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Procédé de traitement d'un effluent comprenant des matières organiques
polluantes ou un composé inorganique
La présente invention concerne un procédé de traitement d'un effluent
comprenant des matières organiques polluantes et/ou un composé inorganique
en vue de récupérer un effluent propre débarrassé de ces matières organiques
ou recyclabfe.
L'invention s'applique tout particulièrement au cas du traitement d'effluents
de fabrication de méthionine.
,0 On sait que l'industrie chimique met en oeuvre de nombreux procédés qui
donnent lieu à l'émission de rejets ou d'effluents comprenant des impuretés
organiques polluantes. Pour des raisons évidentes de respect de
l'environnement, ces effluents ne peuvent pas être rejetés sans traitement.
Par
ailleurs, dans certains cas, ces effluents peuvent contenir, seuls ou en
, 5 combinaison avec les matières polluantes, des espèces chimiques
inorganiques
intéressantes à récupérer. Dans de tels cas il est avantageux pour l'économie
des procédés de pouvoir aussi traiter les effluents de manière à ce que les
espèces chimiques concernées soient suffisamment débarrassées des impuretés
pour être récupérables ou que les effluents puissant éventuellement être
recyclés
20 dans le procédé compte tenu de leur pureté après traitement.
Parmi les procédés utilisés pour le traitement d'effluents comprenant des
impuretés organiques et/ou des composés inorganiques, certains consistent en
une combustion de ces impuretés ou en un traitement thermique des composés
inorganiques. Les effluents sont par exemple introduits dans des fours
verticaux
25 statiques où ils sont atomisés dans un courant de gaz chauds résultant de
la
combustion d'un mélange fuel - air par exemple. Le problème de ce type de
procédé est que les contacts gaz - liquide se font d'une manière totalement
aléatoire compte tenu des trajectoires respectives des gaz et du liquide. Ceci
a
pour conséquence essentielle de ne permettre qu'une combustion ou un
30 traitement thermique imparfaits ou incomplets des matières organiques ou
des
composés inorganiques respectivement. En ce qui concerne la combustion, les
rendements de destruction sont généralement compris entre 96 et 98% ce qui
peut être insuffisant vis à vis des normes récentes d'environnement.
Les procédés connus peuvent aussi poser d'autres problèmes notamment
35 dans le cas d'effluents comprenant des sels en tant que composés
inorganiques,
comme par exempte le sulfate de sodium. Dans ce cas, quand on atteint la
température de fusion de ces sels, ceux ci peuvent se déposer sur
l'appareillage
entraînant ainsi des risques d'encrassement et de bouchage de l'installation,
2103J83
2
risques aggravés par le caractère corrosif de certains sels comme précisément
le
sulfate de sodium.
II existe donc un besoin certain d'un procédé de traitement dont l'efficacité
soit améliorée par rapport aux procédés existants et dont la mise en oeuvre
soit
plus sûre.
Dans ce but le procédé selon l'invention de traitement d'un effluent
comprenant des matières organiques ou un composé inorganique ou encore un
mélange de ceux-ci, est du type dans lequel on introduit dans une première
zone
un premier fluide comburant et un fluide combustible ce par quoi on réalise
une
phase de combustion, au moins un desdits fluides étant introduit selon une
trajectoire hélico'idale; on force ensuite ladite phase de combustion dans une
seconde zone, à travers un passage restreint, ce par quoi on lui confère un
écoulement puits-tourbillon présentant un axe de symétrie; on introduit ledit
effluent dans la zone de symétrie axiale dudit écoulement puits-tourbillon; ce
procédé est caractérisé en ce qu'on introduit en outre un second fluide
comburant supplémentaire dans ladite zone de symétrie axiale.
