Procédé de traitement d'effluents gazeux contenant des composés organiques par captage ou condensation

Domaine de l'invention :

L'invention concerne un procédé de traitement d'effluents gazeux contenant comme polluants, des composés organiques de masses moléculaires très diverses, depuis les lourds jusqu'aux légers, qui sont captés, adsorbés par et/ou condensés sur un support minéral pulvérulent. Ce procédé de dépollution par adsorption et / ou condensation peut traiter des effluents provenant d'unités de fabrication de produits carbonés, et plus particulièrement des fours pour fabriquer des anodes pré-cuites.

Etat de la technique :

Les fours à cuire des produits carbonés, tels que les fours à cuire les anodes utilisés dans les usines de production d'aluminium primaire, émettent des fumées chargées en Composés Organiques Volatils (COV). Ces COV proviennent des matières premières utilisées (typiquement des brais et cokes) et peuvent comporter des molécules présentant une distribution de masse moléculaire assez large. Ils contiennent notamment des molécules de composés légers et de composés lourds (dont de la suie) susceptibles de condenser sous forme de « goudrons ». Les COV émis par les fours à cuire des produits carbonés comprennent des composés dont les pressions de vapeur (typiquement supérieure à 0,13 Pa à O ⁰ C, soit supérieure à 10 Pa à 25°C) et les températures d'ébullition (typiquement inférieures à environ 15O ⁰ C à 200 ⁰ C) favorisent leur présence principalement sous forme gazeuse. Les COV émis par les fours à cuire les produits carbonés comprennent également des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP). Les HAP sont des composés qui possèdent tous un ou plusieurs noyaux (ou cycles) aromatiques et qui sont pour la plupart classés comme produits cancérigènes. Ils font partie des composés dits « semi- volatils » puisque leurs températures d'ébullition (comprises typiquement entre 120°C et 35O ⁰ C) permet leur présence (dans des conditions « normales » de température et de pression) sous les deux formes : gazeuse et condensée. Hs seront particulièrement sensibles à l'évolution de la température qui a une influence directe sur le rapport entre la fraction gazeuse et la fraction condensée de chacun de ces composés. Parmi les HAP, seize

molécules (appelés collectivement HAP ₁₆ OSPARCOM) sont particulièrement visées par la réglementation concernant la protection de l'environnement et la médecine du travail :

Molécules à trois cycles : Phénanthrène, Anthracène Molécules à quatre cycles : Fluoranthène, Pyrène, Benzo (e) fluorène,

Benzo (b) fluorène, Benzo (a) anthracène, Chrysène Molécules à cinq cycles : Benzo (b) fluoranthène, Benzo (j) fluoranthène,

Benzo (k) fluoranthène, Benzo (e) pyrène, Benzo (a) pyrène, Dibenzo (a,h) anthracène, Molécules à six cycles : Indeno (l,2,3,c,d) pyrène, Benzo (g,h,i) perylène,

Dibenzo (a,e) pyrène

Les fumées émises par les fours à cuire des produits carbonés constituent donc une nuisance et un risque pour la santé et doivent être dépolluées (purifiées) afin de réduire le taux de COV ou HAP résiduel dans le gaz qui sera finalement rejeté dans l'atmosphère.

Les procédés dans les fours à cuire des produits carbonés sont habituellement cycliques. Une durée typique d'un cycle est de l'ordre de 24 à 30 heures. La cuisson ne procède pas forcément à une température constante et implique des réactions chimiques dans la masse carbonée à cuire. Par conséquent, ni la température, ni la quantité, ni la composition des COV ou HAP émis ne sont constantes au cours d'un cycle de cuisson. La présente invention est conçue pour dépolluer des fumées qui entrent dans le dispositif de dépollution avec une température Ti maximale ne dépassant pas 200 à 22O ⁰ C. Pendant certaines phases du cycle du four, la température d'entrée T ₁ dans lesdits dispositifs de dépollution peut être significativement plus basse, jusqu'à 8O ⁰ C.

Selon l'état de la technique, les effluents ou fumées chargés de COV ou HAP issues des fours à cuire les anodes sont typiquement traités par injection directe d'alumine, l'alumine ayant la double fonction de noyau de condensation et d'adsorbant : les grains d'alumine condensent par refroidissement les fractions légères (volatiles) des COV ou HAP, et fixent les fractions lourdes par adsorption. Après cette action de dépollution, les effluents gazeux traités sont soumis à une séparation en deux fractions solide/gaz : les solides (alumines déjà chargées des COV ou HAP condensés et la suie) sont réintroduits pour partie (avec de l'alumine fraîche) dans les effluents gazeux à traiter pour capter les composés organiques

présents, et une autre partie est évacuée. Les gaz traités sont évacués dans l'atmosphère via une cheminée. Comme moyen de séparation, on utilise par exemple un filtre à manche, l'alumine séparée étant recueillie dans une trémie.

