CA1217706A

CA1217706A - Dispositif utilisable pour la combustion de produits corrosifs, procede mettant en oeuvre ce dispositif

Info

Publication number: CA1217706A
Application number: CA000406478A
Authority: CA
Inventors: Georges Frusta; Francois Prudhon
Original assignee: Chloe Chimie SA
Current assignee: Chloe Chimie SA
Priority date: 1981-07-03
Filing date: 1982-07-02
Publication date: 1987-02-10
Also published as: GB2104207A; JPS61523B2; JPS5824719A; GB2104207B; DE3224605C2; FR2509016B1; US4505667A; FR2509016A1; DE3224605A1

Abstract

Un dispositif utilisable notamment pour la combustion de produits corrosifs. Ce dispositif comprend une chambre de combustion, une tête de dispersion comportant une arrivée axiale de la phase à brûler et des moyens d'introduction de deux fractions distinctes de la phase comburante et une plaque de liaison entre la tête de dispersion et la chambre de combustion. Egalement le procédé de combustion de résidus corrosifs, et notamment de résidus chlorés, tel que réalisé dans le dispositif décrit ci-avant.

Description

1211~7~6 La presente invention a pour objet un dispositif utilisable notamment pour la combustion de residus cor-rosifs tels que ceux contenant des hydrocarbures halogenés, notamment chlores. Elle concerne egalement le procede de combustion mettant en oeuvre ledit dispositif.
La ~abrication industrielle de composes organiques chlorés engendre d'abondantes quantités de résidus contenant souvent du chlore. Ces résidus peuvent se présenter soit à
l'etat de gaz comme par exemple dans le cas de la fabrication duchlorure de vinyle, ou de ses polymeres ou copol~meres, soit à l'etat de liquide et/ou de solides goudronneux obte-nus dans la fabrication d'hydrocarbures chlores aliphatiques, cycloaliphatiques et/ou aromatiques. La composition de ces residus chlorés varie suivant leur origine. Certains résidus comprennent des produits goudronneux chlorés dont au moins quelques uns des constituants renferment plus de 7 atomes de carbone par molécule. D'autres résidus chlorés comprennent des composés en C4 chlorés et/ou des composés en C6 chlorés. Ces résidus chlorés peuvent être accompagnés d'autres composés comprenant des constituants en Cl à C4 chlorés.
Un moyen de résoudre le probleme de l'accumulation de ces résidus et de la pollution de l'air et/ou des eaux dans lesquelles ils peuvent être déversés est de les brûler a hautes températures, par exemple entre 900 et 1450C dans une chambre de combustion avec récupération d'acide chlorhy-drique gazeux que l'on peut mettre sous forme de solution aqueuse, et éventuellement production de vapeur d'eau.
Le brûlage de ces résidus s'accompagne d'une combustion vive qui ne peut être obtenue de facon stable et continue que dans des appareillages spécialement adaptés.
En effet, la combustion de ce type de résidus s'accompagne de difficultés et problemes d'ordre divers: bouchages des brûleurs et des injecteurs notamment lorsque les résidus ~21~77~

sont visqueux, réglages difficiles en vue d'obtenir une combustion totale donnant de l'acide chlorhydrique ne con-tenant qu'un minimum de chlore libre, conjointement avec une production nulle de carbone, corrosion, dégradation - rapide des pieces d'un brûleur si l'on ne prot8ge pas cer-tains organes ou parois de l'appareillage par un revetement réfractaire et/ou antiacide, ou par des dispositifs spéci-fiques, par exemple d'injection d'un volume important de gaz froid non combustible autour de la flamme. On peut en outre mentionner les difficultés liées ~ l'extrapolation du dispositif a un appareillage de tres grande taille par exemple capable de traiter 3 t/h de résidus, en raison no-tamment des quantités tres importantes de résidus a traiter.
Dans le brevet fran~ais 2,459,942 on propose de faire appel a un flux d'air tourbillonnaire dont le r81e essentiel est de stabiliser la flamme et de modeler la forme de ladite flamme, la dispersion de la phase a br~ler étant elle-meme obtenue par un flux d'air d'atomisation, la phase a br~ler et l'air d'atomisation étant introduits a co-courant et sensiblement selon l'axe de révolution (ou de répétition ou de symétrie) de la flamme.
Dans le brevet fran~ais 2.257.326 on a revendiqué
un procédé de mise en contact de substances se présentant dans des phases différentes.
Selon ce brevet on fait appel ~ un écoulement puits-tourbillon symétrique pour réaliser a la fois la dispersion de la substance a traiter et le traitement de ladite substance.
Le procédé selon ce ~revet a pu 8tre appliqué
avec succes a de nombreuses applicatlons. Toutefois dans le cas du brûlage des résidus se posent certains problemes particuliers évoqués plus haut. Il faut notamment réussir a maintenir une flamme stable dans une chambre de combustion sans endommager ladite chambre, et en particulier le fond

