EP0630957A1 - Four de pyrolyse sous basse pression pour la destruction de déchets organiques industriels - Google Patents

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EP0630957A1 EP93870115A EP93870115A EP0630957A1 EP 0630957 A1 EP0630957 A1 EP 0630957A1 EP 93870115 A EP93870115 A EP 93870115A EP 93870115 A EP93870115 A EP 93870115A EP 0630957 A1 EP0630957 A1 EP 0630957A1
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    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B19/00—Heating of coke ovens by electrical means
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B1/00—Retorts
    • C10B1/10—Rotary retorts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form

Definitions

  • the invention relates to an oven for pyrolytic destruction under reduced pressure of organic industrial waste, comprising a sealed tubular enclosure, a pumping unit connected to the enclosure through a condenser, means for introducing the waste into the enclosure and heating means thereof.
  • Patent document EP-A-0 324 668 has proposed carrying out pyrolysis under reduced pressure, at temperatures between 400 ° and 600 ° C. According to this document, the destruction was complete enough to generate only non-polluting and marketable by-products, or usable on site as "clean" fuels in thermal energy generators;
  • the ovens according to EP-A-0 324 668 consisted of metallic tubular enclosures, rotating around their axis, and arranged in chambers in refractory masonry for heating from outside the enclosures.
  • the object of the invention is to improve the efficiency of vacuum pyrolysis on an industrial scale.
  • the invention provides an oven for the pyrolytic destruction under reduced pressure of organic industrial waste, comprising a sealed tubular enclosure, a pumping group connected to the enclosure through a condenser, means for introducing the waste into the enclosure, and heating means thereof, characterized in that the heating means consist of rectilinear electrical resistors extended parallel to the main axis inside the enclosure near the wall, mounted bare and capable of being brought, by passing current from an external source, to a temperature of at least 1,200 ° C.
  • the Applicant has discovered, during its work, that it was possible to obtain a practically complete pyrolysis of industrial organic waste by operating under reduced pressure at an average temperature of 400 to 600 ° C., provided that it exists in l 'pyrolysis enclosure for radiant surfaces brought to at least 1,200 ° C. It is assumed that, for temperatures below about 600 ° C, the pyrolytic decomposition obeys the laws of thermodynamics. On the other hand, for molecules whose stability is not affected at this temperature, there would be in the radiation spectrum (in red and clean infrared) bands or lines capable of making the stable molecules resonate, and to dissociate them.
  • a refractory lining applied to the internal surface of the enclosure opposite the resistances, and elongated reflective screens between the refractory lining and the resistors.
  • the resistors will consist of Inconel tubes capable of continuously supporting the required temperature, and of satisfactorily resisting waste vapors and decomposition products.
  • an oven for pyrolytic destruction under reduced pressure comprises a sealed enclosure 1 as a whole, comprising a tubular body 10 designed to withstand relative pressures directed towards the main axis of at least one bar (105 Pa), and two bottoms in domed caps 11 and 12, also provided for supporting external overpressures.
  • a bottom 11 is opening, and provided with a peripheral seal to ensure sealing when this bottom is closed.
  • This shaft 14 has transmitted the rotation of the motor to a cylindrical basket 13, perforated, the axis of which, in extension of the shaft 14 a , is parallel to that of the body 10, but offset vertically downwards.
  • Rollers 13 a not visible in FIG. 1, support the basket 13 in enclosure 1.
  • heating resistors 15 consisting of Inconel 601 tubes extended parallel to the axis of the body, in the space between the basket and the upper part of the body 10, and released by the vertical offset between the basket 13 and body 10 axes.
  • the upper wall of the body, facing the resistors 15, is provided with a refractory lining 16, and polished plates to form reflectors 17 are disposed between the resistors 15 and the refractory lining 16, and have folded edges to accentuate the concentration. radiation towards the axis of the body 10.
  • the resistors are supplied with electrical energy by an adjustable source at low impedance 19 (approximately 1,000 amperes at a few tens of volts). They are calculated to reach radiant surface temperatures of at least 1,200 ° C.
  • the enclosure 1 is arranged in an outer refractory lining so that the body temperature reaches, in regime, a temperature between 400 and 600 ° C.
  • the pumping group 4 comprises, conventionally when it comes to evacuating the enclosure a mixture of condensable vapors and noncondensable gases, an ejector 40 or a converging nozzle injects a liquid jet into a diverging nozzle opening into a liquid box from which the gases entrained by the jet are taken up by a liquid ring pump 41.
  • the condenser 2 has two towers 20 and 21, where multiple nozzles 20 a and 21 a respectively spray water in jets directed downwards.
  • the water and the condensates collect in a lower collector 22, from where a pump 23 sends them into a separator 3, consisting of a cover 30 with baffled partitions 31 and 32.
  • a pipe 34 evacuates the water for allocate in the direction of the nozzles 20a and 21a, while the hydrocarbons in a supernatant chamber 33 are removed by skimming.
  • the enclosure In normal operation for the pyrolytic destruction of liquid waste, the enclosure is placed under vacuum by the pumping unit 4, then the resistors 15 are energized to bring the enclosure 1 to thermal equilibrium, the resistors being at 1,200 ° C at least, and the body 10 reaching a temperature of 400 to 600 ° C. During the temperature rise, the basket is rotated, at a speed of approximately 1 rpm, to regulate the temperature and, consequently, to reach the operating conditions more quickly.
  • the liquid waste is gradually introduced through the injection rod 18.
  • the liquid vaporizes almost immediately, and the vapors are brought gradually to the average temperature of the enclosure as they move from the rod 18 to the bottom 12.
  • This rise in temperature is accompanied by cracking, giving rise on the one hand to light products (hydrogen, methane, etc.) which are evacuated by the pumping unit, and on the other hand to products with high molecular weight with slower displacement, the cracking of which continues until the formation essentially of carbon black.
  • the incondensables which remain for a very short time in the enclosure 1, are found at the outlet of the liquid ring pump 41, to be either recovered for use or burnt in a flare.
  • the light condensates, intercepted by the condenser 2 are separated from the water in the separator 3 and will either be recovered or recycled in the oven.
  • the solid residues are stirred by the basket 13.
  • the cracked residues which have not been entirely decomposed at the temperature of the enclosure are also stirred by the basket 13. Although these residues are on the whole of fine particle size, they are distributed throughout the of the volume of the enclosure, their movements not being slowed down by the gaseous phase, the pressure of which is low. These residues can therefore reach near the resistors 15, and are then subjected directly to their radiation. This radiation is close to that of a black body at this temperature, with a continuous spectrum which extends from yellow to infrared.
  • the residues which are not completely decomposed selectively absorb the spectrum components capable of breaking the residual bonds, so that the cracking is completed.
  • the enclosure could be arranged with its vertical axis, the resistors then being arranged in a cage regularly spaced near the wall.