Toutefois, l'état de la technique, basée sur le principe de la condensation des composés organiques (volatils à la température des effluents gazeux) condensables et sur le principe de l'adsorption des condensés organiques par un support minéral pulvérulent approprié (alumine), n'est pas pleinement satisfaisant, car les effluents gazeux traités, rejetés dans l'atmosphère ne sont pas suffisamment dépollués pour satisfaire, en particulier, les normes de protection de l'environnement. Cette insuffisance concerne plus particulièrement les composés les plus volatils.

La demande de brevet FR 2 836 059 (Ecole Nationale Supérieure des Techniques Industrielles et des Mines de Nantes) décrit un procédé d'élimination par condensation sur un support pulvérulent inerte (tel que l' alumine), de polluants gazeux condensables, par exemple des COV, présents dans des effluents gazeux chauds à purifier en continu. Ce procédé consiste à créer un dépôt (liquide ou solide) des polluants condensables à la surface des particules inertes pré-refroidies, fluidisées, dans le courant des effluents gazeux à dépolluer.

Le brevet EP 0228 373 Bl (A. Ahlstrôm Corporation) décrit un procédé de purification de gaz contenant des polluants condensables, dans une zone à lit fluidisé munie de surfaces d'échanges (de refroidissement), ce procédé consistant à réintroduire dans le flux des effluents gazeux à traiter des particules solides refroidies provenant de la séparation gaz/solide du lit fluidisé. La réintroduction de particules refroidies dans les effluents gazeux à traiter s'effectue dans la zone de fluidisation en amont des surfaces de refroidissement, d'une manière telle que la condensation des effluents condensables s'effectue avant la zone de surface de refroidissement.

Le brevet US 5,307,638 (Messer Griesheim) décrit un dispositif et un procédé de récupération de solvants présents dans des gaz chauds à purifier, consistant à la mise en contact, à contre-courant dans un dispositif de traitement, des gaz chauds pollués avec des objets circulants (tels que des sphères en acier) qui sont préalablement fortement refroidis par de l'azote liquide. Les solvants récupérés sont extraits du dispositif de traitement,

tandis que les gaz dépollués sont évacués en passant dans la zone de refroidissement et que les objets circulants sortent du dispositif, sont à nouveau refroidis puis réintroduits dans ledit dispositif de traitement.

Le brevet US 3,977,846 (Aluminum Company of America) décrit un procédé de dépollution d'effluents gazeux provenant d'un four de cuisson d'électrodes comportant une étape de contact avec un lit fluidisé de particules d'alumine refroidis.

La demande de brevet CA 2035212 (Klaus Jungk et Ulrich Huwel) décrit un procédé pour la dépollution d'effluents gazeux provenant de fours de cuisson d'anode, dans lequel les effluents gazeux à dépolluer et contenant des goudrons et autres composés organiques à éliminer, sont introduits dans une chambre d'adsorption, dans laquelle ils sont mélangés avec des particules d'alumine sur lesquelles viennent se déposer (par condensation) les polluants présents dans les effluents gazeux. Les particules d'alumine chargées de polluants extraits des effluents gazeux sont ensuite introduites dans une chambre de combustion dans laquelle les polluants sont éliminés par combustion (entre 700 ⁰ C et

900°C).

Le brevet GB 1 448 369 (Aluminum Company of America) décrit un procédé de récupération de composés organiques présents dans un gaz à dépolluer, qui consiste à traiter en lit fluidisé les effluents gazeux pollués au moyen de particules solides (alumine) maintenues en suspension dans lesdit» effluents et maintenues à une température au plus égale à la température de condensation des composés organiques par introduction d'un liquide de refroidissement (de l'eau) dans le lit fluidisé, ce liquide ayant la propriété de recouvrir au moins momentanément chaque particule d'un film mince.

Le brevet US 4,966,611 (Custom Engineered Materials) décrit un dispositif et un procédé d'adsorption de COV par des matériaux adsorbants, et un procédé de régénération de ces matériaux adsorbants après l'adsorption et la combustion des COV post-désorption. Dans un premier cycle, le flux gazeux contenant des COV est mis en contact avec des matériaux adsorbants jusqu'à saturation desdits matériaux. Pendant ce cycle d'adsorption sont régénérés les matériaux adsorbants déjà saturés dans un précédent cycle au moyen d'un flux gazeux chaud généré dans l'enceinte de combustion brûlant les COV désorbés des matériaux adsorbants. La température du flux gazeux mis en œuvre dans la régénération

étant élevée, elle est abaissée par pulvérisation d'eau avant que ce flux gazeux amené à la température adéquate désorbe les COV adsorbés en vue de les brûler.

