EP0480784A2 - Procédés de traitements thermiques en lit fluidisé et application au décapage de pièces métalliques - Google Patents

Procédés de traitements thermiques en lit fluidisé et application au décapage de pièces métalliques Download PDF

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EP0480784A2
EP0480784A2 EP91402437A EP91402437A EP0480784A2 EP 0480784 A2 EP0480784 A2 EP 0480784A2 EP 91402437 A EP91402437 A EP 91402437A EP 91402437 A EP91402437 A EP 91402437A EP 0480784 A2 EP0480784 A2 EP 0480784A2
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EP
European Patent Office
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post
fluidized bed
combustion
gaseous effluents
heat exchanger
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EP0480784B1 (fr
EP0480784A3 (en
Inventor
Hervé Yves Hellio
Guy Jacq
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Electricite de France SA
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Electricite de France SA
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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
    • C23G5/00—Cleaning or de-greasing metallic material by other methods; Apparatus for cleaning or de-greasing metallic material with organic solvents

Definitions

  • the field of the invention is that of heat treatments in a fluidized and heated bed.
  • the invention is particularly applicable to the pickling of metal parts at high temperature, releasing gaseous effluents charged with volatile organic compounds, which it is generally necessary to destroy before discharging into the atmosphere.
  • the invention also relates to an installation using this method.
  • the actual cleaning element of the furnace consists of a fluidized hot bath of powdered alumina, into which the metal parts to be cleaned are immersed.
  • the alumina transmits to the parts the heat generated by the heating means, the high temperature and the oxygen in the air oxidize the deposits then evacuated in gaseous form.
  • the residual gases from this operation are either evacuated directly or led into a post-combustion oven, which avoids any pollution of the outside ambient air. Indeed, the current regulations impose significant reductions in emissions of polluting volatile organic compounds. To this end, the residual gases or gaseous effluents are incinerated at high temperature by post-combustion. The energy required for this treatment is partly obtained from the product itself, the additional energy being gas or electricity.
  • the post-combustion chamber is placed in the fluidized bed to transmit part of the energy from the post-combustion of the gaseous effluents to the fluidized bed.
  • this post-combustion is obtained by passing the gaseous effluents over electrical resistances placed in the post-combustion enclosure.
  • the hot gases from post-combustion are used to preheat the gaseous effluents to be incinerated by means of a high heat exchanger. temperature, and to preheat the fluidizing air of the fluidized bed using a low temperature heat exchanger.
  • the high temperature heat exchanger can be located in the fluidized bed, at the entry and exit of the post-combustion chamber.
  • the post-combustion can be regulated in different ways. One is to adjust the fluidization rate of the fluidized bed. A second consists in regulating the electric power brought into play in the post-combustion chamber.
  • a second main object of the invention is an installation for implementing the process which has just been summarized and which comprises a muffle inside which the fluidized bed is located and means for supporting the parts to be stripped.
  • the installation can be completed with a second low temperature heat exchanger, connected on the one hand to an outlet of the first high temperature heat exchanger, to recover part of the calories from post-combustion and connected on the other hand , at a fluidizing air inlet and at an inlet of the fluidized bed to preheat the fluidizing air.
  • thermal treatment methods and installations using a fluidized bed have means for heating this fluidized bed.
  • These heating means are often substantial and require a significant supply of energy to deliver the quantity of heat necessary for heating the fluidized bed to its operating temperature. This can be the case in the printing industry and for metallic degreasing.
  • a second object of the invention is to allow the implementation of these methods by reducing as much as possible the dimensions and the size of the heating means of the fluidized bed, and by reducing, as previously, the input energy necessary for the operation of facilities.
  • a third object of the invention is a heat treatment process in a heated fluidized bed, using a gas at a first determined temperature, releasing said transformed gas by its passage through the fluidized bed at a second determined temperature above the first temperature determined.
  • the gas released at the second temperature is reused to transmit part of its heat energy to the fluidized bed, via a heat exchanger placed inside the fluidized bed.
  • An application of the latter method is provided for the destruction of volatile organic compounds, the gas being charged at the entry of volatile organic compounds, the fluidized bed being a catalyst or containing active products for purifying the volatile organic compounds by adsorption, gas being air at the outlet of the fluidized bed.
  • a purification of the gases discharged to the atmosphere can be carried out by adapting the PH of the fluidized bed.
  • the installation according to the invention shown in FIG. 1, is an installation for the thermal pickling of metal parts covered with organic products.
  • This use of the method according to the invention for thermal pickling is an embodiment of the invention.
  • the latter can also be used for outright destruction of volatile organic compounds in the printing industry and for metallic degreasing.
  • the general principle of the invention will be described with reference to this figure 1.
  • the heat treatment operation is carried out on the left of this FIG. 1, inside a refractory enclosure, marked 2 and called a muffle.
