BE544661A - - Google Patents

Description

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   La   présente   invention concerne un procédé d'oxydation   auto-entretenue   contrôlée de matières   combustible;;:*     en     dispersion     aqueuse   subissant une   oxydation     sensiblement   
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 cW-i1pl)t6 en présence d*un gaz contenant de l'oxygène à l'état   libre,   afin de   fournir   de  la.     vapeur      d'eau,     de l'eau,   des gaz   'ion     condensa, blés   et   d@   s sels  minéraux   ou   cendres.   
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 Lr investi on concerne plus ='2,r-:i'uliGrD::n.ent une installation et un ':)1'1"""':

  S. É' de -réglage de ce processus d'oxygénation "XtO"8 .:tJ"e ,8nu.e permettant de régler la vitesse d'oxydation   par     notification   de   la.concentration   de la   liqueur     combustible introduite en dispersion aqueuse, cette   
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 i,r',}y,i'..l";l1 ".:L.l;).. ÚV"41V ;..'î:E:3.i,... E.,. à son tour par len ".'r" t.1.l,;lt,.1.J 

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 thermiques choisies pour  l'admission de la matière combustible. 



   On a décrit dans le brevet belge N    497.721   déposé. le 23 août 1950 au nom de la même Société un processus d'oxydation auto-entretenue qui a pris une importance considérable pour le traitement des eaux-vannes industrielles, comme les eaux d'égoût, les liqueurs résiduaires sulfitiques, les produits résiduaires prove- nant de la fabrication du fromage et d'autres eaux-vannes ou produits résiduaires organiques et carbonés. Toutefois, l'application industrielle de ce procédé a exigé l'adoption de dispositifs de régulation et de commande pour adapter le processus aux différentes sources de matières et pour régler l'équilibre thermique de ce processus afin de fourni une quantité de chaleur constante et maximum dépassant les exigences du processus lui-même.

   Il a semblé désirable, pour essayer d'obtenir cette régulation, de pré-réchauffer la liqueur afférente. De cette façon, étant donné que le temps de la réaction est inversement proportionnel à la concentration de la liqueur, des exigences   maxima   ne nécessitaient que le chauffage de la liqueur pour obtenir dans celle-ci des températures de pré-réchauffage maxima. 



   Toutefois, la pratique a montré qu'un chauffage excessif de la liqueur provoque la formation d'un gâteau ou une solidification de la liqueur fluide, et que la continuité du processus est alors temporairement interrompue par la formation d'une nasse solide ou   semi-solide.   Cette masse d'occlusion en forme de gâteau est formée de cendres, de sels minéraux, de matières insolubles à la concentration désirée et de produits d'oxydation non volatils. 

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     IL'!   il se produit dans le système un déséquilibre de ce   t@@s,   le procède ne peut plus être continu. On a donc   cherché   à régler les conditions   d'écoulement   de la liqueur en vue   d'éviter   cette   interruption     de travail.     Jette     recula tien   constitue un   impératif   si le procédé doit être   appliqué     à   des installations de production d'énergie à   l'échelle   industrielle utilisant des matières dont la   composition   et le pouvoir calorifique varient. 



   Des recherches expérimentales ont   contre   qu'un   minimum   de 200   grandes   calories environ par litre de   liqueur   sont   nécessaires   à   l'entrée. de   la   zone   de réaction pour   maintenir   des   conditions   d'auto-entretien sous une pression manomé-    ruz, 0 vzw 2 Ainsi ttne matière C73.1 ?ry.' trique de 56 kg/cm 2 environ. Ainsi, une matière do charge   combustible renfermant notablement moins de 200 grandes calories par litre à l'entrée du réacteur correspond à un potentiel calorifique insuffisant pour maintenir le caractère continu du processus de réaction sans chaleur fournie de l'extérieur.

   Il se produit une oxydation à des concentrations plus   faible s,   maiscette   condition-   parait être   extérieure   aux limites de temps et d'appareillage utilisables en pratique. La condition de concentration   préférentielle   à l'entrée du réacteur est   voisine   de 465 grandes calories par litre,. 



