BE1029844B1 - SYSTEM FOR DEPOLLUTION OF CONTAMINATED MATERIALS BY MEANS OF HEATING TUBES WITH CONDUCTIVE SUPPORTS - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un système de traitement thermique de matériaux contaminés par des hydrocarbures et/ou autres polluants organiques ou inorganiques volatiles à 600°C. La présente invention propose un système de traitement desdits matériaux contaminés via des tubes thermo conducteurs dotés de supports conductifs en acier, appelés « ailettes », augmentant localement leur conductivité thermique.The present invention relates to a system for the heat treatment of materials contaminated with hydrocarbons and/or other volatile organic or inorganic pollutants at 600°C. The present invention proposes a system for treating said contaminated materials via thermally conductive tubes equipped with conductive steel supports, called "fins", locally increasing their thermal conductivity.
Description
1 BE2021/57961 BE2021/5796
SYSTÈME DE DÉPOLLUTION DE MATÉRIAUX CONTAMINÉS AU MOYEN DEDEPOLLUTION SYSTEM FOR CONTAMINATED MATERIALS BY MEANS OF
TUBES CHAUFFANTS À SUPPORTS CONDUCTIFSHEATING TUBES WITH CONDUCTIVE SUPPORTS
La présente invention consiste en un système de chauffe destiné à améliorer le traitement thermique des matériaux contaminés au moyen de supports conductifs en acier augmentant la surface d'échange entre le tube chauffant et son environnement.The present invention consists of a heating system intended to improve the heat treatment of contaminated materials by means of conductive steel supports increasing the exchange surface between the heating tube and its environment.
L'invention concerne en particulier un système de chauffe adapté au traitement par désorption thermique ex-situ (matériaux contaminés excavés) pour assainir des matériaux contenant des hydrocarbures et/ou d'autres contaminants organiques.The invention relates in particular to a heating system suitable for treatment by ex-situ thermal desorption (excavated contaminated materials) to clean up materials containing hydrocarbons and/or other organic contaminants.
La contamination des sols est un problème de grande importance dans un monde où l’environnement et le développement durable prennent de plus en plus d'importance.Soil contamination is a problem of great importance in a world where the environment and sustainable development are becoming increasingly important.
Ce problème, souvent invisible, peut être causé par une grande variété de contaminants chimiques, biologiques ou même radioactifs et une toute aussi grande gamme de sources de pollutions. Laissée telle quelle, la contamination peut se propager et se retrouver dans d’autres ressources indispensables à la faune et la flore environnante. Il est donc important, dans un but de protection de l’environnement et de santé publique, d’éliminer ces contaminants avant qu’ils n'aient de trop grandes répercussions.This problem, often invisible, can be caused by a wide variety of chemical, biological or even radioactive contaminants and an equally wide range of pollution sources. Left as it is, the contamination can spread and end up in other resources essential to the surrounding flora and fauna. It is therefore important, in order to protect the environment and public health, to eliminate these contaminants before they have too great an impact.
Les technologies de remédiation des sols sont multiples et peuvent être séparées en trois catégories principales : thermique, biologique et physicochimique. Le choix de la technique dépend de plusieurs paramètres tel que la nature de la contamination, les propriétés du sol, les contraintes physiques du site et le cout total du projet.Soil remediation technologies are multiple and can be separated into three main categories: thermal, biological and physicochemical. The choice of technique depends on several parameters such as the nature of the contamination, the properties of the soil, the physical constraints of the site and the total cost of the project.
Une de ces techniques, la désorption thermique, est basée sur le chauffage du sol pour volatiliser les contaminants et en permettre Vextraction et la destruction/réutilisation après condensation. La désorption thermique est efficace face aux contaminants organiques, aux cyanures, au mercure et tout autre composant pouvant être volatilisé à des températures situées en dessous de 550°C.One of these techniques, thermal desorption, is based on heating the soil to volatilize the contaminants and allow their extraction and destruction/reuse after condensation. Thermal desorption is effective against organic contaminants, cyanides, mercury and any other component that can be volatilized at temperatures below 550°C.
Chauffer via conduction thermique est une des techniques utilisées dans le domaine de la désorption thermique (WO2001078914A8). Avec cette technique, l'énergie provenant de tubes de chauffes se propage radialement dans le sol par conduction.Heating via thermal conduction is one of the techniques used in the field of thermal desorption (WO2001078914A8). With this technique, the energy coming from the heating tubes propagates radially in the ground by conduction.