Le brevet EP 0 668 343 (Foster Wheeler Energy Corp) décrit un procédé de purification et refroidissement des effluents gazeux chauds contenant des polluants gazeux (composés soufrés et des gaz corrosifs tels que HCl, CO, NH3). Le flux gazeux pollué est traité dans un réacteur à lit fluidisé circulant, comportant des particules solides adsorbantes des polluants gazeux, mises en suspension dans le flux gazeux pollué. A la sortie du réacteur de traitement, une séparation gaz/solide est pratiquée. La fraction solide (particules solides adsorbantes) est refroidie dans un échangeur thermique et réintroduite dans le flux gazeux à traiter au sein du réacteur.

Le brevet EP 0 368 861 Bl (A. Ahlstrom Corporation) décrit un procédé de traitement de gaz industriels chargés de polluants gazeux consistant e mettre dans une chambre de traitement, les gaz industriels pollués au contact de particules solides dans un lit fluidisé, à refroidir le milieu fluidisé (gaz industriels pollués et particules solides) au moyen d'échanges thermiques présents dans la chambre de traitement, puis à réaliser une séparation gaz/solide en réintroduisant dans la chambre de traitement les particules refroidies et une partie des gaz dépollués refroidis, de telle sorte que la température des particules solides recyclées et des gaz dépollués recyclés soit inférieure à la température des gaz industriels pollués à traiter. Les gaz à traiter entrent dans le dispositif avec une température très élevée, de l'ordre de 1000 ⁰ C à 1300°C.

On connaît par ailleurs des procédés de dépollution d'effluents gazeux de cellules dé production d'aluminium par électrolyse ignée à l'aide d'alumine pulvérulente destinée à capter au moins partiellement le HF contenu dans ces effluents. La demande de brevet FR 2 848 875 (Aluminium Pechiney) décrit un procédé impliquant une étape de refroidissement des effluents par vaporisation de gouttelettes d'un fluide de refroidissement. Des procédés similaires sont décrite dans la demande de brevet français FR 2 259 164 (Vereinigte Aluminium Werke AG) et dans le brevet US 4,065,271 (Metallgesellschaft). D'une manière plus générale, la demande de brevet EP 0 736 321 Al (Danieli & C. Officine Meccaniche) décrit un procédé de captation de molécules halogénées à l'aide de charbon actif.

Chacun de ces documents décrit un moyen de refroidissement du milieu contenant les effluents gazeux à dépolluer. Il existe cependant une importante demande pour diminuer encore plus la teneur en COV résiduelle des gaz issus d'un tel procédé de dépollution, cette demande étant justifiée par l'exigence du respect de l'environnement et du respect des réglementations nationales et internationales en la matière.

Objectif de l'invention :

Dès lors, l'objectif de l'invention est d'améliorer l'efficacité de la dépollution des effluents gazeux contenant des COV, et plus particulièrement des HAP ₅ et notamment la dépollution des effluents gazeux produits dans les fours à cuisson de produits carbonés. H est souhaitable que ce nouveau procédé puisse être mis en œuvre sans bouleversement technologique des installations actuelles de traitement des effluents gazeux.

En effet, compte tenu de la taille des dispositifs de purification d' effluents en milieu industriel, il est souhaitable que cette amélioration puisse être obtenue dans un dispositif existant qui nécessite une modification aussi faible que possible. Plus particulièrement, il est souhaitable de disposer d'un procédé qui peut être réalisé dans un dispositif déjà installé selon l'état de la technique qui sera légèrement modifié (« rétro-fit »), ou dans un dispositif neuf qui sera une variante d'un dispositif existant pour pouvoir réutiliser un maximum de composantes existantes et pour minimiser les modifications à apporter aux plans de l'ensemble. A ce titre, il convient de noter que dans la plupart des installations existantes dans les usines de production d'aluminium par électrolyse ignée, la température des effluents gazeux émis par les fours à cuire les anodes entrent dans le dispositif de traitement avec une température T ₁ comprise entre 80 ⁰ C et 22O ⁰ C.

C'est la raison pour laquelle il a été choisi de partir d'un procédé dans lequel cette dépollution est réalisée au moyen de particules minérales introduites dans le flux des effluents gazeux, par adsorption et/ou condensation des COV ou HAP présents dans les effluents gazeux directement par et sur les particules ; il a également été choisi de faire recirculer les particules pulvérulentes d'alumine, chargées, au sein des effluents gazeux à dépolluer.

Ainsi pour atteindre ces objectifs, il est apparu que l'abaissement de la température ne doit pas se faire par la mise en œuvre d'un seul moyen de refroidissement mais doit se faire par

la combinaison de plusieurs moyens agencés entre eux de telle manière que cet abaissement de la température des effluents gazeux contenant des composés organiques (volatils ou liquides à la température desdits effluents) s'effectue par étapes successives, en cascade, pour atteindre la température d'environ 8O ⁰ C au moment du traitement par les particules minérales pulvérulentes.

