Procédé alternatif pour l’épuration des fumées de hauts fourneaux

par Guillemette Thieffry

Thèse de doctorat en Génie des procédés, des produits et des molécules

Sous la direction de Dominique Thomas et de Augustin Charvet.

Le président du jury était Evelyne Gonze.

Le jury était composé de Yves Gonthier, Denis Bemer, Nathalie Bardin-Monnier.

Les rapporteurs étaient Yves Gonthier, Denis Bemer.


  • Résumé

    Afin de permettre la mise en place d’une filière de valorisation du CO2 issu de l’industrie sidérurgique, cette étude a pour but de proposer un nouveau procédé de dépoussiérage des fumées de hauts fourneaux qui serait placé à la suite des filières actuelles de traitement pour améliorer leur épuration. L’originalité de la technologie retenue, un lit granulaire arrosé, permet de maintenir la perte de charge constante en facilitant le réentraînement en continu des particules collectées à l’aide d’un écoulement de liquide (formant un film à la surface des collecteurs) pour ainsi pallier le problème de colmatage. Une étude hydrodynamique et des mesures d’efficacité vis-à-vis de particules de diamètre compris entre 0,5 et 10 µm ont montré que la perte de charge et l’efficacité initiale augmentaient avec la diminution du diamètre des collecteurs, ce qui est en accord avec les résultats de la littérature pour des lits granulaires secs. La présence d’un filet d’eau augmente l’efficacité initiale de collecte au détriment toutefois d’une perte de charge plus élevée. Ces observations sont liées à la diminution de la porosité du lit lorsque ce dernier est arrosé par un débit d’eau. Un bon compromis entre perte de charge et efficacité a été trouvé avec un lit composé de 50 cm de billes de 5 mm de diamètre et un débit d’eau de 12 L.min-1 pour un débit de gaz à traiter de 20 m3.h-1. Des essais de colmatage longue durée ont mis en évidence que l’efficacité du lit reste globalement constante au cours du temps, à une valeur proche de la valeur initiale. La perte de charge, bien que supérieure en début d’expérience à celle d’un lit granulaire sec, se stabilise rapidement à une valeur bien plus faible que celle mesurée pour un lit sec pour une même masse de particules collectées. Les expériences ayant été menées sur 30 h dans des conditions défavorables, nous pouvons nous attendre à ce que dans des conditions réelles de fonctionnement la perte de charge soit stable sur des temps beaucoup plus longs. Ainsi la présence de l’eau remplit bien le rôle prévu en limitant l’évolution du colmatage du lit granulaire par le réentrainement des particules collectées par le lit. Cette étude s’est achevée par le développement d’un modèle permettant de déterminer la perte de charge et l’efficacité initiale d’un lit granulaire arrosé, ce qui a abouti sur un exemple de pré-dimensionnement à échelle industrielle

  • Titre traduit

    Alternative process for blast furnace gases treatment


  • Résumé

    In order to enable the establishment of a CO2 recovery chain sector from the steel industry, this study aims to propose a new filtration device for the dust removal of blast furnace fumes that would be placed after the current treatment chain to improve their purification. The originality of the chosen technology, a trickle bed, permits to maintain a constant pressure drop by re-entraining continuously the particles trapped on collectors thanks to a water film flow to overcome the clogging problem. A hydrodynamic study and efficiency measurements lead with particles (in a range of diameters between 0.5 and 10 μm) showed that the pressure drop and the initial efficiency increase with the decrease of the collector diameter, which is in agreement with the results of the literature for dry granular beds. The presence of water increases the initial collection efficiency at the expense of a higher pressure drop. These observations are related to the decrease of the bed porosity in presence of a water flow. A good compromise between pressure drop and efficiency was found for an air flow rate of 20 m3.h-1, a liquid flow rate of 12 L.min-1 and using a 50 cm bed composed of glass beads of 5 mm diameter. Long-term clogging tests showed that the efficiency of the bed remains globally constant over time at a value close to the initial one. The pressure drop, although higher at the beginning of the experiment than that of a dry granular bed, stabilizes rapidly at a much lower value than that measured for a dry granular bed for the same mass of particles collected. The experiments have been carried out over 30 h under disadvantageous conditions, and we can expect that under real operating conditions the pressure drop will be stable over much longer times. Thus, the presence of water plays its part by limiting the clogging evolution of the granular bed by the re-entrainment of particles collected by the bed. This study was completed by the development of a model to determine the pressure drop and initial efficiency of a trickle bed, which resulted in an example of pre-sizing of a process on an industrial scale


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