EP0042331B1 - Procédé de traitement d'effluents aqueux contenant des substances organiques et des sels minéraux - Google Patents

Procédé de traitement d'effluents aqueux contenant des substances organiques et des sels minéraux Download PDF

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EP0042331B1
EP0042331B1 EP81400925A EP81400925A EP0042331B1 EP 0042331 B1 EP0042331 B1 EP 0042331B1 EP 81400925 A EP81400925 A EP 81400925A EP 81400925 A EP81400925 A EP 81400925A EP 0042331 B1 EP0042331 B1 EP 0042331B1
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burner
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Rhone Poulenc Sante SA
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/001—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals for sludges or waste products from water treatment installations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/008—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals for liquid waste

Definitions

  • the present invention relates to a process for the treatment of aqueous effluents containing a solution of organic materials and optionally mineral salts with a view to eliminating the organic substances and optionally recovering the mineral salts of a sufficient quality to allow the recovery and the marketing.
  • the invention relates to a process for treating aqueous effluents containing a high level of organic matter (of the order of 10%) and of mineral salts (generally between 15 and 30%).
  • Incinerator ovens of this type do not always function satisfactorily and the salts recovered are greyish and not marketable. This poor efficiency is due to the fact that, taking into account the design of the oven, the burning temperature cannot be increased without risk of blockage.
  • a temperature in the region of 850 ° C. necessary for the destruction of almost all of the organic materials, cannot be reached because at this temperature , the salt melts and a kind of meringue is formed on the wall which, gradually accumulating, leads to plugging of the oven.
  • incinerator In another type of incinerator, as described for example in English patent 950345, there are two combustion chambers separated by an orifice.
  • the organic matter contained in an oxidoresistant liquid is eliminated by oxidation according to a process which is carried out in two stages carried out in two well-defined zones of the incinerator.
  • the first zone there is an evaporation of the carrier liquid and a partial oxidation of organic matter which is produced by combustion of a fuel in the presence of an excess of oxygen-containing gas, the tangential orientation of the burners creating a current which directs the residual particles which are directed through the combustion gases, in the vicinity of the wall and which are projected, under the influence of the centrifugal force towards the lower end of the first zone.
  • the mixture of combustion gas and residual particles burns completely and uniformly in the second combustion chamber.
  • Such a device is not adaptable to an effluent containing, in addition to residual organic substances, dissolved mineral salts.
  • the end of the central injector must be located in such a way that the spray jet falls directly into the flame; its position in relation to the burners is therefore defined by the spray angle.
  • the effluent undergoes combustion in the zone delimited by the end of the injector and of the burners, then it obligatorily crosses the flame which constitutes an overheated zone in which the combustion is perfect.
  • the turbulence created pushes the combustion products towards the center of the oven thus avoiding the annoying deposit of salt on the wall.
  • the combustion temperature can be significantly higher than the salt melting temperature.
  • a vacuum is created inside the oven, the evacuation orifice being located in the lower part of the oven.
  • the injector bringing the aqueous effluent to the burner can consist of two concentric tubes.
  • the aqueous effluent circulates in the central tube and in the external annular tube circulates air possibly compressed: the effluent is thus pulverized by the orifice of the injector.
  • the burners located in the upper part of the furnace towards the periphery are of the conventional type and they can be powered by liquid or gaseous fuels. Generally three burners, arranged in a star, at 120 °, and oriented towards the base of the oven, are used.
  • An incinerator used for the implementation of the present invention is particularly advantageous for burning aqueous effluents containing organic substances whose thermal stability is high and more particularly aqueous effluents from the preparation of methionine.
  • the mother liquors from the production of methionine contain on average 20% by weight of sodium sulfate and 10% by weight of organic matter.
  • the ignition temperature is close to 700 ° C. but the optimal combustion temperature is situated in the vicinity of 900 ° C., a higher temperature does not bring a significant improvement in the desired result.
  • the aqueous effluent must be sprayed, possibly under pressure (for example 10 bars), in the presence of an excess of air close to or greater than 30%.
  • the residence time in the incinerator defined by the ratio of the volume of the combustion zone to the air flow rate is close to 3 seconds, a longer residence time not bringing a significant improvement in the result and a time shorter stay, close to 1.5 seconds, leading to insufficient quality salt.
  • the cooling of the fumes is ensured by the water vapor obtained and it is improved by the addition of air cooling in order to further decrease the level of unburned organic substances.
  • an incinerator according to the present invention may have 3 to 4 m in diameter for a height of between 10 and 15 m. Equipped with 3 crown burners with a total heating capacity of 10,000 therms / h, at 120 ° from each other, oriented in such a way that the axis of a burner, the end of which is located at a distance of the axis of the furnace close to a third of its diameter, is directed towards the projection of the end of the neighboring burner on a plane, perpendicular to the axis of the furnace, located at a distance from the end of the burners approximately double the diameter of the furnace, supplied with liquid or gaseous fuel, the aqueous effluent being sprayed into the flame at an angle close to 90 °, such an incinerator makes it possible to burn 3 to 6 tonnes per hour of aqueous effluents.
  • the present invention also relates to an incinerator oven for implementing the process for treating aqueous effluents as described above.
  • FIG. 1 gives the diagrams of an incinerator oven according to the present invention.
  • the points A, B, C represent the orifices of the burners and the points A ', B', C 'represent the projections of the orifices of the burners on a plane perpendicular to the axis of the oven of diameter D.
  • the point of impact of the axis of the burner A is point B ', that of B the point C' and that of C the point A '.
  • 1 represents the injector
  • 2 represents the burners
  • 3 the refractory material constituting the wall of the incinerator.
  • 4 shows the smoke and salt discharge opening.

