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La présente invention concerne un procédé pour l'oxydation continue de matières combustibles à l'aide d'un gaz d'oxygénation en dispersion gazeuse, dans des
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1 1 ' J 1\' ' r 1 conditions telles que, le processus d'oxydation soit auto-entretenu. et/fournisse de l'énergie thermique en
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..'1 '"# ,II, excès par rapporta celle qui est nécessaire pour entretenir une oxydation, sans flamme.
L'invention est caractérisée plus particulièrement par l'introduction d'une matière combustible en dispersion dans de l'eau liquide dans une zone de réaction contenant une grande quantité
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de matières combustibles et d'eau liquide et par l'amorçage d'une oxydation sans flamme, tout en maintenant la quantité et la concentration de matières combustibles présentes dansla zone de réaction à une valeur sensiblement constante, l'oxydation s'effectuant simplement à la vitesse à laquelle la matière oxydable fraîche en dispersion dans l'eau est introduite dans cette zone.
L'invention concerne également la transformation continue de l'énergie 'présente à l'état latent dans' lq matière combustible par oxydation de cette matière combus- tible alors qu'elle se trouve en dispersion aqueuse, pour obtenir de l'énergie utilisable sous forme d'eau vaporisée à partir de la phase liquide, de façon que les gaz non condensés présents, tels que ceux formés pendant l'oxydation et ceux se trouvant dans le gaz d'oxygénation, constituent un véhicule pour la vapeur d'eau dans laquelle l'énergie utilisable est emmagasinée, .
On a décrit dans le brevet . belge N 497.721, déposé au nom de la même Société ,le 23 août 1950, un procédé d'oxydation des eaux-vannes dans lequel les températures et les pressions sont réglées de manière à assurer une oxydation continue sans flamme des matières organiques en dispersion dans l'eau, en présence de gaz contenant de l'oxygène. Des recherches ont permis de constater que l'on peut régler, d'une façon-sensiblement indépendante de tout réglage de la pression et de la température, la concentration des matières combustibles présentes dans l'eau et se trouvant dans la zone de réaction, afin d'obtenir les degrés d'oxydation désirés.
Cette constatation technique a été la genèse d'une
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;( .'; '\:ion entièrement nouvelle en ce qui concerne le 1,'7,2'1'0 non critique de la pression et de -la température , : '.1.' l'obtention d'une oxydation continue sensiblement complote de la matière oxydable dans un système auto- entretenu.
L'invention est matérialisée, selon l'un de ses aspects, dans un procédé d'oxydation continue de matières combustibles en dispersion dans de l'eau liquide, consistant à faire passer de façon continue, une matière combustible en dispersion dans de l'eau liquide et un gaz contenant de l'oxygène dans une zone de réaction, tout en aintenant dans cette zone une concentration en matière combustible en dispersion dans. l'eau liquide suffisamment élevée pour oxyder toute cette matière combustible à la vitesse à laquelle elle pénètre dans cette zone de réaction. La limite supérieure de la concentration de la matière combustible dans l'eau est celle pour laquelle la quantité d'énergie libérée par oxydation est insuffisante pour vaporiser toute l'eau se trouvant dans la zone de réaction.
L'un des buts de l'invention est donc de créer un procédé d'oxydation sans flamme continu et auto- entre tenu permettant d'oxyder sensiblement n'importe quel type de matières combustibles en dispersion dans l'eau liquide en maintenant dansune zone de réaction la'concentration en matière combustible désirée.
Suivant une particularité de l'invention, on tire parti de la présence de gaz non condensables, formés par des prcluits de la réaction ou bien par des gaz non coudensalles injectés dans le système, avec un rapport cntre ces gaz non conlensables et l'ensemble du système
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aqueux supérieur ou au moins égal au rapport nécessaire pour assurer l'évacuation de la vapeur d'eau chargée d'énergie
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var les gaz non condonsables présents ou fournis, et on récupère partir de des gaz la matière à peu près 'complète- ment oxydée et un mélange enrichi en énergie de gaz conden- sables et non condensables.
On remarquera que l'échange thermique utilisant la transformation de l'énergie est ainsi assuré sans utiliser une barrière ou cloison solide de type usuel. Le contact intime avec l'eau réalisé dans - la zone de dégagement de l'énergie 'et l'action des gaz
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condensables (vapeur d'eau) et non condensables (c'est-à-dire l'anhydride carbonique, l'oxygène-et l'azote) qui se trouvent en contact direct l'un avec l'autre suppriment' l'interface solide usuelle, et permettent d'obtenir des rendements d'échange thermique non encore atteints jusqu'ici.
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n utre, .il ne se dégage pas dans l'atmosphère, à partir du système clos, objet de l'invention, d'odeurs nocives provenant des eaux-vannes.- Le procédé peut être mis en oeuvre dans des villes, sans constituer un danger pour l'état sanitaire ou le bien-être du voisinage, tout. en ramenant à une forme utilisable la presque totalité de l'eau nécessaire à ces traitements industriels, sans nuire aux qualités de l'eau en ce qui concerne la possibilité d'entretien de la vie aquatique. Les pertes thermiques. caractéristiques dans les procédés de traitement des eaux- vannes, connus jusqu'ici peuvent être contrôlées de façon simple.
Des économies- d'installation peuvent être réalisées, en utilisant l'excès d'énergie provenant de l'oxydation exothermique par rapport à celle nécessaire pour rendre le
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système àuto-entre tenu, étant donnêqûe les combinaisons'
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chimiques se produisant lors de la réunion de l'oxygène et des constituants combustibles forment une source de chaleur, comme dans le cas d'un système énergétique. Ces procédés de production de vapeur actuellement utilisés absorbent la chaleur de façon intense, et il ne semble pas que l'on puisse obtenir de nouvelle amélioration dans les appareils de ce type.
Toute augmentation notable de la production de vapeur se ramène donc' au problème de l'augmen- tation du rendement .de'la combustion et de la suppression des barrières ou cloisons métalliques, .comme cela est le cas entre le foyer* d'une chaudière usuelle et l'eau de la chaudière.
C'est l'introduction physique de l'oxygène (gaz non condensable) en présence de substances combustibles se trouvant- dans de manière à assurer uneoxydation complète, tout..en permettant l'utilisation ,de la totalité ou de la quantité maximum du combustible fourni au système qui constitue le problème le plus important et le plus difficile à résoudre'pour l'utilisation des combustibles,
Parmi les conditions générales permettant d'obtenir une combustion appropriée, 'on:
peut citer l'admission d'une quantité d'air suffisante pour fournir assez d'oxygène, pour assurer une combustion complète sans permettre la dilution du produit de la'combustion avec une quantité d'air en excès; l'air doit- venir en contact intime avec les substances combustibles, y compris, avec les gaz combustibles produits par la distillation de particules combustibles solides; les substances combustibles doivent être maintenues à une température supérieure à leur température d'inflammation jusqu'à ce que la combustion soit complète et des moyens doivent être prévus pour permettre la détente des gaz
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pondant la période do'combustion.
Ce procédé de production d'énergie thermique rend -oossible une combustion complète du combustible; il supprime les barrières d'échange thermique métalliques habituelles; il permet d'utiliser des substances combustibles aqueuses diluées, comme les eaux-vannes carbonées, à titre de combustibles ; il supprime le problème de la détente des gaz pendant la combustion ; il permet de maintenir les combus- tibles en phase-liquide au-dessus de leurs températures d'inflammation, de manière à réaliser une oxydation sans flamme.