Objets de l'invention

Tous ces objectifs sont atteints par le procédé et dispositif selon la présente invention.

Un premier objet de la présente invention est un procédé de traitement de dépollution d' effluents gazeux contenant des composés organiques volatils (COV), et notamment des Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques (HAP), P^ adsorption et/ou condensation par des particules pulvérulentes d'alumine qui combine au moins deux moyens de refroidissement : une zone de refroidissement par pulvérisation d'un liquide, et une zone de refroidissement par injection d'un solide pulvérulent refroidi en lit fluidisé. Un troisième moyen de refroidissement, qui est optionnel, est apporté par l'injection d'un fluide gazeux (dilution) avant l'injection d'un solide pulvérulent solide.

Le Procédé selon l'invention est un procédé de traitement de dépollution d'effluents gazeux contenant des composés organiques volatils (COV) et / ou des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), par adsorption et/ou condensation par des particules minérales pulvérulentes. Il comporte successivement :

(c) une étape d'introduction de particules minérales pulvérulentes d'alumine dans les flux des effluents gazeux, au cours de laquelle dite étape, au moins une partie desdits COV et / ou HAP se déposent sur lesdites particules ;

(d) une étape de séparation des particules minérales pulvérulentes chargées des COV et/ou HAP et des effluents gazeux traités ; et ledit procédé est caractérisé en ce que (1) avant l'étape d'introduction des particules minérales pulvérulentes d'alumine, (c), est insérée une étape (a) de pré-refroidissement des effluents à traiter, par injection d'un liquide dans lesdits effluents gazeux ; suivie optionnellement d'une étape (b) de dilution des effluents gazeux par l'introduction d'un fluide gazeux ;

(2) dans l'étape d'introduction de particules pulvérulentes d'alumine (c), les particules mises en œuvre sont refroidies avant leur introduction ;

(3) dans l'étape de séparation des effluents gazeux dépollués et des particules pulvérulentes d'alumine (d), les effluents gazeux sont soit éliminés, par exemple évacués à l'atmosphère, soit peuvent, si l'étape de dilution (b) est présente, pour partie être recirculés dans ladite étape de dilution (b).

Un deuxième objet de la présente invention est un dispositif de dépollution d' effluents gazeux chargés de composés organiques volatils (COV) ou d'hydrocarbures aromatique polycycliques (HAP) comportant

(i) au moins une zone de refroidissement desdits effluents gazeux par injection d'un liquide (dite « zone d'injection liquide ») ; (ii) au moins une zone de refroidissement desdits effluents par injection d'un fluide gazeux (dite « zone d'injection de gaz ») ; (iii) au moins une zone de refroidissement (dite « zone de conditionnement ») de particules pulvérulentes d'alumine ;

(iv) au moins une zone de refroidissement et de dépollution desdits effluents par contact avec des particules pulvérulentes d'alumine (dite « zone de dépollution »), (v) au moins une zone de séparation des particules pulvérulentes d'alumine et des effluents gazeux traités (dite « zone de séparation »).

Ce dispositif doit permettre, en cas de besoin, l'utilisation simultanée du refroidissement par injection d'un liquide et par injection de gaz.

Un troisième objet de la présente invention est l'utilisation du procédé ou du dispositif selon l'invention pour la dépollution d'effluents de four de cuisson de produits carbonés, et notamment de four de cuisson d'anodes. Cette utilisation peut se faire avantageusement dans une usine de production d'aluminium par électrolyse ignée, de manière à recycler au moins une partie de l'alumine chargée de COV et / ou HAP issue de la zone de séparation ou de l'étape de séparation (d) dans le procédé d'électrolyse ignée.

Brève description des figures

Les figures 1 et 2 montrent un mode de réalisation du dispositif selon l'invention.

