Procédé et appareil de traitement d'effluents
gazeux contenant des polluants.
La présente invention est relative au traitement d'effluents gazeux contenant des substances polluantes susceptibles de subir une oxydation catalytique afin de les transformer en produits inoffensifs.
De nombreux procédés industriels engendrent
des vapeurs ou des gaz malodorants-ou toxiques qui,
s'ils sont émis dans l'atmosphère, constituent un
risque vis-à-vis de la santé ou une nuisance publique. Une solution à ce problème consiste à recueillir ces
gaz ou vapeurs en mélange à de l'air au fur et à mesure de leur émission par l'appareillage industriel et
de faire passer le mélange à travers un réacteur chauffé contenant un catalyseur d'oxydation où les composés toxiques ou malodorants sont oxydés en composés inoffensifs ou inodores, tels que l'anhydride carbonique
et l'eau.
Un autre procédé consiste à faire passer le mélange à travers un brûleur, mais l'incinération à flamme directe exige le chauffage d'importants volumes
de gaz à hautes températures afin de brûler les substances polluantes. Cependant, de considérables économies peuvent être réalisées dans le coût du combustible en
se servant d'une combustion catalytique, étant donné
que les réacteurs catalytiques permettent de réaliser
une réduction considérable de la concentration en substan-ces polluantes à 150-500[deg.]C, tandis que l'incinération
à flamme directe exige la mise en oeuvre de températures allant bien au delà de ces limites.
Cependant, le chauffage d'importantes quantités d'air jusqu'à la température nécessaire au déroulement de l'oxydation catalytique peut encore être coûteux si, comme c'est fréquemment le cas, la concentration en substances polluantes est faible et que la chaleur libérée par leur oxydation ne contribue pas
de manière importante aux besoins locaux en énergie.
Une autre difficulté souvent rencontrée réside dans le fait que bien que les systèmes catalytiques puissent efficacement éliminer de 90 à 99% de la concentration initiale en substances polluantes à une telle température peu élevée, il est cependant fréquemment nécessaire, pour obtenir une élimination complète qui est essentielle dans le cas de certaines odeurs particulières, d'élever la température jusqu'à un niveau auquel l'avantage économique d'un tel système ne s'applique plus.
La présente invention a donc plus particulièrement pour objet un procédé perfectionné et plus économique d'oxydation destructrice des polluants de l'air.
L'invention a pour objet un procédé pour traiter des effluents gazeux contenant des polluants d'une nature telle que ces polluants soient susceptibles de subir une oxydation catalytique, afin de les rendre inoffensifs, caractérisé en ce que l'on fait passer une fraction principale de l'effluent à travers
une matière qui adsorbe sensiblement tous les polluants contenus dans l'effluent, tout en utilisant le reste
de l'effluent pour transférer, à des fins d'oxydation catalytique dans un réacteur catalytique à une température élevée, les polluants qui ont déjà été adsorbés
de ladite fraction principale sur une telle matière
et en ce que l'on change de manière répétée et appropriée le rôle de la matière d'une fonction adsorbante
à une fonction d'oxydation catalytique et vice-versa.
Selon une forme de réalisation du procédé
selon l'invention, la fraction principale passe, à
l'état refroidi, directement vers et à travers un
premier lit d'une telle matière par laquelle les polluants de la fraction principale sont adsorbés et cette fraction principale en est ensuite déchargée, cependant que le reste passe à travers un premier réchauffeur, puis à travers un second lit d'une telle matière dont les polluants sont ainsi évacués et ce reste passe finalement à travers le réacteur catalytique précité,
les rôles des premier et second lits de matière étant interchangés à certains intervalles.
Selon une autre forme de réalisation du procédé conforme à l'invention, la fraction principale passe,
à l'état refroidi, directement vers et à travers un lit de matière par laquelle les polluants sont adsorbés de
la fraction principale, et qui est également un catalyseur d'oxydation pour lesdits polluants, et cette fraction principale est ensuite déchargée, tandis que le
reste passe, à une température élevée, à travers
le réacteur catalytique précité, cependant
que la matière avec les polluants adsorbés est amenée
à continuellement circuler du lit précité au réacteur précité, où les polluants sont oxydés, et viceversa. Le lit de matière est de préférence fluidisé
afin d'en faciliter une décharge continue à des fins d'entraînement par le reste de l'effluent au fur et
à mesure qu'il passe dans le réacteur précité et éventuellement à des fins de recyclage en continu vers
le lit en question.
Selon une autre forme de réalisation encore
du procédé selon l'invention, l'effluent gazeux passe entièrement, à une température élevée, à travers le réacteur catalytique où la plus grande partie des
polluants est oxydée et la fraction principale passe ensuite, à l'état refroidi, vers et à travers un premier lit de matière par laquelle les polluants qui y subsistent sont adsorbés, et est ensuite déchargée, cependant que le reste, encore à une température élevée, passe à travers un second lit de matière dont
les polluants sont évacués, après quoi il est ajouté
à l'effluent passant dans le réacteur catalytique,
les rôles des premier et second lits étant interchangés à certains intervalles.
