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Procédé d'inci~ération-de déchets organiques.
La pr~sente invention concerne un procédé d'elimi-
nation par incin~ration de déchets organiques et particuliè-
rement de déchets organiques liquides ou solides à faible
pouvoir calorifique.
Certaines compositions organiques fortement
polluantes sont très ~élica~es à éliminer même par incinéra-
~ion. On citera par exemple les liquides provenant d'opéra-
tion de lessivage de générateurs de vapeur (notamment dans
les réacteurs nucléaires), les fonds de cuve contenant des
matières organiques ou colloïdales, des matières solides de
type résines ou charbon actif, des liquides résiduels de
procédés chimiques contenant du styrène....
Les difficultés de leur élimination ont plusieurs
causes. L'une d'elles est la difficulté de leur manutention
jusque dans le foyer de combustion ; ces matières sont en
effet collantes, visqueuses ou agressives. Une seconde réside
dans leur faible pouvoir calorifique et leur faible propen-
sion à brûler complètement. C~est pourquoi parmi les modes de
traitement envisaseables, on a pensé procéder à une voie
physico-chimique de concentration de la matière organique
(précipitation - osmose...) qui présente l~inconvénient
d'être très coûteuse.
La présente invention entend proposer un procédé de
préparation de ces déchets organiques liquides ou solides de
manière à les placer dans un état o~ leur combustion puisse
être menée à bien rapidement et sans production excessive de
fumées ou de composants toxiques.
A cet effet, l'invention a donc pour objet un
procédé de traitement de déchets organiques principalement
liquides qui consiste à réaliser un mélange aqueux des
substances à incinerer à laquelle on ajoute un hydrocarbure
du type fioul (éventuellement charyé d'un hydrocarbure usagé
qu'il conviendrait de co-incinérer) et des agents tensio-
actifs, à agiter ce mélange en y incorporant un gaz non
combustible afin de créer une mousse et à introduire cette
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mousse dans un foyer de combustion. Ce procédé est de préfé-
rence conduit en continu, bien qu'on puisse l'appliquer de
manière discontinue par quantités d~finies, prépar~es et
brûlées.
On crée ainsi une substance de caractéristiques
hydrauliques intermédiaires entre un gaz et un liquide dont
la structure est celle d'un réseau cellulaire ~ridimensionnel
(des bulles) dont les parois portent les substances organi-
ques initiales et les substances ajoutées (le fioul en
particulier) l intérieur de ces cellules étant rempli du gaz
susdit.
Outre les avantages résultant des caractéristiques
physiques de cette substance, le choix du gaz non combusti-
ble, pouvant aller du dioxyde de carbone à l'oxygène pur,
permet d'agir sur le risque d'auto-inflammation du mélange
selon son pouvoir calorifiqueO Le pouvoir calorifique du
mélange dépend de la nature des effluents à incinérer et de
l'addition du carburan*, si bien qu en choisissant un gaz
approprie, on parvient à disposer d'une mousse inerte donc
aisée à véhiculer jusqu'à l'incinérateur.
Lorsque l'on procède au foisonnement a pression
atmosphérique, la propulsion de la mousse est assurée par une
pompe. Il peut cependant être avantageux de procéder à un
foisonnement sous pression. En effet la mousse pressurisée en
se détendant est autopropulsive. Son transport du lieu de sa
production, nécessairement proche du foyer, jusqu'au foyer
n'emploie donc aucun dispositif de pompage. En outre, elle
subit une violente chute de pression dans les conduits
débouchant au niveau de l~incinérateur ce qui assure une
bonne dispersion de la matière organique à incinérer dans le
foyer de combustion. Cet effet est en outre amplifié par la
vaporisation "flash~ de l~eau contenue dans le mélange.
Dans le cas où le gaz de pressurisation est de
l oxygène qui peut etre employé si le mélange est à bas
pouvoir calorifique, l excellente division du mélange
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concourt à une importante r~duction des longueurs de flamme
et à une optimisation du volume fumig~ne, dans lequel il ne
subsiste pratiquement pas d~imbrûlés. Les débits de fum~es
qui en résultent sont donc minimisés ce qui autorise l~em-
ploi, pour traiter ces fumées de filtres très performants etco~teux et l'absence d~imbrûlés diminue sensiblement la
frequence des changements de ces filtres.
