WO1991003685A1 - Procede et installation pour la combustion d'effluents gazeux toxiques depourvus d'oxygene - Google Patents

Procede et installation pour la combustion d'effluents gazeux toxiques depourvus d'oxygene Download PDF

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WO1991003685A1
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combustion
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combustion zone
installation
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Serge Carpentier
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Societe Generale Pour Les Techniques Nouvelles Sgn
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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
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/022—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow
    • F23J15/025—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material for removing solid particulate material from the gasflow using filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/14—Gaseous waste or fumes
    • F23G2209/142—Halogen gases, e.g. silane

Definitions

  • the invention relates to a method and an installation for the destruction by combustion of toxic oxygen-free gaseous effluents.
  • a known treatment method consists in burning
  • the combustion products are not toxic or can be easily eliminated (for example by filtration for arsenious oxide).
  • the patent FR 87 03 729 published under the number 2 612 606 describes such a process with its associated device.
  • the effluent is brought into a combustion zone by a central duct surrounded by a tube bringing the combustible gas, itself surrounded by three annular conduits bringing the combustion air.
  • the gas injection rates and speeds are adjusted for this purpose.
  • the combustible gas stream constitutes a protective sheath for the effluent vis-à-vis the oxidizing gas.
  • the Applicant currently offers a combustion process in which, unlike the prior art, significant turbulence is created.
  • the subject of the invention is a process for the combustion of toxic gaseous effluents devoid of oxygen in a flame comprising a dart supplied with combustible gas and in so-called primary oxidizing gas, process implemented in vacuum and in which said gaseous effluent and a so-called secondary oxidizing gas are introduced separately at said dart, said secondary oxidizing gas being introduced in the form of at least one jet directed towards the axis of said dart at a rate and speed sufficient to ensure an excess by oxidizing. Maintaining the temperature and creating a turbulent gas mass at the level of said dart; The toxic gaseous effLuent being introduced into said turbulent gaseous mass.
  • the invention therefore consists of a process for combustion of toxic gaseous effluents, devoid of oxygen. Such effluent is not, in itself, exposible. They can become so in the presence of oxygen.
  • Said carrier gas consist of Hydrogen, Nitrogen, or a mixture of gases. Air and oxygen are obviously excluded.
  • Said gaseous effluents to be burned according to the process of the invention can, as indicated above, come from the electronic industry.
  • Such effluent is loaded with hydride, in particular phosphines, arsines "and / or si Lanes ... and / or other chemical compounds containing in particular atoms B, P, As, Te, Se, CL, F.
  • Said gaseous effluents can also come from the nuclear industry. It can be pyroLysis gas and / or radioactive gas loaded with tritium.
  • the stinger 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 the other oxidizing currents.
  • the flow rate of this primary oxidizing gas is adjusted so as to ensure combustion, with a small excess of oxidizing gas (approximately 10%).
  • so-called secondary oxidizing gas is sent to the dart in the form of a jet (s), 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 gas mass at the level of the stinger.
  • the secondary oxidizing gas is, for example, air.
  • the flow rate and the speed of the secondary oxidizing gas are such that the appearance of the sting is modified: it changes color, its shape is disturbed and we observe perverse movements. It is said then that the gas mass is turbulent. This phenomenon is known to those skilled in the art.
  • the flow rate and speed of the secondary oxidant gas must also be determined to ensure temperature maintenance in the combustion zone and excess oxidant.
  • the speeds can go up to several tens of m / s.
  • the secondary oxidizing gas is introduced in the form of one or more 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 peat LLonnai re movement of the oxidizer around said dart; in this case also, the orientation of the jet contributes to the creation of turbulence.
  • the method of the invention is implemented, under vacuum with respect to the atmosphere outside the combustion zone (ambient atmosphere). Such a depression prevents the formation of gas pockets, avoids possible dispersion of the gases to the outside.
  • IT IS EASY BY ELSEWHERE The extraction of gases from the installation in which the process is implemented.
  • This depression is of the order of 0.5 to 6 mbar (or 50 to 600 Pa).
  • the secondary oxidizing gas is brought in by two different circuits producing:
  • the modulable (secondary) oxidant gas stream cools the gas mass and allows the temperature of the combustion zone to be lowered, if necessary. By the absence of said current, the temperature rises, which can be accelerated by adjusting the flow rate of combustible gas / primary oxidant.