.La présente invention a aussi pour objet un appareil pour traiter un effluent contenant des polluants de la nature dans laquelle les polluants sont susceptibles de subir une oxydation catalytique
afin de les transformer en produits inoffensifs, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen pour contenir une matière qui est capable d'adsorber sensiblement la totalité des polluants d'un tel effluent, un réacteur catalytique, un moyen pour faire passer une fraction principale de 1'effluent précité à travers une.partie de ladite matière
et pour simultanément provoquer l'utilisation du reste de l'effluent pour le transfert à des fins d'oxydation catalytique dans ledit réacteur à une température élevée, des polluants du reste de la matière précitée qui ont été adsorbés de la fraction principale, et un moyen grâce auquel le rôle
de la matière peut être changé de manière répétée
et appropriée d'une fonction adsorbante à une fonction d'oxydation catalytique et vice-versa.
Une forme de réalisation de l'appareil conforme à la présente invention comprend un réchauffeur, deux récipients contenant chacun un lit de ladite matière, un réacteur catalytique, une conduite pour relier une source d'effluent audit réchauffeur et à chacun desdits récipients, une conduite pour relier ledit réchauffeur à chacun desdits récipients, une conduite pour relier chacun desdits récipients au réacteur et un moyen adapté à provoquer sélectivement l'écoulement d'une fraction majeure de l'effluent de ladite source vers et à travers un desdits lits
pour en être déchargée et du reste successivement vers et à travers ledit réchauffeur, l'autre desdits lits et ledit réacteur pour en être déchargé
ou provoquer l'écoulement d'une fraction principale dudit effluent vers et à travers ledit autre lit
pour en être déchargé et du reste successivement
vers et à travers ledit réchauffeur, l'un desdits lits et ledit réacteur pour en être déchargé.
Une autre forme de réalisation de l'appareil conforme à l'invention comprend un récipient pour un lit de ladite matière qui est également
un catalyseur d'oxydation pour les polluants précités, sous forme particulaire, des moyens pour faciliter l'admission de l'effluent dans ledit récipient de manière à fluidiser le lit précité, un réacteur catalytique, un moyen pour relier la partie supérieure
du lit précité audit réacteur si bien que le débordement de la partie supérieure dudit lit, lorsqu'il est fluidisé, peut être continuellement dirigé vers ledit réacteur, un moyen pour relier ledit réacteur
à la partie intérieure du lit si bien que ledit débordement, après passage à.travers ledit réacteur, est envoyé continuellement dans la partie intérieure dudit lit, un moyen pour introduire une fraction principale d'un effluent dans ledit récipient, un moyen pour provoquer le reste de l'effluent d'entrainer continuellement ledit débordement et de le véhi-culer à une température élevée vers ledit réacteur
et un moyen pour décharger l'effluent qui sort
dudit lit dudit récipient.
Selon une autre forme de réalisation de
l'appareil conforme à l'invention, celui-ci comprend
un réacteur catalytique, un réchauffeur associé audit réacteur, deux récipients contenant chacun un
lit de ladite matière, des conduites pour relier une
source d'effluent au côté entrée dudit réacteur,
des conduites pour former des connexions entre le
côté sortie dudit réacteur et l'un desdits récipients,
un moyen de refroidissement dans l'une desdites connexions, laquelle connexion est adaptée à convoyer une fraction principale dudit effluent sortant dudit
réacteur, un moyen associé à chaque récipient précité adapté à décharger l'affluent passant à travers le lit récepteur ou à le recycler vers ledit réacteur selon
les besoins et un moyen pour provoquer l'écoulement
de l'effluent dudit réacteur à travers ladite une connexion pour l'envoyer vers un lit et à travers ladite
autre connexion pour l'envoyer vers l'autre lit, ou vice-versa, selon les besoins.
L'invention sera à présent décrite plus en détail en se référant aux dessins ci-annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente schématiquement une forme d'appa. reil que l'on peut utiliser pour la mise en oeuvre d'une forme de réalisation du procédé selon l'invention;
- la figure 2 représente schématiquement une forme d'appareil que l'on peut utiliser pour la mise en oeuvre
d'une seconde forme de réalisation du procédé
conforme à l'invention et
- la figure 3 représente schématiquement une forme d'appareil que l'on peut utiliser pour la
mise en oeuvre d'une troisième forme de réalisation du procédé selon l'invention.
En se référant en tout premier lieu
à la figure 1, on voit que l'appareil est constitué d'un réchauffeur 10, de deux lits adsorbants 12,
14, d'un réacteur catalytique 16, de vannes appropriées et de conduites associées, les vannes pouvant être commandées automatiquement.
L'adsorbant des lits 12, 14 peut, dans
certains cas, être constitué de charbon activé, mais,
on a constaté qu'il était extrêmement difficile de désorber certains polluants du charbon et que, par suite de cette caractéristique, la capacité d'adsorption efficace tombait avec l'utilisation répétée du charbon activé en question. Dans de tels cas, la demanderesse
a constaté qu'il était préférable d'utiliser une matière du type oxyde de métal possédant les propriétés d'un catalyseur d'oxydation, ou un catalyseur tel que décrit dans le brevet britannique n[deg.] 1.436.700. En utilisant un catalyseur d'oxydation adsorbant, toute substance polluante qui n'est pas désorbée au cours de l'étape
de désorption, est oxydée.