- 2 -~ ' t~
,1 7~

de la chambre.
La presente invention a pour objet un dispositif utilisable notamment pour la combustion de produits ou mé-langes de produits corrosifs ou susceptibles de générer des produits corrosifs, par mise en contact desdits produits a l'état dispersé. avec un fluide comburant a une température permettant l'incandescence du nuage de particules formé, ledit dispositif comprenant une chambre de combustion, une tête de dispersion de la phase a brûler dans ladite chambre et une plaque de liaison de ladite tête de dispersion avec la chambre de combustion, ledit dispositif étant caracté-risé en ce que la tête de dispersion comprend : A/ des mcyens d'arrivée axiale de la phase ~ brûler et des moyens d'in-troduction d'une fraction primaire de la phase comburante dans la chambre de combustion sous forme d'un écoulement puits-tourbillon, auquel est imparti une quantité de mou-vement suffisante pour provoquer/ par transfert de la quan-tité de mouvement, la dispersion de la phase a brûler, B/
des moyens d'introduction dans la chambre de combustion d'au m~s une fraction secondaire de la phase ccmburante et des moyens de déflection de ladite fraction secondaire vers la base de la zone de combustion, les moyens B étant dimensionnés et dis-posés de maniere a permettre aux fractions comburantes secon-daires de constituer le complément de la phase comburante nécessaire a la combustion et d'assurer a la fois la stabili-sation du nuage incandescent et le refroidissement des moyens de déflection mentionnés.sous B et de la plaque de liaison.
Selon une modalité préférentielle la tête de dis-persion du dispositif conforme à l'invention comprend a) une chambre de mise en rotation de la fraction primaire de la phase comburante, cette chambre comportant une entrée tan-gentielle conduisant la phase comburante dans un espace annulaire compris entre une enveloppe externe et une enve-loppe interne perforée ~ sa partie amont et se comportant :~ - 3 -~21~7~

comme une multitude d'entrées tangentielles, b) le dispo-sitif d'introduction du fluide contenant les produits a brûler, la zone de sortie de la chambre de rotation a) de la phase comburante et le dispositif b) étant dimensionnés et disposés de maniere a former un passage annulaire res-treint, c) un dispositif de déflection vers la base de la zone de combustion de la fraction secondaire de la phase comburante, ledit dispositif délimitant, autour de la zone de combustion, un passage.
Dans la realisation du dispositif conforme ~
l'invention, on recommande de dimensionner les différentes pieces concernées de maniere te le que le rapport du diametre externe au diametre intèrne du passage annulaire restreint soit compris entre 1,1 et 1,6 et de préférence entre 1,15 et 1,4 et que le rapport du diametre du passage laissé par le dispositif déflecteur au diametre mentionné ci-avant soit compris entre 1,5 et 5, et de préférence entre 2 et 4,5.
Il appartient a l'homme du métier de choisir les rapports précis, a l'intérieur des limites recommandées ci-dessus, en fonction notamment des débits choisis pour les différentes phases et de la nature desdites phases carbu-rantes et comburantes. Des valeurs de débit seront précisées plus loin.
L'invention concerne également un procédé de br~lage de produits divers et plus particulierement de pro-duits corrosifs ou susceptibles d'engendrer des produits ` corrosifs, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il est réalisé a l'aide du dispositif décrit ci-avant.
Plus précisément l'invention concerne un procédé
selon lequel on introduit une phase contenant les produits a brûler sous forme fluide selon l'axe d'un puits-tourbillon formé par une fraction prlmaire d'une phase comburante,sensi-blement jusque dans une zone de dépression dudit puits-tourbillon, la quantité de mouvement conférée au puits-tourbillon étant ~ ~i ~::

Y .

