EP0441942B1 - Process and installation for the combustion of oxygen-free toxic gas effluents - Google Patents
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- EP0441942B1 EP0441942B1 EP90913706A EP90913706A EP0441942B1 EP 0441942 B1 EP0441942 B1 EP 0441942B1 EP 90913706 A EP90913706 A EP 90913706A EP 90913706 A EP90913706 A EP 90913706A EP 0441942 B1 EP0441942 B1 EP 0441942B1
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Abstract
Description
L'invention concerne un procédé et une installation pour la destruction par combustion d'effluents gazeux toxiques dépourvus d'oxygène.The invention relates to a method and an installation for the destruction by combustion of toxic oxygen-free gaseous effluents.
Le problème de l'élimination de tels effluents s'est notamment posé dans les unités de fabrication de circuits intégrés où, pour doper les matériaux, sont employés des gaz chargés en hydrures d'arsenic (arsines), et/ou hydrures de phosphore (phosphines) et/ou hydrures de silicium (silanes)...The problem of eliminating such effluents has arisen in particular in integrated circuit manufacturing units where, to boost materials, gases loaded with arsenic hydrides (arsines), and / or phosphorus hydrides ( phosphines) and / or silicon hydrides (silanes) ...
Ces gaz sont toxiques et le courant gazeux les contenant doit absolument faire l'objet d'une épuration avant d'être rejeté dans l'atmosphère.These gases are toxic and the gas stream containing them must absolutely be purified before being released into the atmosphere.
Un procédé de traitement connu consiste à faire brûler lesdits gaz ; les produits de combustion n'étant pas toxiques ou pouvant être éliminés facilement (par exemple par filtration pour l'oxyde arsénieux).A known treatment method consists in burning said gases; the combustion products are not toxic or can be easily eliminated (for example by filtration for arsenious oxide).
Le brevet FR 87 03 729 publié sous le numéro 2 612 606 décrit un tel procédé avec son dispositif associé. Selon ce brevet, l'effluent est amené dans une zone de combustion par un conduit central entouré d'une tubulure amenant le gaz combustible, elle-même entourée de trois conduits annulaires amenant l'air comburant. On s'efforce de rester le plus longtemps possible en flux laminaire au-delà même du brûleur pour repousser la zone d'inflammation afin d'éviter le dépôt d'oxydes sur le brûleur. Les débits et les vitesses d'injection des gaz sont réglés dans ce but. Dans le même but, la veine de gaz combustible constitue une gaine de protection pour l'effluent vis-à-vis du gaz comburant.Patent FR 87 03 729 published under the
On a par ailleurs décrit dans la demande DE-A-2 857 224 un procédé et son dispositif associé pour l'incinération de gaz explosibles. Ledit procédé fait éventuellement intervenir un combustible d'appoint et, pour prolonger le temps de séjour des gaz à incinérer dans la chambre de combustion, il impose un reflux de ceux-ci dans ladite chambre de combustion.DE-A-2 857 224 has also described a process and its associated device for the incineration of explosive gases. Said method possibly involves an auxiliary fuel and, in order to prolong the residence time of the gases to be incinerated in the combustion chamber, it imposes a reflux of these in said combustion chamber.
La Demanderesse propose présentement un procédé de combustion dans lequel , au contraire de celui décrit dans FR-A-2 612 606, on crée une turbulence importante.The Applicant currently offers a combustion process in which, unlike that described in FR-A-2 612 606, a significant turbulence is created.
Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé pour la combustion d'effluents gazeux toxiques dépourvus d'oxygéne dans une flamme comportant un dard alimenté en gaz combustible et en gaz comburant dit primaire , procédé caractérisé en ce que :
- il est mis en oeuvre en dépression ;
- un gaz comburant dit secondaire est introduit au niveau dudit dard, sous la forme d'au moins un jet dit fixe, à débit et vitesse constants et suffisants pour générer une masse gazeuse turbulente au niveau dudit dard et maintenir la température de combustion voulue et d'au moins un jet dit modulable, à débit variable pour stabiliser ladite température de combustion ; lesdits jets, dirigés vers l'axe dudit dard, assurant également l'apport de comburant en excès dans la zone de combustion ;
- ledit effluent gazeux à brûler est introduit au niveau dudit dard, séparément dudit gaz comburant secondaire, dans ladite masse gazeuse turbulente générée ;
- les gaz issus de ladite zone de combustion sont envoyés dans une zone de post-combustion.
- it is implemented in depression;
- a so-called secondary oxidizing gas is introduced at the level of said sting, in the form of at least one so-called fixed jet, at constant rate and speed and sufficient to generate a turbulent gaseous mass at the level of said sting and to maintain the desired combustion temperature and d '' at least one so-called modular jet, with variable flow rate to stabilize said combustion temperature; said jets, directed towards the axis of said dart, also ensuring the supply of excess oxidant in the combustion zone;
- said gaseous effluent to be burned is introduced at said dart, separately from said secondary oxidizing gas, in said turbulent gaseous mass generated;
- the gases from said combustion zone are sent to a post-combustion zone.