Ceci comporte plusieurs avantages vis-à-vis des autres possibilités de remédiationThis has several advantages over other remedial options.
2 BE2021/5796 du sol car la conduction thermique permet de chauffer le sol à des températures dépassant les 350°C (ce qui n’est pas possible, par exemple, avec le chauffage électrique résistif (US5656239A)) et de traiter facilement et rapidement les sols contaminés par une grande variété de contaminants, peu importe l’hétérogénéité du2 BE2021/5796 from the ground because thermal conduction makes it possible to heat the ground to temperatures exceeding 350°C (which is not possible, for example, with resistive electric heating (US5656239A)) and to treat easily and quickly soils contaminated with a wide variety of contaminants, regardless of the heterogeneity of the
Sol. En effet, la conductivité thermique a la particularité de ne pas fluctuer par des grands ordres de grandeur avec les matériaux présents dans le sol. De ce fait, la conduction thermique est beaucoup plus efficace que d’autres méthodes de transfert de chaleur dans le cas de sols hétérogènes.Floor. Indeed, the thermal conductivity has the particularity of not fluctuating by large orders of magnitude with the materials present in the soil. Therefore, thermal conduction is much more efficient than other methods of heat transfer in the case of heterogeneous soils.
Cette technique est applicable ex-situ et in-situ. Pour ce qui est de la désorption thermique ex-situ (acronyme anglais : ESTD, Ex-Situ Thermal Desorption), le sol contaminé est excavé et utilisé pour former des piles ou placé dans des conteneurs qui sont traités thermiquement. Avec la désorption thermique in-situ, les tubes de chauffes sont directement insérés dans le sol pollué permettant ainsi d'éviter l’excavation et le transport des terres. Ceci permet aussi de traiter des sols dans des — endroits restreints et/ou avec un accès limité tel que des sites éloignés, des sites en zones urbaines, des sous-sols de maisons, etc. De manière générale, cette technique est plus rapide et a un impact environnemental réduit.This technique is applicable ex-situ and in-situ. In Ex-Situ Thermal Desorption (ESTD), contaminated soil is excavated and used to form piles or placed in containers that are heat-treated. With in-situ thermal desorption, the heating tubes are directly inserted into the polluted soil, thus avoiding excavation and transport of soil. This also makes it possible to treat soils in restricted places and/or with limited access such as remote sites, sites in urban areas, basements of houses, etc. In general, this technique is faster and has a reduced environmental impact.
Les techniques actuelles augmentent la température du tube de chauffe en faisant circuler des gaz chauds (gaz de combustion), provenant d’un bruleur, dans deux tubes concentriques métallique (BE1024596B1).Current techniques increase the temperature of the heating tube by circulating hot gases (combustion gases), coming from a burner, in two concentric metal tubes (BE1024596B1).
La présente invention présente un système de chauffe destiné à améliorer le traitement thermique des matériaux contaminés au moyen de supports conductifs en acier augmentant la surface d'échange entre le tube chauffant et son environnement.The present invention presents a heating system intended to improve the heat treatment of contaminated materials by means of conductive steel supports increasing the exchange surface between the heating tube and its environment.
En particulier, dans le cadre d’un mode ESTD, les tubes de chauffe sont placés horizontalement entre des couches de matériaux contaminées. Ces tubes peuvent atteindre 20 mètres de long et le volume desdits matériaux contaminés autour des quelques derniers mètres du tube de chauffe monte en température plus lentement que le reste de la pile en raison d’une répartition de la chaleur inégale le long des tubes de chauffe. De plus, les procédés actuels ne permettent pas de diriger la chaleur aux endroits choisis par exemple parce qu'ils contiennent plus d'humidité ou requièrent des températures plus élevées.In particular, in the context of an ESTD mode, the heating tubes are placed horizontally between layers of contaminated materials. These tubes can be up to 20 meters in length and the volume of said contaminated material around the last few meters of the heater tube heats up more slowly than the rest of the stack due to uneven heat distribution along the heater tubes. . Moreover, the current methods do not make it possible to direct the heat to the places chosen, for example because they contain more humidity or require higher temperatures.