:f~
~' 1~177~t~

suffisante pour provoquer la dispersion de la phase ~ brûler en particules par transfert de la quantité de mouvement, on introduit ~séparement une fraction secondaire de la phase com-burante a un debit et selon une ou des directions permettant d'assurer simultanement le complement de la phase comburante nécessaire a la combustion, le refroidissement de la partie du dispositif entourant la zone de combustion et notamment de la plaque de déflection de la fraction secondaire vers la base de la zone de combustion et la stabilisation du nuage incandescent.
D'une maniere preferentielle, les produits a brûler sont introduits sous forme gazeuse et/ou liquide et/
ou pulvérulente de faible granulométrie, a une vitesse de l'ordre de 1 a 10 m/s. La vitesse de la fraction primaire de la phase comburante peut aller préferentiellement de 100 ~ 400 m/s. En fait, la relation phase comburante pri-maire/phase ~ brûler s'exprime preferentiellement en termes de transfert de quantité de mouvement. D'une maniere générale, le rapport de la quantité de mouvement de cette phase primaire, au niveau du puits-tourbillon a la quantité
de mouvement de la phase ~ brûler est d'au moins 100 et, de préference est compris entre 500 et 10.000.
Dans la mise en oeuvre du procede conforme a l'invention, la zone de combustion est, de preférence, en dépression, de l'ordre de 10 a 1500 Pa en dessous de la pression atmosphérique, la pression de la fraction primaire etant de 0,2 a 0,8.105 Pa et de préférence de 0,4 a 0,6.105 Pa supérieure a la pression mesurée dans la zone de combustion.
La fraction secondaire de la phase comburante peut être introduite dans la chambre de combustion par aspiration du fait de la depression regnant dans ladite chambre. On peut evidemment aider cette aspiration par la mise en oeuvre de moyens permettant d'envoyer la phase comburante sous .~

77g~

pression. Cette fraction secondaire peut être introduite sous forme d'un seul flux, rabattu vers la zone de combus-tion au moyen de la plaque de déflection mentionnée précédem-ment ou sous forme de deux flux circulant de part et d'autre de ladite plaque de déflection.
Le rapport du débit de fraction secondaire au dé-bit de la fraction primaire est avantageusement compris en-tre 0,1 et 10.
Suivant une variante du procédé et en fonction notamment de la nature des produits a bruler, on peut appor-ter un carburant d'appoint sous forme fluide. Il est avan-tageux d'utiliser le flux tourbillonnaire pour assurer la dispersion de ce fluide. Dans ce but il sufit d'introduire ce fluide dans le dispositif coaxialement au produit a brûler. Ce combustible d'appoint peut, par exemple, être constitué par du gaz propane.
Selon une autre variante, on peut effectuer un appoint de phase comburante tertiaire par arrivée coaxiale.
Le rôle essentiel de cette phase d'appoint est de modifier la configuration du nuage de particules. D'une maniere gé-nérale, ce comburant d'appoint peut etre introduit sous une pression comprise entre 10 et 105 Pa.
D'une maniere générale, le comburant est constitué
par l'oxygene de l'air et les indications qui précedent rela-tives aux différentes fractions de la phase comburante sont basées sur la combustion par l'air. Il va sans dire que l'une ou l'autre, ou la totalité des fractions de la phase comburante, pourrait consister en oxygene ou, plus générale-ment, en un fluide comburant autre que l'air.
Dans les figures jointes, on donne a titre purement illustratif des exemples de réalisation préférentielle du dispositif conforme a l'invention.
La figure 1 représente le dispositif dans son ensemble dans une des positions verticales.