   L'invention concerne donc un procédé et une   installât' on   pour le   réglage     de la     concentration   de la   matière     combustible   par   rapport     l'eau   entre les   conditions extrêmes     précitées.   



   Des   rechercha:;   ont permis de constater que l'on peut   obtenir   une régulation de ce procédé en   acheminant   au moins une partie de l'effluent provenant de l'appareil d'oxydation de façon à réaliser un   échange.thermique   avec la liqueur 

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   afférente.   Une quantité de   gaz supérieure   à celle   pouvant   être   absorbée   doit   nécessairement être     présente dans   la   liqueur     afin     que l'évaporation     puisse   se   produire.

   On     parvient    aisément  à ce   résultat   en   introduisant   une   quantité   de   gaz     supérieure   à celle   pouvant   être   absorbée     avant     d'établir l'échange thermique indiqué.   
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  On utilise un éohangeur-conoentrateur de chaleur dans   lequel la   liqueur brute   afférente   est   sise   en   présence   du   gaz     avant     l'entrée   de la matière   résiduaire     organique     dans   
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 l'appareil de réaction.

   Cet éohangeur-conoentrateur coopère   avec     l'effluent   dans une relation d'échange   thermique    afin     qu'une   partie au moins-de cet   effluent   traverse   l'échangeur-     concentrateur   pour provoquer -le chauffage et la concentratie. de la liqueur afférente en présence du gaz.

     Judicieusement   un   séparateur   agissant sur   l'effluent   provenant de   l'appareil   de réaction, une   @érivation   conjuguée à une vanne ou un   agencement analogue   est prévu pour permettre   l'utilisation     d'une     partie   au moins de l'effluent de   l'appareil   de   réaction   en vue de la concentration par   échange     thermique   avec la liqueur   afférente   introduite dans cet   appareil.   



  On utilise 1'effluent provenant de   l'appareil   de réaction en une   quantité   déterminée afin que la liqueur afférente   introduite   dans l'appareil de réaction présente le pouvoir   calorifique     désirable,   sans toutefois se   transformer   en   gâteau.   



   Dans ces conditions la   température   de la   liqueur     afférente   est   augmentée,   et il se   produit     uns concentration   
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 #par suite de l' évaporât! on. La température minimum, de paré-   réchauffage avant   l'admission à   l'appareil de     réaction   est de 93  G environ. Dans cette   condition,   le   combustible   

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 en   dispersion   dans l'eau présente un pouvoir calorifique   suffisant   pour maintenir la réaction à une   température   et sous une pression   sensiblement   constantes.

   La   température     d'admission   maximum est déterminée par le point auquel il se produit la formation   d'un   gâteau ou une   solidification*   de la matière organique à   1* intérieur   du système. En   bref,   le pouvoir calorifique'exprimé en grandes calories par unité de volume est augmenté avant l'introduction dans l'appareil de réaction.

   En modifiant les conditions de tension partielle régnant à l'intérieur de l'échangeur- concentrateur, on peut faire varier de la façon désirée la concentration de la matière afférente, On supposé dans ce procédé que   lion',obtient   une quantité   d'air   ou d'autre gaz suffisante   pour .que   la quantité d'eau évaporée ne dépende que de l'échange thermique réalisé entre l'effluent quittant l'appareil de réaction et .la liqueur afférente. 



  En réglant la quantité de chaleur passant de l'appareil de 
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 réaction à l'échangeur-concentrateur, on peut régler avec   précision     l'effet\de concentration   obtenu. 



   On peut assurer aisément une commande-réelle au moyen d'unconduit de dérivation conjugué à une vanne et allant de l'appareil de réaction à   l'échangeur-concentrateur.   Quant' la concentration de la liqueur afférente varie, la commande de la vanne de dérivation fait passer une quantité plus. ou moins grande de l'effluent quittant l'appareil de réaction 
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 dans leéchangeur.-concentrateur. D'un autre point de vue, on peut ainsi adapter une installation donnée à une modifi- 
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 cation d1" capacité", et la régler pour des concentrations variables des matières combustibles en dispersion aqueuse. 



