FR2558571A1 - Destruction de dechets par pyrolyse sous plasma - Google Patents

Abstract

ON DECRIT UNE METHODE ET UN APPAREIL POUR LA DESTRUCTION PYROLYTIQUE DE DECHETS TOXIQUES OU DANGEREUX UTILISANT UN EQUIPEMENT QUI EST COMPACT ET TRANSPORTABLE. LES DECHETS SONT INTRODUITS DANS UN CHALUMEAU A ARC PLASMA 12 DANS LEQUEL ILS SONT ATOMISES ET IONISES, ET ENSUITE ENVOYES DANS UN REACTEUR 14 POUR ETRE REFROIDIS ET SE RECOMBINER EN PRODUIT GAZEUX ET EN MATIERE PARTICULAIRE. LES PRODUITS RECOMBINES SONT REFROIDIS PAR UN ANNEAU DE PULVERISATION ALCALIN 16 FIXE AU REACTEUR 14 POUR NEUTRALISER LES PRODUITS RECOMBINES ET HUMIDIFIER LA MATIERE PARTICULAIRE. LE PRODUIT GAZEUX EST ENSUITE EXTRAIT EN UTILISANT UN EPURATEUR 18 ET BRULE OU UTILISE COMME COMBUSTIBLE. DES DISPOSITIFS DE CONTROLE VERIFIENT LES PRODUITS RECOMBINES ET ARRETENT AUTOMATIQUEMENT L'APPAREIL SI ON TROUVE DES CONSTITUANTS DANGEREUX.

Description

Destruction de déchets par pyrolyse sous plasma La présente invention

concerne un procédé et un appareil pour la destruction pyrolytique de déchets, tels

que des biphényls polychlorés (BPC).

Il existe un nombre croissant de composés toxi-

ques ou dangereux dont l'utilisation est en voie d'inter- diction et qui doivent être éliminés efficacement. En plus des BPC, il y a également des composés organophosphoreux, organoazotés et organométalliques, de même que d'autres matériaux qui existent en quantités massives et exigent des moyens d'élimination efficaces. La plupart des composés

toxiques se présentent sous la forme de matrice de compo-

site combinant souvent des composants organiques et des composants inorganiques tels que des condensateurs chargés de BPC, pour lesquels il y a peu ou pas de technologie

sûre d'élimination disponible.

Divers procédés ont été essayés pour éliminer de tels déchets toxiques, comprenant la destruction thermique, la détoxification chimique, l'encapsulation à long terme et des procédés spécifiques d'enfouissement en terre. A l'exception de l'incinération à haute température, on a montré peu de réussite en ce qui concerne l'élimination sûre de tels déchets. Les procédés qui ont été essayés n'ont pas été capables non plus de traiter autre chose

que des courants homogènes d'alimentations d'eaux rési-

duaires, ou ils n'ont été capables que de traiter des concentrations relativement faibles de composés toxiques

dans les déchets. En outre, très peu des procédés d'éli-

mination essayés à ce jour ont été commercialisés, car il n'a pas été possible de démontrer aux divers organismes

de réglementation que ces procédés sont tout à fait sûrs.

Parmi les procédés de l'art antérieur, la des-

truction thermique s'est révélée la plus prometteuse.

Cependant, les déchets toxiques sont habituellement des molécules organiques très stables, et ils requièrent de

longs temps de séjour à de hautes températures pour réali-

ser la destruction thermique. Quelques systèmes de combus-

tion ou d'incinération peuvent réaliser les conditions né-

cessaires, mais les possibilités requises sont à une grande

échelle, et les produits du procédé de combustion présen-

tent souvent autant de problèmes d'élimination que les

déchets toxiques d'origine.

Dans le passé, des tentatives ont été faites pour

utiliser des arcs plasma électriques pour détruire les dé-

chets toxiques. Des expériences de laboratoire ont montré qu'un arc plasma est capable d'atomiser et d'ioniser des composés organiques toxiques, et que ces atomes et ces

ions se recombinent habituellement en produits simples.

Au cours de leur formation, les matériaux toxiques rési-

duels peuvent être piégés, de sorte qu'aucune quantité

importante de matériaux toxiques n'est relâchée dans l'en-

vironnement. Cependant, jusqu'à la présente invention, on n'a

pas réalisé de procédé commercialement viable pour la des-

truction pyrolytique des déchets avec une fiabilité et une efficacité suffisamment élevées pour assurer les autorités

de la réglementation que ce procédé de destruction des dé-

chets est sûre.

