FR3072888A1 - PROCESS FOR THE DEMERSTRATION OF GASEOUS EFFLUENTS - Google Patents
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Abstract
Afin d'éliminer de manière efficace, économique et simple du mercure dans des effluents gazeux, l'invention propose un procédé de démercurisation, dans lequel un réactif de captation du mercure (3), qui est constitué d'une solution d'un composé soufré et d'un composé d'un métal alcalin, est injecté sous forme liquide dans un flux gazeux (2) ayant une température supérieure à 140°C, en y étart atomisé au sein d'un nuage (5) de particules solides (4) ayant une concentration comprise entre 1 g/Nm3 et 10 g/Nm3.In order to effectively, economically and simply remove mercury in off-gas, the invention provides a method of demercurization, wherein a mercury capture reagent (3), which consists of a solution of a compound sulfur and an alkali metal compound, is injected in liquid form into a gas stream (2) having a temperature greater than 140 ° C, in atomized space within a cloud (5) of solid particles ( 4) having a concentration of between 1 g / Nm3 and 10 g / Nm3.
Description
Procédé de démercurisation d’effluents gazeuxDemercurization process for gaseous effluents
La présente invention concerne un procédé de démercurisation d’effluents gazeux.The present invention relates to a process for the demercurization of gaseous effluents.
Beaucoup d’industries génèrent des effluents gazeux contenant du mercure, qui est un composé hautement toxique et qu’il faut retirer de ces effluents gazeux. En particulier, du mercure se retrouve dans les effluents gazeux des usines de production d’énergie qui brûlent du charbon, le charbon contenant naturellement un peu de mercure qui, lors de la combustion, va se retrouver dans les fumées de combustion sous forme de mercure métal ou de mercure oxydé. On retrouve également du mercure dans les fumées de combustion issues des usines de valorisation énergétique des déchets et les usines d’incinération de déchets, parce que les déchets contiennent un peu de mercure.Many industries generate flue gases containing mercury, which is a highly toxic compound and which must be removed from these flue gases. In particular, mercury is found in the gaseous effluents of energy production plants which burn coal, the coal naturally containing a little mercury which, during combustion, will be found in combustion fumes in the form of mercury metal or oxidized mercury. Mercury is also found in combustion fumes from waste-to-energy plants and waste incineration plants, because the waste contains a little mercury.
Plusieurs procédés sont utilisés pour démercuriser les effluents gazeux, notamment les fumées précitées, c’est-à-dire pour épurer ces effluents gazeux en retenant le mercure.Several processes are used to demercurize the gaseous effluents, in particular the aforementioned fumes, that is to say to purify these gaseous effluents by retaining the mercury.
La manière la plus commune de procéder est de mettre en contact les effluents gazeux avec des adsorbants pulvérulents ou en grains. Le plus utilisé de ces adsorbants est le charbon actif car il est peu onéreux et efficace pour d’autres polluants, comme les composés organiques volatils, les dioxines et les furanes. Ce charbon actif peut être dopé avec des composés comme des halogènes, tels que le chlore, le brome ou l’iode, du soufre ou du sélénium. Toutefois, à haute température et tout particulièrement quand la température dépasse 200°C, les isothermes d’adsorpfon deviennent très défavorables : il faut alors utiliser des quantités importantes de charbon, ce qui impacte défavorablement le coût d’exploitation, ainsi que la qualité des résidus solides générés. De plus, une augmentation des dosages de charbon actif peut ne pas suffire et des pics, au-delà des limites permises, se produisent. Par rapport à l’utilisation de charbon actif simple, l’emploi de charbons dopés améliore un peu cette situation, mais le coût de ces produits est important et des problèmes secondaires, par exemple dus à la corrosivité des charbons halogénés, surviennent. De même, l’utilisation de charbons bromés peut également, par association à du chlorure d’ammonium présent dans les effluents gazeux, générer des mélanges corrosifs pour les échangeurs opérant à des températures relatives basses, tels que des économiseurs.The most common way to do this is to bring the gaseous effluents into contact with powdery or granular adsorbents. The most widely used of these adsorbents is activated carbon because it is inexpensive and effective for other pollutants, such as volatile organic compounds, dioxins and furans. This activated carbon can be doped with compounds such as halogens, such as chlorine, bromine or iodine, sulfur or selenium. However, at high temperature and especially when the temperature exceeds 200 ° C, the adsorption isotherms become very unfavorable: it is then necessary to use significant quantities of coal, which adversely affects the operating cost, as well as the quality of the solid residues generated. In addition, an increase in dosages of activated carbon may not be sufficient and peaks, beyond the allowable limits, occur. Compared to the use of simple activated carbon, the use of doped carbon slightly improves this situation, but the cost of these products is important and secondary problems, for example due to the corrosiveness of halogenated carbon, arise. Likewise, the use of brominated coals can also, by association with ammonium chloride present in the gaseous effluents, generate corrosive mixtures for exchangers operating at low relative temperatures, such as economizers.
