Brevet FR2404173A1 — publié le 19790420

Procédé et dispositif de traitement thermique d'une phase gazeuse. La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de traitement thermique d'une phase gazeuse entrainant éventuellement des substances solides divisées et s'applique notamment dans le domaine de la dépollution. On a proposé depuis longtemps des brûleurs et systèmes dsin- cinération de déchets gazeux. Mais les systèmes proposés sont généralement du type à paroi chaude avec séparation de l'air de combustion en air primaire et secondaire et formation d'un mélange qui est ensuite brulé. On a bien déjà songé dans le brevet français 2 071 012 à utiliser directement le mélange gazeux contaminé pour la combustion, mais le système décrit est conforme au schéma classique de séparation de la chambre de mélange et de la chambre de combustion et décrit un préchauffage possible du mélange gazeux à dépolluer en l'introduisant en aval autour de la chambre de combustion. On a par ailleurs décrit dans la demande française 2 276 086, un procédé et dispositif pour assurer une réaction entre des courants fluides qui permet la mise en oeuvre d'une combustion dans un dispositif à paroi froide. Selon ce brevet, le système ne comprend plus qu'une seule chambre et la flamme est maintenue à l'intérieur du dispositif à distance des parois par un écoulement hélicoïdal symétrique. Or maintenant on a trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention un nouveau procédé de traitement thermique d'une phase gazeuse entraSnant éventuellement des substances solides divisées et qui se caractérise par le fait que - dans une première zone, dite de formation de flamme, on crée un écoulement puits-tourbillon symétrique avec un gaz comburant, l'on alimente un fluide carburant selon une symétrie axiale et l'on provoque la formation de la flamme, - dans une deuxième zone située en aval et contiguë, dans l'axe de la première, on introduit ladite phase gazeuse à traiter dans la flamme issue de la première zone. Eventuellement dans une troisième zone, on provoque un refroidissement brusque. La phase gazeuse à traiter peut comporter, ou être constituée par des matières combustibles ou thermodégradables, ou évoluant chimiquement sous l'influence de la chaleur, par exemple cracking thermique. De manière pratique, l'écoulement puits-tourbillon est à grande quantité de mouvement par rapport à celle de la phase axiale. La longueur de la première zone est telle qu'elle est inférieure à la longueur de la flamme. Cette première zone se termine par une zone restreinte, notamment constituée par une zone de convergence suivie d'une partie cylindrique formant un col, ce qui permet d'obtenir à la sortie de ladite zone une composante axiale des vitesses très augmentée, donc une quantité de mouvement plus forte, tout en conservant, aux effets de frottement près, le moment cinétique imposé aux gaz dans la première zone, donc en maintenant une rotation résiduelle et sa zone dépressionnaire axiale. La deuxième zone est constituée par une partie axiale prolongeant la sortie de la première zone, et un espace annulaire entourant cette partie axiale1 et communiquant avec la partie axiale en amont. On introduit la phase à traiter, avantageusement de manière tangentielle, dans la partie aval de l'espace annulaire. On crée une dépression au niveau du mélange, laquelle dépression agit sur la phase à traiter en mettant à profit les deux propriétés de la flamme sortant de la première zone : - d'une part l'intensité de sa quantité de mouvement axiale, - d'autre part les effets de sa rotation résiduelle. Selon une première forme de réalisation, on effectue le mélange entre la flamme sortante de la première zone et la phase à traiter, en donnant à la seconde zone une forme de divergent de Venturi, complétant le convergent plus col déjà amorcé à la sortie de la première zone, on utilise alors préférentiellement la dépression créée i la hauteur du col pour la grande quantité de mouvement axiale. Selon une autre forme de réalisation, la phase à traiter est amenée dans la deuxième zone sous forme d'un écoulement puitstourbillon symétrique, le mélange avec la flamme sortant de la première zone, utilisant préférentiellement dans ce cas, les propriétés de la rotation résiduelle de la flamme. Avantageusement, on peut cobiner les deux formes de réalisation. La zone de refroidissement aval peut être par exemple constituée par une chambre de refroidissement rapide pour gaz chauds telle que par exemple décrite dans le brevet français 2 086 574. Le procédé selon l'invention peut être mis en oeuvre par un dispositif constitué par a) un dispositif de génération de flamme qui comprend - une enveloppe externe à surface de révolution, telle que cylindrique ou tronconique, fermée à sa partie amont par une paroi sensiblement plane, et ouverte au moins partiellement à sa partie aval, - une paroi interne coaxiale à ladite enveloppe, à surface également de révolution, définissant avec 17 enveloppe externe un espace annulaire, - des moyens d'introduction tangentielle d'au moins une phase dans la partie aval dudit espace annulaire, - des moyens de communication tels que perforations au moins à la partie- amont entre ledit espace annulaire et l'espace intérieur à la paroi interne, - des moyens d'introduction axiale dans ledit espace intérieur dtau moins une phase et, - des moyens pour amorcer la formation flamme. b) une chambre de combustion des gaz chargés de composés combustibles, présentant un espace de combustion en alignement avec ledit dispositif de génération de flamme, contigu audit espace, communiquant axialement avec ladite chambre interne dudit dispositif de génération de flamme et présentant en outre des moyens d'introduction des gaz à bruler dans sa partie amont. c) préférentiellement une chambre de refroidissement dans le prolongement de la chambre de combustion. Avantageusement, la configuration axiale de la chambre de génération de flamme présente un convergent prolongé par un col, et la configuration amont de la chambre