (entre 5 et 10 bars,
correspondant à des
températures de vapeur saturante entre 150 et 180 C). Comme les temps de
synthèse sont
raccourcis dans ces conditions (environ 30 minutes), la synthèse peut se faire
en mode batch ,
ou en continu dans un réacteur de type serpentin thermostatisé ou simplement
isolé contre les
déperditions de chaleur.
[0047] De nombreuses synthèses réalisées en laboratoire et à
l'échelle semi-
industrielle (de 0.5 m3 à 25 m3), montrent que les propriétés de surface du
CSH ne dépendent
pas des propriétés de surface des silices amorphes utilisées pour leur
fabrication ; par contre,
l'ajout d'une faible quantité (environ3 % de la silice totale) de silice
colloïdale fraîchement
synthétisée, influence considérablement les qualités de surface.
[0048] La synthèse de la silice colloïdale est réalisée en faisant
réagir de l'acide
sulfurique dilué avec du silicate de soude en solution. On attend quelques
minutes afin que la
silice colloïdale précipite en formant une suspension laiteuse. Ensuite, on
introduit la silice
amorphe (terre de diatomée, fumée de silice, ...) et la chaux vive pour
réaliser la synthèse de la
suspension de CSH.
Modes de séchage des laits de CSH selon l'invention
[0049] Le séchage a pour but de ramener le pourcentage d'humidité de
l'agent de
captation d'environ 78 % d'eau libre à 5-20 % d'eau libre afin d'obtenir un
agent de captation
en poudre ayant des propriétés d'écoulement adéquates.
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Séchage du lait de CSH à pression atmosphérique et température inférieure à
500 C (pour ne
pas altérer l'hydratation du CSH)
[0050] Les
calories peuvent être obtenues en brûlant un combustible fossile ou en
récupérant des calories perdues (fours rotatifs à chaux sans préchauffeur,
fours de cimenterie,
5 etc.) via un échangeur de chaleur.
[0051] Les calories peuvent être transportées par:
1) de l'air appauvri en CO2 (pour éviter la carbonatation du gel de CSH),
2) de l'azote (solution coûteuse),
3) de la vapeur d'eau qui a l'avantage d'avoir une chaleur spécifique double
de celle de l'air et
10 ainsi de transporter deux fois plus de calories pour la même
température.
Séchage du lait de CSH sous pression
[0052]
Lors que le CSH est réalisé sous pression, par exemple à 150 C et une
pression
supérieure à 5 bar, par détente à pression atmosphérique, l'eau libre du CSH
s'évapore lors de
l'atomisation de la pâte.
Mesure des performances du CSH selon l'invention
[0053] On
distingue essentiellement trois systèmes pour mesurer les performances
d'un agent de captation:
1) La méthode du point de percée sur 10 g de poudre granulée ou sur 250 mg de
poudre fine.
Cette méthode se pratique sur une poudre sèche et ne représente donc pas la
réalité
industrielle. Dans cette méthode, on définit un temps de percement qui est
le temps pour
que la concentration des polluants de sortie du lit soit égale à la
concentration des polluants
en entrée de celui-ci. Ce temps de percement est l'image de la performance de
l'agent de
captation.
2) La méthode de captation en vol
Dans une tour verticale de quelques mètres de haut, on saupoudre l'agent de
captation. Des
fumées recomposées traversent le cylindre et rencontrent l'agent de captation
à contre-
courant. L'agent de captation qui a réagi se dépose dans le fond du cylindre.
Un filtre récolte
les fines particules de poudre qui ont été entraînées par les fumées. Cette
méthode présente
l'inconvénient de l'incertitude sur la répartition uniforme de la poudre dans
toute la section
du cylindre.
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3) La simulation à l'échelle réduite du fonctionnement d'un filtre à manches
industriel utilisé en
dépollution de fumées
C'est ce système qui a été choisi pour tester la performance des agents de
captation de la
présente invention car il s'approche le plus des conditions réelles
d'utilisation.
Le filtre à manches fait 35 m2 de surface filtrante, soient 12 rangées de 5
manches par rangée.
Une manche fait donc 0.58 m2 de surface latérale, 0.58 m de périmètre et 1 m
de longueur.
Comme dans tout filtre industriel, l'agent de captation est envoyé en continu
sur les manches
et les douze rangés de manches sont régulièrement battues à l'air comprimé,
rangée après
rangée, avec un temps de cycle réglable de 30 à 60 minutes. La vitesse de
filtration des
fumées est de 1m/minute et le flux de fumées recomposées peut être ajusté en
fonction de
la température de filtration pour respecter cette vitesse.
EXEMPLES
[0054] La
synthèse de lait de CSH a été réalisée dans un réacteur PARR de laboratoire.
La synthèse du CSH a été faite durant trois heures à différentes températures.
Dans le cas du
CSH amplifié, 3 % de silice colloïdale fraiche a été ajoutée lors de la
synthèse.
La variation des caractéristiques structurelles en fonction de la température
de synthèse du CSH
accéléré et non-accéléré sont repris dans le tableau ci-dessous.