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Abstract

Un four destiné à la destruction pyrolytique sous pression réduite de déchets industriels organiques comporte une enceinte tubulaire étanche (1) sensiblement horizontale, un groupe de pompage (4) relié à l'enceinte à travers un condenseur (2), des moyens d'introduction (11, 18) de déchets dans l'enceinte, et des moyens de chauffage qui sont constitués de résistances électriques (15) rectilignes étendues parallèlement à l'axe de l'enceinte (1) à proximité de la partie supérieure de celle-ci, montées nues et aptes à être portées, par passage de courant issu d'une source extérieure (19) à une température de 1 200°C au moins. La plupart des matières organiques sont décomposées en carbone solide et en gaz ou vapeurs récupérées dans le condenseur (2) ou en sortie de groupe de pompage (4) à la température moyenne de l'enceinte, entre 400° et 600°C. Les molécules qui n'ont pas été dissociées à cette température le sont par absorption sélective en longueur d'onde du rayonnement des résistances (15).

Description

  • L'invention se rapporte à un four pour la destruction pyrolytique sous pression réduite de déchets industriels organiques, comportant une enceinte tubulaire étanche, un groupe de pompage relié à l'enceinte à travers un condenseur, des moyens d'introduction des déchets dans l'enceinte et des moyens de chauffage de celle-ci.
  • La destruction des déchets organiques industriels est exécutée couramment par incinération, c'est-à-dire combustion en présence d'air ; ce processus, où les produits de combustion gazeux sont entraînés dans les fumées, implique une épuration très poussée des fumées, et conduit à disperser dans l'atmosphère des quantités non négligeables de gaz carbonique. Par ailleurs il n'est pas toujours possible, avec certains déchets organiques, d'éviter que la combustion n'entraîne la formation de composés toxiques tels des dioxines et oxydes d'azote dont l'élimination dans les fumées à un taux acceptable est pratiquement impossible.
  • On a proposé de détruire des déchets organiques par pyrolyse, c'est-à-dire chauffage en atmosphère neutre. Pour une destruction sensiblement complète des composés organiques en leurs éléments constituants, on visait des températures de 1 000° à 1 500°C. Aucune réalisation industrielle ne semble avoir vu le jour.
  • Le document de brevet EP-A-0 324 668 a proposé d'effectuer une pyrolyse sous pression réduite, à des températures comprises entre 400° et 600°C. Selon ce document la destruction était suffisamment complète pour n'engendrer que des sous-produits non polluants et commercialisables, ou utilisables sur place comme combustibles "propres" dans des générateurs d'énergie thermique; Les fours selon EP-A-0 324 668 étaient constitués d'enceintes tubulaires métalliques, tournant autour de leur axe, et disposées dans des chambres en maçonneries réfractaires pour un chauffage par l'extérieur des enceintes.
  • La Demanderesse a conduit des expérimentations sur ce mode de pyrolyse sous vide, et est arrivée à la conclusion que, si le processus était efficace sur de nombreux déchets organiques, certains déchets étaient incomplètement décomposés et donnaient des sous-produits encore polluants et même dangereux, tels des dioxines et oxydes d'azote, ces sous-produits étant techniquement très difficiles à traiter ultérieurement. En outre, le chauffage des enceintes par l'extérieur était onéreux. Par ailleurs, il paraissait irréaliste d'augmenter de façon significative la température de pyrolyse dans des enceintes sous vide, la résistance mécanique des parois soumises à une pression différentielle voisine du bar (10⁵ Pa) décroissant rapidement avec un accroissement de température.
  • L'invention a pour but d'améliorer l'efficacité de la pyrolyse sous vide à l'échelle industrielle.