Il a été proposé d’utiliser des argiles, ou bien des mélanges d’argiles et de chaux. Mais, en règle générale, à dosage équivalent et à température équivalente, ces produits argileux sont moins capacitifs et moins efficaces que les charbons actifs.It has been proposed to use clays, or mixtures of clays and lime. But, as a general rule, at equivalent dosage and at equivalent temperature, these clay products are less capacitive and less effective than active carbon.
Il a aussi été proposé de faire percoler les effluents gazeux dans des tours remplies de charbon actif en granulés. Toutefois, cette technique est peu attractive en termes d’encombrement volumique et présente des risques potentiels de sécurité au vu des tonnages statiques importants de charbon utilisés, les fumées à démercuriser étant en général chaudes. Les phénomènes d’auto-combustion du charbon aux températures de fonctionnement, c’est-à-dire entre 140 et 200°C, sont courants et leurs conséquences sont importantes sur la perte de disponibilité de l’installation.It has also been proposed to percolate the gaseous effluents in towers filled with granular activated carbon. However, this technique is not very attractive in terms of volume and presents potential safety risks in view of the large static tonnages of coal used, the fumes to be demercurized being generally hot. The phenomena of self-combustion of coal at operating temperatures, that is to say between 140 and 200 ° C, are common and their consequences are significant on the loss of availability of the installation.
Des procédés humides sont par ailleurs utilisés, dans lesquels on exploite la solubilité des sels de mercure, ou bien dans lesquels on réalise une oxydation du mercure métal en mercure ionique avant ou lors de son transfert en phase liquide. Ces procédés humides sont efficaces, mais pas toujours utilisables : c’est par exemple le cas lorsque les effluents gazeux à traiter sont situés dans une zone ne disposant pas d’eau ou au niveau de laquelle un rejet humide important est problématique.Wet processes are also used, in which the solubility of the mercury salts is exploited, or in which an oxidation of the mercury metal to ionic mercury is carried out before or during its transfer into the liquid phase. These wet processes are effective, but not always usable: this is for example the case when the gaseous effluents to be treated are located in an area without water or at the level of which a large wet discharge is problematic.
Le but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé de démercurisation, qui soit efficace, économique et simple à mettre en oeuvre.The object of the present invention is to propose a new demercurization process, which is efficient, economical and simple to implement.
A cet effet, l’invention a pour objet un procédé de démercurisation d’effluents gazeux, dans lequel un réactif de captation du mercure, qui est constitué d’une solution d’un composé soufré et d’un composé d’un métal alcalin, est injecté sous forme liquide dans un flux gazeux ayant une température supérieure à 140°C, en y étant atomisé au sein d’un nuage de particules solides ayant une concentration comprise entre 1 g/Nm3 et 10g/Nm3.To this end, the subject of the invention is a process for the demercurization of gaseous effluents, in which a mercury capture reagent, which consists of a solution of a sulfur compound and of an alkali metal compound. , is injected in liquid form into a gas stream having a temperature above 140 ° C, being atomized therein within a cloud of solid particles having a concentration of between 1 g / Nm 3 and 10g / Nm 3 .