L'invention consiste donc en un procédé de combustion d'effluents gazeux toxiques, dépourvus d'oxygène. De tels effluents ne sont pas, en eux-mêmes, explosibles. Ils peuvent le devenir en présence d'oxygène.The invention therefore consists of a method of combustion of toxic gaseous effluents, devoid of oxygen. Such effluents are not, in themselves, explosive. They can become so in the presence of oxygen.
Ils sont constitués d'un gaz vecteur chargé en impuretés. Ledit gaz vecteur peut être de l'hydrogène, de L'azote, ... ou un mélange de gaz. L'air et l'oxygène sont évidemment exclus.They consist of a carrier gas loaded with impurities. Said carrier gas can be hydrogen, nitrogen, etc. or a mixture of gases. Air and oxygen are obviously excluded.
Lesdits effluents gazeux à brûler selon le procédé de l'invention, peuvent, comme indiqué ci-dessus, provenir de l'industrie électronique. De tels effluents sont chargés en hydrure, notamment en phosphines, arsines... et/ou en silanes... et/ou en d'autres composés chimiques contenant notamment les atomes B, P, As, Te, Se, Cl, F.Said gaseous effluents to be burned according to the process of the invention can, as indicated above, come from the electronics industry. Such effluents are loaded with hydride, in particular phosphines, arsines ... and / or silanes ... and / or other chemical compounds containing in particular the atoms B, P, As, Te, Se, Cl, F .
Lesdits effluents gazeux peuvent également provenir de l'industrie nucléaire. Il peut s'agir de gaz de pyrolyse et/ou de gaz chargés en tritium, radioactifs.Said gaseous effluents can also come from the nuclear industry. It can be pyrolysis gas and / or gas loaded with tritium, radioactive.
Le dard est obtenu à partir d'un brûleur classique disposé en tête de la zone de combustion, alimenté en gaz combustible (gaz naturel par exemple) et en gaz comburant (air par exemple). Ce gaz comburant est dénommé primaire dans le texte de la présente demande pour le distinguer des autres courants de comburant. Avantageusement, le débit de ce gaz comburant primaire est réglé de façon à assurer la combustion, avec un faible excès de gaz comburant (10 % environ).The dart is obtained from a conventional burner placed at the head of the combustion zone, supplied with combustible gas (natural gas for example) and oxidizing gas (air for example). This oxidizing gas is called primary in the text of the present application to distinguish it from other oxidizing streams. Advantageously, the flow rate of this primary oxidizing gas is adjusted so as to ensure combustion, with a small excess of oxidizing gas (approximately 10%).
Selon l'invention, du gaz comburant dit secondaire est envoyé vers le dard sous forme de jets , à un débit suffisant pour assurer un excès de comburant, par rapport à la quantité nécessaire à la combustion de l'effluent toxique, et à une vitesse suffisante pour créer une masse gazeuse turbulente au niveau du dard.According to the invention, so-called secondary oxidizing gas is sent to the dart in the form of jets, at a rate sufficient to ensure an excess of oxidizer, relative to the quantity necessary for the combustion of the toxic effluent, and at a speed sufficient to create a turbulent gaseous mass at the level of the stinger.
Le gaz comburant secondaire est par exemple de l'air.The secondary oxidizing gas is for example air.
Le débit et la vitesse du gaz comburant secondaire sont tels que l'apparence du dard se trouve modifiée : il change de couleur, sa forme est perturbée et on observe des mouvements tourbillonnaires. On dit alors que la masse gazeuse est turbulente. Ce phénomène est connu de l'homme du métier.The flow and speed of the secondary oxidizing gas are such that the appearance of the stinger is modified: it changes color, its shape is disturbed and we observe vortex movements. We then say that the gas mass is turbulent. This phenomenon is known to those skilled in the art.
Le débit et la vitesse du gaz comburant secondaire doivent être également déterminés pour assurer le maintien en température dans la zone de combustion et l'excès de comburant.The flow rate and speed of the secondary oxidant gas must also be determined to maintain the temperature in the combustion zone and the excess of oxidant.
Les vitesses peuvent aller jusqu'à plusieurs dizaines de m/s.The speeds can go up to several tens of m / s.
Le gaz comburant secondaire est introduit sous forme d'au moins deux jets dirigés vers l'axe dudit dard. Ces jets peuvent converger vers l'axe du dard ou bien être dirigés de façon à créer un mouvement tourbillonnaire du comburant autour dudit dard ; dans ce cas également, l'orientation du jet participe à la création de la turbulence.The secondary oxidizing gas is introduced in the form of at least two jets directed towards the axis of said dart. These jets can converge towards the axis of the dart or else be directed so as to create a swirling movement of the oxidant around said dart; in this case also, the orientation of the jet participates in the creation of turbulence.