En cours de fonctionnement, l'écoulement de l'effluent gazeux s'effectue en direction des
lignes fléchées. Au cours de la première étape, l'écoulement étant indiqué par des traits pleins,
une fraction-principale, non chauffée, passe à
travers le lit 12 et une fraction mineure, chauffée, passe à travers le réchauffeur 10, le lit 14 et le réacteur 16. Lorsque le lit 12 est saturé et que
le lit 14 est lavé, l'écoulement change de sens
comme le représente la ligne en traits interrompus,
si bien que le lit 12 est lavé et que le lit 14 adsorbe les polluants de l'effluent.
Selon un autre agencement, les lits peuvent être déplacés d'une ligne d'écoulement à l'autre.
Ceci peut commodément se réaliser en montant l'adsorbant dans un cylindre divisé en compartiments par au moins une paroi isolée montée le long de l'axe
du cylindre. La fraction principale de l'air pollué passe à travers l'un des compartiments pour y subir une adsorption, tandis que de l'air chauffé passe à travers un second compartiment pour le laver. La fonction des deux compartiments est inversée en faisant tourner le cylindre.
Dans certains cas, lorsque la température nécessaire à l'oxydation catalytique est supérieure
à celle nécessaire au lavage de l'adsorbant, il est nécessaire de disposer un second réchauffeur à l'entrée du réacteur catalytique. Ceci est souhaitable lorsque l'unité fonctionne de manière intermittente.
On se référera à présent à l'appareil
représenté sur la figure 2, qui convient dans des
cas où on utilise un catalyseur à base d'oxyde de
métal ou un catalyseur d'oxydation à la fois comme adsorbant et comme catalyseur.
De l'air pollué entrant dans une chambre d'adsorption 18 fluidise un lit de catalyseur particulaire adsorbant 20 de telle manière qu'une certaine partie de ce lit tombe continuellement dans un réceptacle 22 et passe par un clapet de non retour 24
dans une chambre d'oxydation 26. Le catalyseur en
question est propulsé à travers la chambre d'oxydation 26 par une petite quantité d'air pollué prélevée
de l'entrée principale, par l'intermédiaire d'une
pompe 28 lorsque cela se révèle nécessaire et y est chauffé jusqu'à une température suffisant à provoquer l'oxydation des polluants adsorbés, après quoi le catalyseur revient à la base du lit de catalyseur 20
dans la chambre d'adsorption 18. La température de la matière catalytique doit tomber jusqu'à la température ambiante avant de retourner au lit d'adsorption. Au
besoin, on peut incorporer un échangeur de chaleur
entre la chambre d'oxydation 26 et la chambre d'adsorption
18 pour assurer un refroidissement rapide du catalyseur quittant la chambre 26.
Selon une troisième forme de l'appareil illustrée sur la figure 3, l'air pollué est d'abord soumis à une oxydation catalytique à une température relativement faible, afin d'oxyder une sensible proportion des matières polluantes qu'il contient. L'air, encore légèrement
pollué ,est ensuite traité d'une manière similaire
à celle décrite à propos de la figure 1.
Pour des raisons d'efficacité, il est préférable d'utiliser un réacteur catalytique unique,
mais avec deux lits de matière adsorbante. Lorsque
l'un des lits est saturé, le débit principal d'effluent
du réacteur est envoyé dans l'autre lit et le lit
saturé est lavé en faisant passer le reste sur le lit saturé pour le chauffer et enlever la matière polluante
de ce lit, avant de rediriger l'écoulement vers le réacteur. L'écoulement principal d'effluent est refroidi avant de passer sur le lit adsorbant. De cette manière, on rend également le procédé continu.
En se référant à la figure 3 des dessins ciannexés, on voit que l'appareil est constitué d'un réacteur catalytique 30, d'un réchauffeur 32, d'un échangeur de chaleur 34 destiné au refroidissement,
d'une soufflante 36, de deux lits 38 de matière adsorbante (l'un de ces lits seulement étant représenté, l'autre étant situé directement derrière lui dans le schéma), ainsi qu'un système de conduites pour conduire l'effluent gazeux dans le système de la manière que
l'on va décrire à présent.
En cours d'utilisation, on mélange l'effluent gazeux à de l'air et on le fait passer par la soufflante 36 à travers le réchauffeur 32 jusque dans le réacteur 30 où de 90 à 99% des produits polluants sont oxydés.
La partie principale de l'écoulement gazeux du
réacteur 30 est ensuite amenée à passer par l'échangeur de chaleur 34 et est envoyé à travers le lit 38 monté dans le circuit où la matière polluante subsistant dans l'effluent est adsorbée. Le reste de l'écoulement gazeux est dévié par l'intermédiaire
de la conduite 40 vers l'autre lit de matière adsorbante que l'on a prélevée du circuit principal après avoir été saturée de produits polluants adsorbés.
Ce gaz chaud chauffe le lit saturé et en lave les produits polluants adsorbés, ce gaz chaud étant ensuite renvoyé au réacteur 30 par la conduite 42.
La température du réacteur 30 est maintenue entre 150 et 500[deg.]C. Le catalyseur peut être, par exemple, un métal, tel que le platine, un oxyde, tel que l'oxyde de cuivre, ou un catalyseur de la nature décrite dans
le brevet britannique n[deg.] 1.436.700. La matière adsorbante peut être, par exemple, du carbone activé, du gel de silice, de l'alumine, ou un oxyde de métal de surface active élevée.
