FR2695985A1 - Post-combustion process using oxygen injected as a plasma - Google Patents

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Abstract

In a process for the post-combustion of gas, the oxygen is blown into the gas as a plasma. An installation for post-combustion to perform the above process comprises a tubular shell (1), with the gases circulating around the axis of the tube between the inlet end (9) and the outlet end (8). The plasma is introduced by a jet (10) aimed along the axis of the tube before the inlet.

Description

DESCRIPTION
L'invention se rapporte à un procédé et à une installation conjointe de post-combustion.DESCRIPTION
The invention relates to a method and to a joint post-combustion installation.

La post-combustion de gaz et en particulier de résidus d'incinération ou de pyrolyse nocifs qu'il convient de détruire est habituellement effectuée en insufflant un combustible dans une enceinte ou en chauffant le contenu de l'enceinte par des résistances, pour réaliser l'oxydation des gaz. The post-combustion of gases and in particular harmful incineration or pyrolysis residues which must be destroyed is usually carried out by blowing a fuel in an enclosure or by heating the contents of the enclosure with resistors, to achieve the oxidation of gases.

On constate que la combustion ne s'effectue pas facilement et qu'il faut donc introduire un gros excès d'oxygène, de l'ordre de 150X de la quantité théoriquement suffisante pour réussir une combustion complète, dans l'enceinte. Elle est de plus lente, ce qui impose de laisser les gaz séjourner pendant un temps relativement long dans l'enceinte, qui est ainsi chauffée au point de devoir être construite en matériau réfractaire pour devenir lourde et volumineuse, sans qu'on puisse éviter de grosses pertes d'énergie calorifique. D'autres inconvénients particuliers peuvent aussi apparaître : une corrosion de l'enceinte à cause du long temps de séjour des gaz, ou au contraire des dépôts de suies qui peuvent être toxiques ou contaminées. Or le poids de l'enceinte rend les manipulations nécessitées par l'entretien ou l'inspection difficiles. It is noted that the combustion is not carried out easily and that it is therefore necessary to introduce a large excess of oxygen, of the order of 150X of the quantity theoretically sufficient to achieve complete combustion, in the enclosure. It is also slower, which makes it necessary to let the gases remain for a relatively long time in the enclosure, which is thus heated to the point of having to be constructed of refractory material to become heavy and bulky, without it being possible to avoid large losses of heat energy. Other particular drawbacks can also appear: corrosion of the enclosure due to the long residence time of the gases, or on the contrary deposits of soot which can be toxic or contaminated. The weight of the enclosure makes the handling required by maintenance or inspection difficult.

Selon l'invention, on préconise d'insuffler de l'oxygène sous forme de plasma : la combustion est a lors infiniment plus rapide et facile de sorte qu'on peut se contenter d'un excès d'oxygène inférieur à 100X et d'un temps de séjour très court, de l'ordre de quelques millisecondes, ce qui conduit à un appareil de taille réduite. According to the invention, it is recommended to inject oxygen in the form of plasma: combustion is therefore infinitely faster and easier so that one can be satisfied with an excess of oxygen less than 100 × and a very short residence time, of the order of a few milliseconds, which leads to a device of reduced size.

L'installation qui devient possible avec ce procédé est essentiellement composée d'une enceinte tubulaire dans laquelle des gaz circulent selon l'axe entre une extrémité d'introduction et une extrémité d'évacuation le le plasma est introduit par une torche orientée dans l'axe du tube devant l'extrémité d'introduction. The installation which becomes possible with this process is essentially composed of a tubular enclosure in which gases circulate along the axis between an introduction end and an evacuation end. The plasma is introduced by a torch oriented in the axis of the tube in front of the insertion end.

Le tube ne subit qu'un échauffement modéré malgré la température élevée du plasma, car il est construit en métal (en acier par exemple) et entouré d'un canal de refroidissement ou d'un moyen semblable. The tube undergoes only moderate heating despite the high temperature of the plasma, because it is constructed of metal (steel for example) and surrounded by a cooling channel or similar means.

Un revêtement de produit résistant à la corrosion peut être ajouté sur sa face interne.A coating of corrosion resistant product can be added on its internal face.

L'invention va maintenant être décrite plus en détail à l'aide de la figure suivante annexée à titre i Ilustratif et non limitatif et qui représente une installation de l'invention. The invention will now be described in more detail with the aid of the following figure which is annexed by way of illustration and without limitation and which represents an installation of the invention.