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Description

  • La présente invention concerne un procédé de traitement d'effluents aqueux contenant un solution des matières organiques et éventuellement des sels minéraux en vue d'éliminer les substances organiques et de récupérer éventuellement les sels minéraux d'une qualité suffisante pour en permettre la valorisation et la commercialisation.
  • Plus particulièrement, l'invention concerne un procédé de traitement d'effluents aqueux contenant un taux élevé de matières organiques (de l'ordre de 10%) et de sels minéraux (généralement compris entre 15 et 30%).
  • Dans ce cas, le traitement de tels effluents est d'autant plus difficile que la teneur en sels minéraux est plus élevée et que la stabilité des matières organiques résiduelles est plus grande.
  • Il est connu de soumettre des effluents aqueux du type ci-dessus à une combustion dans un incinérateur constitué d'un four cylindrique vertical dans la partie supérieure duquel se trouve l'orifice d'un brûleur de combustible liquide ou gazeux et dans les parois duquel, vers l'extrêmité supérieure, se trouvent les orifices des injecteurs amenant l'effluent à traiter au niveau de la flamme. Un appareil de ce type est décrit en particulier dans la demande de brevet anglais 2017281.
  • Des fours équipés de brûleurs mixtes formés de trois tubes concentriques dans lesquels arrivent les eaux polluées, le combustible et l'air comburant sont également utilisés.
  • Des fours incinérateurs de ce type n'ont pas toujours un fonctionnement satisfaisant et les sels récupérés sont grisâtres et non commercialisables. Cette mauvaise efficacité est due au fait, que, compte tenu de la conception du four, la température de brûlage ne peut être augmentée sans risque de bouchage. Ainsi, lorsque l'on utilise un effluent aqueux contenant du sulfate de sodium en tant que sel minéral, une température voisine de 850°C, nécessaire pour la destruction de la quasi-totalité des matières organiques, ne peut être atteinte car à cette température, le sel fond et il se forme sur la paroi une sorte de meringue qui progressivement en s'accumulant conduit au bouchage du four. Pour éviter cet inconvénient, il est possible d'envisager une combustion à plus basse température c'est-à-dire au voisinage de 720°C. Cependant, à cette température, la combustion des composants organiques de l'effluent est incomplète et le sel récupéré est souillé de particules de suie qui le rendent inutilisable. Par ailleurs, compte tenu de l'angle de pulvérisation de chaque injecteur, une partie de l'effluent pulvérisé tombe directement sur la paroi du four provoquant et favorisant le dépôt du sel.
  • Dans un autre type d'incinérateur, tel que décrit par exemple dans le brevet anglais 950345, existent deux chambres de combustion séparées par un orifice. Les matières organiques contenues dans un liquide oxydo- résistant sont éliminées par oxydation selon un procédé qui s'effectue en deux étapes réalisées dans deux zones bien déterminées de l'incinérateur. Dans la première zone, il se produit une évaporation du liquide porteur et une oxydation partielle des matières organiques qui sont réalisées par combustion d'un combustible en présence d'un excès de gaz contenant de l'oxygène, l'orientation tangentielle des brûleurs créant un courant qui oriente les particules résiduelles qui sont dirigées à travers les gaz de combustion, au voisinage de la paroi et qui sont projetées, sous l'influence de la force centrifuge vers l'extrémité inférieure de la première zone. Le mélange du gaz de combustion et des particules résiduelles brûle complètement et uniformément dans la seconde chambre de combustion. Un tel dispositif n'est pas adaptable à un effluent contenant, outre des substances organiques résiduelles, des sels minéraux dissous.