La présente invention présente une solution pour corriger ce décalage de chauffe en — augmentant la surface d'échange entre cette portion du tube de chauffe et les matériaux contaminés qui l’entourent au moyen de supports conductifs, dits « ailettes », Cette invention permet aussi de moduler, en fonction de paramètres externes, leThe present invention presents a solution for correcting this heating offset by - increasing the exchange surface between this portion of the heating tube and the contaminated materials which surround it by means of conductive supports, called "fins", This invention also allows to modulate, according to external parameters, the
3 BE2021/5796 chauffage au sein du volume à traiter et d'apporter l'énergie aux endroits requis, évitant ainsi des pertes énergétiques importantes.3 BE2021/5796 heating within the volume to be treated and to bring energy to the required places, thus avoiding significant energy losses.
Figure 1 : Exemple d’une portion d’un tube de chauffe avec 4 ailettesFigure 1: Example of a portion of a heating tube with 4 fins
Figure 2a : Zoom sur une ailette en dessous du tube de chauffeFigure 2a: Zoom on a fin below the heating tube
Figure 2b : Zoom sur une ailette seuleFigure 2b: Zoom on a single fin
Figure 3 : Exemple de plusieurs tubes de chauffe avec ailettes en mode ex-situFigure 3: Example of several heating tubes with fins in ex-situ mode
La légende des figures est la suivante : 1. Tube de chauffe 2. Ailette envergure minimum 3. Ailette envergure maximum 4. Pile de matériaux contaminéesThe legend of the figures is as follows: 1. Heating tube 2. Minimum span fin 3. Maximum span fin 4. Pile of contaminated materials
Les termes "sol contaminé” et "matériau contaminé" sont utilisés ici comme — synonymes et doivent être compris comme incluant tous les types de sols, de boues ou autres matériaux qui peuvent être contaminés par tout cocktail de polluants, tels que des contaminants organiques, par exemple les hydrocarbures, et inorganiques, dont la température d’ébullition, Téb, à pression atmosphérique est inférieure à 600°C et/ou des métaux lourds.The terms “contaminated soil” and “contaminated material” are used herein as — synonyms and should be understood to include all types of soil, sludge or other material which may be contaminated with any cocktail of pollutants, such as organic contaminants, for example hydrocarbons, and inorganic ones, whose boiling point, Teb, at atmospheric pressure is less than 600° C. and/or heavy metals.
La chaleur par conduction a lieu lorsque deux matériaux ou objets matériels sont en contact direct et que la température de l'un est supérieure à la température de l'autre. La conduction thermique consiste en un transfert d'énergie cinétique du milieu le plus chaud vers le plus froid. Le terme "conduction" tel qu'il est utilisé ici est donc destiné à désigner tous les types de transfert de chaleur dans lesquels la chaleur est déplacée d'un objet (plus chaud) à un autre objet (plus froid) par contact direct. Il doit être entendu que dans la présente invention, lorsque le transfert de chaleur par conduction est mentionné, également une très petite quantité de chaleur est généralement également transférée au sol au moyen d'un rayonnement.Heat by conduction takes place when two materials or material objects are in direct contact and the temperature of one is higher than the temperature of the other. Thermal conduction consists of a transfer of kinetic energy from the hottest medium to the coldest. The term "conduction" as used herein is therefore intended to refer to all types of heat transfer in which heat is moved from one (hotter) object to another (colder) object by direct contact. It should be understood that in the present invention, when heat transfer by conduction is mentioned, also a very small amount of heat is generally also transferred to the ground by means of radiation.
La présente invention concerne un système avec un certain nombre de tubes thermo conducteurs placés dans un sol contaminé. Les tuyaux sont en communication avecThe present invention relates to a system with a number of thermally conductive tubes placed in contaminated soil. The pipes are in communication with
4 BE2021/5796 une source de chaleur engendrant la circulation d’un fluide chauffé au travers des tubes : du tube de chauffe interne au tube de chauffe externe, entrainant l’élévation de la température du sol environnant. L'invention est destinée à augmenter la surface d'échange entre le tube de chauffe et le volume de terre qui l’entoure en utilisant des plaques en acier appelées ci-après « ailettes », placées sur les tubes de chauffe externes.4 BE2021/5796 a heat source causing the circulation of a heated fluid through the tubes: from the internal heating tube to the external heating tube, causing the temperature of the surrounding ground to rise. The invention is intended to increase the exchange surface between the heating tube and the volume of earth which surrounds it by using steel plates hereinafter called "fins", placed on the external heating tubes.