1 Entrée des effluents

2 Zone d'injection liquide

21 Injecteur (pulvérisateur) d'eau

22 Entrée d'eau

23 Entrée d' air (pour pulvérisation)

24 Purge

3 Zone d'injection de gaz

31 Entrée d' air (pour dilution)

32 Régulateur de débit du gaz de dilution injecté

33 Sortie vers la zone de dépollution

34 Sortie vers la zone de dépollution mise en parallèle

4 Zone de dépollution

42 Entrée d'alumine fraîche

43 Entrée d'alumine refroidie

5 Zone de séparation

51 Zone de récupération de l' alumine chargée de COV

52 Moyen de séparation (p. ex. filtre à manches)

53 Evacuation de F alumine séparée pour recyclage

54 Evacuation de l'alumine chargée de COV ou HAP

55 Sortie des effluents dépollués

6 Zone de conditionnement

62 Entrée d'alumine fraîche (alternative par rapport à 42)

65 Trémie de conditionnement

650 Sortie liquide frigorifique

651 Entrée du liquide frigorifique

652 Entrée d'air de fluidisation

653 Evacuation de l'alumine refroidie

654 Serpentin de refroidissement

655, 656, 657 1 ^ère , 2 ^ème , 3 ^ème étage de refroidissement

658 Déversement de l'alumine

659 Toile de fluidisation

7 Ventilateur

8 Sortie des effluents dépolluées (p.ex. cheminée)

La figure 1 donne une vue d'ensemble d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 montre un mode de réalisation de la trémie de conditionnement (65) avec trois étages de refroidissement.

La figure 3 montre les résultats d'une simulation numérique d'un mode de réalisation du procédé selon l'invention. L'abscisse représente la température de l'alumine avant réinjection dans la zone de dépollution. La température de 7O ⁰ C (marquée par une barre verticale) correspond typiquement à l'état de la technique (aucun refroidissement). L'ordonnée représente la teneur des effluents traités (en mg/Nm ³ ) en naphtalène (échelle de gauche) et phénanthrène, anthracène ou fluoranthène (échelle de droite).

Description détaillée de l'invention

Le procédé selon l'invention s'applique à tout polluant condensable dans les conditions de température du procédé depuis les plus lourds jusqu'aux plus légers, mais il vise particulièrement les COV et plus particulièrement les HAP. H est basé sur un contrôle fin de la température et de son évolution au cours des différentes étapes, de l'entrée des effluents dans l'installation de traitement jusqu'à la sortie des effluents purifiés.

Les effluents à dépolluer entrent dans le dispositif par une entrée (1) à une température Ti. Dans une première étape (a), on abaisse la température des effluents gazeux à dépolluer de manière avantageuse à une valeur T ₂ comprise entre environ 90°C et environ 95 ⁰ C, typiquement par injection d'eau, et typiquement sous forme de gouttelettes. Le liquide, typiquement de l'eau, est injecté, avantageusement par au moins une buse de pulvérisation (21), dans une tour de refroidissement . Il est préférable que la quantité d'eau injectée soit réglée de manière à ce que la vaporisation de l'eau soit complète. En effet, on préfère éviter la condensation d'eau à un quelconque endroit du système de dépollution en aval du point d'injection d'eau (21), car cela peut favoriser la corrosion des composantes du dispositif, par exemple des gaines, et cela d'autant plus que l'eau est susceptible de dissoudre des gaz tels que le SO ₂ , le HCl, le CO ₂ ou éventuellement le NH3 qui forment des solutions aqueuses corrosives. Pour cette même raison, on préfère que la température T ₂ des effluents gaaeux à l'issue de cette première étape ne descende pas au-dessous de 9O ⁰ C. Il est préférable que cette température reste constante, afin d'éviter autant que possible la condensation d'eau ou de milieux corrosifs dans des points froids de l'installation en aval de la zone d'injection liquide (2), et notamment dans la zone de dépollution (4). Avantageusement, on contrôle le taux de vaporisation des gouttelettes à l'aide d'un détecteur situé dans la zone d'injection liquide (2) ou en aval de celle-ci.

La quantité d'eau injectée doit être ajustée en fonction de la température T ₁ et de la quantité de fumées à traiter ; cette température T ₁ et cette quantité varient en fonction du cycle du four qui génère lesdites fumées. Il peut arriver occasionnellement que les fumées soient déjà à une température assez basse, aux environs de T ₁ = 95°C, ce qui peut nécessiter l'arrêt temporaire de l'injection d'eau. Il est possible, dans le cadre de la présente invention, de contrôler et de réguler la température de l'eau injectée. Cependant,

en pratique, ce ne sera que dans des cas exceptionnels que les surcoûts d'investissement et d'exploitation que cela engendre seront considérés comme justifiés.

La zone d'injection liquide (2) peut être ou peut comporter une tour de refroidissement de type connu. A titre d'exemple, on peut faire circuler les effluents à traiter dans un venturi et on injecte tout ou partie des gouttelettes de fluide dans le venturi ou en amont du venturi. Cela permet d'accélérer la vaporisation des gouttelettes en contact avec les effluents chauds. On peut éventuellement injecter une partie des gouttelettes en aval du venturi.

Dans une deuxième étape (b), on dilue dans une zone d'injection de gaz (3) les effluents gazeux issus de la zone d'injection liquide (2) par l'introduction d'un flux gazeux. Le fluide gazeux de dilution peut être de l'air, ou des effluents gazeux dépollués qui sortent de la zone de séparation et qui sont réinjectés dans le circuit, ou un mélange des deux. En pratique, le volume de flux gazeux injecté ne devrait pas augmenter de façon rédhibitoire les volumes de gaz à traiter par la zone de séparation, car cela nécessite un surdimensionnement de la capacité des moyens de séparation. Dans une réalisation typique du procédé selon l'invention, le volume gazeux injecté ne dépasse pas environ 10% volumiques du volume d' effluents à traiter.