Un tube 1 constituant une enceinte de postcombustion est composé d'une double paroi interne 2 et externe 3, celle-là étant recouverte d'une pellicule 4 de métal résistant à la corrosion sur sa face interne. A tube 1 constituting an afterburning enclosure is composed of an internal 2 and external 3 double wall, the latter being covered with a film 4 of corrosion-resistant metal on its internal face.

Les deux parois 2 et 3 délimitent un canal 5 annulaire de circulation d'eau entre une conduite inférieure d'alimentation 6 et une conduite supérieure de collecte 7. Le tube 1 est représenté vertical et ouvert en bas à une extrémité d'évacuation 8 et en haut où un raccordement 9 horizontal permet d'y introduire des gaz à brûler dans la direction de la flèche ; ces gaz circulent ensuite suivant l'axe X du tube 1 et subissent la combustion ; les produits de combustion sortent du tube 1 et aboutissent par l'extrémité d'évacuation 8 à des filtres ou d'autres moyens de purification et de traitement avant d'être rejetés.The two walls 2 and 3 delimit an annular water circulation channel 5 between a lower supply pipe 6 and an upper collection pipe 7. The tube 1 is shown vertical and open at the bottom at a discharge end 8 and at the top where a horizontal connection 9 makes it possible to introduce therein gases to be burned in the direction of the arrow; these gases then circulate along the axis X of the tube 1 and undergo combustion; the combustion products leave the tube 1 and end by the discharge end 8 to filters or other means of purification and treatment before being rejected.

Une torche à plasma d'arc 10 est établie devant le raccordement 9 et est orientée dans l'axe X du tube. Elle comprend une électrode 11 devant laquelle aboutissent des conduits 12 d'alimentation en oxygène pur ou non, qui est ionisé, transformé en plasma et projeté dans les gaz à brûler auxquels il se mélange pour provoquer leur combustion dans le tube 1. Cette torche à plasma d'arc pourrait être remplacée par une torche inductive. An arc plasma torch 10 is established in front of the connection 9 and is oriented in the axis X of the tube. It comprises an electrode 11 in front of which conduits 12 for supplying oxygen, pure or otherwise, which is ionized, transformed into plasma and projected into the gases to be burned with which it mixes to cause their combustion in the tube 1. This torch arc plasma could be replaced with an inductive torch.

Dans un exemple particulier, on doit brûler 35 Nm 1h de gaz, provenant d'une pyrolyse de déchets organiques à un débit de 15 kgîh ; la combustion nécessite théoriquement 6 Nm /h d'oxygène : on utilise en fait 9 Nm /h, soit un excès de 50X. In a particular example, 35 Nm 1 h of gas must be burnt, originating from a pyrolysis of organic waste at a rate of 15 kg / h; combustion theoretically requires 6 Nm / h of oxygen: 9 Nm / h is in fact used, ie an excess of 50X.

La chambre enclose par le tube 1 à soixante millimètres de diamètre intérieur et le tube 1 est en métal refroidi à l'eau. La température dans la zone de combustion est à 25000C environ et le temps de séjour de dix millisecondes environ, la torche 10 apporte une puissance thermique de t rente kilowatts et les gaz produits par la combustion ont un débit total de 39
3
Nm /h. Le volume externe de la chambre est d'environ trois litres : le dispositif est donc léger et maniable.The chamber enclosed by the tube 1 with an interior diameter of sixty millimeters and the tube 1 is made of water-cooled metal. The temperature in the combustion zone is around 25000C and the residence time of about ten milliseconds, the torch 10 provides a thermal power of 30 kilowatts and the gases produced by the combustion have a total flow of 39
3
Nm / h. The external volume of the chamber is approximately three liters: the device is therefore light and handy.