Dans un mode de réalisation préféré, les terres contaminées sont excavées puis traitées sur place ou bien déplacées jusqu'à un site désigné comme site de dépollution. Les terres sont alors utilisées pour former des piles ou placées dans des conteneurs permettant un traitement par « batch » (ex-situ, ESTD). Les tubes de chauffes sont insérés en position horizontal par rangés au travers de la pile avec une répartition permettant de chauffer au mieux l’entièreté du volume de terre contaminés.In a preferred embodiment, the contaminated soil is excavated and then treated on site or else moved to a site designated as a depollution site. The earth is then used to form piles or placed in containers allowing “batch” treatment (ex-situ, ESTD). The heating tubes are inserted in a horizontal position in rows through the pile with a distribution allowing the best possible heating of the entire volume of contaminated soil.
La présente invention concerne des ailettes en acier (2) (3) placées ou soudées directement en-dessous ou au-dessus de chaque tube de chauffe (1) (figure 2a).The present invention relates to steel fins (2) (3) placed or welded directly below or above each heating tube (1) (Figure 2a).
L’acier présentant une conductivité thermique des dizaines de fois plus élevée que celle des différents types de sol, la chaleur est distribuée plus rapidement au volume de terre contaminées (4) (figure 3) entourant un tube de chauffe avec ailettes. Par — conséquent, la durée de chauffe est accélérée et le temps de traitement diminué, résultant en une meilleure efficacité énergétique du traitement.Since steel has a thermal conductivity tens of times higher than that of the different types of soil, the heat is distributed more quickly to the volume of contaminated soil (4) (figure 3) surrounding a heating tube with fins. Consequently, the heating time is accelerated and the treatment time reduced, resulting in better energy efficiency of the treatment.
Dans un mode de réalisation préféré, les ailettes ne sont pas attachées ni soudées aux tubes de chauffe, mais simplement posées dessus ou dessous.In a preferred embodiment, the fins are not attached or welded to the heating tubes, but simply placed above or below.
Dans un mode de réalisation préféré les ailettes sont en métal malléable et conducteur, différent de l'acier. Ainsi elles peuvent être plus légères et faciles à placer.In a preferred embodiment, the fins are made of malleable and conductive metal, different from steel. So they can be lighter and easier to place.
La quantité d'ailettes à placer et leur taille dépendent de la longueur totale du tube de chauffe.The quantity of fins to be placed and their size depend on the total length of the heating tube.
Dans un mode de réalisation préféré, la position et la taille des ailettes dépendent de la qualité des matériaux à traiter, notamment leur taux d'humidité et/ou leur concentration en polluants.In a preferred embodiment, the position and the size of the fins depend on the quality of the materials to be treated, in particular their humidity level and/or their concentration of pollutants.
Dans un mode de réalisation préféré, les tubes chauffants présentent une ailette de grande taille. Dans un autre mode de réalisation préféré, les tubes chauffants sont dotés de plusieurs ailettes de petites tailles (figure 1). Les ailettes sur un même tube de chauffe sont écartées de quelques dizaines de centimètres et peuvent avoir différentes tailles : avec celle qui a la plus grande surface (3) placée à la fin du tube et la plus petite surface (2) s’éloignant de la fin du tube.In a preferred embodiment, the heating tubes have a large fin. In another preferred embodiment, the heating tubes are provided with several fins of small sizes (FIG. 1). The fins on the same heating tube are separated by a few tens of centimeters and can have different sizes: with the one with the largest surface (3) placed at the end of the tube and the smallest surface (2) moving away from the end of the tube.
5 Dans la présente invention, l'épaisseur des ailettes est comprise entre 1mm et 20mm et de préférence entre 2 et 10mm.5 In the present invention, the thickness of the fins is between 1 mm and 20 mm and preferably between 2 and 10 mm.
La forme de l’ailette est rectangulaire sur les côtés et en demi-cercle au milieu entre les deux parties rectangulaires (figure 2b). La longueur de l’ailette est comprise entre 350mm et 1500mm et de préférence entre 500 et 1200mm.The shape of the fin is rectangular on the sides and in a semicircle in the middle between the two rectangular parts (figure 2b). The length of the fin is between 350mm and 1500mm and preferably between 500 and 1200mm.
La largeur de l’ailette est comprise entre 400mm et 1000mm et de préférence entre 500 et 800mm.The width of the fin is between 400mm and 1000mm and preferably between 500 and 800mm.
Les ailettes sont orientées parallèlement aux couches de matériaux à traiter.The fins are oriented parallel to the layers of materials to be treated.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
FG | Patent granted |
Effective date: 20230508 |