  • the parts to be treated are placed inside thereof by means of a basket 4 which can be suspended from the cover 5 of the muffle 2.
  • This basket is immersed in a fluidized bed 10 occupying most of the interior of the muffle 2.
  • the fluid state of the fluidized bed 10 is maintained by means of a gas stream, the inlet 6 of which is at the bottom of the muffle 2 and the outlet of which is located in the top of the muffle 2, in this case on the cover 5.
  • Pickling is obtained by the fact that the fluidized bed 10 is heated. Indeed, the gases, and more precisely the air, arrive at the inlet 6, heated to a first determined temperature T1. By an upward movement, they then pass through the fluidized bed 10 and thereby all the parts contained in the basket 4.
  • the muffle 2 comprising heating means, in this case electrical resistors 12 placed at the inside of it, the gases from inlet 6 heat up. They thus convey through the fluidized bed 10 the calories provided by the heating means 12 and partially transmit these calories to the parts held in the basket 4. The rise in temperature causes these parts to have a physicochemical reaction promoting their pickling.
  • the gases having passed through the fluidized bed 10 and the parts escape from the muffle 2 through the outlet 8 at a second determined temperature T2 higher than the first temperature T1.
  • the gas to be blown at the inlet 6 is preferably air, in the case of thermal pickling. At the outlet 8, the gas, having contributed to the pickling of the parts, carries gaseous effluents, that is to say volatile
  • the thermal energy is supplied to the fluidized bed 10 by the heating means, in this case electrical resistors.
  • the gas released at the outlet 8 is reused to transmit part of its heat energy to the fluidized bed 10.
  • a heat exchanger 14 is used. This receives the gaseous effluents at a third temperature T3, coming from exit 8 via a first pipe 16 of the gaseous effluents. It is placed inside the muffle 2 to restore part of its heat energy to the fluidized bed 10.
  • the gaseous effluents therefore enter this high temperature heat exchanger at a third determined temperature T3, slightly lower than the second temperature T2, following the slight heat losses due to the transport of the gaseous effluents by the first pipe 16 of the gaseous effluents. In the case of FIG. 1, this restitution is done indirectly.
  • FIG. 1 represents the application of the method according to the invention to a thermal pickling installation.
  • the regulations in force impose the incineration of volatile organic compounds. Consequently, a treatment of these volatile organic compounds is used by post-combustion.
  • This operation consists of reheat these gaseous effluents to a high temperature.
  • electrical resistors it is possible to use electrical resistors.
  • a post-combustion chamber 20 receives the gaseous effluents from the outlet 8 to subject them, by means of high temperature electrical resistors 18, to high temperature heating T5 of the order 800 ° C. Gaseous effluents are usually discharged to the atmosphere.
  • a characteristic of the invention therefore consists in placing the post-combustion chamber 20, and / or the high-temperature heat exchanger 14, inside the fluidized bed 10. Therefore, it is possible to use the heat energy of the gaseous effluents, heated to the fifth temperature T5, to partially heat the fluidized bed 10.
  • the post-combustion chamber has a thermal envelope 22 surrounding it, and possibly the high heat exchanger temperature 14, except at the end of the gaseous effluent path inside it and in the second chamber of the high temperature heat exchanger 14, so as to promote a heat exchange between the interior of the post-combustion chamber 20 and the fluidized bed 10.
  • the large temperature difference between the post-combustion temperature T5 and the temperature T3 at the outlet of the first pipe 16 of the gaseous effluents is significant; it is for this reason that the high temperature heat exchanger 14 is used to preheat the gaseous effluents using the same effluents which have undergone post-combustion.
  • the heat exchanger alone and directly ensures the return to the fluidized bed of part of the energy of the gases from the outlet 8 These having entered at temperature T3 therefore come out at a temperature T4 lower than temperature T3.
  • the high temperature heat exchanger 14 and the post-combustion chamber 20 have been shown juxtaposed.
  • Figure 2 details further an assembly grouping these two devices.
  • the temperature T6 at the outlet of the muffle 2 can be of the order of 300 ° C. It is therefore understood that a large part of the heat energy supplied to the gaseous effluents during the post-combustion is returned to the fluidized bed 10. This restitution takes place directly by a part of the post-combustion chamber 20 free of l 'thermal envelope 22 and indirectly via the high temperature heat exchanger 14 which recovers part of the post-combustion heat energy to preheat the gaseous effluents before this same post-combustion.
  • the high-temperature heat exchanger 14 can be omitted .
  • the gases are circulated in the fluidized bed 10 using, upstream of the inlet 6, a booster 26 and an exhaust 28 placed downstream of the second gaseous effluent pipe 24, at the outlet of the muffle 2.