L'invention est caractérisée en particulier par le fait qu'il n'est pas nécessaire de réduire'le volume de l'effluent brut contenant les matières combustibles,par exemple par déshydratation, évaporation ou précipitation. D'une façon -générale, une combinaison sans.flamme de l'oxygène avec la matière combustible se' produit en présence de l'eau liquida de l'effluent, avec dégagement d'énergie thermique.
L'utilisation de 'cette énergie thermique .fournit un cycle énergétique. Ce cycle comprend l'oxydation des substances oxydables aqueuses-diluées, dans leur état liquide naturel ou dilué, en vue de les convertir en énergie thermique et en énergie mécanique. Le procédé, objet de l'invention, est
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limité à l'oxydation'auto-entretenue des matières oxydables en dispersion aqueuse, assurée par une combustion sans - flamme, alors que ces matières oxydables sont en dispersion dans de l'eau liquide, qui est maintenue, au moins partielle- ment, à l'état liquide dans l'appareil de réaction..
Elle se distingue d'une oxydation ou d'une combustion des matières oxydables à l'état anhydre, par exemple dans un foyer
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dans lequel la température d'oxydation auto-entretenue est de plusieurs centaines de degrés supérieure à la gamme de températures utilisées avec le procédé, objet de l'invention, tandis que la quantité d'eau liquide présente est faible ou nulle.
Le rendement du cycle énergétique correspondant au procédé, objet de l'invention, est dû partiellement à la suppression de la plus grande partie de l'équipement habituel, qui consomme de l'énergie et qui correspond à des pertes, équipement qui était utilisé dans les. procédés connus jusqu'ici pour la conversion de dispersions aqueuses de substances carbonées en chaleur et en énergie mécanique.
Alors que les procédés antérieurs mis au point dans cette technique comportent des stades de travail plus ou moins compliqués tendant à concentrer ces substances carbonées,
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à cause ,de ce ç± e .ar a toujours.4,14, considér6 jusqu'ici 'comme leur teneur indésirable en eau, le procédé, objet de
1'invention, utilise cette teneur, en- eau liquide comme élément essentiel pour la conversion des substances carbonées - -en énergie- utilisable.
L'invention rend non seulement possible mais -désirable, dans certains cas, la production d'énergie sous forme de vapeur à partir de combustibles pulvérulents de faible . qualité, en mélangeant tout d'abord ces combustiblesà une quantité relativement importante d'eau.-Un procédé de ce type pour la conversion de l'énergie calorifique à l'état latent du combustible- en énergie utilisable à l'état de vapeur présente plusieurs avantages importants.
Parmi ceux-@@ on peut citer la suppression du problème important que représentent les cendres volantes des installations de
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traitement préalable de l'eau, et la suppression de la chaudière habituelle et des pertes énergétiques résultant des limitations de rendement- qu'elle impose. Le point fondamental du problème réside dans le fait qu'aucun procédé n'a encore été mis au point jusqu'ici pour l'utilisation des eaux-vannes cornue combustible sans une concentration au moins partielle de la liqueur contenant les substances carbonées avant la conversion de ces substances carbonées en énergie thermique.
Ainsi, le procédé dobtention habituel d'énergie à partir dteaux-vannes à'l'état dilué utilisait un stade d'évaporation de l'eau. Il était nécessaire de fournir au système, pour cette évaporation une énergie correspondant à la- chaleur de vaporisation latente de l'eau, et ceci n'est pas le cas avec le procédé, objet de, l'invention.
La quantité de chaleur absorbée 'pour la vaporisation de l'eau est si élevée que le procédé d'utilisation du combus- tible présent dans ces liqueurs résiduaires. ou eaux-vannes, considéré dans son ensemble, était sans intérêt. Ce seul facteur montre que ces procédés usuels aboutissent généra- lement à une consommation d'énergie thermique plutôt qu'à une libération d'énergie. Tous les pro,cédés existants ayant pour but d'obtenir de l'énergie-thermique à partir de ces matières aqueuses ont utilisé une combustion à haute tempé- rature des substances carbonées à l'état sec ou sensible- ment sec.
Aucun d'eux n'a cherché à obtenir de l'énergie thermique à partir des matières carbonées ¯par une oxydation sans flamme à basse température dans leur condition brute, sous 'forme de dispersions aqueuses diluées.
Il existe d'autres facteurs empêchant la mise en pratique de ces procédés sur le plan économique. La pratique usuelle
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d'obtention d'énergie thermique à partir Ces caux-vaines ou liqueurs résiduaires comprend les opérations suivantes : (1) concentration des eaux-vannes par un moyen quelconque, par exemple à l'aide d'évaporateurs à multiple effet, et (2) combustion des eaux-vannes concentrées dans une chaudière, Ce procédé ne fournit qu'un faible rendement global.
-La présente invention supprime pour la première fois ces stades correspondant à,une perte thermique. Au lieu d'essayer d'améliorer dans leur détail les stades opératoires des procédés usuels pour augmenter leur rendement, on supprime, suivant l'invention, une partie importante des stades correspondant à une perte énergétique, de sorte que le stade de production d'énergie peut devenir prédominant, ce qui.fournit pour le procédé considéré dans son ensemble un rendement élevé.
L'invention -permet non seulement au procédé d'être auto-chtretenu, mais on peut encore modifier l'équilibre entre la production' et la consommation d'énergie dans une mesure telle que ce procédé soit capable de produire des quantités d'énergie notables, dépassant celles nécessaires pour entretenir les réactions d'oxydation..
La quantité de gaz contenant de l'oxygène, requise 'est, de préférence, celle qui est. théoriquement nécessaire pour transformer toute la matière combustible se, trouvant dans la dispersion aqueuse en produits finaux comme l'anhydride carbonique, l'eau, l'azote, les sulfates, les nitrates, les carbonates, les phosphates, etc..., ou est légèrement en excès par rapport à cette quantité, ce qui peut être calculé aisément par les procédés usuels à partir de l'analyse de la matière combustible et de ses besoins en oxygène.
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Des recherches. ont montré que les vitesses d'oxydation varient pour différents types de matières combustibles, qu'elles dépendent dans une certaine mesure de la dimension'\ partioulaire de ladite matière, et que, lors d'une augmen talion du rapport entre la matière combustible et l'eau, la vitesse d'oxydation est alors augmentée, en un laps de temps donné quelconque, pour une température et une pression données. La-pression est choisie de manière à maintenir au moins partiellement l'eau de la zone de réaction en phase liquide.
Par suite, pour- une concentration' quelconque do l'eau en matières combustibles, il peut se produire, au cours - d'un laps de temps donné et en supposant que les conditions .de pression et de température demeurent constantes, une certaine-oxydation, Si les produits de la réaction ne sont pas évacués rapidement à partir de la zone de.réaction, il en résulte une réduction de la concentration en matière non oxydée dans l'eau se trouvant dans cette zone. Si les produits de la réaction sont prélevés à ladite zone avec l'eau vaporisée, la concentration de la matière- combustible dans l'eau liquide se trouvant dans la zone de réaction peut être augmentée.
Ainsi, en prélevant les produits de la réaction et l'eau vaporisée à la zone de réaction à une vitesse telle que la concentration initiale de la zone' de réaction soit maintenue, on peut obtenir un procédé continu dans le.quel la presque totalité de la matière combustible d'un effluent brut relativement dilué est oxydée.
