Brevet FR2046784A1 — publié le 19710312

i 2046784 L'invention est relative à un procédé pour la destruction de déchets fluables, et ce, par combustion et/ou dissociation thermique. Il est connu d'introduire des déchets fluables dans la flamme 5 d'un brûleur à gaz ou à huile et de les brûler avec de l'air. Afin d'obtenir une bonne combustion, il est nécessaire de fractionner les déchets liquides ou pâteux en un nombre élevé de petites particules ayant une grande surface correspondante. En même temps les particules doivent être considérablement accélérées afin de pouvoir 10 pénétrer à une profondeur suffisante dans la flamme. On connaît une série de mesures permettant d'atteindre ce but, par exemple, une modification de la pression, un déchiquetage par circulation; des disques rotatifs et des roues centrifuges; une déviation autour de bords tranchants; une expans—ion obtenue par des matières vola-15 tiles à l'intérieur des particules, etc. De tels procédés sont décrits, par exemple, dans "Bau und Betrieb", cahier 12, 1968, pages 326 à 328 ainsi que dans un brevet antérieur. L'invention utilise également certaines de ces phases des procédés conventionnels,, cependant elle vise à renforcer considérable-20 ment leur action. L'invention propose un procédé pour la destruction de déchets fluables par une combustinn et/ou une dissociation thermique et au cours duquel les déchets sont introduits dans une chambre de réaction dans laquelle ées jets, circulant à une vitesse supersonique, 25 de gaz de combustion et d'oxygène ou de gaz riche en oxygène réagissent les uns sur les autres en formant des ondes de choc. Pour la mise en oeuvre du procédé, des brûleurs à jets connus sont bien appropriés. Ces brûleurs sont actionnés avec un mélange de gaz combustible et d'oxygène qui brûle dans une chambre de com-30 bustion. A la place d'oxygène il est également possible d'utiliser un gaz riche en oxygène, cepenant le meilleur effet est obtenu en utilisant de l'oxygène pur. Par comparaison avec une combustion avec de l'air, on obtient les avantages suivants : Etant donné qu'aucun lest d'azote gêne les molécules réagissant 35 les unes avec les autres et ne doit donc pas être chauffé avec ces dernières, la combustion se déroule beaucoup plus rapidement et par une voie plus courte. La température de combustion est considérablement accrue. Les limites d'allumage s'élargissent considérablement 40 70 21599 2 2046784 10 15 20 25 vers le haut, tandis que les limites d'allumage inférieures restent presque constantes. Ci-après on indiquera les limites d'allumage supérieures et inférieures de/gazf, tonnées en I en volume de gaz dans l'air et dans l'oxygène à 760 mm HG et 20°C : axr oxygène Limite d'allumage inférieure supérieure inférieure supérieure oxyde de carbone méthane propane hydrogène 12,5 5,0 1,9 4,0 74,0 15,0 9,5 75,0 12,5 5,0 ■ 1,9 ■ 4,0 96,0 58,0 57,0 94,0 Les limites d'allumage sont élargies davantage enraison de 1*accroissement considérable de la température de combustion. De même, la vitesse de combustion est fortement accrue, approximativement de dix fois par rapport à la cambustion avec de l'air et, dans des cas déterminés, elle peut atteindre la vitesse d'explosion. D'autres avantages ressorteht de la description qui suit de formes d'exécution de l'invention, et ce, à l'appui des dessins annexés, dans lesquels î La fig. 1 est un brûleur à jets sous forme schématisée pour la mise en oeuvre du procédé» La fig. 2 est une vue en plan de la plaque dsentrée. La fig. 3 représente le brûleur à jets de la fig. 19 cependant muni dsune chambre de combustion exécutée sous la forme d'une tuyère de Laval La fig. 4 est une coup© de la plaque -d'entrée avec une admission modifiée pour' les déchets. Le fig. 5 est une vue an plan de la plaque d'entrée de la fig. 4. La fig. 6 est une vue schématique d'une autre réalisation de l'admission des" déchets dans l'a plaque d'entrée. Le brûleur â jets suivant ïa fig. 1 est entouré par un manteau 1 refroidi à laeau„ Le aiaateaiu 1 du brûleur est réalisé en une matière réfractaire résistant à la corrosion et il peut être aisément remplacio Les ouvertures d'adsiisiesrd'eau sont repérées par 2 et 40 les ©iwértures dsévacîiatiOB d°'©ak s@at repérées par S. La chambre 30 35 70 21599 3 2046784 de combustion 4 est essentiellement formée par le manteau 1 du brûleur et par la plaque d'entrée 5. Une vue en plan de la plaque d' entrée 5 est représentée à la fig. 2. Sur des cercles concentriques sont prévus les forages 6 pour l'oxygène et les forages 7 pour le 5 gaz combustible. A la place d'oxygène, le brûleur peut évidemment également être alimenté en gaz riche en oxygène ou en air. Ceci dépend du type des déchets à détruire. L'oxygène pénètre dans le brûleur par l'admission 8, tandis que le gaz combustible pénètre dans le dit brûleur par l'admission 9. fliO Au centre de la plaque d'entrée 5 est prévu un forage 10 auquel est relié un conduit 11. Conformément à l'invention, les déchets à détruire sont pressés dans la chambre de combustion 4 par l'intermédiaire du conduit 11 et du forage 10. L'avantage du procédé conforme