  • the toxic gaseous effluent it is sufficient, within the framework 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). Regardless of where the effluent jet (s) arrives (s) in relation to the arrival of secondary oxidant gas, it is sufficient that turbulence is created on the gas mass .
  • the toxic effluent is of a different nature, it can be introduced in the form of separate jets at the level of the stinger, or else it can be mixed before being introduced.
  • the toxic effLuent can be introduced occasionally.
  • the flow of secondary oxidant gas is generally controlled by the measurement of the temperature in the combustion zone.
  • the method of the invention makes it possible, advantageously, to treat effLuents whose flow and speed are not controlled; It is enough then to regulate the flow rates and speeds of oxidizing gas to result in combustion.
  • the temperature in the combustion zone is generally higher than 900 C for the treatment of the aforementioned toxic gases. Said temperature is advantageously chosen so as to obtain at least 99% destruction of the toxic gases over the whole of the installation - that is to say, a possible complete combustion zone of a post-combustion zone.
  • LaqueLLe the reaction ends- in LaqueLLe
  • the process of the invention is implemented.
  • a so-called post-combustion zone containing a lining of refractory materials.
  • Said lining is advantageously brought to a temperature above the combustion temperature in the combustion zone. Said lining also ensures gas filtration and better distribution of calories in the installation.
  • Said post-combustion zone is obviously, too, in depression (0.5 to 6 mbar preferably).
  • the flow rates and speeds of the oxidizing gases are regulated so as to obtain a temperature of 900 to 1,200 ° C., approximately 1,000 ° C., in the post-combustion zone, within the framework of an application to the toxic effluents listed above. above.
  • the gases leaving can be discharged directly into the atmosphere or be treated, depending on the quantity of toxic residues and the standards of discharge in force.
  • the present invention also relates to an installation for the combustion of toxic gaseous effluents devoid of oxygen, in which the process described above can be implemented.
  • Said installation comprises:
  • tunneL or combustion zone the bottom of which consists of a conical wall open on said tunneL and of the same axis as Him; a burner supplied with combustible gas and gas primary oxidant being disposed on this axis so that the base of the dart is located near the bottom of the tunnel,
  • the (said) tube (s) being oriented (s) so that said oxidant gas is directed in jet (s) towards the dart ,
  • tubing to bring the toxic gaseous effluent to the bottom of said tunnel, the so-called tubing (s) being oriented so that the effLuent is directed in convergent jet (s) ( s) towards the axis of the da rd.
  • tunneL a gas extraction device
  • the installation according to the invention comprises a combustion tunnel, the bottom of which consists of a conical wall.
  • This wall is generally made up of refractory materials over a thickness sufficient to ensure the thermal insulation of
  • the facility vis-à-vis the outside.
  • the burner includes a pipe for the supply of combustible gas and another pipe for the supply of primary oxidizing gas.
  • the burner comprises two concentric tubes, and the tube bringing the fuel is placed back from the bottom of the tunnel cone, in order to facilitate the primary fuel / oxidizer mixture before the development of the dart, the base of the dart being practically at the bottom of the cone of the combustion tunnel.
  • Flow control means are provided on these pipes; they are preferably bonded to the measurement of the temperature in 1 L installation.
  • the secondary oxidant gas is supplied by one or more tubes which pass through the conical wall over its entire thickness.
  • the tubes 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.
  • a more favorable embodiment consists of providing several pipes, for example three or four, regularly arranged around the circumference of the conical wall.
  • the tubes are arranged so that the jets converge towards the axis of the dart substantially at the same point, or else they are identically inclined around the periphery of the conical wall so as to create a rotary movement of the oxidant gas introduced. .
  • the tubing (s ) bringing the effluent also crosses the conical wall and is (are) arranged so as to direct the jet (s) of effluent towards the axis of the dart sensibly at the same point.
  • tubes separated into two parts by a wall, the jets then opening substantially in the same place.
  • the dimensions of the combustion tunnel are determined by a person skilled in the art depending on the products treated, the combustion temperature to be obtained, the residence time, etc.
  • a device for example an extraction fan, is mounted on the gas extraction pipe to create the vacuum in the installation.
  • An interesting installation comprises a combustion tunnel followed by a post-combustion zone, said zone also comprising refractory walls and its axis advantageously forming 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 outlet of the gases having passed through said lining.