Il est clair que le procédé peut fonctionner en continu en commutant d'un lit de matière adsorbante
à l'autre, en utilisant l'un des lits pour capturer la matière polluante, tandis que l'autre subit un lavage. Il est bien évident que la matière adsorbante doit detemps en temps être régénérée ou remplacée.
L'échangeur de chaleur 34 peut véhiculer de l'eau froide. D'autre part, lorsque le débit d'enlèvement de l'eau produite par la réaction d'oxydation sur le catalyseur doit être supérieur
à celui pouvant être obtenu par l'utilisation d'un tel échangeur de chaleur, il peut être nécessaire d'utiliser une réfrigération afin d'empêcher la réduction de l'efficacité de l'adsorbant.
En cas de besoin, de la vapeur d'eau peut être utilisée pour enlever les polluants de l'adsorbant. Ceci s'applique tout particulièrement à l'enlè-
<EMI ID=1.1>
La durée nécessaire pour saturer un lit d'adsorbant particulier peut être déterminée par l'expérience et un dispositif temporisateur peut être utilisé pour faire fonctionner l'appareil de manière continue. On peut aussi se servir d'un détecteur pour déterminer le point de saturation du lit d'adsorbant
et commuter automatiquement le courant de gaz vers le second lit d'adsorbant.
L'invention sera à présent décrite plus en détail à l'aide des exemples spécifiques de mise en oeuvre des procédés et des appareils conformes à la présente invention, sans pour autant que cette dernière y soit limitée.
EXEMPLE 1
On a testé l'efficacité du procédé conforme
à la présente invention en se servant d'un catalyseur
au manganèse préparé conformément à l'exemple 4 du brevet britannique n[deg.] 1.436.700, à la fois comme adsorbant et comme catalyseur d'oxydation dans l'appareil représenté sur la figure 1. On a mélangé le catalyseur à de la bentonite dans le rapport de 10:6 et on en
a façonné des granules d'un diamètre de 3,175 mm
et d'une longueur de 4,76 mm.
L'odeur à éliminer était celle associée au procédé d'extraction de graisses animales, pouvant être reproduites en laboratoire en faisant passer
de l'air à travers un récipient chauffé contenant
un peu de suif brut provenant d'une presse à aliments. On a mesuré l'intensité de l'odeur à l'aide du procédé
<EMI ID=2.1>
57).
Chaque lit contenait 20 ce de catalyseur et
on a fait pénétrer de l'air contaminé par une intensité d'odeur de 3,531 unités/litre dans le lit d'adsorption
au débit de 4 litres/mn. Après 2 heures, on a commuté l'entrée vers le second lit d'adsorption, tandis que
l'on lavait le premier avec un débit d'air de 0,1 litre/mn, à 190[deg.]C, pendant 10 minutes. On a maintenu la température du réacteur catalytique à 220[deg.]C. L'air sortant était inodore. On a répété le mode opératoire à huit reprises
et à chaque occasion, on a graduellement réduit à la fois la température de lavage et la température du réacteur catalytique jusqu'à ce qu'au neuvième cycle, lorsque la température de lavage avait été ramenée à 98[deg.]C et la température du réacteur catalytique à 185[deg.]C, seulement 97% de l'odeur fussent éliminés. En ramenant la température de lavage à 100[deg.]C et la température
du réacteur catalytique à 190[deg.]C, on a de nouveau obtenu un air sortant inodore.
EXEMPLE 2
En utilisant le même catalyseur et le
même appareil que ceux décrits à l'exemple 1, on a élevé l'intensité de l'odeur de l'air d'entrée à
5,296 unités/litre et le débit d'entrée à 8,4 litres/mn. Après 140 minutes, on a commuté l'entrée vers la seconde colonne, tandis qu'on lavait la première
à 100[deg.]C et à un débit de 0,1 litre/mn, pendant 15 minutes. On a maintenu le réacteur catalytique à 198[deg.]C. L'air sortant était inodore. On a répété le mode opératoire à huit reprises, après quoi on a réduit la
<EMI ID=3.1>
de l'odeur furent éliminés. En ramenant la température du réacteur à 198[deg.]C, on a retrouvé une élimination complète de l'odeur.
EXEMPLE 3
En utilisant le même appareil et le même catalyseur que ceux décrits à l'exemple 2, on a élevé l'intensité d'odeur de l'air entrant à 49,435 unités/ litre à un débit d'entrée de 4,0 litres/mn. Le cycle adsorption/lavage/oxydation catalytique a été répété
à huit reprises avec une température de lavage de 97[deg.]C, un débit de lavage de 0,1 litre/mn et une température du catalyseur de 190[deg.]C, l'air sortant étant inodore.
Lorsque l'on a abaissé la température du catalyseur
à 178[deg.]C, l'odeur n'était éliminée qu'à raison de
99% seulement. En revenant à la température originale
du catalyseur, on a reconstaté une élimination totale
de l'odeur.
EXEMPLE 4
En utilisant le même appareil et le même catalyseur que ceux décrits précédemment, on a admis
un courant d'air contenant 100 mg d'acide butyrique/m
au débit de 16 litres/mn dans le lit d'adsorption,
pendant 20 minutes. On a ensuite lavé ce lit à 220[deg.]C pendant 10 minutes avec un débit de 0,1 litre/mn.