de combustion qui la prolonge présente une extrémité aval de la paroi interne formant divergent de manière à procurer un effet Venturi. Selon une autre forme avantageuse de mise en oeuvre, la paroi interne de la chambre de combustion est constituée par un panier perforé en amont, de préférence sensiblement cylindrique, de sorte à constituer un dispositif à paroi froide. Avantageusement la chambre de refroidissement est constituée par une chambre à double paroi9 selon le brevet français 2 086 574, la paroi interne étant en graphite poreux et l'espace annulaire entre les deux parois étant aménagé en un ou plusieurs compartiments alimentés en un ou plusieurs liquides de refroidissement. La présente invention sera plus aisément comprise à l'aide des schémas et exemples suivants donnés à titre illustratif mais nullement limitatif. La figure 1 représente une première forme de réalisation comprenant une chambre I de formation de flamme, une chambre de combustion 2 et une chambre de refroidissement 3. La chambre de formation de flamme 1 comprend une enveloppe cylindrique externe 4, une paroi perforée 5 représentant des perforations 6 et définissant avec l'enveloppe externe un espace annulaire 7. De manière préférentielle, la plupart des perforations 6 sont disposées dans la partie amont de la paroi 5. Une phase comburante est amenée dans l'espace annulaire par une arrivée tangentielle 8 située dans la partie aval de espace annulaire 7, et forme un écoulement hélicoïdal symétrique en passant par les orifices 6. Une phase carburante axiale est amenée par une buse 9. Une bougie 10 sert à amorcer la combustion. La flamme traverse un embout convergent Il prolongé par un col 12 avant de pénétrer dans la chambre de combustion 2. Cette dernière est constituée par une enveloppe externe 13 une enveloppe interne 14 dont la partie amont est en forme de divergent et la partie amont cylindrique. Ces deux enveloppes définissent un espace annulaire 15. La phase à traiter est introduite tangentiellement dans l'espace annulaire 15 par une entrée tangentielle 16. La zone de refroidissement comprend selon le brevet français 2 086 574 une enveloppe interne en graphite poreux et présente un compartiment interne alimenté en un liquide de refroidissement lequel est projeté dans le volume délimité par l'enveloppe interne. Le dispositif selon la figure 2 ne diffère de celui représenté à la figure 1 qu'en ce qui concerne la chambre de combustion dont l'enveloppe-interne est constituée par une paroi perforée 17. La figure 3 représente un dispositif dont la chambre annulaire 18 est tronconique. Enfin, figure 4, la chambre de génération de flamme est terminée en aval par un diaphragme 19. REVENDICATIONS 1) Procédé de traitement thermique d'une phase gazeuse entraînant éventuellement des substances solides divisées, caractérisé par le fait que - dans une première zone, dite de formation de flamme, on crée un écoulement puits-tourbillon symétrique avec un gaz comburant, lton alimente un fluide carburant selon une symétrie axiale et l'on provoque la formation de la flamme, - dans une deuxième zone située en aval et contiguë, dans l'axe de la première, on introduit ladite phase gazeuse à traiter dans la flamme issue de la première zone 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que dans une troisième zone on provoque un refroidissement brusque. 3) Procédé selon l'une des revendications d et 2, caractérisé par le fait que l'écoulement puits-tourbillon de la chambre de formation de la flamme est à grande quantité de mouvement par rapport à celle de 1a phase axiale. 4) Procédé selon 1 'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la longueur de la première zone est inférieure à la- longueur de la flamme. 5) Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la premièré zone présente en aval une zone de convergence. 6) Procédé selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que la partie amont de la deuxième,forme un Venturi en association avec la partie aval de la première zone. 7) Procédé selon lrune des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que l'on introduit la phase gazeuse à traiter dans la chambre de combustion au moyen d'un écoulement puits-tourbillon symétrique. 8) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1à 7 caractérisé par le fait qu'il est constitué par a) - un dispositif de génération de flamme qui comprend une enveloppe externe à surface de révolution, fermée à sa partie amont par une paroi sensiblement plane et ouverte au moins partiellement à sa partie aval. une paroi interne coaxiale à ladite enveloppe, à surface également de révolution définissant avec l'enveloppe externe un espace annulaire. des moyens de communication, tels que perforation, au moins à la partie amont entre ledit espace annulaire et l'espace intérieur à la paroi interne. des moyens d'introduction axiale dans ledit espace intérieur avec au moins une phase et, des moyens pour amorcer la formation d'une flamme. b) une chambre de combustion des gaz chargés de composés combustibles présentant un espace de combustion en alignement avec ledit dispositif de génération de flamme, contigu audit espace, communiquant axialement avec ladite chambre interne dudit dispositif de génération de flamme, et présentant en outre des moyens d 'in- troduction des gaz à brûler dans sa partie amont. 9) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fpLt qu'il présente une chambre de refroidissement dans le prolongement de la chambre de combustion. 10) Dispositif selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisé par le fait que la configuration aval de la chambre de génération de flamme présente un convergent prolongé par un col, et la configuration amont de la chambre de combustion qui la prolonge présente une extrémité aval de la paroi interne formant divergent de manière à procurer un effet Venturi 11) Dispositif selon 1' une des revendications 8 et 10 caractérisé par le fait que la paroi interne de la chambre de combustion est constituée par un panier perforé en amont.