  • an intake valve can be fitted, allowing the passage of oxidant (tertiary oxidant) to the bottom of said post-combustion zone.
  • said valve is used as an expansion valve, to compensate for accidental overpressures.
  • Figures 2A, 2B and 3A show in section (view along the axis of the combustion tunnel) The bottom of the tunnel with the burner and the gas pipes, Figure 3B shows a section view of
  • FIG. 1A shows an installation comprising a combustion tunnel 1 of axis (D) followed by a post-combustion zone 2 disposed perpendicularly to said tunnel.
  • the bottom of the tunneL 1 is constituted by a conical wall 3 open on the tunneL.
  • the tunnel with its bottom is surrounded by a thickness 4 of refractory bricks (or other material) to ensure thermal insulation.
  • a recess is arranged along the axis (D) and over the entire thickness of the conical wall.
  • a dart 8 grows in the bottom of the tunnel.
  • the base of the stinger 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.
  • Tubes 9 and 10 pass through the conical wall to supply the secondary oxidizing gas (air) and the toxic effluent respectively.
  • the tubes 9 are arranged so that their axes converge on the axis (D) of the tunnel at a point A,
  • the tubes 10 in point B and point B is located beyond point A.
  • the tubes 9 converge at points A1 and A2, the tubes 10 at point B and Points A1 and A2 are located beyond point B.
  • the pipes 9 supplying the secondary oxidizing gas have a slit shape while the pipes 10 have a recirculated shape.
  • FIG. 3A presents a preferred variant, in which the tubes 9 are separated into two parts by a partition 11.
  • part 12 the closest to the burner, circulates the secondary oxidizing gas with fixed jet and in part 13 the oxidizing gas. secondary with modular jet.
  • the two parts are then supplied by different pipes. On the supply pipes, there are suitable means of regulating flow and speed.
  • FIG. 1B shows separate tubes 9A and 9B for supplying the secondary oxidizing gas in the form of a modulable and fixed jet respectively.
  • FIG. 2B shows in section Tubings 9B incined so as to create a rotary movement of the secondary oxidizing gas known as a fixed jet around the dart.
  • Tubing 10 is divided into three groups of three tubing 10A, 10B, 10C which each bring a toxic effluent of a different nature, for example.
  • the group pipes are regularly arranged around the circumference of the conical wall.
  • the post-combustion zone 2 which contains at its bottom a lining 14 (in silicon carbide for example) which can be evacuated by a withdrawal door 15 and brought by a door 16.
  • the door 16 may include a cLapet 17 by LequeL arrives then tertiary oxidant (air) which is entrained with the combustion gases towards the lining. The gases which have passed through the lining, leave the installation via the pipe 18.
  • the invention is illustrated by the example below.
  • 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 silicon carbide aggregates a gas loaded with arsine, at 6000 ppm in volume, was treated at a flow rate of 14 Nm / h.
  • the carrier gas loaded with arsine is sent in the quarry to the combustion tunnel. It is composed of :
  • the fuel used is natural gas, delivered at a rate of 1.1 Nm / h at the nose of the burner, previously mixed in the burner at 6 Nm / h of primary air (primary oxidant).
  • the air / gas ratio was kept constant, regardless of the burner flame size, with a 10% excess of air compared to stoichiometry.
  • Through the burner outlet also arrives at a speed of 12 m / s
  • the secondary oxidizing gas composed of:
  • the depression in Tunisia is 5 mbar.
  • the temperature measured before the silicon carbide packing is 1000 C.
  • the volume of the fumes at this temperature is 90 Nm 3 / h.
  • 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 Nm / h ) to be brought back to a temperature of 100-120 C before a very high efficiency filtration (to stop 99.99% of particles of the order of 0.3 ⁇ m) aimed at retaining the arsenious acid, solid, formed, before rejection to the chimney.
  • the arsine charge is no more than 0.5 ppm by volume.
  • the purification yield provided by the installation is therefore 99.966%, higher than the 99.95% required (after taking into account the dilution on cooling).