D'autres caractéristiques ek avantages du procédé
appara~tront au cours de la description d un mode de sa mise
en oeuvre donnée ci-après à titre d~exemple.
Il sera fait référence au dessin annexé qui
représente
- à la figure 1, un mode de mise en oeuvre de l'invention.
- à la figure 2, un graphe de l'évolution de la pression du
produit dan~ l'installation avant le four d'incinération.
L'effluent 2 à traiter est conduit dans un mélan-
geur 1 où il est additionne dlagents tensio-actifs 3 et de
fioul 4. L'effluent se présente sous forme d'une solution
aqueuse des composés organiques à éliminer, un apport
additionnel d'eau 5 pouvant être opéré dans le mélangeur 1
pour ajuster la composition du mélange. Il faut noter que
l~effluent peut faire l'objet d'une préparation spécifique
préalable à son mélange. On indiquera également que les
autres fluides peuven~ constituer des vecteurs d'introduction
d'un autre produit à incinérer (huiles usagees ou autres).
Ce dernier est ensui~e conduit à l'entrée d'une
er.ceinte 6 au moyen d~une pompe P. L~enceinte 6 reçoit
également un gaz 7 sous pression pour créer, avec agitation,
une mousse pressurisée par exemple entre 2 et 10 bars. Selon
le pouvoir calorifique du mélange, on introduit un gaz inerte
tel que le dioxyde de carbone pour un mélange ayant un très
haut pouvoir calorifique ou de l~air ou de l~air enrichi en
oxygène voire de l'oxygène pur s`il s~agit d un mélange très
peu auto-inflammable. L enceinte ou sa canalisation 8 de
sortie, possède une vanne V permettant d ajuster la valeur de
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la pressurisation. En effet, cette ~anne crée une perte de
charge en amont de laquelle~ gr~ce à la pompe P, on peut
entretenir cette pression sous laquelle se forme cette
mousse. Cette perte de charge peut tout simplement être
constitu~e par la somme de la perte de charge le long de la
canalisation 8 et celle ponctuelle de la buse de pulvérisa-
tion à laquelle aboutit cette canalisation 8. En aval de
~ette enceinte 6, la canalisation 8 débouche dans un foyer 9
de combustion de type cyclone dans lequel la mousse achève ~a
détente. La détente partielle s'opérant dans la canalisation
constitue le moteur de propulsion de la mousse en direction
du foyer 9.
Le graphique de la figure 2 est une courbe qui
illustre la variation de pression en fonction du volume
spécifique du produit. Elle est significative également de la
pression du produit circulant en continu dans les différentes
parties du circuit. Ainsi la partie A de la courbe illustre
1'augmentation de pression dans la pompe P, la partie B
concerne le moussage-dans l~enceinte 6, la partie C illustre
la pression du produit dans le conduit 8 jusqu'à son injec-
tion dans le foyer 9 de combustion. Le gaz comburant lO
introduit également dans le foyer sera de préférence de
l~oxygène, ce qui permet d~éviter les problèmes relatifs à la
production d~oxydes d'azote lors d'une co~bustion à 1'air.
Dans une variante non représentée le foisonnement
est réalisé dans l'enceinte 6 à pression atmosphérique et la
vanne V est remplacée par une pompe de propulsion de la
- mousse.