' 77~6 La figure 2 représente le détail du dispositif d'arrivée axiale de la phase a bruler et des phases annexes éventuelles.
La figure 3 représente le détail du dispositif générateur du puits~tourbillon.
Les figures 4 et 5 représentent deux variantes de réalisation de la pla~ue de liaison de la tete de dispersion avec la chambre de combustion.
Les figures 6 et 7 représentent deux variantes de l'ensemble tete de dispersion / plaque de liaison / base de la chambre de combustion.
La figure 1 représente les éléments essentiels du dispositif conforme a l'invention.
Ce dispositif comporte la tête de dispersion 1, la plaque support ou plaque de liaison 2, la chambre de combustion 7, les différents moyens d'arrivée des fluides

3, 4, 5, les mcyens de déflection d'une fraction de la phase comburante 6. Sur cette figure on a représenté en outre le conduit de sortie des gaz 30 et un joint d'explo-sion 29.
La figure 2 représente un détail de l'arrivéeaxiale 3. Elle comporte:
- un guide 9 - un tube 12 d'amenée du fluide contenant les produits a bruler.
Sur cette figure on a représenté également les arrivées coaxiales annexes, a savoir les tubes lO, ll et 12 qui ~ermettent, par les espaces annulaires 13 et 14, d'introduire les carburantset/ou comburants d'appoint. La modification de la géométrie du tube 10 permet de modifier également la configuration du nuage de combustion et de remplir une fonction de réglage.
La figure 3 illustre plus particulierement la formation de l'écoulement puits-tourbillon grace a une entrée 7~6 tangentielle 15 qui conduit la phase comburante dans un espace annulaire compris entre les enveloppes externe 16 et interne 17; cette enveloppe 17 est perforée a sa partie amont ce qui lui permet de se comporter comme une multitute d'entrées tangentielles. Elle est prolongée par un embout 18 sur cette figure 3. Cette disposition permet de maniere simple d'assurer la symétrie de l'écoulement tourbillon.
- Selon la forme de réalisation illustrée figure 4, la plaque de liaison 19 porte des viroles 20 et un déflec-teur 24. Elle présente des orifices d'admission 21 pourune fraction secondaire de la phase comburante et des moyens de fixation 22 réglables en marche par rapport a la sole 25 de la chambre de combustion. Entre la sole 25 et la plaque 19 est ménagé un espace annulaire de fuite 23 qui permet l'introduction d'une deuxieme part~e de la fraction secondaire de la phase comburante.
Le dispositif selon la figure 5 correspond a un ensemble dans lequel le c8ne 18 et les viroles 20 (selon figure 3) ont été supprimées. Par contre on a disposé sur la plaque a l'extrémité du panier perforé 17 (selon figure 3) un diaphragme.
Comme dit précédemment les figures 6 et 7 corres-pondent a deux formes de réalisation du dispositif selon les assemblages autour de la plaque support explicités respectivement aux figures 4 et 5.
Le disposltif conformé a l'invention permet d'assurer la combustion de résidus corrosifs, notamment de résidus chlorés dans des conditions remarquables. On observe en effet une combustion complete évitant en particulier les dépôts de carbone alors que la température de la plaque de liaison t8te de dispersion/chambre de combustion n'excede pas 50-60.
Les exemples qui suivent, donnés a titre purement indicatif, illustrent le procédé conforme a l'invention.

~Z~7~

EXEMPLE l:
Liinstallation complete se compose:
- d'un ensemble brûleur figures 2, 3, 4, et 6;
dans ce dispositif:
le rapport 27 figure 6 est de 1,18 et le rapport 28 figure 7 est de 4,10 - d'une chambre de combustion figure l, - d'un dispositif de trempe - d'un train de 3 absorbeurs ( non représentés type Venturi et ( sur les figures d'une tour de neutralisation LadépressiOn est créée dans la chambre de combus-tion grâce a trois Venturi en serie.
Cette installation est utilisee pour la combus-tion de residus renfermant 15~ en poids de residus de poly-chlorobiphenyles (PCB) constitues par un melange de 60~ (poids) d'hexachlorobiphenyle et de 40% de trichlorobenzene (formule brute C2H0 8Cl) Ces résidus sont amenés dans le bruleur par le . tube central 12 de l'injecteur a un débit de 800 kg/h. La temperature de la chambre de combustion est maintenue a 1200C. La depression dans cette meme chambre est de l'ordre de lO00 Pa. Par l'espace annulaire 27 on realise la pulveri-sation par un ecoulement puits-tourbillon au moyen d'un air primaire (arrivee tangentielle 15) d'un d~bit de 1500 N m3/h sous 0,5.105 Pa.
: La depression creee dans la chambre de combustion grace au train de 3 Venturi en serie permet l'admission de : l'air secondaire nécessaire a la combustion. Cet air est divisé en deux flux:
:; - Un premier flux d'un debit de 1.500 N m3/h : aspiré a travers les ouverture 21 de la plaque de fond 19 :::