En fait, la même quantité de matières combustibles, d'eau et d'oxygène est introduite dans la zone de réaction pour équilibrer de façon stoéchiométrique les produits prélevés
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à la cône de réaction, Les résultats obtenus indiquent que ce procédé peut être adapté à une matière combustible quoi- conque en dispersion (par exemple dissoute, émulsionnée ou suspendue) dans l'eau liquide.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront aux techniciens spécialisés dans le domaine de l'oxydation des matières combustibles aqueuses à la lecture de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé donné à titre non limitatif et sur lequel :
La figure unique est une vue schématique montrant le déroulement des opérations pour un mode de mise en oeuvre possible de 'invention en vue de la production -d'énergie utilisant la liqueur résiduaire sulfitique provenant d'une fabrique de pâte à papier.
Bien que le procédé, objet de -l'invention, puisse ; s'appliquer à la fois à la production d'énergie ou à l'élimination des matières combustibles indésirables des eaux-vannes a industrielles, on le décrira ci-après dans son application au traitement des eaux-vannes provenant d'une fabrique de pâte à papier.
Le fait que ce procédé peut être appliqué au traitement des eaux résiduaires n'enlève pas à son intérêt comme procédé de production de chaleur, Le choix des eaux-vannes provenant d'une fabrique de pâte à papier comme matière combustible aqueuse diluée devant être utilisée comme combustible n'est donné qu'à titre d'exemple non limitatif.
L'installation de traitement représentée dans le dessin suppose un débit de 1136 litre s,par minute de liquide sulfitioue ordinaire. Ce liquide est refoulé par une pompe 1 sous une pression manométrique de 98 à 105 kilos environ
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par cm2 dans un bac de réaction 3. qui peut être une tour verticale construite de manière à supporter des pressions allant par exemple jusqu'à 200 atmosphères. De l'air ou un mélange de gaz convenable contenant de l'oxygène est comprimé et envoyé 'à travers des refroidisseurs étudiés de manière à établir un échange thermique avec de l'eau froide si l'on veut¯obtenir un gros débit d'eau chaude pour l'installation 'à desservir.
L'air est ensuite comprimé davantage à la même pression que la liqueur sulfitique et envoyé dans le bac de réaction 2.
La pression dans le bac de réaction 2 doit être suffi- . santé pour maintenir sensiblement toute l'eau en, phase liquide. La température -régnant dans .ce bac 2 qui peut, .lors de la'mise en marche, devoir être chauffé jusqu'à la température, d'inflammation de tout combustible particulier sous la pression employée, se maintient généralement d'elle- . même dans une gamme supérieure à 2600 C et à .la température critique,de l'eau suivant les proportions entr'e l'oxygène et les matières combustibles qui s.e trouvent dans'la charge.
Dans l'hypothèse de liquide sulfitique, une température . comprise entre 260 et 315 C est maintenue aisément.
Une tubulure relie le bac de réaction 2 à un premier séparateur 3. à partir duquel les gaz stables à la température ambiante, y compris l'azote et l'anhydride carbonique, ,'et la vapeur en quantité désirée sont projetés dans une turbine upérieure 4 à laquelle est assignée la production d'énergie.
Les gaz s'échappant hors de cette turbine 4. sont envcyés à travers 'un échangeur thermique 5 en vue de fournir la vapeur nécessaire à l'installation énergétique, puis à un deuxième séparateur 6. A partir de celui-ci, une quantité -
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de vapeur supplémentaire est envoyée à une temperature d'environ 150 G en même temps que les gaz stables à tra@@rs une turbine d'échappement pour y produira une quantité supplémentaire d'énergie. L'eau provenant du deuxiène séparateur 6 et qui n'a pas été vaporisée est
envoyée ou passant à travers une vanne d'étranglement 8. à un troisène séparateur 9 d'où la vapeur s'échappe pour être utilisée dans l'installation. L'eau résiduaire qui n'a pas été vaporisée et qui se trouve à une température de 135 C environ peut. trouver-son emploi dans une partie de l'ins- tallation.
Le liquide' qui s'écoule hors du premier séparateur-3 est amené par une vanne d'étranglement 10 à un quatrième séparateur 11 duquel de la vapeur à une température de
135 C environ est envoyée dans l'installation pour son utilisation. Le liquide qui' s'écoule hors de ce quatrième séparateur 11 est épuré dansun filtre 12. pour être débar- rassé de toutes les. matières solides inorganiques qui s'y trouvent en suspension. L'eau chaude sortant du filtre 12 s'écoule vers un mélangeur 13 relié parailleurs au troisième séparateur ±,
La première opération à faire pour mettre en, oeuvre' ' le procédé consiste à charger le bac de réaction 2 au moins partiellement de liquide.
Cette charge de liquide est alors chauffée par un-moyen convenable tel qu'une couronne de brûleurs alimentés par du mazout à une température comprise . entre 260 C et 288 C environ. On interrompt le chauffage du liquide qui se trouve dans le bac de réaction 2, puis on y fait arriver de l'air comprimé. L'admission d'air comprimé 'dans le bac de réaction 2 amorce l'oxydation clos matières
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combustibles, après quoi 'la réaction s'entretient d'elle-même sans nécessiter d'autre apport de chaleur.
Dans certains cas, le plan' .du bac de réaction 2 et les sources de combus- tibles dont on dispose peuvent justifier l'application de chaleur extérieure ou l'injection-de certains combustibles au sein des matières oxydables aqueuses soumises au traite- ment.
L'air peut être'admis par un orifice'unique prévu au fond du bac de réaction 2 mais il est admis, de préférence, par une tête de distribution, afin d'assurer une dispersion intime de l'air à travers la masse du liquide. L'air peut même être admis le- cas échéant en des points supplémentaires dans la longueur du bac de réaction 2.. Le but essentiel qui est visé ici est d'obtenir une dispersion du diffusion intégrale de l'air à travers le liquide, afin d'assurer l'oxydation-de chacune des molécules contenant du carbone ou de toute autre matière combustible contenue dans le - liquide. Plusieurs bacs de réaction tels que 2.peuvent être ' prévus le cas échéant.
L'oxydation des composés carbonés se traduit par la dégradation ¯des molécules carbonées complexes et leur transformation én produits finaux : eau et anhydride carbonique.
La quantité initiale de chaleur fournie à la charge d'eaux-vannesou de liquide résiduaire dont on part est' essentielle. En effet, le processus d'oxydation ne démarre qu'à condition que ce liquide soit chauffé à la température - ou au-dessus de la température d'oxydation auto-entretenue des matières carbonées'ou plus généralement des matières combustibles. Pour autant que le liquide soit maintenu sous 'une pression suffisante pour maintenir l'eau sensiblement
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en phase liquide, cette 'température d'al@amage se révèle comme représentant un minimum de 160o G environ. '11 est préférable d'utiliser des températures supérieures à 1910 G.
La gamme optimum des températures appropriées va de 2320 C à 329 C environ, Les.trois opérations essentielles pour amorcer le processus consistent à soumettre la dispersion aqueuse à une pression suffisante pour Maintenir une notable partie de l'eau à l'état liquide, à la chauffer à une tempé- rature â laquelle une oxydation auto-entretenue se produise rapidement (en quelques secondes, voire en une fraction de seconde), et à assurer l'afflux d'une quantité suffisante d'un agent oxydant tel que l'air ou de l'oxygène autrement dilué, cette quantité étant de préférence celle qui est théorique- ment nécessaire pour transformer l'intégralité du carbone contenu dans la matière, combustible en gaz carbonique.
Quand le liquide sort du bac de. réaction, il pénètre dans le premier d'une série de séparateurs à vaporisation instantanée, dans chacun desquels la pression est abaissée d'une quantité prédéterminée, de sorte que ces divers séparateurs représentent autant , ,de stades de décompression.
