Brevet FR2793561A1 — publié le 20001117

La présente invention concerne la surveillance d'un processus chimique vis-à-vis de toute intervention intempestive d'air. Elle a plus précisément pour objet un procédé de surveillance d'un processus chimique mis en #uvre au sein d'un dispositif adéquat, aux fins de contrôler toute entrée intempestive d'air dans ledit dispositif. Ledit procédé est fiable, d'une mise en #uvre aisée. Sa mise en oeuvre, décrite en détail ci-après, est vivement préconisée pour la surveillance de pyrolyses, notamment celle de pyrolyses de produits à fort pouvoir calorifique. On précise d'ores et déjà ici que, dans la présente demande, le terme pyrolyse englobe toute décomposition thermique (de composés, généralement organiques) pratiquée à l'abri de l'air ou en présence d'une quantité limitée d'oxygène, en tout état de cause inférieure à la stoechiométrie. II existe de nombreux processus chimiques qu'il convient de mettre en oeuvre, avec un contrôle strict de toute intervention d'air, voire, impérativement à l'abri de l'air. Ainsi, l'entrée d'air est, dans certains contextes, à contrôler strictement, voire, dans d'autres contextes, à proscrire jusqu'à des niveaux très bas, en particulier pour des raisons de sécurité. La surveillance de toute entrée d'air et la détection précoce d'éventuelles entrées d'air peuvent être requises, lors de la mise en #uvre de certains processus, pour une optimisation de ladite mise en oeuvre, voire pour éviter tout emballement du processus en cours. Dans le contexte particulier de la pyrolyse, à des températures élevées, de produits organiques (pyrolyse destinée à la destruction ménagée sans oxydation, desdits produits) une telle surveillance ou détection précoce peut être requise - pour une optimisation de la mise en #uvre de ladite pyrolyse ; - pour éviter toute dérive thermique de l'appareil au sein duquel ladite pyrolyse est mise en #uvre ; - pour éviter tout risque d'explosion si la température de réaction descend en deçà de la température de combustion spontanée ou température d'inflammation spontanée. Dans une telle hypothèse en effet, les gaz non brûlés s'accumuleraient dangereusement. Ce troisième point est critique, dans l'hypothèse de la mise en place d'une double sécurité ; ceci, en particulier, lors de la mise en ceuvre de processus chimiques avec des produits dangereux, notamment issus de l'industrie nucléaire. La Demanderesse a en fait développé la présente invention dans un tel contexte, de pyrolyse de déchets et/ou effluents radioactifs. Le procédé de l'invention est ainsi parfaitement adapté audit contexte. Il n'est évidemment pas limité à celui-ci. Selon l'art antérieur, pour la mise en couvre de surveillances au sens de l'invention, on fait généralement appel à un traceur introduit par l'opérateur, traceur que l'on peut qualifier de traceur artificiel. Ces surveillances de l'art antérieur sont généralement limitées géographiquement, aux seuls endroits sensibles (autour des entrées potentielles prévisibles d'air), autour desquels on a aménagé des réservoirs renfermant de l'air chargé en ledit traceur artificiel. De façon caractéristique, dans le cadre du procédé de l'invention, on ne fait pas intervenir de traceur artificiel. A la considération de la description qui suit dudit procédé, on peut estimer que celui-ci repose sur l'utilisation d'un traceur naturel : un constituant de l'air. En effet, selon l'invention, on propose un procédé de surveillance, d'un processus chimique mis en couvre au sein d'un dispositif adéquat, aux fins de contrôler toute entrée intempestive d'air dans ledit dispositif, ledit procédé comprenant, de façon caractéristique, la détection, voire le dosage, dans l'atmosphère dudit dispositif d'au moins un constituant de l'air; ledit constituant de l'air n'intervenant ni à des fins d'inertage, ni dans une quelconque réaction susceptible de se produire, lors de la mise en couvre dudit processus. De façon caractéristique, selon ledit procédé, on contrôle toute entrée intempestive d'air dans le dispositif au sein duquel le processus est mis en couvre, en recherchant, dans l'atmosphère dudit