  • the outlet temperature T6 of the muffle 2, in the case of thermal pickling can be of the order of 300 °. It is then possible to use a second heat exchanger 30, operating at low temperature, to preheat the air, or generally the gas used to feed the fluidized bed 10. In fact, the ambient air used for thermal pickling is collected at a temperature of the order of 20 ° C. It may possibly undergo a slight rise in temperature in the booster 26 to reach a temperature of 50 ° C. It is then possible to recover part of the heat energy from the gaseous effluents flowing in their second pipe 24 at a temperature slightly below T3 (300 ° C) to preheat this air intended for fluidization. This air can thus be heated to a seventh temperature T7 which can reach 200 ° C.
  • the treated gaseous effluents can drop to an eighth temperature T8 of the order of 150 ° C.
  • a regulation of the circulating gases is necessary in order to obtain a thermal operating equilibrium between the pickling role filled by the fluidized bed 10 and the post-combustion of the gaseous effluents.
  • the regulation of such an installation can be done by acting on the flow rate of the fluidizing gas by acting on the booster 26 and the enhancer 28.
  • a return valve 32 can be connected upstream of the booster 26 and downstream of the enhancer 28 to reinject part of the treated effluents into the fluidized bed.
  • the purification of gases discharged to the atmosphere can also be modified by adapting the pH, that is to say the hydrogen potential, of the fluidized bed 10.
  • the high temperature heat exchanger 14 and the post-combustion chamber 20 are combined in a single assembly or device which is placed in the middle of the fluidized bed 10.
  • the gaseous effluents are introduced into this device by means of the first pipe 16 which is preferably covered with a heat-insulating sheath 36. They enter an inlet chamber 38 of the high-temperature heat exchanger 14. By means of a partition 42, they receive part of the heat energy supplied to them by post-combustion. Their progress continues in a post-combustion chamber 44 where a sufficient number of electrical resistors 18 is placed to bring them to the post-combustion temperature T5 which is of the order of 800 ° C.
  • the effluents continue their journey towards a temperature maintenance chamber 46 where they stay for at least one second.
  • This maintenance at temperature T5 has the function of ensuring the complete post-combustion of the gaseous effluents.
  • the outlet chamber 40 of the high temperature heat exchanger 14 succeeds this holding chamber 46. It is located opposite the inlet chamber 38 of this exchanger, on the other side of the wall 42.
  • the difference between inlet temperatures T3 (300 ° C) and outlet T5 (800 ° C) being of the order of several hundred degrees, a significant heat exchange takes place through the partition 42.
  • a heat-insulating enclosure 22 is placed around the post-combustion enclosure 20 and around the high temperature heat exchanger 14, so that the energy provided by the electrical resistors 18 is entirely used for the post-combustion of gaseous effluents.
  • the latter are discharged to the low temperature exchanger, not shown in this figure, by means of the second gaseous effluent pipe 24, also surrounded by a heat-insulating sheath 36.
  • the effluents are then dropped to the temperature T6 which is l 'around 300 ° C.
  • FIG. 3 partially describes the installation according to the invention in a version intended for the outright destruction of volatile organic compounds.
  • a muffle 2 containing a fluidized bed 50.
  • the gas entering at an inlet temperature T9 into the fluidized bed through the inlet 56 consists of the volatile organic compounds to be treated. These therefore cross the bed fluidized 50 which is heated by means of electrical resistors 62.
  • the fluidized bed 50 comprises active products, such as active carbon to fix certain elements contained in volatile organic compounds, such as chlorine.
  • the volatile compounds thus treated escape from the muffle 2 via the outlet 58 communicating with a pipe 54 surrounded by a heat-insulating sheath 60.
  • the effluents thus treated have therefore acquired an outlet temperature T10 higher than the inlet temperature T9.
  • these heated effluents are reinjected through the inlet 52 into the fluidized bed 50 by means of the pipe 54.
  • the latter supplemented by, or acting as a heat exchanger , no longer has a heat-insulating sheath.
  • its walls have good qualities of heat exchange with the fluidized bed 50. Part of the heat energy thus communicated to the organic compounds treated is therefore reused for maintaining the temperature of the fluidized bed 50.
  • This type of installation can be used in printing or as part of metallic degreasing.
  • the effluents thus treated are mainly composed of air and carbon dioxide.
  • the temperature of the fluidized bed does not exceed 400 ° C.
  • the high temperature heat exchanger can be of the ceramic type.
  • the low temperature heat exchanger can be of the tubular or plate type.

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Abstract

L'invention permet de réutiliser une partie de l'énergie calorifique accumulée par les effluents gazeux à la sortie d'un lit fluidisé (10) pour réchauffer le lit fluidisé.
Dans le cadre de son application au décapage thermique de pièces métalliques, l'installation selon l'invention comprend une enceinte de post-combustion (20) des effluents gazeux issus du lit fluidisé (10), placée à l'intérieur de ce même lit fluidisé. Cette enceinte de post-combustion (20) peut être associée à un échangeur de chaleur haute température (14) permettant le préchauffage des effluents avant leur post-combustion. De cette manière, une grande partie de l'énergie de la post-combustion est réutilisée pour réchauffer directement ou indirectement le lit fluidisé (10).