L’idée à la base de l’invention est de former in situ, c’est-à-dire dans une gaine qui véhicule un flux gazeux chaud à démercuriser, des grains solides présentant une grande surface active pour capter et retenir le mercure présent dans le flux gazeux. Ces grains résultent du dépôt, sur des particules solides d’un nuage suffisamment dense qui est présent dans le flux gazeux, de microparticules qui proviennent de gouttelettes produites par atomisation d’une solution d’un composé soufré et d’un composé d’un métal alcalin, introduite directement dans le flux gazeux, ces microparticules étant générées par évaporation de l’eau contenue dans les gouttelettes, le cas échéant après explosion de ces dernières : le composé soufré de la solution forme, dans les microparticules, des nuclei à même de fixer le mercure ; dans le même temps, le composé du métal alcalin forme, dans les microparticules, des nuclei qui sont collants et/ou qui ont une forte affinité pour, à la fois, les nuclei résultant du composé soufré et les particules solides du nuage présent dans le flux gazeux. Dès lors, on comprend qu’en atomisant la solution précitée dans le nuage de particules solides, les microparticules se lient aux particules solides, en tapissant la surface de ces dernières, tout en conservant leur microstructure et donc leur capacité à capter et retenir le mercure. La surface active des grains obtenus par liaison des microparticules sur les particules solides est ainsi démultipliée, dans le sens où le rapport entre la surface active et le volume de ces grains est fortement augmenté, et ce en utilisant les particules solides comme support pour ces microparticules, étant remarqué que les particules solides sans les microparticules seraient inactives vis-à-vis du mercure alors que, grâce aux microparticules qui s’y fixent, les particules solides deviennent des pièges à mercure. La démercurisation du flux gazeux est ainsi très performante, tout en étant simple et économique à mettre en oeuvre, comme détaillé par la suite.The basic idea of the invention is to form in situ, that is to say in a sheath which conveys a hot gas flow to be demercurized, solid grains having a large active surface for capturing and retaining the mercury present. in the gas flow. These grains result from the deposition, on solid particles of a sufficiently dense cloud which is present in the gas flow, of microparticles which come from droplets produced by atomization of a solution of a sulfur compound and of a compound of alkali metal, introduced directly into the gas stream, these microparticles being generated by evaporation of the water contained in the droplets, if necessary after their explosion: the sulfur-containing compound of the solution forms, in the microparticles, nuclei with the same to fix mercury; at the same time, the alkali metal compound forms, in the microparticles, nuclei which are sticky and / or which have a strong affinity for both the nuclei resulting from the sulfur compound and the solid particles of the cloud present in the gas flow. Therefore, we understand that by atomizing the aforementioned solution in the cloud of solid particles, the microparticles bind to solid particles, by lining the surface of the latter, while retaining their microstructure and therefore their ability to capture and retain mercury. . The active surface of the grains obtained by binding of the microparticles to the solid particles is thus multiplied, in the sense that the ratio between the active surface and the volume of these grains is greatly increased, and this by using the solid particles as a support for these microparticles , it being noted that the solid particles without the microparticles would be inactive with respect to mercury whereas, thanks to the microparticles which are attached to it, the solid particles become mercury traps. The demercurization of the gas flow is thus very efficient, while being simple and economical to implement, as detailed below.
Suivant des caractéristiques additionnelles avantageuses du procédé conforme à l’invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles :According to additional advantageous characteristics of the process according to the invention, taken in isolation or in all technically possible combinations:
- Le composé du métal alcalin du réactif de captation du mercure contient du carbonate de sodium et/ou du bicarbonate de sodium et/ou de la soude.- The alkali metal compound of the mercury capture reagent contains sodium carbonate and / or sodium bicarbonate and / or soda.
- Le composé du métal alcalin du réactif de captation du mercure contient du carbonate de potassium et/ou du bicarbonate de potassium.- The alkali metal compound of the mercury capture reagent contains potassium carbonate and / or potassium bicarbonate.
- Le composé du métal alcalin du réactif de captation du mercure contient du borate de sodium et/ou du borax.- The alkali metal compound of the mercury capture reagent contains sodium borate and / or borax.
- Le composé soufré du réactif de captation du mercure contient un sulfure et/ou un polysulfure, de préférence alcalin.- The sulfur compound of the mercury capture reagent contains a sulfide and / or a polysulfide, preferably alkaline.
- Au moins une partie des particules solides du nuage résulte de l’injection d’un flux dédié dans le flux gazeux en amont de l’injection du réactif de captation du mercure.- At least part of the solid particles in the cloud results from the injection of a dedicated flow into the gas flow upstream of the injection of the mercury capture reagent.