à l'invention, par rapport aux 15 procédés connus, apparaît en considérant le déroulement en détail de la combustion, par exemple lors de la combustinn d'une boue de déchets, par exemple, une boue de filtration constituée par 80% d'eau, 10% de chaux et 10% d'albumine. En raison de la température de combustion élevée des gaz qui 20 réagissent, on obtient un accroissement considérable de la pression dans la chambre de combustion. D'une part, ceci donne lieu à une vitesse de sortie accrue à partir de la chambre de combustion et, d'autre part, il faut envisager une pré-Jjeession relativement élevée pour l'oxygène et le gaz combustible. De ce fait, lors de leur 25 sortie par les forages 6 et 7 de la chambre de combustion, les jets de gaz sont soumis à une pression statique considérable qui est transformée en énergie de vitesse. Ainsi qu'il découle d'expériences récentes, il se forme, dans ces conditions, une circulation supersonique, étant donné que les 30 masses de gaz au repos qui sont soumises à l'impact des jets de gaz lorsque ces derniers sortent des forages 6, 7, forment, par la génération de tourbillons, un genre de tuyère de Laval. De même, l'élimination de la pression de la circulation supersonique se déroule de manière analogue que dans une tuyère de Laval en formant des 35 chocs de compression se succédant rapidement et se superposant. De ce fait il se produit des réchauffements momentanés très élevés auxquels le mélange en circulation et formé par l'oxygène et le gaz combustible s'allume en permanence . Du fait que les forages 6, 7 pour le gaz combustible et l'oxygè-40 ne sont disposés en cercles sur la plaque d'entrée 5, il se produit, à proximité du centre de la plaque d'entrée 5, et ce, par l'entraî 21599 4 2046784 nement d'une partie des masses de gaz au repos, une zone de dépression dans laquelle est pressée la boue de filtration. La boue est déchiquetée dans cette zone de dépression, les différentes particules sont accélérées et pénètrent dans la zone des chocs de compres-5 sion où elles sont soumises à des modifications violentes de pression et se produisent avec une fréquence élevée. Outre à ces forces mécaniques, les particules sont soumises à la température élevée du voisinage. Ces particules sont déssèchées et sont chauffées jusqu'au moment où elles atteignent la tempéra-10 ture d'allumage. Lors de l'utilisation d'oxygène, ceci se produit beaucoup plus tôt que, par exemple, lors de l'utilisation d'air. La durée de séjour dans la fàamme de la particule qui se consume est, de ce fait, prolongée, ce qui donne lieu à une combustion totale. Cette longue durée de séjour dans la flamme représente plus 15 particulièrement un avantage lors de la combustion d'hydrocarbures lourds, étant donné que la combustion se fait totalement, à savoir sans suie. Pour les raisons indiquées, le procédé conforme à l'invention est particulièrement approprié pour la combustion de déchets liqui-20 des et sous la forme de boue, cependant ce procédé n'est pas limité à ces cas. Il est possible, par exemple, de détruire des déchets gazeux dont la destruction n'est pratiquement pas possible au moyen des procédés connus, par exemple, par la combustion de gaz cyanogènes et contenant de l'acide cyanhydrique. En raison des tempérà-25 tures extrêmement élevées dans la zone des chocs de compression et de la flamme subséquente, ces matières extrêmement toxiques sont dissociées thermiqueaent avec certitude et sont fractionnées en composants non-toxiques qui se consument. La vitesse de sortie maximum de l'embouchure de la chambre de 30 combustion est la vitesse sonique. L'énergie de pression qui subsiste encore est éliminée par une post-expansion à l'extérieur de la chambre de combustion 4. Il est connu que, dans une tuyère de Laval, cette énergie de pression qui subsiste peut également être transformée en une énergie de mouvement et, de ce fait, le jet 35 atteint la vitesse supersonique. Conformément à l'invention, la chambre de combustion 4 ou l'embouchure de cette dernière est donc exécutée sous la forme d'une tuyère de Laval, ainsi que représenté à la fig. 3. Lorsque la chambre de combustion 4 présente cette forme, les déchets pulvérisés et qui réagissent demeurent pendant 40 une durée particulièrement longue dans le jet, ce qui représente 21599 5 2046784 un avantage pour une série de déchets. La fig. 4 représente une autre forme d'exécution de l'admission des déchets. A partir du conduit 11, les déchets sont répartis sur une série de forages 12 prévus en cercle au centre de la 5 plaque d'entrée. La fig. S représente une vue en plan de la plaque d'entrée réalisée de cette manière. Cette forme d'exécution est plus particulièrement appropriée pour des déchets liquides, étant donné que les déchets sont fractionnés en particules à surface relativement grande, déjà lors de leur sortie de la plaque d'entrée 10 vers la zone de dépresion. Ceci est également valable en ce qui concerne àa forme d'exécution suivant la fig. 6 et qui est particulièrement appropriée pour des déchets sous la forme de boue qui contient des particules plus grandes