Dans le premier séparateur, la pression est réduite dans une mesure suffisante pour libérer sous la forme d'un fluide élastique les gaz fixés tels que l'azote et l'anhydride 'carbonique en même temps que la quantité désirée de vapeur ' d'eau sous pression élevée.'La vapeur d'eau est. ensuite libérée à des pressionsvariables suivant les besoins. Le moyen exact dont la vapeur résultant du traitement est rendu disponible importe peu an principe de l'invention pour autant que la vaporisation instantanée s'opère après la fin de la - réaction oxydante.
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La quantité de chaleur produite par l'oxydation des matières combustibles dépasse celle qui est nécessaire pour chauffer le liquide qui pénètre dans le bac de réaction à une température capable de provoquer l'oxydation auto- entretenue du liquide'brut. Grâce à cette chaleur résultant de cette oxydation, une fois'que la réaction s'est établie en engendrant de l'énergie thermique, le liquide peut même être introduit.dans le bac de réaction à la température ambiante c'est-à-dire aux environs de 21 C.
La quantité de chaleur produite par-la réaction d'oxydation qui se déroule déjà dans le bac de réaction est suffisante pour élever la température du liquide arrivant jusqu'à la température de combustion de la matière carbonée ou plus généralement de la matière combustible qui s'y trouve comme le soufre.
Pour donner au procédé plus d'efficacité au point de vue production d'énergie thermique, les liquides qui arrivent peuvent être réchauffés préalablement au moyen d'un échangeur de chaleur utilisant l'effluent sortant de la dernière chambre de,vaporisation instantanée.,après le dégagement des gaz stables et de la vapeur d'eau résultant du procédé.
L'effluent évacué hors de cette dernière chambre, se trouve à une température élevée égale à 93 C environ. Bien que les liquides qui s'échappent normalement d'une installation de fabrication de pâte à papier aient une température d'environ 88 C et qu'ils puissent être envoyés dans le récipient do réaction à cette température, le présent procédé est capable de fonctionner de façon efficace quand l'installation est alimentés par un liquide refroidi à la-température ambiante normale c'est-à-dire à la température de 21 C environ.
S'il s'avère utile de réchauffer préalablement les liquidas'
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provenant des refroidiseurs l'effluent qui s'échappe de la chambre à vaporisation instantanée peut être utilisé pour élever la température du liquide frais jusqu'à la valeur à laquelle se produit l'oxydation auto-entretenue. Cette énergie thermique peut être conservée pour engendrer de plus grandes quantités de vapeur d'eau au cours du traitement. La chaleur peut aussi être conservée en isolant les récipients de réaction et la tuyauterie.
Ces raffinements de construction de l'équipement de mise, en oeuvre du procédé sont destinés à en augmenter le rendement et ne portent pas atteinte à son principe fondamental grâce auquel on peut réaliser une oxydation de matières combustibles aqueuses diluées.
On voit par ce qui précède que l'oxydation de la matière combustible s'effectue par oxydation auto-entretenue sans flamme et par utilisation directe du liquide résiduaire au fur et à mesure de son écoulement hors de l'installation de préparation de pâte à papier. Aucune phase de concentration de la liqueur brute n'est nécessaire. Le présent procédé se revoie capable d'oxyder par voie exothermique des disper- sions aqueuses de matières combustibles.possédant une valeur calorifique supérieure au besoin en chaleur spécifique de l'eau à la température à laquelle l'oxydation devient auto- entretenue. Pendant lé processus d'oxydation lui-même des matières combustibles, le liquide est chauffé par l'énergie qui se dégage du fait de la réaction d'oxydation.
La quantité de liquide vaporisé dans la zone du récipient de réaction est fonction de la pression qui y est maintenue. L'énergie absorbée par cette vaporisation donne naissance à de la vapeur utilisable dans le procédé. Cette énergie ainsi .engendrée constitue donc un produit précieux du procédé
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au licu d'être absorbée 'par une phase essentielle du,
processus. Etant donné que la chaleur spécifique de l'eau à l'état liquide est relativement faible (un grand nombre ke de fois inférieure à la chaleur latente de l'eau à l'état gazeux c'est-à-dire à l'état de vapeur) les besoins d'énergie du processus d'oxydation en question sont inférieurs à ceux de tout autre procédé exigeant la vaporisation même de petites quantités d'eau.
Il se produit à l'intérieur du bac ou de l'appareil de réaction un échange thermique. Le système aqueux y est préservé et, lors du dégagement d'énergie thermique à partir de la réaction, la chaleur est transférée à l'eau, en trans- formant cette eau en vapeur, et la vapeur chargée d'énergie est évacuée de l'appareil de réaction dans les gaz non condensables présents à cause de la faible chaleur spécifique de ces gaz non condensables.
Aucune barrière matérielle ne gâne le contact avec l'eau dans la zone de réaction, et le transfert de chaleur s'accomplit avec une augmentation réelle de l'énergie disponible par .rapport au processus de transfor- mation d'énérigie usuels dans lesquels il n'existe pas de contact intime avec l'eau et où on n'utilise pas de gaz non condensables comme véhicules, Ce moyen rend possible, grâce à ce nouveau concept d'échange thermique, l'élimination d'une barrière d'échange thermique métallique; il supprime les problèmes jusqu'ici difficiles à résoudre concernant l'étan- chéisation et la corrosion et inhérents aux êohangours de chaleur de type usuel.
L'utilisation de ce concept de transfert et de transmission, selon lequel les gaz non condensables sont présents avec l'eau, est également à la base d'un pré- .réchauffage, qui constitue en soi un avantage.
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Les données explicative:; suivantes montrent le rôle du mélange des gaz non condensables et de l'eau pour augmente.- les caractéristiques de'transfert de chaleur du mélange d'eau et de gaz non condensables avant l'admission dans l'appareil de réaction. Ceci réduit de façon notable l'énergie nécessaire à l'intérieur du bac de réaction pour maintenir la température à la valeur d'inflammation requise, et contribue par suite au rendement global du système producteur d'énergie.
Ces données explicatives de pré-réchauffage sont les suivantes :
On chauffe 4, 6 kilos d'eau à 2600 C sous une pression de 70 kg./cm2, ce qui absorbe 1.229 grandes calories. Cette eau ne peut pas absorber un nombre de calories plus élevé, car cette valeur constitue la limite de chaleur spécifique de l'eau à cette .température.
On chauffe 4,5 kilos d'air à 206 C sous une pression de 70 kg./cm2, et cet air prélève au milieu de chauffage maintenu à 260o C 292 grandes calories,
La quantité de chaleur totale prélevée au milieu de chauffage maintenu à 260 C est donc de 1.521 grandes calories. Cette valeur constitue la quantité totale d'énergie pouvant être prélevée à l'agent de chauffage d'un échangeur de chaleur assurant réchauffement des deux matières jusqu'à 2600 C.
En mélangeant l'air et l'eau avant leur passage à travers l'échangeur de chaleur, l'air est échauffé et exige environ 292 grandes.calories. L'eau disponible est vola- tilisée et prélève 3.067 grandes calories à l'agent chauf- fant, en fournissant de la vapeur qui est légèrement surchauffée.
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Ainsi 3.359 grandes calories sont prlevusGu: mi.-: 'Cr 4s r en mélangeant les deux constituants c-vcut 1.".'..- p Cn 6 'J ration dans l'éohangeur de chaleur. Sa.Ls L-cic..:- ,'#: gaz avec l'eau, 1.520 grandes calories seulco't roL;-.:''. être prélevées au système.