Le procédé de l'invention est mis en oeuvre, en dépression par rapport à l'atmosphère extérieure à la zone de combustion (atmosphère ambiante). Une telle dépression permet d'éviter la formation de poches de gaz, d'éviter une éventuelle dispersion des gaz vers l'extérieur. Elle facilite par ailleurs l'extraction des gaz issus de l'installation dans laquelle le procédé est mis en oeuvre.The method of the invention is implemented, under vacuum with respect to the atmosphere outside the combustion zone (ambient atmosphere). Such a vacuum makes it possible to avoid the formation of gas pockets, to avoid a possible dispersion of the gases towards the outside. It also facilitates the extraction of gases from the installation in which the method is implemented.
Cette dépression est de l'ordre de 0,5 à 6 mbar (soit 50 à 600 Pa).This depression is of the order of 0.5 to 6 mbar (or 50 to 600 Pa).
De façon caractéristique, le gaz comburant secondaire est amené par deux circuits différents produisant :
- au moins un jet dit fixe avec un débit et une vitesse constants et suffisants pour obtenir une masse gazeuse turbulente, et la température de combustion voulue ;
- au moins un jet dit modulable avec un débit variable pour maintenir la température ;
lesdits jets assurant également l'apport de comburant en excès.Typically, the secondary oxidant gas is supplied by two different circuits producing:
- at least one so-called fixed jet with a constant flow and speed sufficient to obtain a turbulent gas mass, and the desired combustion temperature;
- at least one so-called modular jet with a variable flow to maintain the temperature;
said jets also ensuring the supply of excess oxidant.
Le courant de gaz comburant (secondaire) modulable refroidit la masse gazeuse et permet d'abaisser la température de la zone de combustion, si besoin. Par l'absence dudit courant, on provoque la remontée en température, qui peut être accélérée par réglage du débit de gaz combustible / comburant primaire.The adjustable (secondary) oxidant gas stream cools the gas mass and makes it possible to lower the temperature of the combustion zone, if necessary. By the absence of said current, the temperature is brought up, which can be accelerated by adjusting the flow rate of fuel gas / primary oxidant.
Il suffit, dans le cadre de l'invention, que l'effluent gazeux toxique soit introduit sous forme de jet dans la masse gazeuse turbulente (un ou plusieurs jets). Peu importe l'endroit où arrive(nt) le (ou les) jet(s) d'effluent par rapport aux arrivées de gaz comburant secondaire, il suffit que la turbulence soit créée sur la masse gazeuse.It is sufficient, in the context of the invention, for the toxic gaseous effluent to be introduced in the form of a jet into the turbulent gas mass (one or more jets). No matter where the effluent jet (s) arrive (s) in relation to the secondary oxidant gas arrivals, it is sufficient that turbulence is created on the gas mass.
Lorsque les effluents toxiques sont de nature différente, ils peuvent être introduits sous forme de jets séparés au niveau du dard, ou bien être mélangés avant d'être introduits.When the toxic effluents are of a different nature, they can be introduced in the form of separate jets at the level of the dart, or else be mixed before being introduced.
L'effluent toxique peut être introduit épisodiquement. Le débit de gaz comburant secondaire est généralement asservi à la mesure de la température dans la zone de combustion. Le procédé de l'invention permet, de façon avantageuse, de traiter des effluents dont on ne contrôle pas le débit et la vitesse ; il suffit alors de régler les débits et vitesses en gaz comburant pour aboutir à la combustion.The toxic effluent can be introduced sporadically. The flow of secondary oxidant gas is generally controlled by the measurement of the temperature in the combustion zone. The method of the invention advantageously makes it possible to treat effluents whose flow and speed are not controlled; it then suffices to adjust the flow rates and speeds of oxidizing gas in order to achieve combustion.
La température dans la zone de combustion est en général supérieure à 900°C pour le traitement des gaz toxiques précédemment cités. Ladite température est avantageusement choisie de façon à obtenir une destruction des gaz toxiques à au moins 99 % sur l'ensemble de l'installation -c'est-à-dire zone de combustion complétée éventuellement d'une zone de post-combustion dans laquelle se termine la réaction- dans laquelle le procédé de l'invention est mis en oeuvre.The temperature in the combustion zone is generally greater than 900 ° C. for the treatment of the toxic gases previously mentioned. Said temperature is advantageously chosen so as to obtain at least 99% destruction of the toxic gases over the entire installation - that is to say combustion zone possibly supplemented with an after-combustion zone in which the reaction ends in which the method of the invention is implemented.
En tout état de cause, elle sera choisie, par L'homme du métier, supérieure à une température critique : la température d'explosivité du mélange de gaz dans la zone de combustion. Quel que soit ledit mélange, l'homme du métier situe aux environs de 800°C cette température critique.In any case, it will be chosen, by a person skilled in the art, above a critical temperature: the explosive temperature of the gas mixture in the combustion zone. What that said mixture is, a person skilled in the art situates this critical temperature at around 800 ° C.