   Bien que l'on ait utilisé une dérivation' conjuguée 

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 à uae vaine pour montrer de façon précise la   manière   selon laquelle l'invention peut être mise en oeuvre, on   comp@andra   que d'autres agencements sont également utilisables. On peut prévoir par exemple un séparateur recevant la totalité ou une partie de l'effluent provenant d'appareils de réaction. Quand on -utilise comme entrée ou charge une liqueur ayant un pouvoir .calorifique élevé (exprimé en grandes calories par unité de volume), la chaleur en excès présente sous forme de gaz à haute température peut être utilisée à d'autres fins, tandis que le liquide ou la bouillie provenant du séparateur peut être utilisée pour 
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 l'échangeur-concentrateur.

   Suivant une variante, les gaz à haute température pourraient être utilisés en vue de la concentration, ou'bien on pourrait également utiliser à cet effet un mélange   d'e   gaz et de bouillie liquide, ou encore une partie de chacun de ces deux constituants,On peut également utiliser sanss'écarter de l'invention des séparateurs et des échangeurs à multiple effet quand un seul élément n'assure qu'une partie de la régulation désirable. 



   Dans chaque cas, le système utilisé doit être capable de subir un réglagesuffisant pour obtenir à l'entrée de- l'appareil de réaction un pouvoir calorifique compris entre   200   grandes calories par litre au minimum et la concentration à laquelle il se produit un gâteau ou une occlusion. 



   Les exemples suivants, destinés à montrer le mode de 
Dise en oeuvre de l'invention indiquent le rôle de la dérivation pour' obtenir une augmentation ou une réduction de la concentration des combustibles dans   l'eau   pour' différents types particuliers de Entières organiques   inlus-     trielles.   On comprendra toutefois que ces exemples sont 

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   @onnés   à titre non limitatif. 
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  E'Y-:" .), " i\T 0 1 Si l'on utilise l'appareil représenté s ché,za t.7ucr.,. t sur la fig. 2 du dessin annexé, l'échangeur-pré-ré chauffeur assure une augmentation de température de la liqueur afférente pour l'amener de la température   d'emmagasinage   à 77  G environ, sousune pression   de'59,5   kg/cm2 environ. 
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  On admet de l'air après l'échangeur pré-rêcilauffeur et avant l'échangeur-conoentrateu.r, 'et avant l'introduction de la dispersion organique aqueuse et de gaz dans la zone de réaction formée par les trois appareils de réaction représentés sur la fig. 2. Les conditions de température et de pression maintenues dans le système correspondent à 56,7   kg/cm   environ pour une température de 2140 C. 



  Cette température est atteinte avant l'admission des eaux- vannes dans l'appareil de réaction, en utilisant la vapeur d'eau obtenue à partir du séparateur S et dont la circulation est assurée par la dérivation afin d'obtenir un échange thermique avec la liqueur résiduaire acheminée de façon continue. La température à l'intérieur de la zone de réaction, qui est représentée par les appareils de réactipn désignés par R1, R2 et R3 (Fig,   2),   indique une température maximum de   2560   C'environ pour, une pression manométrique de 56   kg/cm"   environ.

   En utilisant un combustible   aant   un pouvoir calorifique connu de 375 grandes calories environ par litre, on peut obtenir un fonctionnement continu sans occlusion ou formation de gâteau appréciable dans le système, alors qu'une chaleur encore suffisante est présente pour assurer le pré-réchauffage et pour fournir une quantité de chaleur en excès utilisable à d'autres fins. La matière 

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 utilisée comme liqueur brute est une liqueur   se@@-enimique   de fabrication de pâte à papier à base sodique. Cette matière a été choisie car elle forme un groupe de liqueurs résiduaires organiques exigeant un traitement industriel. 