Le procédé de l'invention permet d'atteindre des rendements de destruction
nettement supérieûrs à 98% par exemple d'au moins 99% et mëme d'au moins
99,9%.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention apparaîtront
plus clairement à la lecture de la description qui va suivre faite en
réfërence aux
dessins schématiques annexés d'un mode de réalisation de l'invention dans
lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe schématique d'un brûleur utilisable dans le
cadre du procédé de l'invention;
- la figure 2 est une vue schématique d'une installation mettant en oeuvre le
procédé de l'invention.
Le procédé de l'invention est utilisable pour tout type d'effluents liquides
ou
gazeux. II convient tout particulièrement pour tes effluents liquides.
II s'applique tout d'abord aux effluents contenant des impuretés ou matières
organiques polluantes, combustibles ou pouvant être dégradées par l'action de
la
température. Le procédé convient notamment au cas où les impuretés contenues
dans l'effluent sont des matières organiques soufrées.
Le procédé de l'invention est aussi particulièrement adapté au cas
d'effluents comprenant un composé inorganique dont la récupération ou le
recyclage est intéressant. On peut citer comme exemple les effluents
comprenant
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un sulfate, notamment un sulfate alcalin tel que le sulfate de sodium ou
encore
les acides sulfuriques résiduaires.
Bien entendu, le procédé de l'invention est utilisable tout particulièrement
pour les effluents comprenant à la fois des matières organiques et des
composés
inorganiques.
Le procédé de l'invention peut ainsi ëtre utilisé au traitement des effluents
provenant des fabrications d'amino-acides comprenant du soufre. Un exemple
particulier est le traitement des effluents de la fabrication de la méthionine
et
notamment des eaux-mères de la cristallisation de celle-ci. Dans ce dernier
cas,
l'effluent à traiter comprend, outre le sulfate de sodium, de nombreuses
impuretés organiques comme des composés de dégradation de la méthionine
avec un ou plusieurs atomes de soufre. Par ailleurs, les gaz issus des
traitements
de combustion du type décrit plus haut comportent une quantité importante de
produits soufrés.
Comme autre exemple d'effluents susceptibles d'étre traités
avantageusement par le procédé de l'invention on peut citer ceux résultant de
la
fabrication de certains esters avec catalyse sulfurique comme le phtalate
d'éthyle
ou encore tes eaux-mères de cristallisation dans la préparation de l'acide
itaconique.
Le principe du procédé de l'invention va maintenant être décrit.
La première étape du procédé consiste à produire une phase de
combustion dans des conditions spécifiques. Pour ce faire, on introduit dans
une
première zone un premier fluide comburant et un fluide combustible.
Généralement ces deux fluides sont utilisés sous forme gazeuse. On utilise
habituellement comme premier fluide comburant l'air éventuellement enrichi en
oxygène. Le fluide combustible peut être un gaz tel que le méthane ou le
propane
ou un hydrocarbure léger par exemple. On utilise habituellement le gaz
naturel.
Par ailleurs, selon une caractéristique de l'invention, au moins un de ces
deux fluides, généralement le fluide comburant, est introduit dans la zone
précitée selon une trajectoire hélicoïdale. Ce fluide est introduit avec une
légère
surpression par rapport à la pression régnant en aval dans la seconde zone.
Cette surpression est généralement d'au plus 1 bar et de préférence comprise
entre 0,2 et 0,5 bar.
On provoque l'inflammation du combustible et du comburant et on obtient
ainsi dans la première zone précitée une phase de combustion elle-même
animée d'un mouvement selon une trajectoire hélicoïdale.
Cette phase est ensuite amenée dans une seconde zone par l'intermédiaire
d'un passage restreint de manière à lui conférer un mouvement puits-tourbillon
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présentant un axe de symétrie. Ce mouvement puits-tourbillon correspond en
fait
à un mouvement des gaz selon un ensemble de trajectoires confondues avec
des familles de génératrices d'un hyperboloïde. Ces génératrices reposent sur
une famille de cercles localisés près de et au dessous du passage réduit,
avant
de diverger dans toutes les directions dans la seconde zone.