La présente invention utilise un dispositif d'arc

plasma pour ioniser et atomiser les déchets, mais neutra-

lise et purifie ensuite les produits recombinés d'une ma-

nière simple et intéressante du point de vue coût avec une efficacité suffisamment élevée pour être considérée comme

sûre au plan environnement.

Selon un aspect de la présente invention, on fournit un procédé pour la destruction pyrolytique de déchets comprenant les étapes qui consistent à soumettre le déchet à un arc plasma à haute température pour atomi- ser et pour ioniser le déchet. Le déchet atomisé et ionisé

est ensuite refroidi dans une chambre à réaction pour for-

mer des produits recombinés contenant des produits gazeux et de la matière particulaire. Les produits recombinés

sont refroidis brutalement ou trempés à l'aide d'une pul-

vérisation atomisée alcaline pour les neutraliser et hu--

midifier la matière particulaire. On extrait le produit gazeux des produits recombinés, et on brûle le produit

gazeux extrait.

Selon un autre aspect de l'invention, on fournit

un appareil pour la destruction pyrolytique de déchets.

L'appareil est composé d'un chalumeau à plasma comprenant au moins deux électrodes creuses co-linéaires et des moyens pour stabiliser entre elles un arc plasma. Les électrodes sont reliées au secteur pour produire l'arc plasma, et des moyens de refroidissement sont prévus pour refroidir les électrodes. Un réacteur est relié au chalumeau à plasma et possède une chambre de réaction doublée de réfractaire pour recevoir l'arc plasma. Des moyens sont prévus pour introduire le déchet dans l'arc plasma afin de l'atomiser et de l'ioniser et ensuite de le recombiner sous la forme de produits recombinés dans la chambre de réaction. Le réacteur comporte une sortie pour éliminer les produits recombinés. Un anneau de pulvérisation communique avec la sortie du réacteur. Une arrivée sous pression de fluide

alcalin est reliée à et communique avec l'anneau de pulvé-

risation pour refroidir et neutraliser les produits recom-

binés. Un épurateur communique avec la sortie de l'anneau de pulvérisation pour séparer le produit gazeux de la matière particulaire liquide dans les produits recombinés, et des moyens sont associés à l'épurateur pour en éliminer

la matière particulaire liquide et le produit gazeux.

Les modes de réalisation préférés de l'invention vont être décrits maintenant, au moyen d'exemples, en se référant aux dessins ci-annexés, dans lesquels: - la figure 1 est une vue schématique du mode de

réalisation préféré de l'appareil utilisé pour la destruc-

tion pyrolytique de déchets selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe verticale de l'épurateur utilisé dans l'appareil de la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe prise suivant les lignes 3-3 de la fiugre 2; - - la figure 4 est une vue en coupe verticale du filtre de charbon utilisé dans l'appareil de la figure 1; et - la figure 5 est une vue en coupe prise suivant les lignes 5-5 de la figure 4; - la figure 6 est une vue schématique agrandie

d'une partie de la figure 1 montrnat un autre mode de réa-

lisation d'un chalumeau à plasma comme utilisé dans la

présente invention.

En se référant aux dessins, le dispositif de pyro-

lyse sous plasma de la présente invention est indiqué gé-

néralement par le numéro de référence 10. Les principaux composants du dispositif de pyrolyse 10 comprennent un

chalumeau à plasma 12 pour atomiser et ioniser les déchets.

Un réacteur 14 reçoit le déchet atomisé et ionisé dans le-

quel ce dernier est refroidi et se recombine en un produit

gazeux et en une matière particulaire. Ces produits recom-

binés sortent du réacteur 14 et passent à travers un épu-

rateur 16 dans lequel ils sont refroidis et neutralisés par une pulvérisation alcaline sous pression élevée. On

fait passer ensuite les produits recombinés dans un épu-

rateur 18 dans lequel le produit gazeux est séparé de la matière particulaire liquide. Un ventilateur à aspiration amène le produit gazeux soit à une torche 22, afin de l'éliminer par combustion, soit vers un filtre de charbon actif 24. L'appareil complet du système de pyrolyse sous

plasma 10 est très compact, en ce qu'il peut tenir entiè-

rement dans une remorque dont le fond s'abaisse du type camion à déménagement, rendant le système de pyrolyse 10 mobile ou transportable sur n'importe quel site ayant des

déchets toxiques à détruire.

Le chalumeau à plasma 12 possède une paire d'élec-

trodes creuses co-linéaires 26, 28 connectées intérieure-

ment à une source d'énergie convenable 30 au moyen des câbles électriques respectifs 32, 34. L'alimentation 30 est une unité à 6 thyristors à impulsion refroidie à l'eau réglée à 500 kW et peut être reliée à une alimentation primaire triphasée en 480 volts provenant d'une ligne en service dans le commerce. L'alimentation 30 délivre du courant continu aux électrodes 26, 28 pour fournir une

puissance de plasma variable de 200 à 500 kW.