  L'analyse de la concentration de la matière à l'entrée du premier appareil de réaction correspond à environ 460 grandes calories par litre. 



     EXEUPLE   N 2 
On utilise le même appareil que dans l'exemple N    1 '   (mieux visible sur la fig.   2)   et on fournit une quantité de chaleur excessive   ('232   C) à l'échangeur-concentrateur au moyen   de.la   dérivation, eu utilisant le même combustible 'semi-chimique à base sodique ayant un pouvoir calorifique de 375 grandes calories environ par litre. Il se produit alors une concentration excessive et la formation d'un gâteau à l'entrée de l'appareil de réaction, ce qui empêche la mise en oeuvre continue du procédé. La concentration en combustible par litre à l'entrée du premier appareil de réaction est d'environ 565 grandes calories par litre. 



   EXEMPLE N  3 
En utilisant l'appareil décrit dans les exemples NOS 1 et 2, on obtient dans le système une concentration suffisante pour une liqueur résiduaire semi-chimique à base sodique contenant des matières combustibles et ayant un pouvoir calorifique de 225 grandes calories par litre environ, en utilisant dans l'équipement une dérivation ouverte. Le conduit de dérivation est rendu complètement libre par l'ouverture de la vanne de dérivation représentée. 



  On estime que la concentration à l'entrée de la zone de réaction est de 335 grandes calories par litre environ, 

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 et une combustion en phase liquide appropriée est alors maintenue dans la zone de réaction. 



   -Si   l'on   se reporte plus particulièrement aux dessins, on a représenté sur la fig. 1 un schéma montrant le   dérou-'   lement des opérations et sur lequel on a représenté un   é changeur-concentrateur E   et une zone de réaction R dont l'effluent parvient directement à l'échangeur-concentrateur et forme une source de chaleur réglable. On a représenté en traits mixtes un séparateur S qui n'est toutefois pas absolument nécessaire dans le système de régulation. Les vannes de dérivation V et V' représentées ici assurent le dosage de l'effluent provenant de   l'appareil.de   réaction et le font parvenir à l'échangeur-concentrateur. Les conduits appropriés sont indiqués sur le dessin. Les- conduits.de dérivation sont représentés également.

   Sur la fig. 2, qui-montre une installation d'exploitation, une matière brute résiduaire ayant une concentration donnée en grandes calories par unités de volume est-envoyée par une pompe P à travers une série d'échangeurs de chaleur E1, E2, E3, dans lesquels la chaleur de cette liqueur brute est amenée progressivement aux conditions d'auto-entretien désirées pour l'introduction continue dans -les appareils de réaction R à R . Les échangeurs utilisés (considérés successivement) sont un pré-réchauffeur, un échangeur- concentrateur où se produit la concentration, et un échangeur d'amorçage.

   Cet échangeur d'amorçage n'est utilisé que pour déclencher le fonctionnement des appareils de réaction, et l'arrivée de vapeur d'eau d'amorçage est interrompue quand les conditions d'auto-entretien sont obtenues.   @@   se produit dans les appareils de réaction R1, R2 et R3 

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 une oxydation sensiblement totale, et les produits- de   la.   réaction, comme l'anhydride carbonique, l'azote,   l'oxygène   en excès, la vapeur d'eau, les cendres et l'eau,. quittent- l'appareil de réaction ou la zone de réaction. On effectue ultérieurement'une séparation appropriée dans des séparataurs 
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 Il et S2.

   Une certaine partie de 1!eff.luert quittant ' l'appareil de réaction est remise en cycle par. le conduit L partant du séparateur, à la température obtenue dans la zone de réaction moins les pertes par rayonnement, et elle 
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 est dirigée vers l'échangeur-concentratour et les- pré- réchauffeurs ou,les échangeurs; suivant les besoins. On a représenté également sur la fig. 2 l'utilisation des constituants liquides .et gazeux de l'effluent en provenance des appareils de réaction en vue d'assurer le chauffage. 