Description

  • Le domaine de l'invention est celui des traitements thermiques en lit fluidisé et chauffé. L'invention s'applique particulièrement au décapage des pièces métalliques à haute température, dégageant des effluents gazeux chargés de composés organiques volatils, qu'il est généralement nécessaire de détruire avant de rejeter à l'atmosphère. L'invention concerne également une installation utilisant ce procédé.
  • Pour le décapage de pièces métalliques sur lesquelles se trouvent divers produits organiques, plusieurs procédés sont actuellement employés. On utilise le décapage chimique, le jet d'eau sous haute pression, la cryogénie et le brûlage à la flamme. On utilise également le décapage thermique, et en particulier un nettoyage en lit fluidisé. En effet, ce dernier procédé résout beaucoup de problèmes, tant sur le plan du rendement que sur celui de la manipulation. Dans un tel procédé, l'élément de nettoyage proprement dit du four est constitué par un bain chaud fluidisé d'alumine en poudre, dans lequel sont plongées les pièces métalliques à nettoyer. L'alumine transmet aux pièces la chaleur engendrée par le moyen de chauffage, la température élevée et l'oxygène de l'air oxydent les dépôts évacués ensuite sous forme gazeuse.
  • Les gaz résiduels de cette opération sont, soit évacués directement, soit conduits dans un four de post-combustion, ce qui évite toute pollution de l'air ambiant extérieur. En effet, les règlementations actuelles imposent d'importantes réductions quant aux émissions de composés organiques volatils polluants. A cet effet, les gaz résiduels ou effluents gazeux sont incinérés à haute température par une post-combustion. L'énergie nécessaire à ce traitement est en partie obtenue à partir du produit lui-même, l'énergie d'appoint étant du gaz ou de l'électricité.
  • Dans ce type d'installations thermiques, on cherche constamment à améliorer le rendement et à minimiser l'énergie d'apport nécessaire au fonctionnement de ces installations, ce qui est le but de la présente invention.
  • A cet effet, un premier objet principal de l'invention est un procédé de décapage thermique de produits organiques sur des pièces métalliques et de traitement des effluents par post-combustion électrique. Le procédé consiste à :
    • gazéifier les produits organiques à basse température en lit fluidisé ; et
    • incinérer les effluents gazeux par post-combustion à haute température dans une enceinte.
  • Selon l'invention, l'enceinte de post-combustion est placée dans le lit fluidisé pour transmettre une partie de l'énergie de la post-combustion des effluents gazeux au lit fluidisé.
  • De préférence, cette post-combustion est obtenue par passage des effluents gazeux sur des résistances électriques placées dans l'enceinte de post-combustion.
  • Dans la plupart des réalisations prévues, les gaz chauds, issus de la post-combustion, sont utilisés pour préchauffer les effluents gazeux à incinérer au moyen d'un échangeur thermique à haute température, et pour préchauffer l'air de fluidisation du lit fluidisé à l'aide d'un échangeur thermique à basse température.
  • L'échangeur thermique à haute température peut se trouver dans le lit fluidisé, à l'entrée et à la sortie de l'enceinte de post-combustion.
  • Dans les réalisations à envisager, la post-combustion peut être régulée de différentes manières. Une première consiste à régler le débit de fluidisation du lit fluidisé. Une deuxième consiste à régler la puissance électrique mise en jeu dans l'enceinte de post-combustion.
  • Un deuxième objet principal de l'invention est une installation pour la mise en oeuvre du procédé qui vient d'être résumé et qui comprend un moufle à l'intérieur duquel se trouve le lit fluidisé et des moyens supports des pièces à décaper.
  • Selon l'invention, il comprend :
    • un premier échangeur thermique à haute température, connecté d'une part à une sortie du lit fluidisé et à une entrée de l'enceinte de post-combustion, pour recevoir et chauffer les effluents gazeux à incinérer, et connecté d'autre part à une sortie de l'enceinte de post-combustion pour récupérer une partie des calories issues de la post-combustion.
  • L'installation peut se compléter d'un deuxième échangeur thermique à basse température, connecté d'une part à une sortie du premier échangeur thermique à haute température, pour récupérer une partie des calories issues de la post-combustion et connecté d'autre part, à une arrivée d'air de fluidisation et à une entrée du lit fluidisé pour préchauffer l'air de fluidisation.
  • D'autres procédés et installations de traitements thermiques, utilisant un lit fluidisé, possèdent des moyens de chauffage de ce lit fluidisé. Ces moyens de chauffage sont souvent conséquents et nécessitent un apport d'énergie important pour délivrer la quantité de chaleur nécessaire au chauffage du lit fluidisé à sa température de fonctionnement. Ceci peut être le cas dans le domaine de l'imprimerie et pour le dégraissage métallique.