Cette dilution a pour conséquence de refroidir les effluents. Dans une réalisation typique, la température des effluents baisse d'environ 5 à 1O ⁰ C dans la zone d'injection de gaz, pour atteindre à la sortie de la zone d'injection de gaz une température T ₃ d'au moins 80° C. Avantageusement, T ₃ est comprise entre 80 et 9O ⁰ C. L'installation, et notamment la zone de séparation (5), sera dimensionnée afin de pouvoir accueillir ce débit supplémentaire.

L'utilisation simultanée des étapes (a) et (b) n'est pas toujours nécessaire, mais l'étape (a) est nécessaire, et si les deux étapes (a) et (b) sont utilisées, l'étape (a) doit précéder l'étape (b). La nécessité d'utiliser l'étape (b) en plus de l'étape (a) dépend de la température T ₂ des effluents sortant de la zone d'injection liquide (2). Lorsque la température T ₂ est très basse, l'étape (b) peut être omise.

En pratique, on constate que la température des effluents générés par le four varie en fonction du cycle thermique du four. La température T ₁ est donc soumise à des fortes variations, notamment en début et en fin du cycle thermique. Elle varie typiquement entre

80 ⁰ C et 22O ⁰ C. Avantageusement, on ajuste l'utilisation des moyens de prérefroidissement en fonction du cycle thermique du four qui génère les effluents à traiter ; on peut les utiliser de manière permanente ou intermittente. Dans un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, on utilise l'étape (a) de manière permanente, et ajoute, en cas de besoin, l'étape (b). Paradoxalement, il est souvent particulièrement pratique d'ajouter l'injection d'un fluide gazeux lorsque T ₂ n'est pas constante et assez basse. Les inventeurs ont en effet constaté que la température T ₂ est plus difficile à stabiliser lorsque la différence T ₂ - T ₁ est faible. Or, il est important que les conditions thermiques dans la zone de dépollution et dans la zone de séparation soient constantes.

Dans une troisième étape (c), on introduit des particules minérales pulvérulentes dans le flux des effluents pré-refroidis. Avantageusement, les particules minérales pulvérulentes injectées sont de l'alumine. Selon l'invention, leur température au moment de l'injection ne doit pas dépasser celle des gaz qui circulent dans la zone de dépollution ; avantageusement, ces particules sont plus froides que lesdits gaz. Cependant, la température desdites particules ne doit pas être inférieure à 0 ⁰ C afin d'éviter le risque de condenser l'humidité ambiante et de former du givre. A titre d'exemple, une température d'environ 0 ⁰ C des particules avant leur injection conduit à un abaissement de la température d'environ 20 ⁰ C. Cela facilite la condensation des fractions lourdes, et notamment des HAP, dont une baisse d'un facteur 3 à 4 peut être observée avec le procédé selon l'invention par rapport à un procédé selon l'état de la technique.

La quantité de particules minérales, leur granulométrie et les conditions de contact sont choisies de manière à optimiser la dépollution, et de manière à ce que la température T ₄ au niveau de la zone de séparation (55) ne tombe pas au-dessous d'une valeur qui se situe en pratique entre environ 70 ⁰ C et 90 ⁰ C, et préférentiellement entre 75°C et 85 ⁰ C. La .valeur haute est limitée par l'efficacité de dépollution, car l'adsorption et la condensation des COV ou HAP condensables sur les particules minérales diminuent lorsque la température augmente. La valeur basse est limitée par le souci d'éviter autant que possible la condensation de produits corrosifs dans les points froids de l'installation. En pratique, le paramètre limitant est souvent le point de rosé du SO ₂ en contact avec l'humidité. Une température de 8O ⁰ C donne généralement de bons résultats.

Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la vitesse des gaz au point d'injection de l'alumine refroidie peut varier d'environ 2 m/s à 35 m/s, et est comprise de manière préférée entre 8 m/s et 20. m/s. La valeur basse est limitée par la taille et la masse des particules minérales pulvérulentes, la valeur haute est limitée par le dimensionnement du dispositif.