On chauffe 4, 5 kilos d'eau à 260-oç en maintenant une pression de 70 RlC ce qui prélève au système 1.&39 grandes calories. Le chauffage de 2,25 kilos d'air assure un prélèvement de 146 grandes calories, ce qui fournit un total de 1.375.grandes calories quand on les chauffe sépa- rément.
En combinant l'air et le gaz avant 1* échange thermique, les 2,25 kilos d'air contiennent 146 grandes calories. Il se forme 3,60 kilos de vapeur contenant 2.406 grandes calories et 0,93 kilo d'eau correspondant à 256 grandes calories, ce qui donne au total 2,808 grandes calories.
Des exemples correspondant à d'autres pressions et à d'autres températures et utilisant également d'autres rapports entre les quantités d'eau et d'air-fournissent des résultats correspondants.
On remarquera donc que les rendements d'échange thermique sont augmentés en mélangeant les gaz non condensables à l'eau avant leur introduction dans l'appareil de réaction et dans le pré-réchauffeur. Ceci montre également le principe . d'échange thermique accru qui se produit à l'intérieur de l'appareil de réaction et qui accompagne de façon continue le processus d'oxydation.
Les exemples suivants montrent l'application pratique du procédé, objet de l'invention.
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EXEMPLE N 1 L'appareil utilisé comprend une pompe destinée à
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refouler làlidispersion aqueuse de matière carbonée, un compresseur d'air, une tour de réaction avec chemise d'huile et équipée d'un dispositif permettant d'évacuer périodique- ment le précipité qui peut s'y former, enfin une chambre de vaporisation instantanée recevant le produit de réaction de ladite tour.'
Pour mettre en marche l'appareil, on fait entrer dans le système de r.éaction de l'air sous une pression manomé- 2 trique approximative de 105 kilos par cm .
On chauffe le bain d'huile autour'de l'appareille réaction à une tempé- rature d'environ 280 C en remplissant cet appareil jusqu'aux deux tiers environ de sa capacité à l'aide de liquide sulfitique résiduaire.
On ajoute une quantité, de chaux suffisante pour trans- former le soufre contenu dans ce liquide sulfitique en sulfate de calcium. On constate à l'analyse que le liquide a la composition suivante : -
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<tb> Kg/litres
<tb>
<tb> Contenu <SEP> de <SEP> matières'solides <SEP> ........... <SEP> 0,0887
<tb> (4445 <SEP> grandes <SEP> calories <SEP> par <SEP> Kilo
<tb>
<tb> Carbone <SEP> ... <SEP> 0,0321
<tb>
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.Soufre i..'#î.i 0, 004''8 Chaux vive ..-.#'îl.,.* o.,oo96 Cendres ..,#..;',.......' O,OZ28 Dc:.",::' c. c.a:a;,e (:
zûice d'iodate) 0 1036
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<tb> pH <SEP> = <SEP> 9,4 <SEP> Poids <SEP> spécifique <SEP> ...... <SEP> 1,042
<tb>
Quand la'liqueur qui se trouve dans le bac de réaction 2 a atteint une température approximative de 2700 C,
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?.i vi....-o une quantité suffisante !il,-au--- le, système J.e réaction pour le remplir de liquide. On me fir. -i xicuJiae de l'huile et en fait arriver co:..t?G1 .w:::v:.r '.. l'air dans le bac de réaction une rrcssio:? Eianoiiiô wi'.2 approximative de 105 kilos par en et à une température d'environ 30 C.
Le débit arrivée, d'air,-est d'environ
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133 kilos par "usure, ce oui fournit environ 31,5 kilos d'oxygène par heure. On pomre la. liqueur résiduaire qui se o trouve à une température approximative de 18 C dans le bac de réaction 2 sous une pression d'environ 105 kilos par cm2 et selon un débit horaire égal à environ 29,5 litres.
On évacue périodiquement hors du bac de réaction 2¯ le sulfate de calcium précipité et on fait passer la liqueur sortant de ce bac dans la chambre de vaporisation instan-
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tanée. Les gaz stables, c'est-à-dire l'azote, le gaz carbonique et tout l'excès d'air sortant de cette chambre, sont évacués en même temps que la vapeur à une. pression d'environ 105 kilos par cm2. On constate que le liquide qui sort de la chambre de vaporisation instantanée et la vapeur du condensât avec les gaz stables représentent uns
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demande d'oxygène inférieure à 2 % de la demande en oxygùno de la liqueur sulfitique brute,.
L'affluent sortant de la chambre de vaporisation instantanée représente environ 0,9 kilo par litre de liqueur introduite dans le bac de réaction .et se trouve à
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une terioêrature approximative de ±8'? 0. La vapeur ainsi produite contient environ 0,264 kilo d'eau par litre do liqueur introduite sous une pression- de 105 kilos par on?.
Le solde thermique pour une opération ayant porto sur environ 647 litres est approximativement le suivant :
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Admission
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647 litres x 00887 kilo de matières solides par litre x 4445 grandes calories par kilo s
258.560 grandes calories
Récupération
170 kilos de vapeur à production instantanée (282 C) x 292 .grandes calories par kilo (plus l'augmentation de chaleur dans les gaz non condensables):
127.000 grandes calories
450 kilos d'effluent (282 C) x 280 grandes calories par kilo = 126.000 grande',. calories '253.000 grandes calories.
Les chiffres indiqués sont vérifiés par la montée de température de l'eau de refroidissement remplissant la capacité à travers laquelle on fait passer l'effluent et le condensât.
Cette vérification révèle une récupération effective do 93,4 % de la valeur calorifique théorique du combustible sous la forme d'énergie thermique utilisable. Ce chiffre, bien qu'il soit nettement supérieur au chiffre que permettent d'atteindre les autres procédés de combustion des matières de ce genre est encore plus élevé dans les grands équipements industriels surtout à cause de la diminution des pertes
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par Ji, yonnerient.
Les données chiffrées qui suivent concernent un mode de fonctionnement de l'installation sus-décrite et schématisée par le dessin annexé : -
Le conduit 14 aboutissant à la pompe 1 sert à l'adduction d'une liqueur sulfitique résiduaire provenant de l'usine, qui peut être par exemple une usine de production
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de pâte papier. Le'débit de liquide dans ce conduit peut être de 1135 litres par minute, sa température de 88 C et as pression absolue de 1,033 kg./cm2. Le conduit 15 reliant l'orifice de sortie de la pompe 1 à l'orifice d'entrée du bac de réaction 2, est parcouru par un liquide à une tempe- rature de 88 C et à une pression absolue de 101,5 kg./cm.
Le bac de réaction 2. reçoit également de l'air pro- venant d'un conduit d'admission 17.parcouru par de l'air selon un débit de 580 kilos par minute.. à une température qui peut être de 15,5 C et sous une pression de 1,019 kg/cm2.
Ce conduit amène l'air à un compresseur 18 d'où il ressort à une température :de 238 C pour être dirigé par un conduit 19.dans.une série de refroidisseurs 20 alimentés par un conduit 21. en eau froide provenant de la canalisation de l'usine, ce conduit amenant aux refroidisseurs 20 997 kilos -d'eau par minute à une température de 1,7 C. Des refroi- disseurs 20, l'air chargé d'oxygène est envoyé dans le bac de réaction 2.par. un conduit 22. dans lequel est interpose un compresseur 23. Sortant des refroidisseurs 20 à 267 C, cet air est envoyé par le compresseur 23 au bac de réaction 2 à une température de 204 C et sous une pression de 101,52 kg/cm2.