En l'absence d'effluent à traiter, il est intéressant de mettre en veille à une température, très légèrement supérieure à la température d'explosivité des gaz alors présents dans la zone de combustion.In the absence of effluent to be treated, it is advantageous to put on standby at a temperature very slightly higher than the explosive temperature of the gases then present in the combustion zone.
Pour permettre à la réaction de combustion de se prolonger, on envoie les gaz issus de la zone de combustion vers une zone dite de post-combustion contenant un garnissage en matériaux réfractaires. Ledit garnissage est avantageusement porté à une température supérieure à la température de combustion dans la zone de combustion. Ledit garnissage assure également la filtration des gaz et une meilleure répartition des calories dans l'installation.To allow the combustion reaction to continue, the gases from the combustion zone are sent to a so-called post-combustion zone containing a lining of refractory materials. Said lining is advantageously brought to a temperature higher than the combustion temperature in the combustion zone. Said packing also ensures the filtration of gases and a better distribution of calories in the installation.
Ladite zone de post-combustion est évidemment, elle aussi, en dépression (0,5 à 6 mbar de préférence).Said post-combustion zone is obviously also under vacuum (preferably 0.5 to 6 mbar).
Il peut être judicieux de provoquer dans le haut de la zone de post-combustion (partie opposée au fond contenant le garnissage) une fuite amenant un léger courant de gaz comburant dit tertiaire (air en général) qui garantit un excès de comburant dans la zone de post-combustion.It may be advisable to cause a leak at the top of the post-combustion zone (part opposite the bottom containing the lining) leading to a slight stream of so-called tertiary oxidant gas (air in general) which guarantees an excess of oxidant in the zone post-combustion.
Les débits et vitesses des gaz comburants sont réglés de façon à obtenir une température de 900 à 1 200°C, 1 000°C environ de préférence, dans la zone de post-combustion, dans le cadre d'une application aux effluents toxiques énumérés ci-dessus.The flow rates and speeds of the oxidizing gases are adjusted so as to obtain a temperature of 900 to 1,200 ° C, approximately 1,000 ° C preferably in the post-combustion zone, in the context of an application to the toxic effluents listed. above.
Les gaz sortant peuvent être rejetés directement dans l'atmosphère ou être traités, selon la quantité de toxiques résiduels et les normes de rejet en vigueur.The outgoing gases can be released directly into the atmosphere or be treated, depending on the amount of residual toxicants and the applicable discharge standards.
La présente invention a également pour objet une installation pour la combustion d'effluents gazeux toxiques dépourvus d'oxygène, dans laquelle le procédé décrit ci-dessus peut être mis en oeuvre. Ladite installation comporte un tunnel de combustion dans le fond duquel se trouve un brûleur , alimenté en gaz combustible et en gaz comburant dit primaire, et est caractérisée en ce que :
- le fond dudit tunnel est constitué par une paroi conique ouverte sur ledit tunnel, de même axe (D) que lui, ledit brûleur étant disposé sur cet axe (D) à une profondeur telle que la base du dard se situe, en cours de fonctionnement, à proximité dudit fond dudit tunnel ; et
en ce qu'elle comporte en outre :
- au moins deux tubulures , au moins une pour un jet dit fixe et au moins une autre pour un jet dit modulable, pour amener le gaz comburant secondaire au niveau dudit fond dudit tunnel ; lesdites tubulures étant orientées pour diriger en cours de fonctionnement ledit gaz comburant secondaire en jets vers ledit dard ;
- au moins une tubulure pour amener l'effluent gazeux toxique au niveau dudit fond dudit tunnel , la(les)dite(s) tubulure(s) étant orienté(e)s pour diriger, en cours de fonctionnement, ledit effluent en jet(s) convergent(s) vers l'axe (D) dudit dard ;
- une zone de post-combustion prolongeant ledit tunnel de combustion ;
- un dispositif d'extraction des gaz créant une dépression dans ledit tunnel et ladite zone de post-combustion .
- The bottom of said tunnel is constituted by a conical wall open on said tunnel, of the same axis (D) as it, said burner being disposed on this axis (D) at a depth such that the base of the stinger is located, during operation, near said bottom of said tunnel; and
in that it further comprises:
- at least two pipes, at least one for a so-called fixed jet and at least one other for a so-called modular jet, for bringing the secondary oxidizing gas to said bottom of said tunnel; said pipes being oriented to direct during operation said secondary oxidizing gas in jets towards said stinger;
- at least one tube for bringing the toxic gaseous effluent to the level of said bottom of said tunnel, the said tube (s) being oriented to direct, during operation, said jet effluent (s) ) converge (s) towards the axis (D) of said sting;
- a post-combustion zone extending said combustion tunnel;
- a gas extraction device creating a vacuum in said tunnel and said post-combustion zone.