II est à noter qu'à la suite de ce mouvement se crée dans une zone de
symétrie axiale par rappori à la trajectoire des gaz, une dépression relative
par
rapport au reste de la première zone. On entend ici et pour la suite par zone
de
symétrie axiale la zone s'étendant au voisinage de l'axe de symétrie de la
trajectoire précitée.
L'effluent à traiter est introduit dans la zone de symétrie axiale du
mouvement puits-tourbillon. De préférence cette introduction se fait
axialement.
De préférence aussi, le lieu d'introduction est situé au voisinage immédiat ,
du passage restreint, en amont de celui-ci ou au niveau même dudit passage.
Selon la caractéristique principale de l'invention, on introduit aussi un
second fluide comburant dans la zone axiale précitée. Ce qui vient d'étre dit
sur
le lieu d'introduction de l'effluent s'applique aussi au second fluide
comburant. De .
préférence encore cette introduction se fait axialement. Selon en outre un
mode
de réalisation particulier on introduit coaxialement l'effluent et le second
comburant.
Comme second comburant on utilise habituellement l'oxygène pur. On peut
néanmoins envisager l'emploi de mélanges oxygène-gaz inerte.
Compte tenu de l'effet de dépression dans la zone d'introduction de
l'effluent, celui-ci se trouve aspiré puis, par suite d'un transfert de
quantité de
mouvement entre l'effluent et la phase de combustion, il est pulvérisé. On
obtient
ainsi à l'entrée de la seconde zone une dispersion isorépartie et pratiquement
instantanée en un spectre de fines particules qui seront ensuite vaporisées
d'une
manière homogène et rapide.
En pratique, on introduit l'effluent à une vitesse initiale faible, de
préférence
inférieure à 10 m/s et plus particulièrement à 5 m/s de manière à ne pas
devoir
trop augmenter fa quantité de mouvement initiale de la phase de combustion, le
rapport des quantités de mouvement de ces deux éléments étant au moins égal à
100, de préférence compris entre 1.000 et 10.000.
D'autre part, on travaille dans des conditions telles que la température
atteinte par l'effluent après vaporisation est supérieure à la température
d'auto
inflammation de celui-ci.
Le principe de la mise en contact de la phase de combustion et de l'effluent
tel qu'il vient d'être expliqué est plus particulièrement décrit dans les
brevets
21a~fl83
français n' 2257326, 2431321 et 2551183 dont ('enseignement est incorporé ici
par référence.
La mise en contact de l'effluent vaporisé et du second fluide comburant va
provoquer dans la seconde zone,la combustion ou la dégradation des impuretés
organiques ainsi qu'un traitement thermique des composés inorganiques tel
qu'un séchage, une fusion, une décomposition thermique etc..
A la sortie de cette seconde zone, on obtient une . seconde phase
essentiellement gazeuse, mais pouvant comprendre un liquide et/ou un solide,
qui est traitée d'une manière connue en soi pour récuperer les composés
valorisables et assurer le respect des normes de rejet.
On peut ainsi faire subir une trempe à cette seconde phase. On peut aussi
la refroidir de façon à pouvoir récupérer les solides sur filtre.
On peut enfin traiter les gaz par arrosage avec tout liquide convenable pour
éliminer les impuretés ou produits de combustion gênants avant rejet par
exemple pour absorber tes espèces soufrées comme S02.
Afin d'illustrer l'invention et de mieux faire comprendre le procédé qui vient
d'être décrit, un exemple d'un dispositif de mise en oeuvre de l'invention va
maintenant être étudié en référence avec les dessins annexés.
La figure 1 montre un brûleur 1 comprenant une chambra de combustion 2.
Cette chambre de combustion est constituée d'un cylindre externe 3 et d'un
cylindre interne 4 coaxial définissant ainsi une zone centrale et une zone
périphérique annulaire 5 présentant des perforations 6 distribuées sur
plusieurs
cercles espacés axialement. La partie supérieure de la chambre 2 comprend
aussi une entrée 7 pour l'introduction du fluide combustible.