Des refroidisseurs 20 part également un conduit 24, acheminant 997 kilos par minute d'eau d'échange thermique, à une température de 59,4 C, au mélangeur d'eau chaude 13,
La vapeur et les gaz quittant le premier séparateur 3 qui suit immédiatement le bac de réaction 2 comme décrit se trouvent à une température de 270 C et s'écoulent par le conduit 16 sous une pression de 98,71 kg/cm2, les quantités acheminées par étant de 598,7 kilos de Tapeur,
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165,1 kilos de CO2 et 446,8 kilos d'azote.
Cet Le valeur et ces gaz parviennent-ainsi à la turbine 4, d'où ils sont acheminés par le conduit 25' vers l'échangeur de chaleur 5 ,
Les gaz sortent de la turbine à 189 C sous une pression de 21,80 kg/cm2 et comprennent par minute 526,2 kilos de vapeur, 165,1 kilos de gaz carbonique et 446,8 kilos d'azote, et il s'écoule également par ce conduit 25 72,6 kilos d'eau par minute.L'échangeur de chaleur 5 reçoit par un conduit
26. le condensât provenant de l'usine, à une température de
124 C et à raison de 391,91 kilos par minute.
Il sort de cet échangeur 5, par le conduit 27, la vapeur acheminée vers l'usine, à une température de 134,7 C, sous une pression de 3,614 kg/cm2 et à raison de 391,9 kilos par minute et par le conduit 28 pour être acheminés vers le séparateur 6, à une température de 1540 C et sous une pression de 20,46 kg/cm2, le gaz carbonique et l'azote du conduit 25, ainsi que 135,6 kilos de vapeur et 480,8 kilos d'eau par minute.
Il est dirigé du séparateur 6. vers la turbine d'échappement 7, par le conduit 29, à une tempe- rature de 1470 C et sous une pression de 20,46 kg/cm2, 135,6 kilos de vapeur, 119,7 kilos de-gaz carbonique et
446,8 kilo.? d'azote par minute, la vapeur et les gaz s'échappant ensuite dans l'atmosphère.
Du séparateur 9 s'échappent par un conduit 30, à une température de 134,7 C et sous une pression de 3,614 kg/cm2,
18,1 kilos de vapeur par minute, dirigés vers l'utine. la même température et sous une pression de 3,16 kg/cm2, 444,5 kilcs d'eau par minute sont dirigés du séparateur 9, par un conduit 31, vers le mélange d'eau chaude 13.
Du séparateur 3, il s' é@@@ppe également par un
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j'ciï'ui" revers le séparateur 11 a, 370 U et sous ".::c m:.sicn de 98,71 .:k;ci: s 5 ?iz Ë oS eau et 29,0 kilos o ,.;#?. tiers s solides par minute. Après passais dans le séparateur 11. il sort- par le conduit 33. jour leouL: le o conduit 8G acheminant la vapeur vers l'usine, 134 et sous une pression de 3,164 2 150,59 kilos de vj.".or.i? par minute. Il en sort également, à la même tempéra turc Gt à la pression mais par le -conduit 34. allant au filtio 12; 373,8 kilos dteau et 29,9 kilos de matières solides p.? minute.
Le filtre 12 sépare 29,9 kilos de solides allant . au récupérateurcomme indiqué par, la flèche 35 et 29,9 kilos d'eau, par minute, et il s'en échappe par le conduit 36. rejoignant le conduit 31. aboutissant au mélangeur d'eau chaude, à une température de 134 7 C et sous une pression de 3,164 kg/cm2, 344,7 kilos d'eau par minute. Cette eau chaude est acheminée par le conduit 37.vers l'usine, a
93 C, selon un débit de 1782,9 litres ou 1787,2 kilos par minute.
De façon analogue à ce qui vient d'être décrit dans l'hypothèse d'une liqueur sulfitique résiduaire, le procédé . est utilisable pour tirer parti de la liqueur résiduaire connue aux Etats Unis d'Amérique sous la marque "Masonite" (Liqueur résultant de la désagrégation du bois sous la forne de fibres fines.), du petit lait provenant des fromageries, de la liqueur des usines de production de "Kraft", des distillats (dits N 3) de pétrole assez légers sous une concentration égale à 6,66 grandes environ par litre d'eau,
enfin des dispersions aqueuses de charbon. Il est possible bien entendu de faire varier dans une certaine mesure les températures minima de mise en route ou d'allumage, mais
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dans tous-les cas le procédé se déroule sans à-coups et avecdes rendements au moins égaux à 95 % du rendement théorique et dans chaque cas à des températures comprises entre 260 et 288 C.
EXEMPLE N
On effectue une expérience en utilisant'sensiblement le même appareil que dans l'exemple N 1, mais avec un pré-réohauffeur muni d'un chemisage et on appliquant le procédé à une liqueur résiduaire serai -chimique, afin de mettre son application en évidence quand la température régnant dans l'appareil de réaction est maintenue à 160 C environ et si la pression réactive est maintenue à 14 kilos environ par cm2. Au cours de cette expérience, on prélève la vapeur et les produits de la réaction au bac de réaction., et on utilise un séparateur pour extraire l'eau liquide et la matière non .oxydée de la matière ainsi prélevée et pour renvoyer ces éléments au bac de réaction.
Les produits gazeux non 'condensables, comme l'anhydride carbonique et l'azote, sont ensuite envoyés avec. la .vapeur d'eau à travers un échangeur de pré-réchauffage, puis dans un séparateur à partir duquel on recueille des gaz non condensables. La quantité d'énergie en excès par rapport à celle exigée par le pré-ré chauffeur est alors utilisable à d'autres fins. On règle le débit de liqueur admis de façon que le bac de réaction soit rempli constamment de liquide, aux trois- quarts environ de sa hauteur. La quantité de matières combustibles maintenue dans le bac de réaction pendant l'expérience représente environ 40 foisla quantité de matières combustibles se trouvant dans la liqueur introduite par heure dans le bac de réaction.
On introduit simultanément
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à la liqueur de l'air contenant une quantité d'oxygème sullisante pour oxyder complètement la totalité dos matières cemustibles se trouvant dans la liqueur admise.
Les produits oxydes prélevés à la zone de réaction équilibrent sur le plan stoéchiométrqiue les matières combustibles se trouvant dans la liqueur admise. Au cours de plusieurs heures, différentes expériences fournissent, en ce qui concerne la réduction des besoins en oxygène de la liqueur admise par rapport à l'effluent.5 des résultats comparables o à ceux obtenus dans l'exemple N 1.
On comprendra que les résultats particuliers obtenus dépendent de la nature de la dispersion de la matière com- bustible ou de l'effluent résiduaire liquide subissant le traitement, et en particulier de la quantité (c'est-à-dire de la concentration) de matière combustible ou organique oxydable qui est présente. Celle-ci doit être au moins suffisante pour fournir, lors de l'oxydation, une quantité de chaleur suffisante pour maintenir la température régnant dans la zone de réaction à une valeur supérieure à la tempé- rature d'inflammation de la matière particulière traitée, et elle peut être calculée aisément à partir de la valeur calorifique des matières solides se trouvant-dans la dispersion aqueuse.