  • A cet effet, l'invention propose un four pour la destruction pyrolytique sous pression réduite de déchets industriels organiques, comportant une enceinte tubulaire étanche, un groupe de pompage relié à l'enceinte à travers un condenseur, des moyens d'introduction des déchets dans l'enceinte, et des moyens de chauffage de celle-ci, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués de résistances électriques rectilignes étendues parallèlement à l'axe principal à l'intérieur de l'enceinte à proximité de la paroi, montées nues et aptes à être portées, par passage de courant issu d'une source extérieure, à une température d'au moins 1 200°C.
  • La Demanderesse a découvert, lors de ses travaux, qu'il était possible d'obtenir une pyrolyse pratiquement complète de déchets organiques industriels en opérant sous pression réduite à une température moyenne de 400 à 600°C, à condition qu'il existe dans l'enceinte de pyrolyse des surfaces rayonnantes portées à au moins 1 200°C. On suppose que, pour les températures inférieures à environ 600°C, la décomposition pyrolytique obéit aux lois de la thermodynamique. Par contre, pour les molécules dont la stabilité n'est pas affectée à cette température, il se trouverait dans le spectre de rayonnement (dans le rouge et l'infrarouge propre) des bandes ou des raies susceptibles de faire résonner les molécules stables, et de les dissocier.
  • Pour éviter un échauffement excessif des parois de l'enceinte à proximité des résistances, de préférence on disposera un garnissage réfractaire appliqué sur la surface interne de l'enceinte en regard des résistances, et des écrans réfléchissants allongés entre le garnissage réfractaire et les résistances.
  • De préférence les résistances seront constituées de tubes d'Inconel capables de supporter en continu la température requise, et de résister aux vapeurs de déchets et aux produits de décomposition de façon satisfaisante.
  • Des caractéristiques secondaires et les avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue en coupe longitudinale schématique d'un four selon l'invention ;
    • la figure 2 est une coupe selon le plan II-II de la figure 1.
  • Selon la forme de réalisation choisie et représentée de l'invention, un four pour la destruction pyrolytique sous pression réduite comprend une enceinte étanche 1 dans son ensemble, comprenant un corps tubulaire 10 conçu pour supporter des pressions relatives dirigées vers l'axe principal d'au moins un bar (10⁵ Pa), et deux fonds en calottes bombées 11 et 12, également prévus pour supporter des surpressions extérieures. Un fond 11 est ouvrant, et muni d'un joint périphérique pour assurer l'étanchéité lorsque ce fond est fermé. Le fond opposé est fixe, et traversé par un arbre 14a entraîné par un moteur. Cet arbre 14a transmet la rotation du moteur à un panier cylindrique 13, perforé, dont l'axe, en prolongement de l'arbre 14a, est parallèle à celui du corps 10, mais décalé verticalement vers le bas. Des galets 13a, non visibles sur la figure 1, supportent le panier 13 dans l'enceinte 1.
  • Dans cette enceinte 1 sont disposées des résistances de chauffage 15 constituées de tubes d'Inconel 601 étendus parallèlement à l'axe du corps, dans l'espace situé entre le panier et la partie supérieure du corps 10, et dégagé par le décalage vertical entre les axes de panier 13 et de corps 10.
  • La paroi supérieure du corps, en regard des résistances 15, est munie d'un garnissage réfractaire 16, et des plaques polies pour former réflecteurs 17 sont disposées entre les résistances 15 et le garnissage réfractaire 16, et présentent des bords rabattus pour accentuer la concentration du rayonnement vers l'axe du corps 10. Les résistances sont alimentées en énergie électrique par une source réglable à basse impédance 19 (environ 1 000 ampères sous quelques dizaines de volts). Elles sont calculées pour atteindre des températures de surface rayonnante d'au moins 1 200°C. Par ailleurs, l'enceinte 1 est disposée dans un garnissage extérieur réfractaire de façon que la température du corps atteigne, en régime, une température comprise entre 400 et 600°C. Ces températures sont obtenues en tenant compte que la pression dans l'enceinte 1 sera, en service, comprise entre 10 et 65 mbars (1 000-6 500 Pa). A l'extrémité du corps 10 voisine du fond 11, on a disposé un écran en forme de diaphragme 11a, pour mettre le joint périphérique du fond ouvrant 11 à l'abri du rayonnement des résistances. Entre l'écran 11a et l'extrémité voisine du panier 13 est disposée une canne d'injection 18 alimentée par une pompe 18a. Dans la majorité des cas, les déchets à détruire sont sous forme de fluide pompable, et seront introduits par la canne d'injection 18. Lorsque les déchets ont une consistance qui interdit leur pompage, ils seront introduits dans le panier 13 à travers le fond 11, ouvert, et l'écran 11a.