Toute alumine du type et de la granulométrie de celles utilisées pour le procédé d'électrolyse Hall-Héroult peut convenir. Cette alumine est connue sous le nom Smelter Grade Alumina (SGA). Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la quantité d'alumine injectée dans les gaz au niveau du réacteur est d'environ 100 à 350g/Nm ³ de gaz, et la taille granulométrique moyenne des grains d'alumine fraîche injectés dans les gaz est d'environ 70 à 100 μm. A titre d'exemple, voici la répartition granulométrique de l'alumine fraîche mesurée lors d'un essai sur une installation pilote (tous les pourcentages se réfèrent à la masse) : > 150 μm =^> 5,13%

> 106 μm => 40,46%

> 75 μm => 80,82%

> 53μm => 92,69%

> 45μm => 95,66% < 45μm => 4,34%

< 20u.m => N/A

Dans une quatrième étape (d), on sépare les particules minérales pulvérulentes chargées des COV ou HAP des effluents gazeux traités. Tout moyen de séparation approprié peut convenir, tel qu'un filtre à manches, connu en tant que tel, associé à une trémie de collecte. Si un filtre à manches est utilisé, la vitesse de filtration est avantageusement comprise entre 1 et 2 cm/s.

Dans l'intérêt d'une bonne efficacité de dépollution, le temps de contact entre les particules et les effluents ne doit pas être trop court. Ainsi, le temps de séjour moyen des gaz dans la zone de dépollution (4) et dans la zone de séparation (5) est de l'ordre de 0,5 à 3 secondes, et préférentiellement compris entre 1,5 et 2,5 secondes. La dépollution peut se faire dans une seule zone de dépollution centrale ou dans plusieurs zones de dépollution en parallèle ;

dans ce dernier cas on prévoit à la fin de la zone d'injection de gaz (3) une sortie (34) vers la ou les zone(s) de dépollution mise(s) en parallèle.

Afin de maintenir des conditions stationnaires dans la zone de séparation (5), il faut remplacer la quantité de particules minérales extraites (séparées). Cela se fait avantageusement par introduction de particules fraîches. A titre d'exemple, on utilise pour

10 à 15 t d'alumine en circulation dans la zone de dépollution et environ 1,5 t/h d'alumine fraîche. On entend ici par particules « fraîches » des particules peu ou pas chargées de

COV ou HAP condensés ou adsorbés, et notamment des particules qui n'ont pas encore été utilisés dans la zone de dépollution (4). Les particules d'alumine extraites peuvent être utilisées dans un procédé d'électrolyse ignée pour la production d'aluminium. Lors de ce procédé, les goudrons condensés sur les particules sont détruits.

Comme indiqué ci-dessus, les particules minérales pulvérulentes sont de l'alumine, et doivent avoir une température plus basse que les effluents avec lesquels elles entrent en contact. Avantageusement, elles sont refroidies à une température comprise entre 0 ⁰ C et

50 ⁰ C, et préférentiellement entre ⁰ C et 30 ⁰ C. Ce refroidissement se déroule dans une zone dite « zone de conditionnement » (6) qui comprend au moins un moyen de refroidissement.

Tout moyen pour refroidir les particules minérales pulvérulentes peut convenir. Dans une réalisation avantageuse de l'invention, la zone de conditionnement comprend au moins une trémie de conditionnement (65). Selon un mode de réalisation avantageux, les particules minérales pulvérulentes sont refroidies à une température comprise entre- environ 0 ⁰ C et environ 2O ⁰ C. On préfère que la température soit d'au moins 5°C afin d'éviter la cristallisation (gel) de la vapeur d'eau sur l'alumine et sur les parois internes du dispositif.

Si plusieurs éléments de séparation sont prévus, le conditionnement peut se faire dans une zone de conditionnement commune à l'ensemble des éléments de séparation, ou dans une unité centrale de conditionnement.

Dans une réalisation avantageuse, la trémie de conditionnement (65) est placée au-dessous du moyen de séparation (52) et comporte des serpentins (654) dans lesquels circule un fluide frigorifique (voir figure 2). Le fond fluidisé de la trémie peut être divisé en plusieurs étages (655, 656, 657) dans lesquels Palumine passe successivement par un dispositif de déversement (658); à titre d'exemple, trois étages donnent un bon résultat. Une grande

partie ou même l'ensemble de la surface de fluidisation de cette trémie est couverte par le réseau de réfrigération. Le fluide réfrigérant circule en sens inverse de l'alumine recyclée. A partir du dernier étage (657) (i.e. l'étage le plus froid), l'alumine recyclée, qui peut atteindre une température de l'ordre de O ⁰ C, quitte la trémie de conditionnement (65) par une sortie (653) et est réinjectée (à travers un conduit 43) dans les effluents à traiter, en amont de la zone de dépollution (4) ou (comme dans l'exemple de réalisation de la figure 1) directement dans cette zone.

L'alumine fraîche peut également être conditionnée en température. A tire d'exemple, elle peut être simplement mélangée (après avoir été acheminée par un conduit (62)) à l'alumine recyclée au niveau du premier étage de refroidissement (655) de la trémie de conditionnement (65) ; alternativement, elle peut être injectée de manière indépendante en amont de la zone de dépollution, ou (comme dans l'exemple de réalisation de la figure 1) directement dans cette zone (à travers un conduit 42).