La chambre de post-combustion utilisée auparavant fonctionnait à 1 2000C avec un 3temps de séjour de deux secondes et un débit de 75 Nm /h d'air
3 pour produire finalement 105 Nm /h de produits de combustion. Le volume interne de la chambre était égal à trois cents litres, le volume externe à trois mille litres et l'excès d'oxygène de 150X. On constate donc que l'élévation de la température de combustion dans l'invention n'implique pas d'échauffement supplémentaire de l'enceinte. C'est même le contraire qui est observé, grâce au système de refroidissement mis en place et au temps de séjour bien moindre des gaz. Une des raisons de ce temps de séjour réduit et cependant suffisant est l'affinité excellente des ions d'oxygène avec de nombreux gaz, notamment ceux qui résultent de la pyrolyse de corps organiques (plastiques, tissus, etc.).The post-combustion chamber used previously operated at 1 2000C with a residence time of two seconds and a flow rate of 75 Nm / h of air
3 to finally produce 105 Nm / h of combustion products. The internal volume of the chamber was three hundred liters, the external volume three thousand liters and the excess oxygen 150X. It can therefore be seen that the increase in the combustion temperature in the invention does not imply additional heating of the enclosure. The opposite is even observed, thanks to the cooling system in place and the much shorter residence time of the gases. One of the reasons for this reduced and yet sufficient residence time is the excellent affinity of oxygen ions with many gases, in particular those which result from the pyrolysis of organic bodies (plastics, fabrics, etc.).

On s'efforce, par un choix judicieux du débit ou d'autres caractéristiques du liquide réfrigérant, de ne pas refroidir excessivement la paroi du tube 1 pour éviter des condensations de produits corrosifs tel que l'acide chlorhydrique si les gaz résidus de pyrolyse sont chlorés. La température du tube 1 peut être stabilisée si elle coïncide avec l'ébullition du liquide réfrigérant, dont on peut d'ailleurs choisir la pression pour régler la température d'ébullition. On peut aussi remplacer le canal 5 par d'autres moyens, tels qu'un caloduc, qui amortissent bien les variations de température. Les gaz sont introduits par le raccordement 9 à une pression inférieure à la pression atmosphérique pour éviter les fuites éventuelles vers l'extérieur.  An effort is made, by a judicious choice of the flow rate or other characteristics of the coolant, not to excessively cool the wall of the tube 1 to avoid condensation of corrosive products such as hydrochloric acid if the pyrolysis residue gases are chlorinated. The temperature of the tube 1 can be stabilized if it coincides with the boiling of the coolant, the pressure of which can moreover be chosen to regulate the boiling temperature. Channel 5 can also be replaced by other means, such as a heat pipe, which absorb temperature variations well. The gases are introduced via connection 9 at a pressure below atmospheric pressure to avoid possible leaks to the outside.

Claims (9)

REVENDICATIONS 1. Procédé de post-combustion de gaz, 1. Gas post-combustion process, caractérisé en ce que de l'oxygène est insufflé dans characterized in that oxygen is blown into les gaz sous forme de plasma. gases in the form of plasma. 2. Procédé de post-combustion suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'oxygène est introduit avec un excès de quantité inférieur à 100X. 2. Post-combustion process according to claim 1, characterized in that the oxygen is introduced with an excess of quantity less than 100X. 3. Procédé de post-combustion suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les gaz sont chlorés. 3. Post-combustion process according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the gases are chlorinated. 4. Procédé de post-combustion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les gaz sont des résidus de pyrolyse. 4. Post-combustion process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the gases are pyrolysis residues. 5. Procédé de post-combustion suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les gaz sont introduits à une pression inférieure à la pression atmosphérique. 5. Post-combustion process according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the gases are introduced at a pressure below atmospheric pressure. 6. Installation de post-combustion pour mettre en oeuvre un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend une enceinte tubulaire (1), les gaz circulant selon l'axe du tube entre une extrémité d'introduction (9) et une extrémité d'évacuation (8) et le plasma étant introduit par une torche (10) orientée dans l'axe du tube devant l'extrémité d'introduction (9). 6. Post-combustion installation for implementing a process according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it comprises a tubular enclosure (1), the gases circulating along the axis of the tube between a introduction end (9) and a discharge end (8) and the plasma being introduced by a torch (10) oriented in the axis of the tube in front of the introduction end (9). 7. Installation de post-combustion suivant la revendication 6, caractérisée en ce que le tube est composé d'une paroi (2) entourée par un moyen (5) de refroidissement. 7. Post-combustion installation according to claim 6, characterized in that the tube consists of a wall (2) surrounded by a cooling means (5). 8. Installation de post-combustion suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le tube est en métal. 8. Post-combustion installation according to claim 7, characterized in that the tube is made of metal. 9. Installation de post-combustion suivant la revendication 7, caractérisée en ce que la température de la paroi interne (2) est choisie pour éviter toute condensation de produits corrosifs.  9. Post-combustion installation according to claim 7, characterized in that the temperature of the internal wall (2) is chosen to avoid any condensation of corrosive products.
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