- Le flux dédié contient un réactif de captation de polluants acides contenus dans le flux gazeux.- The dedicated flow contains a reagent for the capture of acidic pollutants contained in the gas flow.
- Le réactif de captation des polluants acides comprend du bicarbonate de sodium et/ou du sesquicarbonate de sodium.- The acid pollutant capture reagent includes sodium bicarbonate and / or sodium sesquicarbonate.
- Le flux gazeux à démercuriser consiste en des fumées de combustion, au moins une partie des particules solides du nuage étant constituée de cendres volantes présentes dans lesdites fumées de combustion.- The gas stream to be demercurized consists of combustion fumes, at least part of the solid particles of the cloud consisting of fly ash present in said combustion fumes.
- Le flux gazeux dans lequel le réactif de captation du mercure est injecté présente une température comprise entre 170 et 220 °C.- The gas flow into which the mercury capture reagent is injected has a temperature between 170 and 220 ° C.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels :The invention will be better understood on reading the description which follows, given solely by way of example and made with reference to the drawings in which:
- la figure 1 est un schéma d’une installation mettant en oeuvre un premier mode de réalisation du procédé conforme à l’invention ; et- Figure 1 is a diagram of an installation implementing a first embodiment of the method according to the invention; and
- la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, illustrant un second mode de réalisation du procédé, conforme à l’invention.- Figure 2 is a view similar to Figure 1, illustrating a second embodiment of the method, according to the invention.
Sur les figures 1 et 2 est représentée une gaine 1 dans laquelle un flux gazeux 2 circule, et ce de la gauche vers la droite sur les figures. La forme de réalisation de la gaine 1 n’est pas limitative.In Figures 1 and 2 is shown a sheath 1 in which a gas flow 2 flows, and this from left to right in the figures. The embodiment of the sheath 1 is not limiting.
Le flux gazeux 2 circule dans la gaine 1 à une température supérieure à 140°C, typiquement comprise entre 140 et 350 °C, de préférence comprise entre 170 et 220 °C.The gas flow 2 circulates in the sheath 1 at a temperature above 140 ° C, typically between 140 and 350 ° C, preferably between 170 and 220 ° C.
Le flux gazeux 2 contient du mercure. Afin de démercuriser le flux gazeux 2, un réactif de captation du mercure 3 est injecté dans le flux gazeux, au niveau d’un ou de plusieurs points d’injection dans la gaine 1, qui, le cas échéant, sont répartis le long de cette dernière.The gas stream 2 contains mercury. In order to demercurize the gas flow 2, a mercury capture reagent 3 is injected into the gas flow, at one or more injection points in the sheath 1, which, if necessary, are distributed along the latter.
Ce réactif de captation du mercure 3 est injecté dans le flux gazeux 2 sous forme liquide, en étant constitué, avant injection, d’une solution d’un composé soufré et d’un composé d’un métal alcalin. Le réactif 3 est ainsi constitué essentiellement de deux composés, à savoir le composé soufré et le composé du métal alcalin, qui vont être détaillés juste ci-après.This mercury capture reagent 3 is injected into the gas stream 2 in liquid form, consisting, before injection, of a solution of a sulfur compound and of an alkali metal compound. Reagent 3 thus essentially consists of two compounds, namely the sulfur compound and the alkali metal compound, which will be detailed just below.
Le composé soufré est, par exemple et de manière non limitative, un sulfure ou un polysulfure. Le composé soufré contient de préférence un sulfure alcalin et/ou un polysulfure alcalin. Dans tous les cas, le composé soufré est destiné, lorsque la solution du réactif 3 est injectée dans le flux gazeux 2, à former des nuclei solides à même de fixer le mercure présent dans le flux gazeux 2.The sulfur-containing compound is, for example and without limitation, a sulphide or a polysulphide. The sulfur compound preferably contains an alkali sulfide and / or an alkaline polysulfide. In all cases, the sulfur compound is intended, when the solution of reagent 3 is injected into the gas stream 2, to form solid nuclei capable of fixing the mercury present in the gas stream 2.