dispositif, au moins un constituant intrinsèque dudit air, constituant neutre vis-à-vis du processus en cause (i.e. constituant non présent ou non susceptible d'être présent, dans ledit dispositif, à titre de réactif (produit de départ ou produit de la réaction) ou à des fins d'inertage). Ledit constituant intrinsèque est le traceur naturel (naturellement présent dans l'air, non introduit dans ledit air par un opérateur) évoqué ci-dessus. Le contrôle de toute entrée intempestive d'air, selon le procédé de l'invention, peut aussi bien être un contrôle dans un contexte où l'entrée d'une quantité déterminée d'air est prévue, qu'un contrôle dans un contexte où toute entrée d'air est proscrite. Dans le premier desdits contextes, le procédé de surveillance de l'invention peut être qualifié de procédé de suivi strict de la quantité d'air intervenant ; dans le second, il peut être qualifié de procédé de détection de toute entrée d'air. Le contrôle au sens de l'invention est mis en couvre sur l'atmosphère du dispositif au sein duquel le processus surveillé se déroule. Il est généralement mis en oeuvre sur les vapeurs dégagées par ledit processus (au niveau du ciel gazeux dudit dispositif ou au sein d'un dispositif d'évacuation desdites vapeurs) ou sur l'effluent gazeux résultant de la mise en oeuvre d'un balayage. Dans l'absolu, pour la mise en oeuvre de la détection, voire du dosage, selon le procédé de l'invention, aucun des constituants de l'air, et notamment l'un ou l'autre de ses constituants majoritaires (l'oxygène ou l'azote), qui répond aux critères énoncés ci-dessus (critères relatifs, fonction du processus en cause), n'est exclu. On ne saurait, en effet, assurément nier l'existence de contextes où l'oxygène lui-même constitue un constituant neutre (au sens de l'invention) de l'air, tel que défini ci-dessus. Toutefois, dans la mesure où ledit oxygène est généralement susceptible d'intervenir dans le processus en cause (et donc d'y être consommé), il ne convient évidemment pas à titre de constituant neutre , à titre d'indicateur d'une entrée intempestive d'air. Ainsi, en référence aux pyrolyses, l'homme du métier n'ignore pas que ce type de processus chimique se pratique souvent à des températures supérieures à la température d'auto- inflammation des produits organiques présents (constituants du matériau pyrolysé ou produits issus de la pyrolyse dudit matériau). Dans de telles conditions, l'oxygène présent réagit inéluctablement avec lesdits produits, il se trouve consommé pour produire d'autres produits organiques ou de l'eau, du dioxyde ou monoxyde de carbone, notamment. Une entrée intempestive d'air, même importante, peut donc se produire sans que l'oxygène soit détecté, ledit oxygène étant très rapidement consommé... Pour ce qui concerne l'azote, il existe assurément aussi des contextes, où ce second constituant majoritaire de l'air peut être utilisé, au sens de l'invention, comme traceur naturel d'air, comme détecteur de toute entrée intempestive d'air. Toutefois, ledit azote est susceptible d'intervenir lors de la mise en oeuvre du processus chimique à surveiller, pour réaliser un inertage. Ce gaz, inerte, relativement bon marché, est en effet, souvent utilisé à des fins d'inertage, notamment dans des contextes de pyrolyse de produits inflammables, comme les solvants organiques. Lorsqu'il intervient ainsi à des fins d'inertage, il est évidemment impossible de l'utiliser, au sens de l'invention, pour mettre en évidence une entrée d'air. Il n'est par ailleurs pas totalement exclu que ledit azote intervienne, dans certains contextes, à titre de réactif de départ ou de produit de la réaction mise en oeuvre... L'oxygène et l'azote, non exclus, mais ne répondant pas, dans de nombreux contextes, aux critères requis pour constituer un détecteur d'entrée intempestive d'air au sens de l'invention, il est vivement préconisé, selon le procédé de l'invention, d'utiliser à cette fin, un gaz rare, un gaz choisi parmi l'hélium, le néon, l'argon, le krypton et le xénon. Selon cette variante préférée du procédé de l'invention, on surveille toute entrée intempestive d'air, en mettant en place