  • composition of the fumes at the chimney was approximately as follows:

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Abstract

Procédé pour la combustion d'effluents gazeux toxiques dépourvus d'oxygène dans une flamme, comportant un dard (8) alimenté en gaz combustible (6) et en gaz comburant (7) dit primaire. Ledit effluent gazeux (10) et un gaz comburant (9) dit secondaire sont introduits séparément au niveau dudit dard, ledit gaz comburant secondaire étant introduit sous forme d'au moins un jet dirigé vers l'axe (D) dudit dard à un débit et une vitesse suffisants pour assurer un excès en comburant, le maintien en température, et créer une masse gazeuse turbulente au niveau dudit dard; l'effluent gazeux toxique (10) étant introduit dans ladite masse gazeuse turbulente. Ledit procédé est mis en ÷uvre en dépression. L'invention concerne également une installation pour la mise en ÷uvre dudit procédé.

Description

Procédé et instaLLation pour La combustion d'effLuents gazeux toxiques dépourvus d'oxygène.
L'invention concerne un procédé et une instaLLation pour La destruction par combustion d'effLuents gazeux toxiques dépourvus d'oxygène.
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 siLiciu (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. Un procédé de traitement connu consiste à faire brûLer
Lesdits gaz ; Les produits de combustion n'étant pas toxiques ou pouvant être éLi inés faciLement (par exempLe par fiLtration pour L'oxyde arsénieux).
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- mê e 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. La Demanderesse propose présentement un procédé de combustion dans LequeL, au contraire de L'art antérieur, on crée une turbuLence importante.
PLus précisément. L'invention a pour objet un procédé pour La combustion d'effLuents gazeux toxiques dépourvus d'oxygène dans une fLamme comportant un dard aLimente en gaz combustibLe et en gaz comburant dit primaire, procédé mis en oeuvre en dépression et dans LequeL Ledit effLuent gazeux et un gaz comburant dit secondaire sont introduits séparément au niveau dudit dard, Ledit gaz comburant secondaire étant introduit sous forme d'au moins un jet dirigé vers L'axe dudit dard à un débit et une vitesse suffisants pour assurer un excès en comburant. Le maintien en température et créer une masse gazeuse turbuLente au niveau dudit dard ; L'effLuent gazeux toxique étant introduit dans Ladite masse gazeuse turbuLente. 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.
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.
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 si Lanes...et/ou en d'autres composés chimiques contenant notamment Les atomes B, P, As, Te, Se, CL, F.
Lesdits effLuents gazeux peuvent égaLe ent provenir de L'industrie nucLéaire. IL peut s'agir de gaz de pyroLyse et/ou de gaz chargés en tritium, radioactifs.
Le dard est obtenu à partir d'un brûLeur cLassique disposé en tête de La zone de combustion, aLimente 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).
SeLon L'invention, du gaz comburant dit secondaire est envoyé vers Le dard sous forme de jet(s), 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.
Le gaz comburant secondaire est par exempLe de L'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 tourbi LLonnaires. On dit aLors que La masse gazeuse est turbuLente. Ce phénomène est connu de L'homme du métier. 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.
Les vitesses peuvent aLLer jusqu'à pLusieurs dizaines de m/s. Le gaz comburant secondaire est introduit sous forme d'un ou pLusieurs 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 tourbi LLonnai re du comburant autour dudit dard ; dans ce cas égaLement, L'orientation du jet participe à La création de La 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.
Cette dépression est de L'ordre de 0,5 à 6 mbar (soit 50 à 600 Pa). De façon préférée. 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.
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.
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 à (aux) L'arrivée(s) de gaz comburant secondaire, iL suffit que La turbuLence soit créée sur La masse gazeuse. 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.
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. 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' instaL Lation -c'est-à-dire zone de combustion compLétée éventueL Lement d'une zone de post-combustion dans LaqueLLe se termine La réaction- dans LaqueLLe Le procédé de L'invention est mis en oeuvre.
En tout état de cause, eLLe sera choisie, par L'homme du métier, supérieure à une température critique : La température d'expLosivite 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.
En L'absence d'effLuent à traiter, iL est intéressant de mettre en veiLLe à une température, très Légèrement supérieure à La température d'expLosivite des gaz aLors présents dans La zone de combustion.
Pour permettre à La réaction de combustion de se proLonger, iL est avantageux d'envoyer Les gaz issus de La zone de combustion vers une zone dite de post-combustion contenant un garnissage en matériaux réfractai res. 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. Ladite zone de post-combustion est évidemment, eLLe aussi, en dépression (0,5 à 6 mbar de préférence).