   Avant la pénétration de la matière combustible pré- réchauffée dans la zone de réaction, de l'air est envoyé dans cette zone et il se mélange donc à cette matière organique résiduaire. Sur la fig. 2, l'embout d'admission d'air est désigné par A. Il en résulte dans l'échangeur    concentrateur   une condition telle qu'on y observe un effet de concentration qui est fonction du réglage de la tempé rature des matières traversant la dérivation et le, conduit   L.   pour pénétrer dans   l'échangeur-concentrateur.   II ae   produit   dans ce dispositif une évaporation continue .qui   moitié   la concentration de la matière organique résiduaire   'en     @   dispersion aqueuse avant l'introduction dans la zone, de réaction. 



   L'invention décrite ici apporte des perfectionnements au procédé et à   l'appareil   décrits dans le brevet belge précité. 

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   On voit donc que l'on obtient ainsi un procède et une installation de régulation applicables aux processus d'oxydation auto-entretenue, qui présentent des avantages notables et qui permettent d'adapter aisément l'installation à une nouvelle matière combustible, à laquelle correspondent des besoins différents par suite des variations du pouvoir calorifique   volume trique   exprimé en' grandes calories. 



   Les détails de réalisation peuvent être modifiés, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de   l'invention.   

**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.

Claims (1)

1. REVENDICATIONS 1.- Procédé continu d'oxydation auto-entretenue en phase liquide de matières combustibles, consistant à mélanger avec une dispersion aqueuse d'une matière combustible un gaz d'oxygénation en une quantité supérieure à celle absorbée dans cette dispersion, à acheminer ce mélange de gaz et de matière aqueuse de manière à réaliser un échange thermique avec au moins une partie d'un effluont fluide chaud provenant d'une zone' de réaction, afin de concentrer ce mélange par évaporation de l'eau qu'il contient, à introduire ce mélange concentré dans une zone de réaction, à provoquer l'oxydation auto-ontretenue de la matière combustible contenue dans ce concentré à l'inté- rieur de cette zone de réaction,

   à évacuer l'effluent fluide chaud hors de cette zone de réaction, et à déterminer la proportion d'effluent chaud acheminé d'une manière réalisant l'échange thermique, afin d'obtenir manière réalisant l'échange thermiquee, afin d'obtenir l'introduction dans la sone de réaction d'une charge dans laquelle le ra@@ort entre les quantit@s de combustible et d'eau soit compris dans une ga@@e talla que l'oxydation

   <Desc/Clms Page number 12> @ soit auto-entretenue, mais inférieur à celui capable d'ia- terrompre la nature continue du procédé.

   2. Procédé suivant là revendication 1, caractérisé en¯ce que la proportion d'effluent chaud acheminé de manière à réaliser un échange thermique est déterminée de façon telle que la charge introduite dansla zone de réaction ait un pouvoir calorifique. au moins égal à 200 grandes calories par litre, mais inférieur au point auquel il se produit une interruption de la nature continue du procédé.

   3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, consistant à utiliser un échangeur de chaleur., un appareil de réaction, un conduit d'écoulement amenant l'effluent de l'appareil de réaction à 1.'échangeur de chaleur, un conduitde dérivation -pour l'acheminement de cet effluent, court-circuitant l'échangeur de chaleur, et une dispersion aqueuse de matière combustible contenant du gaz en une quantité -supérieure à celle pouvant être absorbée pendant le passage à travers l'échangeur de chaleur, à chauffer cette dispersion aqueuse par passage à travers l'échangeur à contre-courant par rapport à l'effluent de l'appareil de réaction, et à régler le chauffage de cette dispersion aqueuse en modifiant la quantité d'effluent passant par l'échangeur,

   de façon à déterniner ou à contrôler l'évaporait on de l'eau de la dispersion aqueuse en vue de conserver une quantité d'eau suffisante pour former une bouillie contenant les matières non volatiles conjuguées à une quantité de matière combus- tible suffisante pour obtenir une oxydation auto-entretenue.