La température et la pression exactes requises pour déclencher et pour entretenir une réaction d'oxydation auto-entretenue. dépendent en partie des carac- téristiques chimiques de la matière combustible particulière choisie. Bien que l'on ait considéré ci-avant l'utilisation d'air comprimé comme agent d'oxydation, on comprendra que l'on peut utiliser également de l'oxygène dilué à l'état .
comprimée ou n'importe quel autre agent d'oxydation gazsux
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l'état comprimé contenant de l'oxygène libre, 'ou une - @@tière fournissant de l'oxygène élémentaire ou naissant,, D'autres modifications de mise en oeuvre encore peuvent être apportées au mode de réalisation décrit, dans le domaine des équivalenes techniques, sans pour cela s'écarter du cadre de l'invention.
Les données explicatives suivantes illustrent encore les avantages obtenus avec l'invention en ce qui concerne la concentration minimum du combustible : A. : On introduit 10 grammes de charbon de bois broyé à un état relativement fin, choisi parce qu'il forme une substance chimique 'sensiblement pure, qui s'oxyde presque complètement en produits définitifs gazeux, dans 1 litre d'eau, et on l'introduit dans un autoclave avec la quantité d'oxygène théoriquement-nécessaire pour convertir la totalité du carbone présent dans le charbon de bois en anhydride carbonique. On règle la température à 250 C et la pression à 56 kg/cm. Le degré d'oxydation après 30-minutes est de 56 %.
B. : On introduit 200 grammes de charbon de lignine broyé à un état relativement fin dans 1 'litre d'eau., dans le même autoclave que celui utilisé sous A, et dans les mêmes conditions de température et de pression, c'est-à-dire à 250 C sous une pression de 56 kg/cm, avec la quantité théoriquement nécessaire pour convertir 10 grammes de charbon de bois en anhydride carbonique. Après 30 minutes, on refroidit rapidement l'autoclave à la température ambiante et on analyse 'le contenu. 10 grammes environ de charbon de bois (carbone) ont été transformés en anhydride carbonique, en utilisant la totalité de l'oxygène disponible.
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C : On conçoit un appareil de réastion approprié pour la transposition des résultats des expériences statiqu
A et B (ci-avant) en un procédé continu à l'état dynamique.
On introduit dans l'appareil'de réaction 200 grammes de charbon de lignine broyé à un ¯état relativement fin et.
1 litre d'eau. On maintient l'appareil de réaction à 250 C ' et sous une pression de 56 kg/cm . On observe le niveau du liquide par un'voyant, et on le maintient à une valeur constante par le réglage de dispositifs de chauffage et de refroidissement appropriés. On fait arriver de façon continue 10 grammes de charbon de bois en suspension dans l'eau à une vitesse uniforme dans l'appareil de réaction pendant chaque période de 30 minutes, avec de l'air conte- nant la quantité d'oxygène théoriquement nécessaire pour transformer 10 grammes de charbon de bois (carbone) en anhydride carbonique pendant chaque demi-heure. L'analyse montre que 10 grammes de charbon de bois sont oxydés en anhydride carbonique pendant-chaque période de 30 minutes.
On poursuit l'expérience précédente pendant une heure, et on obtient l'oxydation sensiblement -complète d'une quantité représentant presque exactement 20 grammes de charbon de bois, qui est évacué, hors de l'appareil de réaction sous formé d'anhydride carbonique, comme indiqué par l'analyse des gaz quittant l'appareil et du résidu ' demeurant dans celui-ci.
On voit à l'examen des données qui précèdent que l'oxydation se produisant dans l'appareil de réaction est incomplète. Sur la base de la quantité de matière combustible introduite de façon continue dans le réacteur, l'oxydation est toutefois complète étant donné que les produits prélevés
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sont stoéchiométriquement égaux à la quantité de matière introduite dans l'appareil de réaction.
Ces données montrent également qu'en augmentant la quantité de matière combustible, se trouvant dans la zone .de réaction on augmente également la vitesse de consommation de l'oxygène, d'une façon indépendante de la température ' ' /admissible et de la pression. La concentration /par rapport à l'eau pour la matière oxydable (dans la zone de réaction) est déterminée par les propriétés physiques correspondant à cette concentration, en particulier .en ce qui concerne la viscosité.
Celle-ci doit toujours être suffisamment réduire pour permettre un passage aisé des gaz et une absorption. uniforme de 1' oxygène, de même qu'une séparation uniforme descendres au fur et à mesure de -leur formation,
Les données précitées, considérées séaparément, !ne permettent pas de démontrer Inefficacité du procéder objet do l'invention, quand l'effluent traité n'est pas complète- oxydable en gaz et quand il peut-contenir une certaine quantité de matière non combustible. Cette matière non combustible résiduaire, qui peut être 'soluble ou.
Insoluble dans l'eau,.est dénommée "cendre". L'exemple suivant montre le traitement dans l'eau liquide' d'une matière contenant des substances combustibles et non combustibles.
D : On utilise 3,78 litres de liqueur semi-chimique pesant 4,08 kilos. Elle contient ; 0,50 kilo de maliens solides (produit de la décomposition d'une masse de cuisson du bois comme du lignine-sulfonate de sodium, de l'acétate de sodium.; ;des hydrates de carbone, du sulfite de sodium, etc...) et. 3152 kilos-d'eau. On introduit cette liqueur'dans un autoclave en présence de 161 kilo d'air. On maintient
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la -rature à 250 Ci et la pression à 56 kg/cm2.
On n'observe pas d'oxydation décelable en 1 minute, et.soûle une oxydation se produit en 20 minutes,
E, : On quadruple la concentration de la liqueur résiduaire semi-chimique, de sorte qu'on obtient par élimination d'eau à partir de la liqueur brute une liqueur traitée contenant 2,01 kilos de matières solides par lot de 3,78 litres de solution.
On introduit 3,78 litres de solution ayant cette concentration'dans l'autoclave utilisé sous D (ci-avant) et on opère dans des conditions identiques de température et de pression, c'est-à-dire à 250 C et sous une' pression 'de 56 kg/cm , avec de l'air contenant de l'oxygène avec la quantité théoriquement nécessaire pour oxyder complètement-la matière combustible présente dans
3,78 litres de liqueur avant sa concentration. Après
20 minutes, l'analyse montre que les besoins en oxygène - . de la matière ont diminué d'un quart.
F : On observe, à l'examen-des résultats des expériences
D et E (ci-avant) que la vitesse d.'oxydation des matières combustibles est notablement augmentée par un accroissement de la concentration' de ces mêmes matières dans l'eau liquide.
On conçoit un appareil de .réaction approprié en vue de la transposition des résultats de ces expériences statiques à un procédé . continu à l'état dynamique. On introduit dans le de réaction 3,78 litres de liqueur semi-chimique concentrée contenant 2,01 kilos de matières solides. On maintient l'appareil de réaction à 250 C et sous une pression de 56 kg/cm2.
On observe le niveau liquide par un voyant, et on le maintient à une valeur constante . par réglage de dispositifs de chauffage et de refroidissement
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appropriés. On introduit de façon continue dans l'appareil
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de l'onction de la liqueur résiduaire semi-chimique brute, avecde l'air contenant une 'quantité d'oxygène théoriquement suffisante pour oxyder complètement la totalité des matières combustibles présentes dans la charge admise, de manière à maintenir à l'intérieur du réacteur une quantité de matière combustible ayant sensiblement les mêmes besoins en osygène que la charge initiale de l'appareil de réaction après l'établissement de conditions d'équilibre.