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.
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.
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.
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 ou zone de combustion dont Le fond est constitué d'une paroi conique ouverte sur Ledit tunneL et de même axe que Lui ; un brûLeur aLimente en gaz combustibLe et en gaz comburant primaire étant disposé sur cet axe de façon à ce que La base du dard se situe à proximité du fond du tunneL,
- au moins une tubuLure pour amener Le gaz comburant secondaire au niveau du fond dudit tunneL, La(Les)dite(s) tubuLure(s) étant orientée(s) pour que Ledit gaz comburant soit dirigé en jet(s) vers Le dard,
- au moins une tubuLure pour amener L'effLuent gazeux toxique au niveau du fond dudit tunneL, La(Les)dite(s) tubuLure(s) étant orientée(s) pour que L'effLuent soit dirigé en jet(s) convergent (s) vers L ' axe du da rd.
- un dispositif d'extraction des gaz, créant une dépression dans Ledit tunneL.
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 ' instaL Lation vis-à-vis de L ' extérieur.
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.
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. 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.
Des moyens de régLage des débits sont prévus sur ces tubuLures ; iLs sont de préférence asservis à La mesure de La température dans L1 instaLLation.
Sur La paroi conique du tunneL de combustion, débouchent Les arrivées de gaz comburant secondaire et d'effLuent toxique. Le gaz comburant secondaire est amené par une ou pLusieurs 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.
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.
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.
De façon préférée, on prévoit des tubuLures de gaz comburant secondaire pour jets dits fixes et des tubuLures pour jets dits moduLabLes, chaque type de jet étant pi Loté indépendam¬ ment de L'autre.
Dans une réaLisation particuLière, sont prévues des tubuLures séparées en deux parties par une paroi, Les jets débouchant aLors sensibLement au même endroit.
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 ...
Un dispositif , par exempLe un ventiLateur d'extraction, est monté sur La tuyauterie d'extraction des gaz pour créer La dépression dans L' instaLLation.
Une instaLLation intéressante 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.
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. 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.
La figure 1A montre une instaLLation comprenant un tunneL de combustion 1 d'axe (D) suivie d'une zone de post-combustion 2 disposée perpendicuLai rement audit tunneL. 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.
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. 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.
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.
Par contre, dans La figure 1B, 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.
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 ci rcuLai re.
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'aLi entation, sont pLacés des moyens appropriés de régLage en débit et vitesse.
La figure 1B montre des tubuLures séparées 9A et 9B pour amener Le gaz comburant secondaire sous forme de jet respectivement moduLabLe et fixe.
La figure 2B 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.
Les tubuLures 10 sont réparties en trois groupes de trois tubuLures 10A, 10B, 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.
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.
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, à 6 000 ppm en voLume, à un débit de 14 Nm /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. Le gaz vecteur chargé en arsine est envoyé dans L'ouvreau vers Le tunneL de combustion. IL est composé de :
- hydrogène 10,2 Nm /h
- azote 3,0 Nm3/h
Le combustibLe intervenant est du gaz natureL, débité à raison de 1,1 Nm /h au nez du brûLeur préaLabLement méLange dans Le brûLeur à 6 Nm /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 stoechiometrie. 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 Nm /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 Nm /h) pour
Le maintien en température.
La dépression dans Le tunneL est de 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. 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 Nm /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 μm) visant à retenir L'acide arsénieux, soLide, formé, avant rejet à La cheminée.
A ce niveau, La charge en arsine n'est pLus que de 0,5 ppm en voLume. Le rendement d'épuration assuré par L'instaLLa- tion est donc de 99,966 %, supérieur au 99,95 % exigés (après avoir tenu compte de La diLution au refroidissement).
En outre, La composition des fumées à La cheminée était approximativement La suivante :
- azote 80,0 % - oxygène 18,0 %
- eau (vapeur) 1,5 %
- gaz carbonique 0,5 %
Une teLLe instaLLation est parti cuLièrement 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.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé pour La combustion d'effLuents gazeux toxiques dépourvus d'oxygène dans une fLamme, comportant un dard aLimente en gaz combustibLe et en gaz comburant dit primaire, caractérisé en ce qu'iL est mis en oeuvre en dépression et en ce que Ledit effLuent gazeux et un gaz comburant dit secondaire sont introduits séparément au niveau dudit dard. Ledit gaz comburant secondaire étant introduit sous forme d'au moins un jet dirigé vers L'axe dudit dard à un débit et une vitesse suffisants pour assurer un excès en comburant, Le maintien en température et créer une masse gazeuse turbuLente au niveau dudit dard ; L'effLuent gazeux toxique étant introduit dans Ladite masse gazeuse turbuLente.