;lZ~77~6 et guidé à la base de la combustion par le cône déflecteur 24. Cet air refroidit l'intérieur du cône déflecteur 24.
- Un second flux d'un debit de 1.500 N m3/h est aspiré par l'espace annulaire de fuite 23 en complément de la combustion. Cet air refroidit également l'ensemble du brûleur et l'extérieur du cône déflecteur 24.
Une ambiance incandescente stable de couleur jaune-orangée clair s'établit a la température de 1200C.
En recyclant l t/h de solution chlorhydrique a 30~ d'HCl dans la chambre de combustion, les fumées ont la composition suivante (pourcentages pondéraux):
2 ----..................... .3,5 2 ------................... 57,1 %
C2 ~ ...................... 19,4 C12 ........................ .0,004%
HCl......................... .8 H20......................... 12,0 A partir de ces fumées on obtient une solution chlorhydrique titrant 30~ d'~Cl, parfaitement limpide, les fumées rejetées a l'atmosphere ne contenant aucune trace décelable de carbone ou de chlore libre. Les analyses ef-fectuées tant sur la solution HCl qué dans les effluents gazeux montrent que la teneur en PCB est inférieure a 1 ppm par tonne de résidus incinérés; le polychlorodibenzofurane et le polychlorodibenzodioxine (limite de détection 10 8 g/ml) ne sont pas non plus détectés.
EXEMPLE 2:
Dans une installation en tous points semblables a celle de l'exemple précédent a l'exception des rapports 227 = 1,22 et 28 = 4 on se propose de detruire un effluent liquide en provenance d'un atelier de tetrachlorure de carbone et perchlorethylene et dont la formule brute globale est : C2 Ho 127 C12 294 , ~;~177~ -La composition de cet effluent est (pourcentages ponderaux):
- Hexachlorobutadiene ................. 50 %
- Hexachlorobenzene.................... 31,8%
- Tétrachlorobenzène................... 10 %
- Pentachlorobenzene .................. 7,2~
- Hexachloréthane ...................... 1 %
Ce résidu est un liquide tres visqueux dont le point de cristallisation est supérieur a 160C.
Ce résidu dont le débit est de 100 ~g/h est amené
au brûleur par le tube central 12 tandis que 10 kg/h de fuel lourd sont alimentés par le tube concentrique 11 de façon a apporter suffisamment de calories et a maintenir la température de la chambre de combustion a 1200C.
La dépression dans cette chambre est maintenue a environ 1000 Pa.
On introduit 250 Nm3/h d'air de pulvérisation sous 0,5.105 Pa par l'espace annulaire 27 .

On injecte 10 Nm /h d'air tertiaire par l'espace annulaire 14 compris entre les tubes 10 et 11.
Un premier flux d'air secondaire aspiré a travers les trous 21 de la plaque de fond l9 a un débit de 160 Nm3/h.
Un deuxieme flux d'air secondaire aspiré a travers l'espace annulaire de fuite 23 a un débit de 100 Nm3/h.
Compte tenu de certains rec~clages internes a l'unité - comme dans l'exemple 1 - la composition des fumées au sortir de la chambre de combustion est la suivante ~pourcentages pondéraux):
2 ---........................ 3,7%
N2 -------------............. 57,0%
CO ........................... 20,3%

2 -----------.-............. 0,4%
HCl .......................... 14,5%
H2O ........................... 4,2%

.

~Z~77~ `

Apres traitement de ces fumees comme dans l'exemple precedent on obtient une solution chlorhydrique limpide titrant 30% en poids d'~Cl.