Le composé du métal alcalin est, par exemple et de manière non limitative, des sels de sodium et/ou des sels de potassium et/ou de la soude. Ainsi, le composé du métal alcalin contient par exemple du carbonate de sodium et/ou du bicarbonate de sodium et/ou de la soude et/ou du carbonate de potassium et/ou du bicarbonate de potassium et/ou du borate de sodium et/ou du borax. Dans tous les cas, le composé du métal alcalin est destiné, lorsque la solution du réactif 3 est injectée dans le flux gazeux 2, à former des nuclei ayant une forte affinité avec d’autres solides, voire des nuclei solides collants.The alkali metal compound is, for example and without limitation, sodium salts and / or potassium salts and / or soda. Thus, the alkali metal compound contains, for example, sodium carbonate and / or sodium bicarbonate and / or soda and / or potassium carbonate and / or potassium bicarbonate and / or sodium borate and / or borax. In all cases, the alkali metal compound is intended, when the solution of reagent 3 is injected into the gas stream 2, to form nuclei having a high affinity with other solids, or even sticky solid nuclei.
Bien entendu, la solution du réactif 3, qui comprend essentiellement le composé soufré et le composé du métal alcalin, peut également comprendre des additifs.Of course, the solution of reagent 3, which essentially comprises the sulfur compound and the alkali metal compound, can also include additives.
Comme bien visible sur les figures 1 et 2, la solution du réactif 3 est injectée dans le flux gazeux 2 en y étant atomisée au sein d’un nuage de particules solides : sur la figure 1, les particules solides sont référencées 4 et forment un nuage référencé 5 ; sur la figure 2, les particules solides sont référencées 6 et forment un nuage référencé 7.As clearly visible in FIGS. 1 and 2, the solution of reagent 3 is injected into the gas flow 2 while being atomized therein within a cloud of solid particles: in FIG. 1, the solid particles are referenced 4 and form a cloud referenced 5; in FIG. 2, the solid particles are referenced 6 and form a cloud referenced 7.
Dans le mode de réalisation préféré de la figure 1, les particules solides 4 résultent de l’injection d’un flux dédié 4’ dans le flux gazeux 2 en amont de l’injection du réactif 3, l’injection de ce flux 4’ étant opérée au niveau d’un ou de plusieurs points d’injection dans la gaine 1, qui, le cas échéant, sont répartis le long de cette dernière et qui sont tous situés avant le ou les points d’injection du réactif 3. En pratique, le flux 4’ est introduit à l’intérieur de la gaine 1 par tout matériel approprié, par exemple des cannes, des buses, des tuyaux droits ou biseautés. Une fois que le flux 4’ est injecté dans le flux gazeux 2 à l’intérieur de la gaine 1, les particules solides 4 provenant du flux 4’ se dispersent et forment progressivement le nuage 5 qui, le long de la gaine 1 à partir du ou des points d’injection du flux 4’, s’étend vers l’aval, jusqu’à couvrir toute la section de la gaine 1, comme montré schématiquement sur la figure 1.In the preferred embodiment of FIG. 1, the solid particles 4 result from the injection of a dedicated flow 4 'into the gas flow 2 upstream of the injection of the reagent 3, the injection of this flow 4' being operated at one or more injection points in the sheath 1, which, if necessary, are distributed along the latter and which are all located before the point or points of injection of the reagent 3. In in practice, the flow 4 'is introduced inside the sheath 1 by any suitable material, for example rods, nozzles, straight or bevelled pipes. Once the flow 4 'is injected into the gas flow 2 inside the sheath 1, the solid particles 4 coming from the flow 4' disperse and gradually form the cloud 5 which, along the sheath 1 from of the injection point (s) of the stream 4 ′, extends downstream, until it covers the entire section of the sheath 1, as shown diagrammatically in FIG. 1.