L'installation selon l'invention comporte un tunnel de combustion dont le fond est constitué par une paroi conique. Cette paroi est généralement constituée de matériaux réfractaires sur une épaisseur suffisante pour assurer l'isolation thermique de l'installation vis-à-vis de l'extérieur.The installation according to the invention comprises a combustion tunnel, the bottom of which consists of a conical wall. This wall is generally made of refractory materials over a thickness sufficient to ensure the thermal insulation of the installation from the outside.
Dans le fond du cône est aménagé un évidement pour le brûleur. Le brûleur comprend une tubulure pour l'arrivée du gaz combustible et une autre tubulure pour l'arrivée du gaz comburant primaire.In the bottom of the cone is a recess for the burner. The burner comprises a pipe for the arrival of the combustible gas and another pipe for the arrival of the primary oxidizing gas.
Ce peut être par exemple un ouvreau ménagé au fond du tunnel, dans lequel débouche le brûleur, le dard se développant alors dans l'ouvreau.It can for example be a workman formed at the bottom of the tunnel, into which the burner opens, the dart then developing in the workman.
Dans une autre réalisation, le brûleur comprend deux tubulures concentriques, et la tubulure amenant le combustible est placée en retrait du fond du cône du tunnel, afin de faciliter le mélange combustible/comburant primaire avant le développement du dard, la base du dard étant pratiquement au niveau du fond du cône du tunnel de combustion.In another embodiment, the burner comprises two concentric pipes, and the fuel supply pipe is set back from the bottom of the tunnel cone, in order to facilitate the fuel / primary oxidant mixture before the development of the dart, the base of the dart being practically at the bottom of the cone of the combustion tunnel.
Des moyens de réglage des débits sont prévus sur ces tubulures ; ils sont de préférence asservis à la mesure de la température dans l'installation.Flow adjustment means are provided on these pipes; they are preferably controlled by the temperature measurement in the installation.
Sur la paroi conique du tunnel de combustion, débouchent les arrivées de gaz comburant secondaire et d'effluent toxique.On the conical wall of the combustion tunnel, lead to the arrival of secondary oxidant gas and toxic effluent.
Le gaz comburant secondaire est amené par au moins deux tubulures qui traversent la paroi conique sur toute son épaisseur; les tubulures sont dimensionnées pour que le gaz s'échappe sous forme de jet. On peut donner à ces tubulures une forme de fente de façon à couvrir par les jets une surface plus grande.The secondary oxidizing gas is supplied by at least two pipes which pass through the conical wall over its entire thickness; the pipes are dimensioned so that the gas escapes in the form of a jet. These tubes can be given a slit shape so as to cover the jets with a larger surface.
Une réalisation plus favorable consiste à prévoir plusieurs tubulures par exemple trois ou quatre, disposées régulièrement sur le pourtour de la paroi conique. Selon les cas, les tubulures sont disposées de façon que les jets convergent vers l'axe du dard sensiblement en un même point, ou bien elles sont inclinées identiquement sur le pourtour de la paroi conique de façon à créer un mouvement rotatif du gaz comburant introduit.A more favorable embodiment consists in providing several pipes, for example three or four, regularly arranged around the periphery of the conical wall. Depending on the case, the pipes are arranged so that the jets converge towards the axis of the dart substantially at the same point, or else they are inclined identically around the periphery of the conical wall so as to create a rotary movement of the oxidizing gas introduced. .
La (les) tubulure(s) amenant l'effluent, traverse(nt) également la paroi conique et est (sont) disposée(s) de façon à diriger le(s) jet(s) d'effluent vers l'axe du dard sensiblement en un même point. De préférence, on dispose plusieurs tubulures réparties régulièrement sur le pourtour de la paroi conique.The tubing (s) bringing the effluent, also passes through the conical wall and is (are) arranged so as to direct the jet (s) of effluent towards the axis of the dart substantially at the same point. Preferably, there are several pipes regularly distributed around the periphery of the conical wall.
On prévoit des tubulures de gaz comburant secondaire pour jets dits fixes et des tubulures pour jets dits modulables, chaque type de jet étant piloté indépendamment de l'autre.Secondary oxidant gas pipes for so-called fixed jets and pipes for so-called modular jets are provided, each type of jet being piloted independently of the other.
Dans une réalisation particulière, sont prévues des tubulures séparées en deux parties par une paroi, les jets débouchant alors sensiblement au même endroit.In a particular embodiment, there are provided tubes separated into two parts by a wall, the jets then opening out substantially in the same place.
Les dimensions du tunnel de combustion sont déterminées par l'homme du métier en fonction des produits traités, de la température de combustion à obtenir, du temps de séjour ...The dimensions of the combustion tunnel are determined by a person skilled in the art as a function of the products treated, the combustion temperature to be obtained, the residence time, etc.