La chambre de combustion 2 est en outre munie dans sa partie supérieure
axiale d'une arrivée de liquide ou de gaz 8 constituée ici de deux tubes
coaxiaux
9 et 10 entourés d'une garniture isolante et servant respectivement à
l'introduction de l'effluent à traiter et du second fluide comburant.
La chambre 2 se termine en aval par un convergent 11 définissant un col 12
permettant le passage dans une seconde zone 13. On notera ici que dans le
mode de réalisation représenté l'arrivée 8 débouche juste au niveau du col 12
et
est située sur .'axe de symétrie de celui-ci.
Le fonctionnement du brûleur décrit ci-dessus est le suivant. Le premier
fluide comburant est introduit par un orifice non représenté pratiqué dans la
zone
annulaire, il pénètre dans la zone 2 par les perforations 6 et suit ensuite la
trajectoire hélicoïdale représentée sur la figure 1. II se mélange avec le
combustible et l'ensemble est enflammé par tout moyen connu par exemple par
une bougie entre les électrodes de laquelle éclate une étincelle.
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2103083
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C'est au passage à travers le col 12 que la phase de combustion va être
animée du mouvement ou écoulement puits-tourbillon décrit plus haut.
L'effluent est introduit en 9 et il rencontre la phase combustible
sensiblement au niveau du col 12 où il est alors fractionné en une multitude
de
gouttes, chacune d'entre elles étant transportée par un volume de ia phase
gazeuse de combustion. .
La figure 2 illustre l'ensemble d'une installation mettant en oeuvre le
procédé de l'invention. Cet ensemble comporte un brûleur du mëme type que
celui décrit plus haut, l'élément 14 représentant la tubulure d'arrivée de
comburant.
En aval du brüleur 1, la seconde zone 13 est constituée d'un four 15 à paroi
réfractaire. Ce four est lui-même prolongé par un dispositif de trempe 16 qui
peut
être par exemple un dispositif à eau comme un anneau de pulvérisation.
L'installation comporte en outre un bac 17 assurant la réception et la
séparation du liquide et des gaz. Ceux-ci quittent l'installation par la
cheminée 18
qui est équipée d'un dispositif d'arrosage 19. L'effluent est recueilli par
une purge
20. II peut être en partie recyclé par la canalisation 21 vers le dispositif
de trempe
16 etlou à l'arrosage des gaz. Une conduite 22 est prévue pour apporter un
appoint d'eau dans l'installation.
Un exemple non limitatif va maintenant être donné.
Exemple
On utilise les dispositifs des figures 1 et 2.
On introduit par 9 un effluent constitué par les eaux mères de cristallisation
de la méthionine dont la composition en poids est la suivante: sulfate de
sodium
( Na2S04 ): 18-22%; méthionine: 2-2.5%; produits organiques: 5-15%; les essais
étant faits sur des lots de teneur en carbone organique total (COT) de 45 à
80g/l.
De l'air surpressé à 0,5 bar est apporté par 14, du méthane par 7 et de
l'oxygène
par 10.
Les débits sont les suivants
Air Méthane Oxygène Effluent
Débit 695 Kg/h 2.23 Kmole/h 42 Nm3/h 210 Kg/h
Par ailleurs, la température à la base du dispositif de trempe 16 est de
88'C, celle au bas du four 13 est de 1100'C, ce qui par calcul donne une
X103083
température au col 12 de 1400'C et une température de flamme du méthane au
fond du brûleur de 1680'C compte tenu des pertes thermiques de l'installation.
Les analyses donnent les résultats ci-dessous
Effluent (a) Purge (20) (b) Gaz (c)
COT g/h 8536 1,91 1,05
On obtient un total non détruit en COT g/h d=b+c de 2,96 et donc un
rendement (a-d)/a de 99,965% ainsi qu'un rendement liquide (a-c)/a de 99,978%.
II est à noter enfin que les fumées émises sont inodores.
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