Suivant une disposition optionnelle particulièrement avantageuse, les particules solides 4 sont prévues pour capter des polluants acides présents dans le flux gazeux 2, tels que le chlorure d’hydrogène (HCl) et le dioxyde de soufre (SO2) : à cet effet, le flux 4’ contient alors du bicarbonate de sodium ou du sesquicarbonate de sodium comme le trôna, qui est un minéral naturel. Le bicarbonate ou le sesquicarbonate de sodium sont injectés dans le flux gazeux 2 sous forme pulvérulente, typiquement obtenue par broyage, et, au contact du flux gazeux 2, produisent les particules solides 4 par décomposition partielle. Bien entendu, le flux 4’ peut contenir, en complément ou en alternative au bicarbonate et sesquicarbonate de sodium, d’autres produits réactifs qui, notamment après décomposition au contact du flux gazeux 2, forment dans ce dernier les particules solides 4 à même de capter les polluants acides présents dans le flux gazeux 2.According to a particularly advantageous optional arrangement, the solid particles 4 are provided for capturing acid pollutants present in the gas stream 2, such as hydrogen chloride (HCl) and sulfur dioxide (SO 2 ): for this purpose, the flux 4 'then contains sodium bicarbonate or sodium sesquicarbonate like trôna, which is a natural mineral. The sodium bicarbonate or sesquicarbonate are injected into the gas stream 2 in powder form, typically obtained by grinding, and, in contact with the gas stream 2, produce the solid particles 4 by partial decomposition. Of course, the flow 4 ′ may contain, in addition to or as an alternative to bicarbonate and sodium sesquicarbonate, other reactive products which, in particular after decomposition in contact with the gas flow 2, form in the latter the solid particles 4 capable of capture the acid pollutants present in the gas flow 2.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, les particules solides 6 ne sont pas rajoutées au flux gazeux 2 en étant injectées dans la gaine 1 par un flux dédié distinct tel que le flux 4’ de la figure 1, mais préexistent dans le flux gazeux 2 circulant dans la gaineIn the embodiment of FIG. 2, the solid particles 6 are not added to the gas flow 2 by being injected into the sheath 1 by a separate dedicated flow such as the flow 4 ′ in FIG. 1, but preexist in the flow gaseous 2 flowing in the sheath
1. Ces particules solides 6 comprennent notamment des cendres volantes qui sont charriées dans des fumées de combustion constituant le flux gazeux 2, ces cendres volantes étant présentes dès la production de telles fumées de combustion.1. These solid particles 6 comprise in particular fly ash which is carried in combustion smoke constituting the gas flow 2, these fly ash being present as soon as such combustion smoke is produced.
Bien entendu, en variante, les modes de réalisation de la figure 1 et de la figure 2 peuvent être combinés, de sorte que le réactif 3 est atomisé au sein d’un nuage qui contient, à la fois, des particules solides résultant de l’injection d’un flux dédié qui ajouté au flux gazeux 2, telles les particules solides 4 résultant de l’injection du flux 4’ à la figure 1, et des particules solides préexistantes dans le flux gazeux 2, telles que les particules solides 6 à la figure 2.Of course, as a variant, the embodiments of FIG. 1 and of FIG. 2 can be combined, so that the reagent 3 is atomized within a cloud which contains, at the same time, solid particles resulting from the injection of a dedicated flow which added to the gas flow 2, such as the solid particles 4 resulting from the injection of the flow 4 'in FIG. 1, and pre-existing solid particles in the gas flow 2, such as the solid particles 6 in Figure 2.
Dans tous les cas, les particules solides 4 et 6 ont une taille caractéristique, notamment un diamètre équivalent, qui est largement supérieur au micromètre.In all cases, the solid particles 4 and 6 have a characteristic size, in particular an equivalent diameter, which is much greater than a micrometer.
De plus, également dans tous les cas, l’atomisation de la solution du réactif 3 dans le nuage 5 ou 7 est réalisée sous forme de gouttelettes de petit diamètre, typiquement inférieur à 200 micromètres, de préférence inférieur à 100 micromètres. En pratique, l’injection, sous forme atomisée, de la solution du réactif 3 est mise en oeuvre par des moyens connus en soi, par exemple des buses à air bi-fluides ou bien par tout matériel approprié.In addition, also in all cases, the atomization of the solution of reagent 3 in the cloud 5 or 7 is carried out in the form of droplets of small diameter, typically less than 200 micrometers, preferably less than 100 micrometers. In practice, the injection, in atomized form, of the solution of reagent 3 is carried out by means known per se, for example bi-fluid air nozzles or else by any suitable material.
Une fois que la solution du réactif 3 est atomisée sous forme des gouttelettes précitées dans le flux gazeux 2 chaud, plusieurs processus physicochimiques s’enchaînent.Once the solution of reagent 3 is atomized in the form of the aforementioned droplets in the hot gas stream 2, several physicochemical processes are linked.