  • Un deuxième but de l'invention est de permettre la mise en oeuvre de ces procédés en réduisant au maximum les dimensions et l'importance des moyens de chauffage du lit fluidisé, et en réduisant, comme précédemment, l'énergie d'apport nécessaire au fonctionnement des installations.
  • A cet effet, un troisième objet de l'invention est un procédé de traitement thermique en lit fluidisé chauffé, utilisant un gaz à une première température déterminée, dégageant ledit gaz transformé par son passage dans le lit fluidisé à une deuxième température déterminée supérieure à la première température déterminée.
  • Selon l'invention, le gaz dégagé à la deuxième température est réutilisé pour transmettre une partie de son énergie calorifique au lit fluidisé, par l'intermédiaire d'un échangeur thermique placé à l'intérieur du lit fluidisé.
  • Une application de ce dernier procédé est prévue pour la destruction des composés organiques volatils, le gaz étant chargé à l'entrée de composés organiques volatils, le lit fluidisé étant un catalyseur ou contenant des produits actifs pour épurer les composés organiques volatils par adsorption, le gaz étant de l'air à la sortie du lit fluidisé.
  • Des caractéristiques techniques secondaires peuvent venir se greffer sur les procédés selon l'invention. Notamment, une épuration des gaz rejetés à l'atmosphère peut être effectuée par adaptation du PH du lit fluidisé.
  • Cette invention et ses différentes caractéristiques seront mieux comprises à la lecture de la description, donnée à titre explicatif et non limitatif. Elle est annexée des figures suivantes, représentant respectivement :
    • figure 1, une vue schématique de l'installation pour la mise en oeuvre d'un premier procédé selon l'invention ;
    • figure 2, un schéma de l'ensemble réunissant l'enceinte de post-combustion et l'échangeur thermique haute température, utilisé dans l'installation selon l'invention décrite par la figure 1 ; et
    • figure 3, un schéma d'un moufle utilisé pour un deuxième procédé selon l'invention.
  • L'installation selon l'invention, représentée sur la figure 1, est une installation pour le décapage thermique de pièces métalliques recouvertes de produits organiques. Cette utilisation du procédé selon l'invention pour le décapage thermique est un exemple de réalisation de l'invention. Cette dernière peut également être utilisée pour la destruction pure et simple des composés organiques volatils dans les domaines de l'imprimerie et pour le dégraissage métallique. Néanmoins, le principe général de l'invention sera décrit en se référant à cette figure 1.
  • L'opération de traitement thermique, et plus précisément celle du décapage des pièces métalliques, s'effectue sur la gauche de cette figure 1, à l'intérieur d'une enceinte réfractaire, repérée 2 et appelée moufle. Les pièces à traiter sont placées à l'intérieur de celui-ci au moyen d'un panier 4 qui peut être suspendu au couvercle 5 du moufle 2. Ce panier est plongé dans un lit fluidisé 10 occupant la majeure partie de l'intérieur du moufle 2. L'état fluide du lit fluidisé 10 est entretenu au moyen d'un courant de gaz dont l'entrée 6 se trouve à la partie inférieure du moufle 2 et dont la sortie 8 se trouve dans la partie supérieure du moufle 2, en l'occurrence sur le couvercle 5.
  • Le décapage est obtenu par le fait que le lit fluidisé 10 est chauffé. En effet, les gaz, et plus précisément l'air, arrivent à l'entrée 6, chauffés à une première température déterminée T1. Par un mouvement ascendant, ils traversent ensuite le lit fluidisé 10 et par là-même, l'ensemble des pièces contenues dans le panier 4. Le moufle 2 comprenant des moyens de chauffage, en l'occurrence des résistances électriques 12 placées à l'intérieur de celui-ci, les gaz issus de l'entrée 6 se réchauffent. Ils véhiculent ainsi à travers le lit fluidisé 10 les calories apportées par les moyens de chauffage 12 et transmettent partiellement ces calories aux pièces maintenues dans le panier 4. L'élévation de température provoque sur ces pièces une réaction physico-chimique favorisant leur décapage. Les gaz ayant traversé le lit fluidisé 10 et les pièces s'échappent du moufle 2 par la sortie 8 à une deuxième température déterminée T2 supérieure à la première température T1. Le gaz à souffler à l'entrée 6 est de préférence de l'air, dans le cas du décapage thermique. A la sortie 8, le gaz, ayant contribué au décapage des pièces, est porteur d'effluents gazeux, c'est-à-dire des produits organiques volatils.