une simple détection ou un dosage, d'au moins l'un desdits gaz rares, généralement d'un seul desdits gaz rares. La présence d'un tel gaz rare, constituant intrinsèque de l'air (traceur naturel dudit air), dont il n'existe a priori pas d'autre source (que des entrées potentielles d'air), composé a priori inerte (non susceptible d'être consommé), est un indicateur certain, fiable, d'une entrée d'air dans l'appareil, surveillé au sens de l'invention. Par ailleurs, la quantité de gaz rare, susceptible d'être décelée et dosée, est proportionnelle à l'importance de l'entrée d'air (à la présence de traces dudit gaz rare comme impureté dans l'azote d'inertage près, dans l'hypothèse d'un inertage à l'azote du processus en cause). De plus, la détection et le dosage de tels gaz rares sont à la portée de l'homme du métier. Dans la mesure où le krypton, le xénon, le néon et l'hélium sont très peu abondants, on préfère vivement utiliser, dans le procédé de l'invention, à titre de gaz rare détecteur de toute entrée intempestive d'air, l'argon. Ledit argon est de loin le constituant de l'air préféré, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Comme indiqué ci-dessus - ledit argon, utilisé avantageusement selon l'invention comme traceur de l'air, est naturellement présent dans ledit air (ce qui fait que toute entrée d'air, même par une voie imprévue, entraîne obligatoirement une augmentation de la concentration en ledit élément dans l'atmosphère du dispositif, dans les vapeurs engendrées par le processus chimique en cause...) ; sa quantité d'intervention est proportionnelle à la quantité d'air entrée ; - à l'exception de traces d'argon, présentes en quantités connues et très faibles dans un éventuel azote d'inertage, aucune autre source d'argon n'existe, et cet élément est totalement inerte et ne se combine normalement à aucun autre. De plus a) ledit argon est relativement abondant dans l'air: il y intervient à une fraction molaire d'environ 1%. Sa détection et son dosage s'en trouvent facilités ; b) ladite détection de l'argon est par ailleurs facilitée par le fait qu'il s'agit d'une détermination élémentaire ; ce qui permet de recourir à des méthodes analytiques au cours desquelles il est aisément distingué des éléments de masse atomique plus faible, comme l'azote, le carbone, l'oxygène et l'hydrogène. Le procédé de surveillance de l'invention comprend donc avantageusement la détection, voire le dosage, de l'argon. Quel que soit le constituant de l'air retenu, avantageusement donc l'argon, sa détection et son dosage éventuel relèvent de techniques connues de l'homme du métier. On peut notamment détecter, voire doser, ledit constituant de l'air retenu, par chromatographie en phase gazeuse. D'autres techniques, telle la fluorescence X, peuvent aussi être utilisées... La détection et le dosage éventuel peuvent être mis en oeuvre sur du gaz prélevé dans le dispositif à surveiller ou sur du gaz prélevé en sortie dudit dispositif (dans ce contexte, lesdits détection et dosage sont avantageusement mis en oeuvre en ligne). Dans ce dernier contexte, la détection et le dosage sont donc mis en oeuvre en aval du dispositif. On veille bien entendu à ce qu'il soit alors mis en couvre, en tout état de cause, en amont de tout dispositif susceptible d'interférer... Le procédé de surveillance de l'invention, tel que décrit ci-dessus, est avantageusement mis en couvre, comme déjà mentionné, pour la surveillance d'une pyrolyse. Il peut notamment être mis en oeuvre dans le cadre de pyrolyses du type de celles décrites dans les documents EP-A-0 044 991, EP-A-0 090 148 et EP-A-0 401 811. On conçoit que dans le contexte de pyrolyses, une détection (avec ou sans dosage) de l'oxygène est a priori écartée, une détection (avec ou sans dosage) de l'azote est également écartée si ladite pyrolyse est inertée à l'azote. On note incidemment ici que dans un tel contexte, il était exclu d'utiliser comme indicateur d'entrée(s) d'air, aussi bien - l'eau formée, dans la mesure où il s'agit d'un produit répandu que la charge à pyrolyser contient pratiquement toujours, en proportion variable ; que - les monoxyde et dioxyde