On utilise de la diatomite de Cekesa (Espagne) avec une surface spécifique de
103 m2/g et un
volume poreux de 0,29 cm3/g contenant 72 % de Si02; 27,2 % de CaCO3 et 0,8% de
(A1203 +
MgO).
[0055] Les
exemple 1 à 6 sont effectués avec un rapport Ca/Si de 1,7; les exemples 7 à
9 avec un rapport Ca/Si de 1,55 et les exemples 10 à 12 avec un rapport Ca/Si
de 1,72. Les essais
7 à 12 ont été effectués autour des températures qui ont été considérées comme
les plus
favorables dans les essais 1 à 6.
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Exemple T ( C) Ca/Si BET (m2/g) VP (cc/g) BET (m2/g) VP
(cc/g)
Non amplifié à la silice Amplifié à la silice colloïdale
colloïdale fraiche fraiche
1 95 1,7 120 0,42 180 0,6
2 120 1,7 130 0,40 185 0,6
3 140 1,7 160 0,50 200 0,9
4 150 1,7 198 0,64 220 1.1
160 1,7 170 0,52 200 0,9
6 180 1,7 130 0,40 180 0,6
7 140 1,55 142 0,48 190 0,9
8 150 1,55 150 0,59 210 1,0
9 160 1,55 138 0,50 185 0,8
140 1,72 160 0,45 192 0,7
11 150 1,72 195 0,51 212 0,9
12 160 1,72 165 0,47 205 0,8
On remarque qu'aux alentours de 150 C les surfaces spécifiques et le volume
poreux sont les
plus grands et donc les plus favorables pour la dépollution des fumées.
5
Comparaison des performances
Comparaison des performances de capture des polluants selon la simulation à
l'échelle réduite
du fonctionnement d'un filtre à manches industriel utilisé en dépollution de
fumées.
[0056] Les performances du CSH selon l'invention ont été comparées
avec des Ca(OH)2.
10 Les conditions de synthèse du CSH sont celles réalisée à 150 C et 5 bar
durant trois heures. Le
lait de CSH a été séché ensuite dans un atomiseur sans contact direct avec les
fumées du
générateur à air chaud fonctionnant au gaz naturel. Il restait 15 % d'eau
résiduelle après
séchage. La mention kg d'acide , signifie poids total de SO2 et HCl.
Différentes compositions de fumées ont été testées et les résultats sont
repris dans le tableau
suivant.
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[0057] Composition des fumées n 1:
1000 mg/Nm3 SO2 et 1000 mg/Nm3 HCI à 160 C, 10% H20, 5% CO2.
% de captation de l'acide dans les fumées
Type d'agent 2 kg agent par kg acide 3 kg agent par kg acide 4 kg
agent par kg acide
de captation
CSH selon S02= 74%! HCI = 96% S02= 83%! HCI = 99% S02= 90%! HCI =
99.5%
l'invention
CSH amplifié à la S02= 78%! HCI = 98% S02= 86%! HCI = 100% S02= 94%! HCI =
100%
silice fraiche
Ca(OH)2 S02= 62%! HCI = 93% S02= 70%! HCI = 96% S02= 76%! HCI =
98%
BET=40 m2/g &
VP=0.2 cm3/g
Ca(OH)2 S02= 38%! HCI = 60% S02= 43%! HCI = 70% S02= 51%! HCI =
74%
BET=22 m2/g &
VP=0.1 cm3/g
[0058] Composition des fumées n 2:
250 mg/Nm3 SO2 et 1000 mg/Nm3 HCI à 160 C, 10% H20, 5% CO2
% de captation de l'acide dans les fumées
Type d'agent de 2 kg agent par kg acide 3 kg agent par kg acide 4 kg agent
par kg acide
captation
CSH selon S02= 86%! HCI = 91% S02= 92%! HCI = 96% S02= 99%! HCI =
99%
l'invention
CSH amplifié à S02= 90%! HCI = 94% S02= 94%! HCI = 98% S02= 100%! HCI =
100%
la silice fraiche
Ca(OH)2 S02= 74%! HCI = 83% S02= 83%! HCI = 94% S02= 94%! HCI =
98%
BET=40 m2/g &
VP=0.2 cm3/g
Ca(OH)2 S02= 64%! HCI = 60% S02= 68%! HCI = 65% S02= 69%! HCI =
69%
BET=22 m2/g &
VP=0.1 cm3/g
[0059] Composition des fumées n 3:
1000 mg/Nm3 SO2 et 0 mg/Nm3 HCI à 160 C, 10% H20, 5% CO2
% de captation de l'acide dans les fumées
Type d'agent de captation 2 kg agent par 3 kg agent 4 kg
agent
kg acide par kg acide par kg
acide
CSH selon l'invention S02= 50% S02= 52% S02= 60%
CSH amplifié à la silice fraiche S02= 55% S02= 60% S02= 65%
Ca(OH)2 BET=40 m2/g & VP=0.2 cm3/g S02= 42% S02= 50% S02= 55%
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[0060] La comparaison des tests de performance permet de voir
l'avantage du CSH
selon l'invention, en particulier lorsque celui-ci est amplifié à la silice
fraiche par rapport aux
deux versions de Ca(OH)2 auquel il a été comparé durant les essais
comparatifs.