  • Dans les systèmes de l'art antérieur, toute l'énergie thermique est apportée au lit fluidisé 10 par les moyens de chauffage, en l'occurrence des résistances électriques. Selon l'invention, le gaz dégagé à la sortie 8 est réutilisé pour transmettre une partie de son énergie calorifique au lit fluidisé 10. A cet effet, on utilise un échangeur de chaleur 14. Celui-ci reçoit les effluents gazeux à une troisième température T3, venant de la sortie 8 par l'intermédiaire d'une première canalisation 16 des effluents gazeux. Il est placé à l'intérieur du moufle 2 pour restituer une partie de son énergie calorifique au lit fluidisé 10. Les effluents gazeux rentrent donc dans cet échangeur de chaleur haute température à une troisième température déterminée T3, légèrement inférieure à la deuxième température T2, suite aux légères pertes calorifiques dues au transport des effluents gazeux par la première canalisation 16 des effluents gazeux. Dans le cas de la figure 1, cette restitution se fait indirectement.
  • En effet, la figure 1 représente l'application du procédé selon l'invention à une installation de décapage thermique. Or, dans le cadre de la dépollution, les règlementations en vigueur imposent l'incinération des composés organiques volatils. En conséquence, on utilise un traitement de ces composés organiques volatils par post-combustion. Cette opération consiste à réchauffer ces effluents gazeux à une haute température. Pour effectuer cette opération, il est possible d'utiliser des résistances électriques. C'est pourquoi, sur la figure 1, une enceinte de post-combustion 20 reçoit les effluents gazeux issus de la sortie 8 pour leur faire subir, au moyen de résistances électriques haute température 18, un chauffage à haute température T5 de l'ordre de 800°C. Les effluents gazeux sont d'ordinaire évacués vers l'atmosphère.
  • Une caractéristique de l'invention consiste donc à placer l'enceinte de post-combustion 20, et/ou l'échangeur thermique haute température 14, à l'intérieur du lit fluidisé 10. De ce fait, il est possible d'utiliser l'énergie calorifique des effluents gazeux, chauffés à la cinquième température T5, pour chauffer partiellement le lit fluidisé 10. A cet effet, l'enceinte de post-combustion possède une enveloppe thermique 22 entourant celle-ci, et éventuellement l'échangeur thermique haute température 14, excepté sur la fin du parcours des effluents gazeux à l'intérieur de celle-ci et dans la deuxième chambre de l'échangeur thermique à haute température 14, de manière à favoriser un échange de chaleur entre l'intérieur de l'enceinte de post-combustion 20 et le lit fluidisé 10.
  • Dans le cadre de l'utilisation pour le décapage thermique, la grande différence de température entre la température de post-combustion T5 et la température T3 à la sortie de la première canalisation 16 des effluents gazeux est importante ; c'est pour cette raison qu'on utilise l'échangeur de chaleur haute température 14 pour préchauffer les effluents gazeux à l'aide des mêmes effluents ayant subi la post-combustion.
  • Dans le cadre d'un procédé de traitement thermique en lit fluidisé n'utilisant pas la post-combustion, l'échangeur thermique assure seul et directement la restitution au lit fluidisé d'une partie de l'énergie des gaz issus de la sortie 8. Ceux-ci étant entrés à la température T3 en ressortent donc à une température T4 inférieure à la température T3.
  • Sur la figure 1, l'échangeur de chaleur haute température 14 et l'enceinte de post-combustion 20 ont été représentés juxtaposés. La figure 2 détaille plus loin un ensemble groupant ces deux appareils. En utilisant un tel agencement, la température T6 à la sortie du moufle 2, peut être de l'ordre de 300°C. On comprend donc qu'une grande partie de l'énergie calorifique apportée aux effluents gazeux lors de la post-combustion est restituée au lit fluidisé 10. Cette restitution se fait directement par une partie de l'enceinte de post-combustion 20 exempte de l'enveloppe thermique 22 et indirectement par l'intermédiaire de l'échangeur thermique haute température 14 qui récupère une partie de l'énergie calorifique de post-combustion pour préchauffer les effluents gazeux avant cette même post-combustion.
  • Au cas où la température T5 des effluents gazeux à la sortie de l'enceinte de post-combustion 20 n'est que légèrement supérieure à la température T3 à l'entrée du moufle 2, l'échangeur de chaleur haute température 14 peut être supprimé.
  • La circulation des gaz dans le lit fluidisé 10 se fait en utilisant, en amont de l'entrée 6, un surpresseur 26 et un exhausteur 28 placés en aval de la deuxième conduite des effluents gazeux 24, à la sortie du moufle 2.
  • La température de sortie T6 du moufle 2, dans le cas du décapage thermique peut être de l'ordre de 300°. Il est alors possible d'utiliser un deuxième échangeur thermique 30, fonctionnant à basse température, pour préchauffer l'air, ou de manière générale le gaz utilisé pour alimenter le lit fluidisé 10. En effet, l'air ambiant utilisé pour le décapage thermique est capté à une température de l'ordre de 20°C. Il peut éventuellement subir une légère élévation de température dans le surpresseur 26 pour atteindre une température de 50°C. Il est alors possible de récupérer une partie de l'énergie calorifique des effluents gazeux circulant dans leur deuxième canalisation 24 à une température légèrement inférieure à T3 (300°C) pour préchauffer cet air destiné à la fluidisation. On peut ainsi chauffer cet air jusqu'à une septième température T7 qui peut atteindre 200°C.