  • Il a maintenant été trouvé, et c'est ce qui fait l'objet de la présente invention, que la combustion peut être nettement améliorée et que le dépôt du sel fondu sur la paroi du four peut être notablement diminué en modifiant le système d'injection, en augmentant la turbulence et en favorisant le contact du flux chaud avec l'effluent à traiter.
  • Selon la présente invention, le brûlage des effluents aqueux est effectué dans un four vertical cylindrique dans lequel l'effluent aqueux est injecté dans la zone de combustion par un injecteur dont l'extrémité est située au centre de la partie supérieure du four, qui est de préférence conique et dans lequel les brûleurs sont disposés presque tangentiellement au périmètre du four et sont inclinés vers la base. Plus particulièrement, les brûleurs sont disposés symétriquement à la partie supérieure du four et la projection de leurs orifices sur un plan perpendiculaire à l'axe du four se trouve à l'intérieur d'une couronne dont le rayon est compris entre le rayon et la moitié du rayon du four. Les brûleurs sont orientés dans un plan horizontal et dans un plan vertical. L'orientation est définie:
    • - par l'angle dièdre formé par le demi-plan vertical passant par l'axe du brûleur et par le demi-plan vertical passant par l'axe du four et l'orifice du brûleur, cet angle étant généralement compris entre 120 et 160°, et le prolongement de l'axe du brûleur étant tangent à un cylindre vertical fictif dont le rayon est au moins 0,35 fois celui de rayon du four, et
    • - par l'angle d'inclinaison du brûleur vers le bas, cet angle avec la verticale étant généralement compris entre 10 et 60°.
  • L'extrémité de l'injecteur central doit être située de telle manière que le jet pulvérise tombe directement dans la flamme; sa position par rapport aux brûleurs est donc définie par l'angle de pulvérisation. L'effluent subit une combustion dans la zone délimitée par l'extrémité de l'injecteur et des brûleurs, puis il traverse obligatoirement la flamme qui constitue une zone surchauffée dans laquelle la combustion se parfait. Par ailleurs, en orientant les brûleurs comme indiqué ci-dessus, la turbulence créée refoule les produits de combustion vers le centre du four évitant ainsi le dépôt gênant du sel sur la paroi. En utilisant un tel système, la température de combustion peut être nettement supérieure à la température de fusion du sel.
  • Pour favoriser l'évacuation des fumées qui entraînent le sel, il est créé un dépression à l'intérieur du four, l'orifice d'évacuation étant situé dans la partie basse du four.
  • L'injecteur amenant l'effluent aqueux à brûleur peut être constitué de deux tubes concentriques. L'effluent aqueux circule dans le tube central et dans le tube annulaire extérieur circule de l'air éventuellement comprimé: l'effluent est ainsi pulvérisé par l'orifice de l'injecteur.