Avec une température du lit de catalyseur de 290[deg.]C,
on a obtenu une élimination de 97% de l'acide butyrique au cours de la totalité du cycle.
EXEMPLE 5
En utilisant le même appareil mais avec 10 cc
de catalyseur dans chaque lit, on a admis un courant
d'air contenant de la méthyléthyl cétone avec une intensité d'odeur de 3,531 unités/litre, au débit de 4 litres/mn dans le lit d'adsorption. Après 30 minutes, on a lavé
le lit en faisant passer de l'air à 320[deg.]C et au débit
de 100 ml/mn à travers le lit en question. On a également maintenu la température du lit de catalyseur à cette valeur afin d'obtenir une élimination complète de l'odeur.
EXEMPLE 6
On a introduit 20 cc d'un catalyseur semblable à celui utilisé à l'exemple 1 dans la chambre
d'adsorption 18 de l'appareil décrit en référence
à la figure 2. Avec un débit d'air entrant de 7 litres/mn, fluidisant le lit de catalyseur, 1 cc de catalyseur
par minute tomba dans le réceptacle 22 et passa dans
la chambre d'oxydation 26 (ou réacteur catalytique). Lorsque l'on a ajouté de la méthyléthyl cétone au courant d'air d'entrée de façon à ce que sa concentra-
<EMI ID=4.1>
la température de la chambre d'oxydation à 350[deg.]C, l'air sortant demeura exempt de méthyléthyl cétone pendant
une période opératoire de 3 heures.
EXEMPLE 7
On a introduit de l'air contenant de l'acide butyrique (100 mg/m<3>) au débit de 40 litres/heure
dans un appareil semblable à celui représenté sur la figure 3. Le réacteur catalytique 30 contenait 20 cc de'catalyseur semblable à celui mis en oeuvre à l'exemple 1. On a maintenu le réacteur catalytique à une température de 250[deg.]C. Les lits d'adsorption 38 contenaient 10 cc chacun du même catalyseur utilisé comme adsorbant. On a refroidi la température du courant d'air à 40[deg.]C avant de le laisser entrer dans le lit d'adsorption. La température du lit d'adsorption atteignit 160[deg.]C au cours du lavage de celui-ci. En utilisant une'période d'adsorption de 1 heure pour chaque lit, l'élimination globale de l'acide butyrique sur 6 cycles était de 99%.
' REVENDICATIONS
1. Procédé pour traiter des effluents gazeux contenant des polluants d'une nature telle que ces polluants sont susceptibles de subir une oxydation catalytique, afin de les rendre inoffensifs, caractérisé en ce que l'on fait passer une fraction principale de l'effluent à travers une matière qui adsorbe sensiblement tous les polluants contenus dans l'effluent, tout en utilisant le reste de l'effluent pour transférer, à des fins d'oxydation catalytique dans un réacteur catalytique à une température élevée, les polluants qui ont déjà été adsorbés de ladite fraction principale sur une telle matière et en ce que l'on change de manière répétée et appropriée le rôle de
la matière d'une fonction adsorbante à une fonction d'oxydation catalytique et vice-versa.
Effluent treatment method and apparatus
gaseous containing pollutants.
The present invention relates to the treatment of gaseous effluents containing polluting substances liable to undergo catalytic oxidation in order to transform them into harmless products.
Many industrial processes generate
smelly or toxic vapors or gases which,
if they are emitted into the atmosphere, constitute a
risk to health or a public nuisance. One solution to this problem is to collect these
gases or vapors mixed with air as they are emitted by industrial equipment and
passing the mixture through a heated reactor containing an oxidation catalyst where toxic or malodorous compounds are oxidized to harmless or odorless compounds, such as carbon dioxide
and water.
Another method is to pass the mixture through a burner, but direct flame incineration requires the heating of large volumes.
gas at high temperatures in order to burn polluting substances. However, considerable savings can be made in the cost of fuel by
using catalytic combustion, given
that catalytic reactors allow to achieve
a considerable reduction in the concentration of polluting substances to 150-500 [deg.] C, while incineration
direct flame requires the use of temperatures well beyond these limits.
However, heating large quantities of air to the temperature necessary for the catalytic oxidation to take place can still be expensive if, as is often the case, the concentration of pollutants is low and the heat released. by their oxidation does not contribute
importantly to local energy needs.
Another difficulty often encountered is that although catalytic systems can effectively remove 90-99% of the initial concentration of pollutants at such a low temperature, it is however frequently necessary, to achieve complete removal which is essential in the case of certain particular odors, to raise the temperature to a level at which the economic advantage of such a system no longer applies.
A more particular subject of the present invention is therefore an improved and more economical process for the destructive oxidation of air pollutants.
The subject of the invention is a process for treating gaseous effluents containing pollutants of a nature such that these pollutants are liable to undergo catalytic oxidation, in order to render them harmless, characterized in that a main fraction is passed. of the effluent through
a material which adsorbs substantially all of the pollutants contained in the effluent, while using the rest
effluent for transferring, for catalytic oxidation in a catalytic reactor at an elevated temperature, the pollutants which have already been adsorbed
of said main fraction on such material
and in that the role of the material of an adsorbent function is repeatedly and appropriately changed
to a catalytic oxidation function and vice versa.