Un dispositif , par exemple un ventilateur d'extraction, est monté sur la tuyauterie d'extraction des gaz pour créer la dépression dans l'installation.A device, for example an exhaust fan, is mounted on the gas extraction pipe to create the vacuum in the installation.
Ladite installation comporte un tunnel de combustion suivie d'une zone de post-combustion, ladite zone comportant également des parois en réfractaire et son axe faisant avantageusement un angle avec celui du tunnel de combustion. Le fond de ladite zone est muni d'un garnissage en matériau réfractaire et une tubulure latérale permet la sortie des gaz ayant traversé ledit garnissage.Said installation comprises a combustion tunnel followed by a post-combustion zone, said zone also comprising refractory walls and its axis advantageously making an angle with that of the combustion tunnel. The bottom of said zone is provided with a lining of refractory material and a lateral tube allows the exit of the gases having passed through said lining.
Dans le haut de la zone de post-combustion (le haut étant opposé au fond), un clapet d'admission peut être aménagé, permettant le passage de comburant (comburant tertiaire) vers le fond de ladite zone de post-combustion. Avantageusement, ledit clapet est utilisé comme clapet d'expansion, pour compenser des surpressions accidentelles.At the top of the post-combustion zone (the top being opposite the bottom), an intake valve can be fitted, allowing the passage of oxidant (tertiary oxidant) towards the bottom of said post-combustion zone. Advantageously, said valve is used as an expansion valve, to compensate for accidental overpressures.
Les figures ci-après illustrent l'invention :
- les figures
1A et 1B représentent des réalisations préférées de l'installation selon l'invention ; - les figures 2A, 2B et 3A montrent en coupe (vue selon l'axe du tunnel de combustion) le fond du tunnel avec le brûleur et les tubulures pour les gaz, la figure 3B montre une vue en coupe de l'installation 1B selon la direction F.
- Figures 1A and 1B show preferred embodiments of the installation according to the invention;
- FIGS. 2A, 2B and 3A show in section (seen along the axis of the combustion tunnel) the bottom of the tunnel with the burner and the gas pipes, FIG. 3B shows a sectional view of the
installation 1B according to the direction F.
La figure 1A montre une installation comprenant un tunnel de combustion 1 d'axe (D) suivie d'une zone de post-combustion 2 disposée perpendiculairement audit tunnel.FIG. 1A shows an installation comprising a combustion tunnel 1 of axis (D) followed by an
Le fond du tunnel 1 est constitué par une paroi conique 3 ouverte sur le tunnel. Le tunnel avec son fond est entouré d'une épaisseur 4 de briques (ou autre matériau) réfractaires pour assurer l'isolation thermique.The bottom of the tunnel 1 is constituted by a
Dans le fond du tunnel, un évidement est aménagé selon l'axe (D) et sur toute l'épaisseur de la paroi conique. Un brûleur 5 y est encastré, qui comprend une conduite 6 d'arrivée de gaz combustible (gaz naturel) et une conduite 7 amenant le gaz comburant primaire (air). Un dard 8 se développe dans le fond du tunnel.At the bottom of the tunnel, a recess is arranged along the axis (D) and over the entire thickness of the conical wall. A
Sur la figure 1A, la base du dard est au fond du cône de la paroi conique ; sur la figure 1B, elle est située dans l'ouvreau placé sur l'évidement aménagé dans le fond du cône.In FIG. 1A, the base of the dart is at the bottom of the cone of the conical wall; in FIG. 1B, it is located in the opening placed on the recess arranged in the bottom of the cone.
Des tubulures 9 et 10 traversent la paroi conique pour amener respectivement le gaz comburant secondaire (air) et l'effluent toxique.