  • Les brûleurs situés dans la partie supérieure du four vers la périphérie sont de type classique et ils peuvent être alimentés par des combustibles liquides ou gazeux. Généralement trois brûleurs, disposés en étoile, à 120°, et orientés vers la base du four, sont utilisés.
  • Un incinérateur utilisé pour la mise en oeuvre de la présente invention est particulièrement intéressant pour brûler les effluents aqueux contenant des substances organiques dont la stabilité thermique est élevée et plus particulièrement les effluents aqueux issus de la préparation de la méthionine. Les eaux-mères provenant de la fabrication de la méthionine contiennent en moyenne 20% en poids de sulfate de sodium at 10% poids de matières organiques.
  • Avec un effluent de ce type, la température d'inflammation est voisine de 700°C mais la température optimale de la combustion se situe au voisinage de 900°C, une température supérieure n'apportant pas une amélioration sensible du résultat recherché.
  • L'effluent aqueux doit être pulvérisé, éventuellement sous pression (par exemple 10 bars), en présence d'un excès d'air voisin de ou supérieur à 30%.
  • Le temps de séjour dans l'incinérateur, défini par le rapport du volume de la zone de combustion au débit de l'air est voisin de 3 secondes, un temps de séjour plus long n'apportant pas une amélioration sensible du résultat et un temps de séjour plus court, voisin de 1,5 secondes conduisant à l'obtention d'un sel de qualité insuffisante.
  • Il est particulièrement avantageux d'introduire la totalité de l'air comburant au sommet de la chambre de combustion de façon à améliorer l'efficacité du brûlage.
  • Le refroidissement des fumées est assuré par la vapeur d'eau obtenue et il est amélioré par adjonction d'un refroidissement par l'air afin de diminuer encore le taux des substances organiques non brûlées.
  • A titre indicatif et non limitatif, un incinérateur selon la présente invention peut avoir 3 à 4 m de diamètre pour une hauteur comprise entre 10 et 15 m. Equipé de 3 brûleurs en couronne d'une capacité totale de chauffe de 10 000 thermies/h, à 120° les uns des autres, orientés de telle manière que l'axe d'un brûleur, dont l'extrémité est située à une distance de l'axe du four voisine du tiers de son diamètre, est dirigé vers la projection de l'extrémité du brûleur voisin sur un plan, perpendiculaire à l'axe du four, situé à une distance de l'extrémité des brûleurs approximativement double du diamètre du four, alimentés en combustible liquide ou gazeux, l'effluent aqueux étant pulvérisé dans la flamme sous un angle voisin de 90°, un tel incinérateur permet de brûler 3 à 6 tonnes par heure d'effluents aqueux.
  • La présente invention concerne également un four incinérateur pour la mise en oeuvre du procédé de traitement des effluents aqueux tel qu'il est décrit précédemment.
  • Les figures 1 et 2 donnent les schémas de réalisation d'un four incinérateur selon la présente invention. Dans la figure 2, les points A, B, C représentent les orifices des brûleurs et les points A', B', C' représentent les projections des orifices des brûleurs sur un plan perpendiculaire à l'axe du four de diamètre D. Le point d'impact de l'axe du brûleur A est le point B', celui de B le point C' et celui de C le point A'.
  • Dans les figures 1 et 2, 1 représente l'injecteur, 2 représente les brûleurs, 3 le matériau réfractaire constituant la paroi de l'incinérateur. Dans la figure 1, 4 représente l'orifice d'évacuation des fumées et du sel.