   4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications EMI12.1 . p11é 1er'tes, .perillettan t de réglar la valeur calorifique <Desc/Clms Page number 13> d'une matière résiduaire organique en dispersion dane de l'eau liquide, consistant à diriger au moins une partie de l'effluent d'un appareils de réaction vers un échangeur de chaleur, et àréaliser un échange thermique entre @et effluent et un mélange afférent de gaz et de matière résiduaire organique en dispersion dans l'eau, en réglant ainsi le pouvoir calorifique par unité de vo@@me de la dispersion liquide en fonction des conditions thermiques imposées par l'effluent de l'appareil de réaction.

   '5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes pour régler la concentration de la matière organique résiduaire introduite dans¯un appareil de réaction, consistant à pré-réchauffer la liqueur organique -résiduaire brute, à ajouter une quantité de gaz supérieure à celle pouvant être absorbée, et à assurer un échange thermique entre au moins une partie de l'effluent de l'appareil de réaction et-le mélange de gaz et dé liquide, en vue de régler. le pouvoir calorifique de la liqueur avant son introduction dans l'appareil de réaction.

   6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications précédentes, pour modifier la concentration d'une matière organique résiduaire dans l'eau avant son introduction dans une zone de réaction, consistant à réaliser un échange thermique entre au moins une partie de l'effluent provenant de la zone de réaction et un mélange d'air (en une quantité supérieure à la quantité absorbée) et d'une dispersion de matière organique résiduaire dans de l'eau liquide immédiatement avant son introduction dans la zone de réaction.

   7 - Installation pour le réglage continu de la <Desc/Clms Page number 14> concentration des matières organiques dans une dispersion aqueuse introduite dans @@ appareil de réaction, comprenant un échangeur-concentrateur fournissant la charge à cet appareil de réaction, un conduit de dérivation de l'effluent de l'appareil de réaction ache- minant au moins une partie de cet effluent vers cet EMI14.1 ê changeur-concentrateur,

   et un conduit d'acheminement dû- mélange amenant le gaz et les matières organiques rési- EMI14.2 duaires en dispersion dans l'eau.a cet échangeur-ooncen- trateur'.

   8. Installation suivant la revendication 7, caractérisée en ce que l'appareil de réaction est relié au coté voisin de l'échangeur de chaleur, le conduit d'acheminement servant'.au transfert d'un mélange contenan t une quantité de gaz supérieure à la quantité absorbée aboutissant au côté opposé de l'échangeur de chaleur, le conduit de dérivation acheminant au moins une partie de l'effluent de l'appareil de réaction à travers l'échangeur.

   9. Installation suivant la revendication 10, carac- térisée en ce que le conduit de dérivation est conjugué à des vannes de commande de 1' écoulement.

   10. Installation suivant l'une quelconque des reven- dications 7 à 9, caractérisée en ce qu'un conduit partant de l'appareil de réa ction comprend une dérivation pour l'effluent de cet appareil, l'échangeur concen trateur étant relié à un coté de ce conduit, tandis que le conduit EMI14.3 a 1 a:

   n--n 6 e C"L --oie 'is-)r,,rsi rùans d'amenée de la manière combustible en dispersion dans l'eau est relié à l'autre coté de l'cchangeur-concentrateur, ce conduit d'amenée présentant un embout d'admission du EMI14.4 gas, un autre conduit acheminait la charge le 1 tccha,nr;eur <Desc/Clms Page number 15> concentrateur à -l'appareil de. réaction.

   11. Installation suivant là revendication 10, carac- térisée en ce que l'embout d'introduction du gaz rejoint le conduit d'amenée de la matière avant qu'il ne pénètre dans l'échangeur con cen tra teur.

   @ 12. Appareil suivant l'une quelconque des revendi- cations précédentes; comportant un conduit muni d'une vanne pour le transfert de l'effluent de l'appareil de réaction ne réalisant pas d'échange thermique avec la charge afférente.