et compactes. L'ouverture pour l'admission de la boue 15 est formée par une tuyère prévue au centre de la plaque d'entrée 5 du brûleur, s'élargissant côniquement dans le sens de la circulation et dans laquelle est disposé un corps de refoulement 13. Le corps de refoulement 13 peut être de forme cônique ou sphérique. Entre le corps de refoulement 13 et la paroi de la tuyère subsiste une 20 fente 14 dont la largeur est constante ou se réduit, suivant la forme du corps de refoulement 13. Le corps de refoulement 13 peut être fixé rigidement au moyen d'une barre 15 prévue dans le conduit 11. Cependant, avantageusement la barre 15 est disposée de manière à pouvoir être déplacée dans une douille 16 et son extrémité est 25 munie d'un gradin annulaire 18. Cette barre est maintenue dans sa position normale par un ressort de compression 17. Lors du passage d'une particule plus grande compacte, le corps de refoulement 13, y compris la barre 15, est légèrement pressé dans la chambfe de combustion, à 1'encontre de la force du ressort. La fente 14 s'é-30 largit, la particule peut traverser la fente et, ensuite, le ressort de compression 17 retire le corps de refoulement vers la position normale. La largeur de la fente elle-même est réglée au moyen d'une vis 19. Il est évident que d'autres formes d'exécution pour l'admis-35 sion des déchets sont possibles. Le corps de refoulement 13 peut être exécuté sous la forme d'un corps de torsion afin d'imprimer aux déchets additionnellement une rotation. Ceci peut être favorisé du fait que les forages pour l'admission de l'oxygène et prévus sur le cercle intérieur sont inclinés en oblique. Un tel mouvement de 40 rotation favorise la formation d'une zone de dépression au centre 70 21599 6 2046784 de la plaque d'entrée 5. Lors de l'utilisation du procédé conforme à 1 * invention, il ne subsiste de la boue de filtration citée plus haut et formée par SOI d'eau, 10% de chaux et -101 d5albumine, qu'urne cendre sèche qui ne S contient plus aucun composant pouvant -être fractionné ou brûlé. Comme exemples de matières qui peuvent être traitées par le procédé conforme à l'invention, il convient de citer = les eaux usées cyanogènes ou contenant de 18 acide cyanhydrique: les eaux usées et les contenant gaz brûlés/en concentration quelconque, du phénol, du té- 10 trachlorure de carbone, du phosgène, du sulfure de carbone, de 1'hydrogène sulfure et des matières similaires combustibles et pouvant être dissociées thermiquement0 Comme autre exemple il convient de mentionner la combustion de résines synthétiques, de soudEre, de déchets de caoutchouc ou d'autres combustibles solides ou liquides, 15 ainsi que le traitement de boues de décantation, d'huiles usagées, de goudrons d'acide et de lessives sulfitiques résiduaires. De même, les boues résiduaires de flottation peuvent également être traitées . Lorsqu3il sffagit de bornes résiduaires de flottation de minerais sulfurés, le procédé conforme à 18invention peut être continué 20 jusqu'à la caleination et la récupération de l'anhydride sulfureux . da gaz brûlé. 70 21599 7 20^6784 REVENDICATIONS 1.- Procédé pour la destruction de déchets fluables, et ce, par combustion et/ou dissociation thermique des déchets, caractérisé en ce que les déchets sont introduits dans une chambre de réaction dans 5 laquelle des jets de gaz combustible et d'oxygène ou de gaz riche en oxygène, circulant à la vitesse supersonique, réagissent les uns sur les autres en formant des ondes de choc. 2.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, et constitué essentiellement par un manteau refroidi 10 à l'eau qui, en association avec une plaque d'entrée, forme une chambre de combustion, ainsi que par des forages pour le gaz combustibles et l'oxygène ou le gaz riche en oxygène et prévus sur des cercles concentriques dans la plaque d'entrée, de même que par des admissions séparées pour le gaz combustible et l'oxygène ou le gaz 15 riche en oxygène, caractérisé en ce qu'il présente au moins une ouverture prévue au centre de la plaque d'entrée et destinée à l'admission des déchets. 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'au centre de la plaque d'entrée est prévu un forage pour l'ad- 20 missinn des déchets. 4.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'au centre de la plaque d'entrée sont prévus des forages disposés en cercle pour l'admission des déchets. 5.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce 25 qu'au centre de la plaque d'entrée est prévue une tuyère s'élargissant côniquement dans le sens de la circulation, munie d'un corps de refoulement et destinée à l'admission des déchets. 6.- Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le corps de refoulement est fixé à une barre située dans le conduit 30 d'admission pour les déchets, tandis que la barre peut être déplacée dans une douille dans le sens de la circulation et à 1'encontre de la force d'un ressort de compression. 7.- Dispositif suivant la revendications 2 à 6 prises dans leur ensemble, caractérisé en ce que la chambre de combustion est réali- 35 sée sous la forme d'une tuyère de lavai.