2. Procédé seLon La revendication 1, caractérisé en ce que Ledit gaz comburant secondaire est introduit
- sous forme d'au moins un jet dit fixe, à débit et vitesse constants et suffisants pour obtenir une masse gazeuse turbuLente et La température de combustion vouLue ;
- et sous forme d'au moins un jet dit moduLabLe, à débit variabLe, permettant de stabiLiser Ladite température de combustion ;
Lesdits jets assurant égaLement L'apport de comburant en excès.
3. Procédé seLon L'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que Le débit de gaz comburant secondaire est asservi à La mesure de La température dans La zone de combustion.
4. Procédé seLon L'une queLconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que Les gaz issus de La zone de combustion sont envoyés vers une zone de post-combustion.
5. Procédé seLon L'une queLconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que La zone de combustion et La zone de post-combustion éventueLLement présente, sont en dépression de 50 à 600 Pa par rapport à L'atmosphère ambiante.
6. Procédé seLon L'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'un courant de gaz comburant suppLémentaire (dit comburant tertiaire) est introduit dans Les gaz issus de La zone de combustion, pour garantir en excès en comburant dans La zone de post-combustion.
7. Procédé seLon L'une queLconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'iL règne dans La zone de post-combustion une température comprise entre 900 et 1 200 C, et de préférence une température d'environ 1 000 C.
8. Procédé seLon L'une queLconque des revendications précé¬ dentes, caractérisé en ce que L'effLuent traité contient au moins L'un des constituants suivants : siLane, B, P, As, Te, Se, CL, F.
9. InstaLLation pour La combustion d'effLuents gazeux toxiques dépourvus d'oxygène par mise en oeuvre du procédé seLon L'une queLconque des revendications précédentes. Ladite instaLLation comportant un tunneL de combustion (1) dans Le fond duqueL se trouve un brûLeur (5), aLimente en gaz combustibLe et en gaz comburant dit primaire, caractérisé en ce que :
- Le fond dudit tunneL (1) est constitué par une paroi conique (3) ouverte sur Ledit tunneL (1) et de même axe (D) que Lui ; Le brûLeur (5) étant disposé sur cet axe (D), de façon à ce que La base du dard se situe à proximité du fond dudit tunneL (1) ; et en ce que Ladite instaLLation comporte en outre :
- au moins une tubuLure (9) pour amener Le gaz comburant secondaire au niveau du fond dudit tunneL (1), La(Les)dite(s) tubuLure(s) (9) étant orientée(s) pour que Ledit gaz comburant soit dirigé en jet vers Le dard, - au moins une tubuLure (10) pour amener L'effLuent gazeux toxique au niveau du fond dudit tunneL (1), La(Les)dite(s) tubuLure(s) (10) étant orientée(s) pour que L'effLuent soit dirigé en jet (s) convergent (s) vers L'axe (D) du dard,
- un dispositif d'extraction des gaz créant une dépression dans Ledit tunneL (1).
10. InstaLLation seLon La revendication 9, caractérisée en ce que La(Les)dite(s) tubuLure(s) (9) amenant Le gaz comburant secondaire a(ont) une forme de fente.
11. InstaLLation seLon L'une des revendications 9 ou 10, caractérisée en ce qu'eLLe comprend au moins deux tubuLures (9) pour amener Le gaz comburant secondaire, L'une étant réservée au jet fixe. L'autre au jet moduLabLe.
12. InstaLLation seLon L'une queLconque des revendications 9 à 11, caractérisée en ce que Le tunneL de combustion (1) est proLonge par une zone de post-combustion (2) dont L'axe fait un angLe avec ceLui (D) dudit tunneL (1), Ladite zone (2) étant munie en son fond d'un garnissage de matériaux réfractaires (14).
13. InstaLLation seLon La revendication 12, caractérisée en ce qu'un cLapet (17) est disposé dans Le haut de La zone de post- combustion (2).
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