  • Dans ce cas, les effluents gazeux traités peuvent descendre à une huitième température T8 de l'ordre de 150°C.
  • Dans l'installation qui vient d'être décrite, une régulation des gaz circulant est nécessaire pour obtenir un équilibre thermique de fonctionnement entre le rôle de décapage rempli par le lit fluidisé 10 et la post-combustion des effluents gazeux. La régulation d'une telle installation peut se faire en agissant sur le débit du gaz de fluidisation en agissant sur le surpresseur 26 et l'exhausteur 28. Une vanne de retour 32 peut être connectée en amont du surpresseur 26 et en aval de l'exhausteur 28 pour réinjecter une partie des effluents traités dans le lit fluidisé.
  • Pour affiner le traitement de ces composés organiques volatils avant leur remise à l'atmosphère, il est possible de les faire passer dans un filtre 34, placé en aval de l'exhausteur 28.
  • L'épuration des gaz rejetés à l'atmosphère peut également être modifiée par l'adaptation du pH, c'est-à-dire le potentiel hydrogène, du lit fluidisé 10.
  • En référence à la figure 2, l'échangeur de chaleur haute température 14 et l'enceinte de post-combustion 20 sont cumulés dans un seul ensemble ou dispositif qui est placé au milieu du lit fluidisé 10. Les effluents gazeux sont introduits dans ce dispositif au moyen de la première conduite 16 qui est recouverte de préférence d'une gaine calorifuge 36. Ils pénètrent dans une chambre d'entrée 38 de l'échangeur de chaleur haute température 14. Par l'intermédiaire d'une cloison 42, ils reçoivent une partie de l'énergie calorifique qui leur est apportée par la post-combustion. Leur cheminement se poursuit dans une chambre de post-combustion 44 où est placé un nombre suffisant de résistances électriques 18 pour les porter à la température T5 de post-combustion qui est de l'ordre de 800°C. Les effluents continuent leur cheminement vers une chambre de maintien en température 46 où ils séjournent au moins une seconde. Ce maintien à la température T5 a pour fonction d'assurer la complète post-combustion des effluents gazeux. La chambre de sortie 40 de l'échangeur de chaleur haute température 14 succède à cette chambre de maintien 46. Elle se trouve en regard de la chambre d'entrée 38 de cet échangeur, de l'autre côté de la paroi 42. La différence entre les températures d'entrée T3 (300°C) et de sortie T5 (800°C) étant de l'ordre de plusieurs centaines de degrés, un important échange de chaleur a lieu à travers la cloison 42.
  • Une autre partie de cette énergie acquise lors de la post-combustion est restituée partiellement lors du passage des effluents gazeux traités dans une conduite externe de restitution de chaleur 48 placée à l'extérieur du dispositif englobant l'échangeur de chaleur haute température 14 et l'enceinte de post-combustion 20. Cette conduite de restitution de chaleur 48 a une surface externe importante en communication avec le lit fluidisé 10.
  • Pour améliorer le rendement de la post-combustion, une enceinte calorifuge 22 est placée autour de l'enceinte de post-combustion 20 et autour de l'échangeur thermique haute température 14, de manière à ce que l'énergie apportée par les résistances électriques 18 soit entièrement utilisée pour la post-combustion des effluents gazeux. Ces derniers sont évacués vers l'échangeur basse température, non représenté sur cette figure, au moyen de la deuxième conduite des effluents gazeux 24, entourée également d'une gaine calorifuge 36. Les effluents sont alors retombés à la température T6 qui est de l'ordre de 300°C.
  • La figure 3 décrit partiellement l'installation selon l'invention dans une version destinée à la destruction pure et simple de composés organiques volatils. On y retrouve un moufle 2 contenant un lit fluidisé 50. Le gaz pénétrant à une température d'entrée T9 dans le lit fluidisé par l'entrée 56 est constitué des composés organiques volatils à traiter. Ceux-ci traversent donc le lit fluidisé 50 qui est chauffé au moyen de résistances électriques 62. Le lit fluidisé 50 comprend des produits actifs, tels que des charbons actifs pour fixer certains éléments contenus dans les composés organiques volatils, tels que le chlore. Les composés volatils ainsi traités s'échappent du moufle 2 par la sortie 58 communiquant avec une conduite 54 entourée d'une gaine calorifuge 60. Les effluents ainsi traités ont donc acquis une température de sortie T10 supérieure à la température d'entrée T9.