  • A la partie supérieure du fond 12 est branchée une canalisation d'évacuation 12a raccordée à un groupe de pompage 4, à travers un condenseur 2. Le groupe de pompage 4 comprend, de façon classique quand il s'agit d'évacuer de l'enceinte un mélange de vapeurs condensables et de gaz incondensables, un éjecteur 40 ou une tuyère convergente injecte un jet liquide dans une tuyère divergente débouchant dans une caisse à liquide d'où les gaz entraînés par le jet sont repris par une pompe à anneau liquide 41.
  • Le condenseur 2 comporte deux tours 20 et 21, où des buses multiples 20a et 21a respectivement pulvérisent de l'eau en jets dirigés vers le bas. L'eau et les condensats se rassemblent dans un collecteur inférieur 22, d'où une pompe 23 les envoie dans un séparateur 3, constitué d'une bâche 30 avec des cloisons en chicane 31 et 32. Une canalisation 34 évacue l'eau pour la renvoyer en direction des buses 20a et 21a, tandis que les hydrocarbures surnageant dans une chambre 33 sont évacués par écrémage.
  • En fonctionnement normal pour la destruction pyrolytique de déchets liquides, l'enceinte est mise sous vide par le groupe de pompage 4, puis les résistances 15 sont mises sous tension pour amener l'enceinte 1 à un équilibre thermique, les résistances étant à 1 200°C au moins, et le corps 10 atteignant une température de 400 à 600°C. En cours de montée en température, le panier est mis en rotation, à une vitesse d'environ 1 t/min., pour en régulariser la température et, par voie de conséquence, parvenir plus rapidement aux conditions de régime.
  • Puis on introduit progressivement les déchets liquides par la canne d'injection 18. Le liquide se vaporise presque immédiatement, et les vapeurs sont portées progressivement à la température moyenne de l'enceinte tandis qu'elles se déplacent depuis la canne 18 jusqu'au fond 12. Cette montée en température s'accompagne de craquage, donnant naissance d'une part à des produits légers (hydrogène, méthane...) qui sont évacués par le groupe de pompage, et d'autre part à des produits à haut poids moléculaire à déplacement plus lent, dont le craquage continue jusqu'à formation pour l'essentiel de noir de carbone.
  • Les incondensables, qui restent très peu de temps dans l'enceinte 1, se retrouvent en sortie de la pompe à anneau liquide 41, pour être, soit récupérés pour utilisation, soit brûlés en torchère. Les condensats légers, interceptés par le condenseur 2, sont séparés de l'eau dans le séparateur 3 et seront, soit récupérés, soit recyclés dans le four. Les résidus solides sont brassés par le panier 13.
  • Par ailleurs, les résidus de craquage qui n'ont pas été entièrement décomposés à la température de l'enceinte sont également brassés par le panier 13. Bien que ces résidus soient dans l'ensemble de granulométrie fine, ils se répartissent dans l'ensemble du volume de l'enceinte, leurs mouvements n'étant pas freinés par la phase gazeuse, dont la pression est faible. Ces résidus peuvent donc parvenir à proximité des résistances 15, et sont alors soumis directement à leur rayonnement. Ce rayonnement est proche de celui d'un corps noir à cette température, avec un spectre continu qui s'étend du jaune à l'infrarouge. Les résidus non complètement décomposés absorbent sélectivement les composantes de spectre capables de briser les liaisons résiduelles, de sorte que le craquage est complété.
  • Bien entendu l'invention n'et pas limitée à l'exemple décrit, mais en embrasse toutes les variantes d'exécution, dans le cadre des revendications.
  • Notamment l'enceinte pourrait être disposée avec son axe vertical, les résistances étant alors disposées en cage régulièrement espacées à proximité de la paroi.