Les produits de la réaction sont évacués hors de l'appareil et l'oxydation fournit une énergie suffisante pour maintenir la température de l'appareil de réaction à la valeur désirée, et pour fournir de l'énergie de pré-réchauffage et également un excès d'énergie sous une forme utilisable. Les produits de la réaction sont de l'azote, de l'eau, de la valeur, de l'anhydride carbonique et du sulfate de sodium, ce 'dernier étant éliminable sous forme de cendres ou pouvant être rendu soluble au cours d'autres stades opératoires et pouvant cure éliminé sous forme de solution. Le tableau suivant montre l'équilibre des matières pour une admission de base de 3,78 litres pendant une expérience prolongée effectuée dans les, conditions indiquées précédemment.
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<tb>
Admission <SEP> - <SEP> en <SEP> kilos........ <SEP> Sortie <SEP> eu <SEP> kilos
<tb>
<tb>
<tb> Liqueur <SEP> 4,03 <SEP> (matières <SEP> solides
<tb>
<tb> 0;50) <SEP> N2 <SEP> 1,23
<tb>
<tb>
<tb> (eau <SEP> 3,52) <SEP> CO2 <SEP> 0,47
<tb>
EMI33.3
Air l, 61 ... : ..... 02 0,03
EMI33.4
<tb> 5,64 <SEP> ' <SEP> Valeur <SEP> 2,81
<tb> (Vapeur <SEP> d!eau)
<tb> Cendres <SEP> 0,20
<tb>
<tb> Eau <SEP> 0,90
<tb>
<tb> 5,64
<tb>
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les expériences statiques montrent que chaque matière schlustible a une température d'oxydation .pratique minimum, e'@@@-e-dire une température* au-dessous de laquelle il ne se produit sensiblement aucune oxydation quelle que soit la concentration.
Comme exemple extrême de cette particu- larité, on peut indiquer qu'à des températures ne dépassant pas 150 C la masse de matières se trouvant dans la liqueur résiduaire peut être oxydée à une vitesse qui dépend de la concentration de la substance dans l'eau, c'est-à-dire de la quantité de matière présente dans la zone de réaction.
On peut faire.varier la vitesse d'oxydation complète entre de larges limites en utilisant le même 'appareil de réaction, la même température et la même pression, en faisant varier simplement la quantité de matière combustible introduite initialement dans la zone de réaction,
Si l'on considère maintenant l'oxydation continue réelle produite à l'intérieur de la zone de réaction, on doit maintenir, pour obtenir un échange efficace, un certain équilibre entre l'eau et les gaz non condensables.
Quand l'énergie latente des matières combustibles'est libérée par oxydation dans des conditions statiques de température et de pression, de,l'eau doit être disponible' pour pouvoir 'réaliser un contact intime avec les produits de la réaction et pour transformer l'énergie libérée en une forme utilisable, c'est-à-dire en'une tension de vapeur partielle accrue.,
Le rôle des gaz non condensables présents (azote, oxygène, anhydride carbonique, etc...) est d'entraîner la vapeur d'eau chargée d'énergie au cours de sa formation, de manière à assurer un échange de chaleur efficace pratiquement sans aucune perte thermique.
La faible chaleur spécifique des gaz
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- non condenSable-s-.rend ces derniers particulièrement intéres- sants -c:n="véhi:rules po.u.r l'évacuation de l'énergie libérée " par la rés,.tid.F; "#*& ils=a<gissent comme milieu élastique ou tampon pour absorber le brusque dégagement d'énergie se produisant à l'intérieur de l'appareil de réaction, Les gaz non condensable's présents peuvent être des gaz produits
EMI35.2
---lors--de la-réaction) "ou,ublan ce peuvent être des gaz intro- -=di;t dn :apae-il= a.amre.tazo'e: dans le cas de l'uti- - lisation de l'air à titre d'agent oxydante ces gaz formait alors les fractions gazeuses des matières admises.
Exprimé en fonction 'de l'eau, le rapport entre l'eau liquide et la matière combustible' doit être maintenu au moins à la valeur
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nécessaire p-our absorber l'énergie-disponible fournie par }*la -péaoti'o'n :p"*apor-:ksïistion cçsn.'h.riaae Ae, l'eau A. par tir ' du système aqueux.
Exprimé ri ..f.ouctio,n du rapport entre les gaz non condensables 'et la quantité totale d'eau disponible dans le système aqueux; le rapport entre les gaz oondensables
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et le système aqueux-pr-âsent dans la. zone de réaction dans des conditions statiques de température et de pression doit toujours dtre au moins- ége-1 à celui'nécessaire pour assurer une -absorption -de 1''éàéië= ..b'éxé -par voie exothermique par'la vapeur dteau =tia.'ri=sfo-rniée, afin d'augmenter la tension partielle de cette vapeur' d'eau et de' permettre son entraîne- ment par les gaz,non condensables.
Les données se rapportant
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au pré-ré chauffage d'un mélange d'air et d'eau indiquent de façon appropriée -le rendement accru du transfert thermique obtenu lorsouun'garZ-n os-conden sable est mélangé à l'eau.
Ce phénomène, transposé dans l'appareil de réaction, forme un échangeur de chaleur d'un rendement extrêmement élevé.
Ainsi, en maintenant le rapport entre les -gaz non
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condensables et le système aqueux présent dans une zone de réaction, dans des conditions statiques de température et de pression à une valeur au moins égale à celle nécessaire pour assurer l'absorption par la vapeur d'eau de l'énergie libérée par voie exothermique à partir des matières carbonées, et sa transmission pour augmenter les tensions partielles des gaz non condensables et de la vapeur d'eau, l'énergie provenant de la réaction d'oxydation est rendue utilisable et on peut concevoir un échangeur de chaleur en supprimant toute barrière thermique métallique réelle dans le pré- réchauffeur et dans l'appareil de réaction.
Bien que l'on ait considéré ici l'application du procéd au traitement des liqueurs sulfitiques résiduaires, le procédé décrit est également applicable à toutes les eaux- vannes contenant- des matières combustibles en dispersion aqueuse. L'invention peut être appliquée quelle que soit la nature de l'effluent résiduaire, à condition que, celui-ci contienne des matières combustibles pouvant être oxydées . de façon complète ou sensiblement complète pour donner des produits définitifs non nocifs, dans des- conditions de température et de pression relativement modérées.
Bien qu'il ne soit pas applicable à l'obtention d'un traitement axhausti des différents effluents résiduaires à l'état liquide auxquels l'invention peut s'appliquer, ses utilisations ' particulières sont nombreuses, et on peut citer les liqueurs sulfitiques résiduaires et les liqueurs provenant des usines de production de "Kraft" et résultant de la préparation de la pâte à papier, les liqueurs résiduaires provenant des - systèmes de traitement des eaux d'égoût, les eaux-vannes obtenues dans les abattoirs, celles produites par des
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installations fabriquant des produits chimiques, synthétiques ou autres, comme-dès matières plastiques, du caoutchouc, des colorants, des produits pharmaceutiques, etc...,
et les liquides résiduaires résultant de la production de divers'' produits à partir du lait et des matières solides du lait.
La construction-d'une installation rentable sur le plan industriel exige le réglage et l'entretien de la charge initiale de l'appareil de réaction, afin de l'adapter à un programme volume trique déterminé. Quand des produits diffi= ciles à oxyder sont présents dans la matière traitée, les températures d'oxydation minima des différents constituants sont déterminées simplement par des essais statiques, comme indiqué précédemment, et on choisit, pour les étages de l'appareil de réaction dans lesquels.la fraction non oxydée est traitée indépendamment de l'ensemble des liqueurs, une concentration admissible.
Les détails de mise en oeuvre peuvent être modifiés, dans le'domaine des équivalences techniques, sans s'écarta de l'invention.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.