Dans un premier temps, la mise en contact des gouttelettes du réactif 3 avec le flux gazeux 2 chaud conduit ,le cas échéant après explosion des gouttelettes, à l’évaporation de l’eau de ces dernières. Au fur et à mesure que l’eau s’évapore, le réactif de chacune des gouttelettes commence à se sursaturer en composé soufré et/ou en composé du métal alcalin. Le retour à l’équilibre thermodynamique de saturation produit alors des microparticules de très petite taille, qui, en particulier, est nettement inférieure à la taille caractéristique des particules solides 4 ou 6.Initially, bringing the droplets of reactant 3 into contact with the hot gas flow 2 leads, if necessary after the droplets explode, to the evaporation of the water from the latter. As the water evaporates, the reagent in each of the droplets begins to supersaturate into the sulfur compound and / or the alkali metal compound. The return to thermodynamic equilibrium of saturation then produces very small microparticles, which, in particular, is significantly smaller than the characteristic size of solid particles 4 or 6.
Plus précisément, à la surface des gouttelettes en train de s’évaporer, des nuclei solides de métal alcalin se développent, en étant formés par exemple par du carbonate de sodium lorsque le composé du métal alcalin du réactif 3 contient du carbonate ou du bicarbonate de sodium ou bien lorsque le composé du métal alcalin du réactif 3 contient de la soude qui, par carbonatation dans le flux gazeux 2, a le même effet. Ces nuclei de métal alcalin ont une forte affinité pour les autres solides, voire sont collants. Autrement dit, les nuclei du métal alcalin font office de liant colle.More specifically, on the surface of the evaporating droplets, solid alkali metal nuclei develop, being formed for example by sodium carbonate when the alkali metal compound of reagent 3 contains carbonate or bicarbonate sodium or when the alkali metal compound of reactant 3 contains sodium hydroxide which, by carbonation in the gas stream 2, has the same effect. These alkali metal nuclei have a strong affinity for other solids, even are sticky. In other words, the nuclei of the alkali metal act as an adhesive binder.
Dans le même temps, également à la surface de chacune des gouttelettes en train de s’évaporer, des nuclei solides soufrés se développent, par exemple des nuclei, voire des micro-amas de polysulfure de sodium lorsque le composé soufré du réactif 3 contient du polysulfure de sodium. Ces nuclei soufrés ont la propriété de fixer le mercure, tout en se retrouvant liés aux nuclei de métal alcalin grâce à la capacité de fixation qu’ont ces derniers.At the same time, also on the surface of each evaporating droplet, sulfur-containing solid nuclei develop, for example nuclei, or even micro-clusters of sodium polysulfide when the sulfur-containing compound of reagent 3 contains sodium polysulfide. These sulfur nuclei have the property of fixing mercury, while being found linked to alkali metal nuclei thanks to the fixing capacity which the latter have.
Dans un second temps, les microstructures décrites ci-dessus, contenant les nuclei de métal alcalin et les nuclei soufrés, se lient, notamment par liaison physicochimique, sur les particules solides 4 ou 6 du nuage 5 ou 7, tout en conservant leur microstructure. Les microparticules peuvent ainsi tapisser la surface des particules solides ou 6. Dans tous les cas, des liaisons chimiques entre les particules solides 4 ou 6 et les nuclei de métal alcalin des microstructures se constituent et assurent la stabilité des grains ainsi obtenus. En particulier, aussi bien dans le cas du mode de réalisation de la figure 1 que dans le cas du mode de réalisation de la figure 2, le caractère collant, à forte affinité, et microstructurel des nuclei solides de métal alcalin, qui appartiennent aux microparticules résultant de l’atomisation et de l’évaporation de la solution du réactif 3, fait que ces microparticules se fixent à la surface des particules solides 4 et 6, en y adhérant avec une forte affinité. Comme ces microparticules contiennent également les nuclei soufrés, qui peuvent fixer le mercure, les grains obtenus par agrégation des microparticules entre elles et sur les particules solides 4 ou 6 ont leur surface active pour la démercurisation qui est démultipliée, dans le sens où le rapport surface active sur volume de ces grains est fortement augmenté.In a second step, the microstructures described above, containing the alkali metal nuclei and the sulfur nuclei, bind, in particular by physicochemical bond, to the solid particles 4 or 6 of the cloud 5 or 7, while retaining their microstructure. The microparticles can thus line the surface of the solid particles or 6. In all cases, chemical bonds between the solid particles 4 or 6 and the alkali metal nuclei of the microstructures are formed and ensure the stability of the grains thus obtained. In particular, as well in the case of the embodiment of FIG. 1 as in the case of the embodiment of FIG. 2, the stickiness, with high affinity, and microstructural of the alkali metal solid nuclei, which belong to the microparticles resulting from the atomization and evaporation of the solution of reagent 3, causes these microparticles to be fixed on the surface of solid particles 4 and 6, by adhering to it with a strong affinity. As these microparticles also contain the sulfur nuclei, which can fix mercury, the grains obtained by aggregation of the microparticles between them and on solid particles 4 or 6 have their active surface for the demercurization which is multiplied, in the sense that the surface ratio active volume of these grains is greatly increased.