de carbone, dans la mesure où lesdits gaz sont très souvent produits par la pyrolyse de corps organiques. La pyrolyse surveillée au sens de l'invention est avantageusement une pyrolyse inertée à l'azote. Il est, dans l'hypothèse de la mise en oeuvre d'un tel inertage, exclu d'utiliser l'azote comme traceur naturel de l'air et, dans la détection et le dosage d'un autre constituant neutre de l'air (argon, notamment) on prendra avantageusement en compte les traces dudit autre constituant qu'est susceptible de renfermer ledit azote d'inertage. La pyrolyse, inertée ou non à l'azote, surveillée selon l'invention, est avantageusement mise en oeuvre à une température supérieure à la température d'inflammation spontanée de la charge pyrolysée. Dans de telles conditions, comme indiqué dans l'introduction du présent texte, la surveillance de toute intervention intempestive d'air constitue une double sécurité vis-à-vis de toute inflammation spontanée intempestive ; la première barrière de sécurité reposant sur une surveillance de la température de pyrolyse, la seconde reposant donc sur une surveillance, au sens de l'invention, de toute entrée intempestive d'air. La mise en place d'une telle double barrière de sécurité se justifie notamment dans des contextes de pyrolyse de produits dangereux. Le procédé de l'invention est particulièrement adapté à de tels contextes. Il est avantageusement mis en oeuvre pour la pyrolyse de déchets et/ou effluents radioactifs. Ladite pyrolyse peut notamment être mise en oeuvre selon la technologie du document EP-A-0 401 811. La Demanderesse a notamment mis en couvre, avec succès, le procédé de l'invention, dans un atelier, sur le site de La Hague. Ledit atelier est un atelier de traitement d'un résidu de distillation constitué pour l'essentiel de phosphate tributylique. En son sein, ledit résidu est tout d'abord mélangé intimement avec un lait de magnésie ; la suspension obtenue est pyrolysée sous azote et l'on met ensuite en oeuvre, en aval, une incinération, dans un tunnel de combustion, des vapeurs organiques produites par la pyrolyse. Le phosphate de magnésie obtenu à l'issue de ladite incinération est finalement immobilisé dans du ciment. Pour la détection de toute entrée intempestive d'air dans le dispositif de pyrolyse (l'air étant en pratique toléré jusqu'à une teneur d'environ 10% en volume), la Demanderesse a prévu une détection d'argon, par chromatographie en phase gazeuse, sur les vapeurs dégagées par ladite pyrolyse. Ladite détection d'argon est mise en oeuvre dans les conditions suivantes - plage de fonctionnement du détecteur : 0 - 1 600 ppm, - arrêt automatique de l'alimentation en suspension du pyrolyseur au seuil de 1000 ppm (le` avertissement à 800 ppm). Ces 1 000 ppm d'argon en sortie correspondent à un débit d'entrée d'air, aisément calculable. Revendications 1. Procédé de surveillance d'un processus chimique mis en oeuvre au sein d'un dispositif adéquat, aux fins de contrôler toute entrée intempestive d'air dans ledit dispositif, caractérisé en ce qu'il comprend la détection, voire le dosage, dans l'atmosphère dudit dispositif, d'au moins un constituant de l'air ; ledit constituant de l'air n'intervenant ni à des fins d'inertage, ni dans une quelconque réaction susceptible de se produire, lors de la mise en oeuvre dudit processus. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit constituant de l'air est un gaz rare. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit constituant de l'air consiste en l'argon. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit constituant de l'air est détecté, voire dosé, par chromatographie en phase gazeuse. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit processus chimique est une pyrolyse. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite pyrolyse est inertée à l'azote. 7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite pyrolyse est mise en #uvre à une température supérieure à la température d'inflammation spontanée de la charge pyrolysée. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que ladite pyrolyse est une pyrolyse de déchets et/ou effluents radioactifs.