Dans l'exemple illustré figures 1A et 2A, on a disposé trois tubulures 9 et trois tubulures 10. Les tubulures 9 sont disposées de façon que leurs axes convergent sur l'axe (D) du tunnel en un point A, les tubulures 10 en un point B et le point B est situé au-delà du point A.In the example illustrated in FIGS. 1A and 2A, three
Par contre, dans la figure 18, les tubulures 9 convergent aux points A1 et A2, les tubulures 10 au point B et les points A1 et A2 sont situés au-delà du point B.On the other hand, in FIG. 18, the
Sur la coupe figure 2A, selon un mode de réalisation de l'invention, les tubulures 9 amenant le gaz comburant secondaire ont une forme de fente alors que les tubulures 10 ont une forme circulaire.In the section in FIG. 2A, according to an embodiment of the invention, the
La figure 3A présente une variante préférée, dans laquelle les tubulures 9 sont séparées en deux parties par une cloison 11. Dans la partie 12, la plus proche du brûleur, circule le gaz comburant secondaire à jet fixe et dans la partie 13 le gaz comburant secondaire à jet modulable. Les deux parties sont alors alimentées par des tuyauteries différentes. Sur les tuyauteries d'alimentation, sont placés des moyens appropriés de réglage en débit et vitesse.FIG. 3A presents a preferred variant, in which the
La figure 18 montre des tubulures séparées 9A et 9B pour amener le gaz comburant secondaire sous forme de jet respectivement modulable et fixe.FIG. 18 shows
La figure 28 montre en coupe les tubulures 9B inclinées de façon à créer un mouvement rotatif du gaz comburant secondaire dit à jet fixe autour du dard.FIG. 28 shows in section the
Les tubulures 10 sont réparties en trois groupes de trois tubulures 10A, 108, 10C qui amènent chacune un effluent toxique de nature différente, par exemple. Les tubulures des groupes sont régulièrement disposées sur le pourtour de la paroi conique.The
Selon la figure 1A, les gaz issus du tunnel de combustion 1 sont déviés vers la zone 2 de post-combustion qui contient en son fond un garnissage 14 (en carbure de silicium par exemple) pouvant être évacué par une porte de soutirage 15 et amené par une porte 16. La porte 16 peut comporter un clapet 17 par lequel arrive alors le comburant tertiaire (air) qui est entraîné avec les gaz de combustion vers le garnissage. Les gaz ayant traversé le garnissage, quittent l'installation par la tuyauterie 18.According to Figure 1A, the gases from the combustion tunnel 1 are diverted to the
L'invention est illustrée par l'exemple ci-après. Dans une installation du type décrit ci-dessus dont la chambre de combustion cylindrique a un diamètre extérieur d'environ 1 200 mm, un diamètre intérieur d'environ 400 mm, une longueur approximative intérieur de 1 600 mm et dont la chambre de post-combustion -qui fait suite à ladite chambre de combustion- contient des agrégats de carbure de silicium, on a traité un gaz chargé en arsine, a 6 000 ppm en volume, à un débit de 14 Nm³/h.The invention is illustrated by the example below. In an installation of the type described above, the cylindrical combustion chamber of which has an external diameter of approximately 1,200 mm, an internal diameter of approximately 400 mm, an approximate internal length of 1,600 mm and of which the post- combustion -which follows said combustion chamber- contains aggregates of silicon carbide, a gas loaded with arsine, at 6000 ppm by volume, was treated at a flow rate of 14 Nm³ / h.
En tête et dans l'axe du tunnel de combustion, on trouve un ouvreau de brûleur supportant le brûleur proprement dit et les arrivées d'air et de gaz.At the head and in the axis of the combustion tunnel, there is a burner flue supporting the burner itself and the air and gas inlets.
Le gaz vecteur chargé en arsine est envoyé dans l'ouvreau vers le tunnel de combustion. Il est composé de :
10,2 Nm³/hhydrogène 3,0 Nm³/hazote
- hydrogen 10.2 Nm³ / h
- nitrogen 3.0 Nm³ / h
Le combustible intervenant est du gaz naturel, débité à raison de 1,1 Nm³/h au nez du brûleur préalablement mélangé dans le brûleur à 6 Nm³/h d'air primaire (comburant primaire). La proportion air/gaz a été maintenue constante, quelle que soit l'allure de la flamme du brûleur, avec un excès d'air de 10 % par rapport à la stoechiométrie.The fuel involved is natural gas, delivered at a rate of 1.1 Nm³ / h at the nose of the burner previously mixed in the burner with 6 Nm³ / h of primary air (primary oxidant). The air / gas ratio was kept constant, whatever the burner flame, with a 10% excess of air compared to the stoichiometry.
Par l'ouvreau du brûleur arrive également, à une vitesse de 12 m/s le gaz comburant secondaire composé de :
- un air à débit constant (33 Nm³/h) et à vitesse constante (12 m/s) pour le balayage turbulent du tunnel de combustion,
- un air modulé à débit variable (de 0 à 35 Nm³/h) pour le maintien en température.
- air at constant flow (33 Nm³ / h) and at constant speed (12 m / s) for turbulent sweeping of the combustion tunnel,
- modulated air with variable flow (from 0 to 35 Nm³ / h) for maintaining the temperature.
La dépression dans le tunnel est de 5 mbar.The depression in the tunnel is 5 mbar.
La température mesurée avant le garnissage de carbure de silicium est de 1 000°C. Le volume des fumées à cette température est de 90 Nm³/h.The temperature measured before the silicon carbide packing is 1000 ° C. The smoke volume at this temperature is 90 Nm³ / h.
Lesdites fumées sont ensuite refroidies de 1 000°C à 700°C dans un échangeur de chaleur puis subissent une dilution, par de l'air ambiant, d'un facteur 4 (325 Nm³/h) pour être ramenées à une température de 100-120°C avant une filtration à très haute efficacité (pour arrêter 99,99 % des particules de l'ordre de 0,3 »m) visant à retenir l'acide arsénieux, solide, formé, avant rejet à la cheminée.Said fumes are then cooled from 1000 ° C to 700 ° C in a heat exchanger and then undergo a dilution, by ambient air, of a factor of 4 (325 Nm³ / h) to be brought back to a temperature of 100 -120 ° C before very high efficiency filtration (to stop 99.99% of particles of the order of 0.3 ”m) aimed at retaining arsenious acid, solid, formed, before discharge to the chimney.