According to an embodiment of the method
according to the invention, the main fraction passes, to
the cooled state, directly to and through a
first bed of such material by which the pollutants of the main fraction are adsorbed and this main fraction is then discharged therefrom, while the remainder passes through a first heater, then through a second bed of such material whose pollutants are thus removed and this residue finally passes through the aforementioned catalytic reactor,
the roles of the first and second beds of material being interchanged at certain intervals.
According to another embodiment of the method according to the invention, the main fraction passes,
in the cooled state, directly to and through a bed of material by which pollutants are adsorbed from
the main fraction, and which is also an oxidation catalyst for said pollutants, and this main fraction is then discharged, while the
remains passes, at a high temperature, through
the aforementioned catalytic reactor, however
that the material with the adsorbed pollutants is brought
in continuously circulating from the aforementioned bed to the aforementioned reactor, where the pollutants are oxidized, and vice versa. The bed of material is preferably fluidized
in order to facilitate a continuous discharge for the purpose of entrainment by the rest of the effluent as it is
as it passes through the aforementioned reactor and possibly for continuous recycling to
the bed in question.
According to yet another embodiment
of the process according to the invention, the gaseous effluent passes entirely, at a high temperature, through the catalytic reactor where most of the
pollutants is oxidized and the main fraction then passes, in the cooled state, to and through a first bed of material by which the pollutants which remain there are adsorbed, and is then discharged, while the remainder, still at an elevated temperature , passes through a second bed of material whose
pollutants are removed, after which it is added
to the effluent passing through the catalytic reactor,
the roles of the first and second beds being interchanged at certain intervals.
The present invention also relates to an apparatus for treating an effluent containing pollutants of the nature in which the pollutants are liable to undergo catalytic oxidation.
in order to transform them into harmless products, characterized in that it comprises a means for containing a material which is capable of adsorbing substantially all of the pollutants of such an effluent, a catalytic reactor, a means for passing a main fraction of the aforementioned effluent through a part of said material
and to simultaneously cause the remainder of the effluent to be used for the catalytic oxidation transfer into said reactor at an elevated temperature, pollutants from the remainder of the above material which have been adsorbed from the main fraction, and a means by which the role
of material can be changed repeatedly
and suitable from an adsorbent function to a catalytic oxidation function and vice versa.
An embodiment of the apparatus according to the present invention comprises a heater, two vessels each containing a bed of said material, a catalytic reactor, a pipe for connecting an effluent source to said heater and to each of said vessels, a pipe for connecting said heater to each of said vessels, a line for connecting each of said vessels to the reactor and means adapted to selectively cause a major fraction of the effluent from said source to flow to and through one of said beds
to be discharged therefrom and the remainder successively to and through said heater, the other of said beds and said reactor to be discharged therefrom
or causing a major fraction of said effluent to flow to and through said other bed
to be discharged from it and the rest successively
to and through said heater, one of said beds and said reactor for discharge therefrom.
Another embodiment of the apparatus according to the invention comprises a container for a bed of said material which is also
an oxidation catalyst for the aforementioned pollutants, in particulate form, means for facilitating the admission of the effluent into said vessel so as to fluidize the aforementioned bed, a catalytic reactor, a means for connecting the upper part
from the aforementioned bed to said reactor so that the overflow of the upper part of said bed, when it is fluidized, can be continuously directed towards said reactor, means for connecting said reactor
to the interior part of the bed so that said overflow, after passing through said reactor, is sent continuously into the interior part of said bed, means for introducing a main fraction of an effluent into said container, means for causing the rest of the effluent to continuously drive said overflow and convey it at a high temperature to said reactor
and a means to discharge the effluent that comes out
of said bed of said container.
According to another embodiment of
the apparatus according to the invention, this comprises
a catalytic reactor, a heater associated with said reactor, two receptacles each containing a
bed of said material, pipes to connect a
source of effluent at the inlet side of said reactor,
conduits to form connections between the
outlet side of said reactor and one of said receptacles,
a cooling means in one of said connections, which connection is adapted to convey a main fraction of said effluent leaving said
reactor, a means associated with each aforementioned vessel suitable for discharging the tributary passing through the receiving bed or for recycling it to said reactor according to
needs and a means to induce the flow
effluent from said reactor through said one connection to send it to a bed and through said
another connection to send it to the other bed, or vice versa, as needed.
The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings in which:
- Figure 1 shows schematically a form of appa. reil which can be used for carrying out an embodiment of the method according to the invention;
- Figure 2 shows schematically a form of apparatus that can be used for the implementation
of a second embodiment of the method
in accordance with the invention and
- Figure 3 shows schematically a form of apparatus which can be used for
implementation of a third embodiment of the method according to the invention.
By referring first of all
in Figure 1, it can be seen that the apparatus consists of a heater 10, two adsorbent beds 12,
14, a catalytic reactor 16, appropriate valves and associated pipes, the valves being able to be controlled automatically.
The adsorbent of beds 12, 14 can, in
some cases consist of activated charcoal, but,
it has been found that it is extremely difficult to desorb certain pollutants from the carbon and that, as a result of this characteristic, the effective adsorption capacity drops with repeated use of the activated carbon in question. In such cases, the applicant
has found that it is preferable to use a metal oxide material having the properties of an oxidation catalyst, or a catalyst as described in British Patent No. [deg.] 1,436,700. Using an adsorbent oxidation catalyst, any polluting substance which is not desorbed during the step
of desorption, is oxidized.