Claims (8)

  1. Four pour la destruction pyrolytique sous pression réduite de déchets industriels organiques, comportant une enceinte tubulaire (1) étanche, un groupe de pompage (4) relié à l'enceinte à travers un condenseur (2), des moyens d'introduction (11, 18) des déchets dans l'enceinte, et des moyens de chauffage (15) de celle-ci, caractérisé en ce que les moyens de chauffage sont constitués de résistances électriques (15) rectilignes étendues parallèlement à l'axe principal à l'intérieur de l'enceinte (1) à proximité de la paroi, montées nues et aptes à être portées, par passage de courant issu d'une source extérieure (19), à une température d'au moins 1 200°C.
  2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte tubulaire est disposée avec son axe principal sensiblement horizontal.
  3. Four selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte, à l'intérieur de l'enceinte (1), des moyens d'isolement thermique constitués d'un garnissage réfractaire (16) appliqué sur la surface interne de l'enceinte (1) en regard des résistances (15), et des écrans réfléchissants (17) allongés disposés entre le garnissage réfractaire (16) et les résistances (15).
  4. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les résistances (15) sont constituées de tubes d'Inconel.
  5. Four selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un panier (13) perforé cylindrique susceptible d'être entraîné en rotation autour d'un axe (14a) parallèle à celui de l'enceinte (1) à l'aplomb et en dessous de celui-ci.
  6. Four selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'enceinte est garnie extérieurement d'un revêtement calorifuge.
  7. Four selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le condenseur (2) est du type à contact et comporte au moins une tour (20, 21) équipée de buses (20a, 21a) de pulvérisation orientées vers le bas alimentées en eau sous pression, et d'une pompe de reprise (23) avec un orifice d'aspiration relié à la partie basse (22) de la tour, et un orifice de refoulement relié à un réservoir de stockage (3) pour condensats dilués.
  8. Four selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le groupe de pompage (4) comprend en série un éjecteur (40) et une pompe à anneau liquide (41).
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