Claims (7)

1. Un procédé de traitement d'effluents aqueux contenant des déchets organiques et éventuellement des sels minéraux caractérisé en ce que l'on brûle ledit effluent dans un four incinérateur constitué par un four cylindrique vertical au sommet duquel l'effluent est pulvérisé par l'intermédiaire d'un injecteur (1 ), en présence d'un excès d'air utilisé comme comburant, la flamme des brûleurs à combustible liquide ou gazeux (2), situés vers la partie supérieure du four disposés presque tangentiellement au périmètre du four et orientés vers la base du four pour créer une turbulence entraînant éventuellement le sel vers le centre et évitant son dépôt sur les parois, étant entendu que les brûleurs (2) sont disposés symétriquement à la partie supérieure du four et que la projection de leurs orifices sur un plan perpendiculaire à l'axe du four se trouve à l'intérieur d'une couronne dont le rayon est compris entre le rayon et la moitié du rayon du four, et sont orientés dans un plan horizontal et dans un plan vertical, l'orientation étant définie par l'angle dièdre formé par le demi-plan vertical passant par l'axe du brûleur et par le demi-plan vertical passant par l'axe du four et l'orifice du brûleur, cet angle étant compris entre 120 et 160°, et le prolongement de l'axe du brûleur étant tangent à un cylindre vertical fictif dont le rayon est au moins 0,35 fois le rayon du four, et par l'angle d'inclinaison du brûleur vers le bas, cet angle avec la verticale étant généralement compris entre 10 et 60°, et à la base duquel est créée une dépression par l'orifice d'évacuation (4) des fumées et du sel et récupère éventuellement le sel obtenu.
2. Un procédé selon la revendication 1 dans lequel l'extrémité de l'injecteur (1) par laquelle s'effectue la pulvérisation est située par rapport aux brûleurs (2) de telle manière que, l'angle de pulvérisation étant déterminé, la totalité du jet pulvérisé traverse la flamme des brûleurs.
3. Un procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'air comburant est utilisé avec un excès voisin de ou supérieur à 30%.
4. Un procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le temps de séjour de l'effluent est voisin de 3 secondes.
5. Un procédé selon la revendication 1 pour le brûlage d'effluents aqueux contenant 15 à 30% en poids de sels minéraux et de l'ordre de 10% en poids de matières organiques.
6. Un procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la température de combustion est supérieure à la température de fusion du sel.
7. Un four incinérateur pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est constitué par un four cylindrique vertical au sommet duquel se trouve un injecteur constitué de deux tubes concentriques, le tube intérieur recevant l'effluent et le tube extérieur étant relié à une source d'air comprimé, et vers la partie supérieure duquel se trouvent des brûleurs (2) à combustible liquide ou gazeux disposés presque tangentiellement au périmètre du four et orientés vers la base du four, étant entendu que les brûleurs (2) sont disposés symétriquement à la partie supérieure du four et que la projection de leurs orifices sur un plan perpendiculaire à l'axe du four se trouve à l'intérieur d'une couronne dont le rayon est comprise entre le rayon et la moitié du rayon du four, et sont orientés dans un plan horizontal et dans un plan vertical, l'orientation étant définie par l'angle dièdre formé par le demi-plan vertical passant par l'axe du brûleur et par le demi-plan vertical passant par l'axe du four et l'orifice du brûleur, cet angle étant comprise entre 120 et 160°, et le prolongement de l'axe du brûleur étant tangent à un cylindre vertical fictif dont le rayon est au moins 0,35 fois le rayon du four, et par l'angle d'inclinaison du brûleur vers le bas, cet angle avec la verticale étant compris entre 10 et 60°, et à la base se trouve un orifice d'évacuation des fumées et du sel, relié à un dispositif permettant d'éliminer et de récupérer le sel.
EP81400925A 1980-06-13 1981-06-11 Procédé de traitement d'effluents aqueux contenant des substances organiques et des sels minéraux Expired EP0042331B1 (fr)

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FR8013165 1980-06-13

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EP0042331A1 EP0042331A1 (fr) 1981-12-23
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