Bien entendu, la densité du nuage 5 ou 7 est déterminante pour que les processus décrits ci-dessus se déroulent de manière satisfaisante : selon une caractéristique de l’invention, la concentration des particules solides 4 ou 6 au sein du flux gazeux 2 est comprise entre 1 g/Nm3 et 10 g/Nm3.Of course, the density of cloud 5 or 7 is decisive for the processes described above to proceed satisfactorily: according to a characteristic of the invention, the concentration of solid particles 4 or 6 within the gas stream 2 is understood between 1 g / Nm 3 and 10 g / Nm 3 .
En ce qui concerne la quantité de réactif 3 qui est injectée dans le flux gazeux 2, celle-ci peut être soit prévue fixe, le réactif 3 étant alors injecté à un débit constant prédéterminé, soit asservie au débit du flux gazeux 2, notamment pour garder constante la concentration, dans le flux gazeux 2, des microparticules résultant de l’atomisation et de l’évaporation du réactif 3, soit encore pilotée par un analyseur de mercure indiquant la concentration de mercure dans le flux gazeux 2, en amont ou en aval de l’introduction du réactif 3 dans ce flux gazeux. En pratique, la concentration, dans le flux gazeux 2, des microparticules résultant de l’atomisation et l’évaporation de la solution du réactif 3 est typiquement comprise entre 20 mg/Nm3 et 500 mg/Nm3, cette concentration étant exprimée en matière sèche.As regards the quantity of reagent 3 which is injected into the gas flow 2, this can either be provided fixed, the reagent 3 then being injected at a predetermined constant flow rate, or subject to the flow rate of the gas flow 2, in particular for keep the concentration in the gas stream 2 of the microparticles resulting from the atomization and evaporation of the reagent 3 constant, or be further controlled by a mercury analyzer indicating the concentration of mercury in the gas stream 2, upstream or in downstream of the introduction of reagent 3 into this gas flow. In practice, the concentration in the gas stream 2 of the microparticles resulting from the atomization and evaporation of the solution of the reagent 3 is typically between 20 mg / Nm 3 and 500 mg / Nm 3 , this concentration being expressed in dry matter.
Les avantages conférés par l’invention sont nombreux :The advantages conferred by the invention are numerous:
- l’utilisation conjointe du composé soufré et du composé du métal alcalin, l’un servant à capter et retenir le mercure, l’autre servant de liant colle et contribuant à assurer l’affinité des microparticules précitées entre elles et avec les particules solides 4 et 6, permet de démultiplier le rapport effectif surface/volume, en utilisant comme support les particules solides 4 et 6 ; en d’autres termes, les particules solides 4 et 6, qui normalement seraient inactives vis-à-vis du mercure, deviennent en quelque sorte des pièges à mercure ;- the joint use of the sulfur compound and the alkali metal compound, one serving to capture and retain the mercury, the other serving as an adhesive binder and helping to ensure the affinity of the aforementioned microparticles with each other and with the solid particles 4 and 6, makes it possible to multiply the effective surface / volume ratio, using as support the solid particles 4 and 6; in other words, solid particles 4 and 6, which would normally be inactive towards mercury, somehow become mercury traps;
- l’installation de mise en oeuvre du procédé est simple ; et- the installation for implementing the process is simple; and
- le réactif de captation du mercure 3 est bon marché, stable et facile à préparer sur site.- the mercury capture reagent 3 is inexpensive, stable and easy to prepare on site.
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