During operation, the flow of the gaseous effluent takes place in the direction of the
arrow lines. During the first stage, the flow being indicated by solid lines,
a main fraction, unheated, passes to
through bed 12 and a minor, heated fraction passes through heater 10, bed 14 and reactor 16. When bed 12 is saturated and
bed 14 is washed, the flow changes direction
as represented by the dashed line,
so that the bed 12 is washed and the bed 14 adsorbs the pollutants from the effluent.
In another arrangement, the beds can be moved from one flow line to another.
This can conveniently be achieved by mounting the adsorbent in a cylinder divided into compartments by at least one insulated wall mounted along the axis.
of the cylinder. The main fraction of polluted air passes through one of the compartments to undergo adsorption therein, while heated air passes through a second compartment to wash it. The function of the two compartments is reversed by rotating the cylinder.
In some cases, when the temperature required for the catalytic oxidation is higher
to that necessary for washing the adsorbent, it is necessary to have a second heater at the inlet of the catalytic reactor. This is desirable when the unit is operating intermittently.
We will now refer to the device
shown in Figure 2, which is suitable in
case where a catalyst based on oxide of
metal or an oxidation catalyst both as an adsorbent and as a catalyst.
Polluted air entering an adsorption chamber 18 fluidizes a bed of particulate adsorbent catalyst 20 such that some portion of this bed continuously falls into a receptacle 22 and passes through a check valve 24.
in an oxidation chamber 26. The catalyst in
question is propelled through the oxidation chamber 26 by a small amount of polluted air taken
from the main entrance, via a
pump 28 when necessary and heated there to a temperature sufficient to cause oxidation of the adsorbed pollutants, after which the catalyst returns to the base of the catalyst bed 20
in adsorption chamber 18. The temperature of the catalyst material should drop to room temperature before returning to the adsorption bed. At
need, we can incorporate a heat exchanger
between the oxidation chamber 26 and the adsorption chamber
18 to ensure rapid cooling of the catalyst leaving chamber 26.
According to a third form of the apparatus illustrated in FIG. 3, the polluted air is first subjected to catalytic oxidation at a relatively low temperature, in order to oxidize a significant proportion of the pollutants which it contains. The air, still slightly
polluted, is then treated in a similar way
to that described in connection with figure 1.
For efficiency reasons, it is preferable to use a single catalytic reactor,
but with two beds of adsorbent material. When
one of the beds is saturated, the main effluent flow
of the reactor is sent to the other bed and the bed
saturated is washed by passing the remainder over the saturated bed to heat it and remove the polluting material
of this bed, before redirecting the flow to the reactor. The main effluent flow is cooled before passing over the adsorbent bed. In this way, the process is also made continuous.
Referring to Figure 3 of the accompanying drawings, it can be seen that the apparatus consists of a catalytic reactor 30, a heater 32, a heat exchanger 34 intended for cooling,
a blower 36, two beds 38 of adsorbent material (only one of these beds being shown, the other being located directly behind it in the diagram), as well as a system of pipes for carrying the gaseous effluent in the system in the way that
we will now describe.
In use, the gaseous effluent is mixed with air and passed through the blower 36 through the heater 32 to the reactor 30 where 90 to 99% of the pollutants are oxidized.
The main part of the gas flow of the
Reactor 30 is then caused to pass through heat exchanger 34 and is sent through bed 38 mounted in the circuit where the polluting material remaining in the effluent is adsorbed. The remainder of the gas flow is diverted through
from line 40 to the other bed of adsorbent material which has been taken from the main circuit after having been saturated with adsorbed pollutants.
This hot gas heats the saturated bed and washes the adsorbed pollutants therefrom, this hot gas then being returned to reactor 30 through line 42.
The temperature of the reactor 30 is maintained between 150 and 500 [deg.] C. The catalyst can be, for example, a metal, such as platinum, an oxide, such as copper oxide, or a catalyst of the nature described in
British patent no. [deg.] 1,436,700. The adsorbent material can be, for example, activated carbon, silica gel, alumina, or a high active surface area metal oxide.
It is clear that the process can operate continuously by switching from a bed of adsorbent material
to the other, using one of the beds to capture the polluting material, while the other is washed. Obviously, the adsorbent material has to be regenerated or replaced from time to time.
The heat exchanger 34 can convey cold water. On the other hand, when the rate of removal of the water produced by the oxidation reaction on the catalyst must be greater
than that obtainable by the use of such a heat exchanger, it may be necessary to use refrigeration in order to prevent reduction in the efficiency of the adsorbent.
If needed, water vapor can be used to remove pollutants from the adsorbent. This particularly applies to the removal of
<EMI ID = 1.1>
The time required to saturate a particular adsorbent bed can be determined by experience and a timer device can be used to operate the apparatus continuously. A detector can also be used to determine the saturation point of the adsorbent bed.
and automatically switching the gas stream to the second adsorbent bed.
The invention will now be described in more detail with the aid of specific examples of implementation of the methods and apparatuses in accordance with the present invention, without however the latter being limited thereto.
EXAMPLE 1
We tested the efficiency of the compliant process
to the present invention using a catalyst
manganese prepared in accordance with Example 4 of British Patent No. [deg.] 1,436,700, both as an adsorbent and as an oxidation catalyst in the apparatus shown in Figure 1. The catalyst was mixed with bentonite in the ratio of 10: 6 and we
shaped granules with a diameter of 3.175 mm
and a length of 4.76 mm.
