Brevet FR2552342A1 — publié le 19850329

PROCEDE ET DISPOSITIF DE CONVERSION THERMIQUE DES COMPOSES POLLUANTS D'UN COURANT DE GAZ La présente invention concerne un procédé de conversion thermique, en marche continue, de composants polluant l'environnement et se trouvant dans un courant de gaz, le cas échéant par utilisation de la chaleur latente des gaz, vapeurs ou liquides combustibles et préchauffés et avec combustion de produits combustibles contenant des gaz oxydants, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé. Dans le domaine industriel, on émet fréquemment des courants de gaz qui contiennent des composants combustibles et nocifs pour l'environnement, c'est-à-dire salissant et polluant l'environnement Pour la protection de l'environnement, xs composants polluants doivent être convertis en matières non nocives pour l'environnement, c'est-à-dire ne 15 le polluant pas. Un mode opératoire possible et souvent utilisé pour l'élimination de ces matières nocives est la conversion thermique L'introduction de chaleur est assurée dans la plupart des cas par mélange avec des gaz combustibles, ou bien avec des produits de combustion et des gaz pollués 20 se produisant lors de la combustion de liquides L'alimentation en chaleur a une influence importante sur l'efficacité et la rentabilité du procédé. Les composants produisant une pollution et à convertir thermiquement existent généralement en faible concentration dans un courant de 25 gaz Ce courant de gaz se mélange bien avec un produit combustible en grande quantité en un temps court car dans le cas contraire, les matières nocives passant dans des zones plus froides ne sont que partiellement converties ou bien il ne se produit même aucune conversion dans le processus D'après les procédés thermiques connus, les produits combusti30 bles sont engendrés au moyen de brûleurs à gaz ou à huile qui sont disposés en des endroits appropriés d'un réacteur et on assure aussitôt assure aussitôt leur mélange avec le courant de gaz contenant les composants polluants en le faisant pénétrer transversalement ou tangentiellement par des ouvertures disposées de façon appropriée (Gas Wârme International 26, 6/7, pages 294-297/1977). Pour l'accélération du mélange, on fait intervenir de grandes vitesses d'écoulement, qui se traduisent par une grande concentration d'énergie et souvent également par une génération de bruit Malgré tout, le processus de dissociation dans de grosses installation se traduit par un grand encombrement et une perte de temps et simultanément, également, 10 les matières nocives ne sont souvent pas suffisamment converties. Le procédé conforme à l'invention concerne la conversion thermique en continu des composants polluants se trouvant dans un courant de gaz La conversion thermique est réalisée en utilisant le contenu calorifique de gaz ou de vapeurs combustibles ou bien lors de la combustion de 15 liquides contenant des produits combustibles Dans le procédé selon l'invention, la combustion servant de génération primaire de chaleur est effectuée dans un courant de gaz se convertissant thermiquement et le cas échéant préchauffé, en étant avantageusement répartie en plusieurs endroits Ainsi, les courants de gaz se produisant lors d'une combustien 20 dans les flammes sont chauffés à une température élevée et en conséquence, le processus de conversion thermique est encore accéléré par la quantité de chaleur secondaire formée lors de la conversion thermique effectuée rapidement dans l'environnement des flammes. Pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention, il est 25 avantageux que les courants de matières participant à la thermolyse, ou bien certains d'entre eux, soient préchauffés. Par suite du préchauffage, il se produit une diminution de la quantité, de la matière de chauffage et de l'air, nécessaires pour la thermolyse ainsi que des fumées engendrées dans la thermolyse Pour le 30 préchauffage, on exploite avantageusement la chaleur latente des gaz chauds provenant de la thermolyse. Pour la conversion thermique des matières nocives, c'est-à-dire polluant l'environnement, se trouvant dans des courants de gaz pauvres en oxygène, il est possible d'utiliser économiquement de l'air enrichi 35 en oxygène ou bien de l'oxygène, par suite de la réduction de la quantité de gaz participant au processus et du besoin en chaleur. L'avantage du procédé conforme à l'invention consiste, par comparaison aux procédés connus, en ce que, à la place d'un foyer établi séparément, on utilise un foyer séparé à haute température dans la section d'entrée du courant de gaz à convertir thermiquement et en conséquence il s'établit des gradients thermiques perpendiculaires à la direction d'écoulement L'échauffement ainsi engendré, qui se propage perpendiculairement à la direction d'écoulement, met en route le processus de conversion thermique sur une courte distance, avec une accélération proportionnelle à la vitesse de génération de chaleur secondaire. Par coopération des effets précités, on améliore les conditions de la conversion thermique de la façon suivante: lors d'une fourniture d'une énergie auxiliaire équivalente, la conversion thermique se produit dans un plus faible volume et à une température plus élevée et on améliore le cas échéant la transformation; à volume égal, on peut obtenir une transformation correspondante 15 également par fourniture d'une plus faible énergie auxiliaire à une température plus basse. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 est une coupe longitudinal d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention; la figure 2 est une coupe faite dans le plan A-A de la figure 1; la figure 3 montre un agencement avantageux du système d'introduction du courant de gaz à convertir thermiquement. 25 L'agent de chauffage F pénètre par le tuyau 1, le conduit annulaire 2, les vannes 3, les chambres de distribution 4 et les tubes 5 pour parvenir dans les embouchures 7 des brûleurs en se mélangeant dans les volumes mélangeurs 6 avec le gaz oxydant O Le gaz oxydant O se mélange dans les volumes mélangeurs 6 avec l'agent de chauffage F en passant par une chambre contrôle de distribution 8, des conduits 9, des chambres de distribution 10 réparties autour de la chambre de distribution 8 sur une plaque de fond 13 ' et des tubes 11 et il se forme 6 x 7 = 42 flammes par l'allumage du mélange ainsi produit dans l'embouchure 7 des brûleurs Le courant de gaz à convertir thermiquement G parvient par 35 des tubulures d'admission 12 dans une chambre d'entrée 13 et à partir de là il s'écoule en direction des flammes en parallèle dans un volume de thermolyse 14 Le courant de gaz G s'échauffe dans l'environnement des flammes rapidement, et pendant un temps court de sorte que la conversion thermique se met en mouvement en progressant depuis le début du processus simultanément transversalement et longitudinalement. Pour une répartition homogène du courant de gaz G dans la cham5 bre 13, on utilise dans de nombreux cas avantageusement des éléments de déviation d'écoulement tels qu'une grille d'égalisation d'écoulement 15 ou bien la solution représentée sur la figure 3. Conformément à la figure 3, le courant de gaz G pénètre dans la zone de conversion thermique par des tubulures d'admission 12 et les 10 conduits 16, 17, 18. EXEMPLE DE REALISATION Dans un dispositif expérimental, on effectue la conversion thermique d'un gaz ayant une teneur en CO de 650 m 3/h et dont les paramètres d'entrée sont les suivants: température 540 C composition: CO 5,1 % Vol. * CO 2 9, 7 % Vol. * H 20 4,1 % Vol. 02 5,2 % Vol. * N 2 75,9 % Vol. Cette quantité de gaz est introduite au moyen d'un tube d'un diamètre de 210 mn, à une vitesse de 17 m/s, dans le volume de thermolyse et on assure simultanément, dans les six embouchures de sortie, la 25 combustion d'un mélange de 3,1 m 3/h de méthane introduit au moyen de six paires de tubes concentriques qui sont disposés parallèlement au courant de gaz, et d'air préchauffé à 200 C La température du gaz sortant du volume de thermolyse après un temps de séjour de 0,8 s, s'élève à 1.035 C et sa teneur maximale en CO a une valeur de 0,018 % en volumes. 30 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la conversion thermique en continu de composants polluants l'environnement et se trouvant dans un courant de gaz, le cas échéant par exploitation de la chaleur latente contenue dans les gaz, vapeurs ou liquides combustibles préchauffés et par combustion de produits combustibles contenant des gaz oxydants, caractérisé en ce que la combustion servant à la génération de chaleur primaire est effectuée dans un courant de gaz à convertir thermiquement et, le cas échéant, préchauffé, avantageusement avec répartition en plusieurs endroits, de 10 sorte que les courants de gaz produits sur les flammes lors de la combustion sont chauffés à une température plus élevée et, que sous l'effet de la quantité de chaleur secondaire ainsi produite lors de la conversion thermique engendrée rapidement dans l'environnement des flammes, le processus de conversion thermique est encore accéléré. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les courants de matières participant à la conversion thermique, ou bien certain d'entre eux, sont préchauffés. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise comme gaz d'oxydation de l'air ou bien de l'air 20 enrichi par de l'oxygène, ou bien de l'oxygène. 4 C Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une chambre d'entrée ( 13), reliée au volume de thermolyse ( 14) et pourvue d'une tubulure de raccordement ( 12) servant à l'introduction d'un courant de 25 gaz à convertir thermiquement, cette chambre d'entrée ( 13) étant obturée sur le côté opposé au volume de thermolyse ( 14) par une plaque de fond ( 13 '), en ce qu'il est prévu des chambres de distribution ( 4) de gaz oxydant auxquelles sont reliées des chambres de distribution ( 10) de l'agent de chauffage, et en ce qu'il est prévu des tubes ( 11) groupés en 30 un faisceau, partant desdites chambres de distribution ( 10) et orientés parallèlement à l'axe de la chambre d'entrée ( 13), en ce qu'il est prévu des tubes ( 5) placés dans les tubes ( 11) précités et partant des chambres de distribution ( 4) pour aboutir à l'ouverture d'admission du volume de thermolyse ( 14); et en outre en ce qu'il est prévu une chambre centrale 35 de distribution ( 8) reliée aux chambres de distribution ( 10) des gaz oxydant par des conduits ( 9), un conduit annulaire ( 2) relié aux chambres de distribution ( 4) de l'agent de chauffage avec interposition de vannes ( 3) ainsi qu'une tubulure de raccordement ( 1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu à une extrémité des tubes ( 11) de distribution des gaz d'oxydants un volume mélangeur ( 6) et un brûleur ( 7). 6 Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il est prévu une grille d'égalisation d'écoulement ( 15) à l'extrémité d'une chambre d'entrée ou d'admission ( 13) qui est placée du côté du volume de thermolyse( 14). 7. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce 10 qu'il comporte plusieurs tubulures ( 12 ') pour l'admission du courant de gaz à convertir thermiquement.