. :

, ;

Claims

Les réalisations de l'invention, au sujet des-quelles un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué, sont définies comme il suit:

1. Dispositif utilisable notamment pour la com-bustion de produits ou mélanges de produits corrosifs ou susceptibles de générer des produits corrosifs, par mise en contact desdits produits à l'état dispersé avec un fluide comburant à une température permettant l'incandescence du nuage de particules formé, ledit dispositif comprenant une chambre de combustion, une tête de dispersion de la phase à brûler dans ladite chambre et une plaque de liaison de la-dite tête de dispersion avec la chambre de combustion, ledit dispositif étant caractérisé en ce que la tête de dispersion comprend:
A/ des moyens d'arrivée axiale de la phase à brûler et des moyens d'introduction d'une fraction primaire de la phase comburante dans la chambre de combustion sous forme d'un écoulement puits-tourbillon, auquel est imparti une quantité de mouvement suffisante pour provoquer par transfert de la quantité de mouvement la dispersion de la phase à
brûler, B/ des moyens d'introduction dans la chambre de combustion d'au moins une fraction secondaire de la phase comburante et des moyens de déflection de ladite fraction secondaire vers la base de la zone de combustion, les moyens B étant dimensionnés et disposés de manière à permettre aux fractions comburantes secondaires de constituer le com-plément de la phase comburante nécessaire à la combustion et d'assurer à la fois la stabilisation du nuage incandescent et le refroidissement des moyens de déflection mentionnés sous B et de la plaque de liaison.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé
en ce que la tête de dispersion comprend:
a) une chambre de mise en rotation de la fraction primaire de la phase comburante, ladite chambre comportant une entrée tangentielle conduisant la phase comburante dans un espace annulaire compris entre une enveloppe externe et une enveloppe interne perforée à sa partie amont et se comportant comme une multitude d'entrées tangentielles, b) le dispositif d'introduction du fluide contenant les produits à brûler, la zone de sortie de la chambre a) et le dispositif b) étant dimensionnés et disposés de manière à
former un passage annulaire restreint, c) des moyens d'introduction de la fraction secon-daire de la phase comburante et un dispositif de déflection vers la base de la zone de combustion de ladite fraction secondaire, ledit dispositif délimitant, autour de la zone de combustion, un passage.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé
en ce que le rapport du diamètre externe au diamètre interne du passage annulaire restreint est compris entre 1,1 et 1,6 et le rapport du passage au diamètre externe est compris entre 1,5 et 5.

4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé
en ce que le rapport du diamètre externe au diamètre interne est compris entre 1,15 et 1,4.

5. Dispositif selon les revendications 2, 3 et 4, caractérisé en ce que le rapport du diamètre externe au dia-mètre interne du passage est compris entre 2 et 4,5.

6. Procédé de brûlage de produits ou mélanges de produits corrosifs ou susceptibles de générer des produits corrosifs, caractérisé en ce que:
- on introduit une phase contenant les produits à brûler,sous forme fluide, selon l'axe d'un puits-tourbillon formé par une fraction primaire d'une phase comburante, sensiblement jusque dans une zone de dépression dudit puits-tourbillon, la quantité de mouvement conférée au puits-tourbillon étant suffisante pour provoquer la dispersion de la phase à brûler en particules par transfert de la quantité
de mouvement, - on introduit séparément une fraction secondaire de la phase comburante à un débit et selon une ou des directions permettant d'assurer simultanément le complément de la phase comburante nécessaire à la combustion, le refroidissement de la partie du dispositif entourant la zone de combustion et notamment de la plaque de déflection de la fraction secondaire vers la base de la zone de combustion et la stabilisation du nuage incandescent.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé
en ce que la vitesse d'introduction de la phase à brûler est comprise entre 1 et 10 m/s, la vitesse d'introduction de la fraction primaire de la phase comburante étant comprise entre 100 et 400 m/s.

8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé
en ce que le rapport de la quantité de mouvement de la frac-tion primaire de la phase comburante, au niveau du puits-tourbillon à la quantité de mouvement de la phase à brûler est d'au moins 100 et, de préférence, est compris entre 500 et 10.000.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé
en ce que la zone de combustion est en dépression de l'ordre de 10 et 1500 Pa au-dessous de la pression atmosphérique, et en ce que la pression de la fraction primaire de la phase comburante est de 0,2 à 0,8.105 Pa supérieure à la pression mesurée dans la zone de combustion.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé
en ce que le rapport du débit de la fraction secondaire de la phase comburante au débit de la fraction primaire de ladite phase est compris entre 0,1 et 10.