The odor to be eliminated was that associated with the process of extracting animal fats, which could be reproduced in the laboratory by passing
air through a heated container containing
a little raw tallow from a food press. The intensity of the odor was measured using the method
<EMI ID = 2.1>
57).
Each bed contained 20 cc of catalyst and
air contaminated with an odor intensity of 3.531 units / liter was introduced into the adsorption bed
at a flow rate of 4 liters / min. After 2 hours, the inlet was switched to the second adsorption bed, while
the first was washed with an air flow rate of 0.1 liter / min at 190 [deg.] C for 10 minutes. The temperature of the catalytic reactor was maintained at 220 [deg.] C. The air coming out was odorless. The procedure was repeated eight times
and on each occasion, both the washing temperature and the temperature of the catalytic reactor were gradually reduced until at the ninth cycle, when the washing temperature was brought back to 98 [deg.] C and the temperature of the catalytic reactor at 185 [deg.] C, only 97% of the odor was removed. By reducing the washing temperature to 100 [deg.] C and the temperature
from the catalytic reactor at 190 [deg.] C, again an odorless exhaust air was obtained.
EXAMPLE 2
Using the same catalyst and the
same device as those described in Example 1, the intensity of the smell of the inlet air was increased to
5.296 units / liter and the inlet flow rate at 8.4 liters / min. After 140 minutes, we switched the input to the second column, while we washed the first
at 100 [deg.] C and at a flow rate of 0.1 liter / min, for 15 minutes. The catalytic reactor was maintained at 198 [deg.] C. The air coming out was odorless. The procedure was repeated eight times, after which the
<EMI ID = 3.1>
of the odor were eliminated. By reducing the temperature of the reactor to 198 [deg.] C, complete elimination of the odor was found.
EXAMPLE 3
Using the same apparatus and the same catalyst as those described in Example 2, the odor intensity of the incoming air was increased to 49.435 units / liter at an inlet flow rate of 4.0 liters / min. . The adsorption / washing / catalytic oxidation cycle was repeated
eight times with a washing temperature of 97 [deg.] C, a washing flow rate of 0.1 liter / min and a catalyst temperature of 190 [deg.] C, the outgoing air being odorless.
When the temperature of the catalyst has been lowered
at 178 [deg.] C, the odor was only eliminated at the rate of
Only 99%. Returning to the original temperature
of the catalyst, we have reconstituted a total elimination
of the smell.
EXAMPLE 4
Using the same apparatus and the same catalyst as those described above, it was admitted
a stream of air containing 100 mg of butyric acid / m
at a flow rate of 16 liters / min in the adsorption bed,
for 20 minutes. This bed was then washed at 220 [deg.] C for 10 minutes with a flow rate of 0.1 liter / min.
With a catalyst bed temperature of 290 [deg.] C,
97% butyric acid removal was achieved during the entire cycle.
EXAMPLE 5
Using the same device but with 10 cc
of catalyst in each bed, a stream was admitted
of air containing methyl ethyl ketone with an odor intensity of 3.531 units / liter, at a flow rate of 4 liters / min in the adsorption bed. After 30 minutes, we washed
the bed by passing air to 320 [deg.] C and flow
of 100 ml / min through the bed in question. The temperature of the catalyst bed was also maintained at this value in order to obtain complete elimination of the odor.
EXAMPLE 6
20 cc of a catalyst similar to that used in Example 1 was introduced into the chamber.
adsorption 18 of the apparatus described with reference
in figure 2. With an incoming air flow rate of 7 liters / min, fluidizing the catalyst bed, 1 cc of catalyst
per minute fell into receptacle 22 and passed through
the oxidation chamber 26 (or catalytic reactor). When methyl ethyl ketone has been added to the inlet air stream so that its concentration
<EMI ID = 4.1>
the temperature of the oxidation chamber to 350 [deg.] C, the outgoing air remained free of methyl ethyl ketone for
an operating period of 3 hours.
EXAMPLE 7
Air containing butyric acid (100 mg / m <3>) was introduced at a rate of 40 liters / hour
in an apparatus similar to that shown in Figure 3. The catalytic reactor 30 contained 20 cc of catalyst similar to that used in Example 1. The catalytic reactor was maintained at a temperature of 250 ° C. . Adsorption beds 38 each contained 10 cc of the same catalyst used as the adsorbent. The temperature of the air stream was cooled to 40 [deg.] C before it was allowed to enter the adsorption bed. The temperature of the adsorption bed reached 160 [deg.] C during the washing thereof. Using a 1 hour adsorption period for each bed, the overall 6 cycle butyric acid removal was 99%.
'CLAIMS
1. Process for treating gaseous effluents containing pollutants of a nature such that these pollutants are liable to undergo catalytic oxidation, in order to render them harmless, characterized in that a main fraction of the effluent is passed through through a material which adsorbs substantially all of the pollutants contained in the effluent, while using the remainder of the effluent to transfer, for catalytic oxidation in a catalytic reactor at an elevated temperature, the pollutants which have already been adsorbed of said major fraction on such material and in that the role of
the material from an adsorbent function to a catalytic oxidation function and vice versa.