De ce foyer, on recueille dans un cendrier lO les
cendres dont la nature dictera le traitement ultérieur
qu'elles auront à subir. Dans le cas d~effluents provenant du
lessivage d~unités nucléaires, ces cendres seront contaminées
et il sera utile de les "bloquer" dans une matrice d'enrobage
avant un stockage définitif dans un site a~réé. Les fumées de
combustion 11 sont quant à elles refroidies dans un refroi-
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disseur 12 qui permet de condenser la vapeur d'eau qu'ellescontiennent pour les en débarrasser. Elles sont ensuite
passées dans des filtres 13 appropriés à très haute effica-
cité qui retiennent toutes les particules indésirées dans un
rejet atmosphérique. Au besoin on peut prévoir un réchauffage
intermédiaire pour ~lever le point de rosée afin d'éviter
toute condensation sur des parois froides des filtres. La
référence 14 représente le retrait des particules (et des
filtres qui en sont chargés)!, 15 étant la représentation de
la voie de rejet dans l'atmosphère. Il est également possible
de prévoir une post-combustion 17 à la suite du :Eour 9.
Les avantages de l'invention et, par voie de
conséquence, de l'installation qui permet de la mettre en
oeuvre tiennent pour une grande part au fait que le combusti-
ble est préparé sous forme de mousse, de préférence pressuri-
sée qui permet d~ajuster l'inertage du produit en fonction du
melange initial, ce qui permet de trouver un compromis entre
la sécurité contre l'auto-inflammation à assurer pendant le
transport et la facilité d'incinération.
Outre l'int~ret que présente cette mousse du point
de vue de son transport et de sa combustion gr~ce précisement
à cette structure sous forme de mousse, la combu&tion est du
type gaz et on peut aisément en régler la stoechiométrie. Les
flammes courtes et la combustion complète que 1'on constate,
notamment lorsqu~on opère en présence d'oxygène pur, permet- ~
tent de réduire notablement les dimensions du foyer de
combustion. Il devient alors possible de prévoir que 1'unité
qui met en oeuvre le procédé de l'invention soit mobile et
puisse être approché du lieu où sont produits les effluents
(ce qui élimine tous les problèmes liés à leur transport et
à leur stockage intermédiaire).
Par ailleurs, on notera que l effluent à bruler
peut contenir des particules solides en suspension, celles-ci
étant supportées par la structure mousseuse créée. Ces
particules peuvent donc être coincinérées avec l'effluent à
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la mani~re d'une mousse charg~e, c'est-~-dire une structure
triphasique solide - liquide - gaz. Au besoin, on aura
r~alisé un broyage pr~alable de l'effluent chargé pour
ajuster la granulom~trie des solides.
On notera enfin que les mousses sont autonettoyan-
tes (dans le cas où ce ~ont des produits de lessivage de cuve
ou de générateurs de vapeur) ce qui rend aisé l~entretien de
l'installation.
Le proc~dé de l'invention présente d'autant plus
d'intér8t qu~il est polyvalent. En effet, par la transforma-
tion des effluents à incin~rer en mousse (chargée ou non) et
pressurisée, il est applicable à une grande variéte de
produits. Cette mousse est également facilement modifiable
dans sa composition ce qui permet d'autoriser un ajustement
précis de sa formula~ion et un pilotage de la température de
combustion.
On donnera à titre d'exemple quelques chiffres
relatifs au traitement d'un effluent de lessivage d'un
génerateur nucléaire de vapeur. Cet effluent possède la
composition suivante :
- Acide gluconique 84g/1
- Acide citrique 40g/1
- Ammoniaque 20 g/l
- Amine grasse 8 g/l
- Métaux dissous lO g/l
- le reste étant de l'eau.
La pr~paration de la mousse a ét~ réalisée ~ partir
de cet effluent additionné de fioul pour obtenir un prvduit
final ayant 90 % d'effluent, 10 % de fioul en poids.
L'incinération de 570 kg/h de cette mousse pressu-
risée à 1'oxygène avec 250 kg/h d'oxygène comme co~burant
(incluant un excès de lO % par rapport à la stoechiométrie)
a produit des fumées contenant principale~ent 1/4 de CO2, et
2/3 d'H2O. On voit la forte proportion d'eau dans ces fumees
qui, une fois condensée, permet une très notable réduction
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des volumes ~ filtrer.
A titre comparatif, une combustion à l'air dans les
mêmes conditions ne produirait que 24 % de vapeur d'eau et
près de 60 % d'azote.