A ce niveau, la charge en arsine n'est plus que de 0,5 ppm en volume. Le rendement d'épuration assuré par l'installation est donc de 99,966 %, supérieur au 99,95 % exigés (après avoir tenu compte de la dilution au refroidissement).At this level, the arsine charge is no more than 0.5 ppm by volume. The purification yield ensured by the installation is therefore 99.966%, higher than the 99.95% required (after taking into account the dilution on cooling).
En outre, la composition des fumées à la cheminée était approximativement la suivante :
azote 80,0 % 18,0 %oxygène - eau (vapeur) 1,5 %
0,5 %gaz carbonique
- nitrogen 80.0%
- oxygen 18.0%
- water (steam) 1.5%
- carbon dioxide 0.5%
Une telle installation est particulièrement bien adaptée à l'épuration des gaz issus de l'industrie électronique : non seulement il y a combustion pratiquement complète des éléments combustibles toxiques, mais la formation d'oxydes d'azote ou autres gaz toxiques est évitée.Such an installation is particularly well suited for purifying gases from the electronic industry: not only is there almost complete combustion of toxic combustible elements, but the formation of nitrogen oxides or other toxic gases is avoided.
Claims (10)
- Process for the combustion of toxic gaseous effluents bereft of oxygen, in a flame comprising an inner cone supplied with combustible gas and with so-called primary combustion-supporting gas, characterized in that:- it is carried out at reduced pressure;- a so-called secondary combustion-supporting gas is introduced at the level of said inner cone, in the form of at least one so-called fixed jet at a sufficient flowrate and speed to create a turbulent gaseous mass at the level of said inner cone and to maintain the desired combustion temperature and of at least one so-called modulable jet, of variable flowrate for stabilizing said combustion temperature; said jets being directed towards the axis of said inner cone, further ensuring the supply of an excess of combustion-supporting gas in the combustion zone;- said gaseous effluent to be burned is introduced at the level of said inner cone, separately from said secondary combustion-supporting gas, into said created turbulent gaseous mass;- the gases issued from said combustion zone are sent into a post-combustion zone.
- Process according to claim 1, characterized in that the flowrate of the modulable jet(s) is servo-controlled by the measurement of the temperature in the combustion zone.
- Process according to one of claims 1 or 2, characterized in that the combustion zone and the post-combustion zone are at a pressure of 50 to 600 Pa below the ambient pressure.
- Process according to any one of claims 1 to 3, characterized in that an additional stream of combustion-supporting gas (called tertiary combustion-supporting gas) is introduced in the gases issuing from the combustion zone, in order to guarantee an excess of combustion-supporting gas in the post-combustion zone.
- Process according to any one of claims 1 to 4, charaterized in that there prevails in the post-combustion zone a temperature of between 900 and 1200°C, and preferably a temperature of about 1000°C.
- Process according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the treated effluent contains at least one of the following constituents: silane, B, P, As, Te, Se, Cl, F.
- Installation for the combustion of toxic gaseous effluents bereft of oxygen by carrying out the process according to any one of the preceding claims, said installation comprising a combustion tunnel (1) in the bottom of which lies a burner (5), supplied with combustible gas and so-called primary combustion-supporting gas, and being characterized in that:
- the bottom of said tunnel (1) is constituted by a conical wall (3) open on said tunnel (1) and of same axis (D) thereas; said burner (5) being disposed on this axis (D) at such a depth that the base of the inner cone lies in the vicinity of the bottom of said tunnel (1) during operation; and
in that said installation further comprises:- at least two pipes (9), at least one for a so-called fixed jet and at least another for a so-called modulable jet, for supplying the secondary combustion-supporting gas to the level of said bottom of said tunnel (1); said pipes (9) being oriented so that during operation, said combustion-supporting gas is directed as jets towards said inner cone,- at least one pipe (10) for supplying the toxic gaseous effluent to the level of said bottom of said tunnel (1), said pipe(s) (10) being oriented so that, during operation, said effluent is directed in jet(s) converging towards the axis (D) of said inner cone,- a post-combustion zone (2) extending said combustion tunnel (1);- a gas extraction device creating a reduced pressure in said tunnel (1) and in said post-combustion zone (2). - Installation according to claim 7, characterized in that said pipes (9) supplying the secondary combustion-supporting gas are in the form of a slot.
- Installation according to one of claims 7 or 8, characterized in that the axis of said post-combustion zone (2) makes an angle with that (D) of said tunnel (1) and in that said post-combustion zone (2) is provided, in its bottom, with a lining (14) of refractory materials.
- Installation according to claim 9, characterized in that a flap valve (17) is disposed in the top part of the post-combustion zone (2).
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