L'alumine chargée en COV ou HAP peut être utilisée comme matière première dans le procédé de production d'aluminium par électrolyse ignée (procédé Hall-Héroult). Si le four à cuire des produits carbonés qui génère les fumées à dépolluer est un four à cuire les anodes utilisés dans les usines de production d'aluminium primaire, il est possible de renvoyer l'alumine chargée en COV ou HAP aux cuves d' électrolyse (via un transport) et de la réutiliser, de préférence mélangée à de l'alumine d'autres provenances (par exemple de l'alumine fraîche ou fluorée), éventuellement après un stockage intermédiaire dans un silo de stockage. Les « goudrons » adsorbés seront détruits (oxydés) directement dans le bain d'électrolyte et d'aluminium en fusion puis réduits en CO ₂ et CO.

Essai n° 1

Des mesures ont été réalisées sur un dispositif pilote selon l'invention qui traite des fumées d'un four à cuire les anodes du type utilisé dans une usine de production d'aluminium primaire. Pour refroidir les fumées, on a combiné la pulvérisation d'eau et la dilution par l'air. Les résultats sont indiqués au tableau 1. Trois températures différentes ont été explorées.

Tableau 1

Les calculs de thermodynamiques appliqués aux HAP indiquent que l'injection d'alumine recyclée et fraîche, à raison de 250g/Nm ³ de gaz à traiter, refroidies à 0 ⁰ C au niveau du réacteur du filtre, provoque un refroidissement global du mélange gaz/alumine d'environ 2O ⁰ C. Cette baisse de température associée aux pressions de vapeurs saturantes des HAP 16 OSPARCOM, entraîne la condensation d'une partie de la phase volatile et les concentrations estimées en sortie du traitement sec sont divisées par un facteur 3 ou 4 par rapport à un même traitement sans refroidissement de l'alumine.

Essai n° 2

On sait que les effluents d'un four à cuire les anodes sont constitués principalement de HAP, parmi lesquels le phénanthrène, l'anthracène et le fluoranthène représentent à eux seuls plus de 65% en poids des émissions de goudrons condensés. En utilisant les propriétés physico chimiques connues de ces composés (Tébuiiitto _n j Tfusio _n> pressions de vapeur à 2O ⁰ C ^et / _ou 25°C), on a développé un modèle mathématique basé sur la loi de Dupré :

Lθg P _vapeur = - A / (T+C) + B avec A et

C = 18 - 0,19 Tébuiiition si 125K < T _ébu iiition < 400K et

C = 60 - 0,294 Tébuiiition Si Tébuiiition > 400K et les lois de la thermodynamique. Ce modèle permet de décrire, pour le procédé selon l'invention ainsi que pour les procédés selon l'état de la technique, l'influence d'un refroidissement par l'alumine sur les émissions de ces composés à l'issu du procédé de traitement. Les paramètres suivants ont été utilisés pour ce calcul : • T ₂ (après refroidissement par pulvérisation d'eau) = 105 ⁰ C

Concentration de polluant dans les gaz à traiter : 300 mg/Nm de naphtalène,

6 mg/Nm .3 de phénanthrène 1 mg/Nm ³ d'anthracène 6 mg/Nm ³ de fluoranthène • Température de refroidissement de l'alumine avant réinjection dans les gaz à traiter

(zone de dépollution 4) allant de 5°C à 7O ⁰ C

(7O ⁰ C correspondant à l'état de la Technique, c'est-à-dire sans dispositif de refroidissement de l'alumine)

Les résultats sont tracés sur la figure 3. On constate que le procédé selon l'invention permet de diviser par trois les rejets de certains polluants (en particulier ceux de naphtalène, phénanthrène, anthracène et fluoranthène), par le simple bénéfice d'un refroidissement de l'alumine à environ 5°C avant sa réinjection dans les effiuents à traiter.

Avantages de l'invention

La température à laquelle les effiuents gazeux contaminés par des COV ou HAP sont traités, selon les procédés connus, par de l'alumine, n'est pas suffisamment basse (110 ⁰ C - 115°C) pour condenser et adsorber tous les composés organiques chauds. Le procédé selon l'invention permet d'abaisser cette température, tout en évitant une température trop basse susceptible de conduire à la condensation de liquides corrosifs. Le procédé selon l'invention améliore l'efficacité de dépollution. H peut être installé sur des installations de dépollution existantes moyennant des modifications relativement faibles, qui restent compatibles avec les composants les plus coûteux (par exemple le système de captation des fumées, la tour de refroidissement, le filtre à manche, si un ou plusieurs de ces composants sont déjà installés).