  • Pour appliquer le même concept de l'installation précédemment décrite, ces effluents chauffés sont réinjectés par l'entrée 52 dans le lit fluidisé 50 au moyen de la conduite 54. Celle-ci, complétée d'un, ou faisant office d'échangeur thermique, ne comporte plus de gaine calorifuge. Au contraire, ses parois possèdent de bonnes qualités d'échange thermique avec le lit fluidisé 50. Une partie de l'énergie calorifique ainsi communiquée aux composés organiques traités est donc réutilisée pour le maintien en température du lit fluidisé 50. Ce type d'installation peut être utilisé dans l'imprimerie ou dans le cadre du dégraissage métallique.
  • A la sortie, les effluents ainsi traités sont composés principalement d'air et de gaz carbonique. La température du lit fluidisé n'excède pas 400°C.
  • L'échangeur de chaleur haute température peut être du type à céramiques. L'échangeur de chaleur basse température peut être du type tubulaire ou à plaques.
  • Bien que deux réalisations de l'invention aient été décrites, le concept de réutilisation des gaz issus du lit fluidisé pour réchauffer ce même lit fluidisé, ou préchauffer, les gaz devant pénétrer dans le lit fluidisé, peut être appliqué à d'autres traitements thermiques utilisant une enceinte telle qu'un moufle contenant un lit fluidisé.

Claims (13)

  1. Procédé de décapage thermique de produits organiques sur des pièces métalliques et de traitement des effluents gazeux par post-combustion électrique consistant à :
    - gazéifier les produits organiques à basse température en lit fluidisé ; et
    - incinérer les effluents gazeux par post-combustion à haute température dans une enceinte de post-combustion (20),
    caractérisé en ce que l'enceinte de post-combustion (20) est placée dans le lit fluidisé (10) pour transmettre une partie de l'énergie de la post-combustion des effluents gazeux dans le lit fluidisé (10).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la post-combustion est obtenue par passage des effluents gazeux sur des résistances électriques (18) placées dans l'enceinte de post-combustion (20).
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les effluents gazeux chauds, issus de la post-combustion, sont utilisés pour préchauffer les effluents gazeux froids à incinérer, au moyen d'un échangeur thermique de chaleur à haute température (14).
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les effluents gazeux chauds, issus de la post-combustion sont utilisés pour préchauffer l'ai de fluidisation au moyen d'un échangeur de chaleur basse température (30).
  5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'échangeur de chaleur haute température (14) est placé dans le lit fluidisé (10) à l'entrée et à la sortie de l'enceinte de post-combustion (20).
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la post-combustion est régulée par réglage du débit de fluidisation.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la post-combustion est régulée par réglage de la puissance électrique de chauffage mise en jeu pour cette post-combustion.
  8. Procédé de traitement thermique en lit fluidisé (10, 50) chauffé utilisant un gaz à une première température déterminée (T1) et dégageant ledit gaz transformé par son passage dans le lit fluidisé (10, 50) à une deuxième température déterminée (T2) supérieure à la première température déterminée (T1), caractérisé en ce que le gaz dégagé à la deuxième température (T2) est réutilisé pour transmettre une partie de son énergie calorifique au lit fluidisé (10, 50) par l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur (14, 54) placé à l'intérieur du lit fluidisé (10, 50).
  9. Procédé selon 1,a revendication 8, consistant à détruire des composés organiques volatils, caractérisé en ce que, le gaz à l'entrée (56) du lit fluidisé (50) contenant des composés organiques volatils, le lit fluidisé (50) est un catalyseur, le gaz à la sortie (58) du lit fluidisé (50) étant de l'air et du gaz carbonique (préambule).
  10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la destruction des composés organiques volatils se fait par adsorption sur des produits actifs placés dans le lit fluidisé (50).
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une opération d'épuration des gaz rejetés à l'atmosphère par adaptation du pH du lit fluidisé (10).
  12. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant un moufle (2) à l'intérieur duquel se trouve le lit fluidisé (10) et des moyens de support (4) des pièces, caractérisé en ce qu'il comprend :
    - une chambre de post-combustion (20) placée à l'intérieur du moufle (2) ;
    - un premier échangeur de chaleur à haute température (14) connecté, d'une part, à la sortie (8) du lit fluidisé (10) pour recevoir les effluents gazeux et à l'entrée de l'enceinte de post-combustion (20) pour que les effluents gazeux y soient chauffés et incinérés, et connecté, d'autre part, à la sortie de l'enceinte de post-combustion (20) pour récupérer une partie de l'énergie calorifique des effluents issus de la post-combustion.
  13. Installation selon la revendication 12, associée à la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comprend un deuxième échangeur thermique à basse température (30) connecté, d'une part, à la sortie du premier échangeur thermique à haute température (14) pour récupérer une partie de l'énergie calorifique issue de la post-combustion, et d'autre part, à une arrivée d'air de fluidisation pour réchauffer l'air de fluidisation, ce dernier étant envoyé à l'entrée (6) du moufle (2).
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