L'arc plasma généré par le chalumeau à plasma 12

est un plasma haute température (les températures sont su-

périeures à 5000 C et peuvent atteindre 50.000OC), par opposition à un plasma ba sse température dans lequel il

est requis un gaz inerte ou le vide pour générer et main-

tenir l'arc plasma.

L'arc plasma dans le chalumeau à plasma 12 est

stabilisé ou collimaté par des enroulements de champ élec-

tromagnétique annulaires 36, 38 qui font tourner l'arc.

De plus, une ouverture annulaire 40 ménagée entre les

électrodes 26, 28 peut être reliée au moyen d'une canali-

sation d'amenée d'air 44 munie d'un détendeur convenable 46 à une arrivée de gaz à haute pression 42 et à un anneau d'admission de gaz convenable, l'amenée d'air à haute

pression peut être utilisée pour créer un vortex à l'in-

térieur du chalumeau à plasma 12 et également pour aider à faire tourner ou à collimater l'arc. L'air du vortex est amené au chalumeau à plasma 12 à un débit aussi faible que

0,57 mètre cube à la minute et à une pression de 690 kPa.

Cette quantité d'air est insignifiante, étant donné qu'elle

représente moins de 1 à 2 pour cent de l'air stoechiométri-

que requis pour la combustion de la plupart des déchets organiques, de sorte que le procédé est encore sensiblement pyrolytique. Les électrodes 26, 28 et les enroulements du champ électromagnétique 36, 38 sont refroidis par une circulation d'eau de refroidissement autour d'eux ou dans eux dans des

conduites de refroidissement 47, 49. Les conduites de re-

froidissement 47, 49 sont reliées à une amenée d'eau de

refroidissement dans un récipient ou un réservoir 48, typi-

quement de 590 litres, que l'on fait circuler dans un cir-

cuit fermé à un débit typique de 160 litres à la minute à une pression typique de 690 kPa. Une pompe convenable 50 est placée dans la canalisation d'amenée d'eau 52, et une vanne 54 est prévue dans la canalisation de retour de

l'eau de refroidissement 56. La vanne 54 peut être utili-

sée pour régler le débit de l'eau de refroidissement, ou bien encore, la circulation d'eau peut être constante et

un échangeur de chaleur (non représenté) peut être incor-

poré dans la canalisation de retour de l'eau de refroidis-

sement pour régler le taux d'élimination de la chaleur par

le circuit d'eau de refroidissement. On fait circuler éga-

lement une partie de l'eau de refroidissement dans des chemises de refroidissement sur les câbles électriques de

l'alimentation 32, 34 par les canalisations de refroidisse-

ment 58 pour refroidir les câbles électriques 32, 34. On

utilise pour le refroidissement de l'eau traitée ou désio-

nisée.

La construction du chalumeau à plasma 12 n'est pas considérée en soi comme faisant partie de la présente invention, dé sorte qu'elle ne sera pas décrite de façon plus détaillée. Cependant, le chalumeau à plasma de base 12 est disponible chez Westinghouse Electric Corporation de Pittsburgh, Pennsylvanie, U.S.A., et sa construction est sensiblement semblable à celle décrite dans le brevet

US N 3 832 519 délivré le 27 Août 1974.

Le déchet es introduit dans le chalumeau à plasma 12 par une canalisation d'alimentation en déchet 60 à un débit d'environ 4,5 litres à la minute. La canalisation d'alimentation en déchet 60 est reliée à une ou plusieurs

couronnes d'admission annulaires 62 (une seule est repré-

sentée sur la figure 1) montées coaxialement, entre, comme dans la figure 1, ou après, comme dans la figure 6, les

électrodes creuses 26, 28. Le déchet s'écoule dans la cou-

ronne d'admission 62 pour être injecté directement dans l'espace entre les électrodes co-linéaires défini par les électrodes 26, 28. Il n'est pas nécessaire de pulvériser ou d'atomiser le déchet quand il entre dans le chalumeau

à plasma 12.

La fiugre 6 montre un autre mode de réalisation dans lequel la couronne d'admission 62 placée coaxialement à l'extrémité de sortie de l'électrode 28 adjacente au réacteur 14. Dans ce mode de réalisation, le déchet est encore introduit diracLement au coeur de l'arc plasma mais en aval de l'ouverture annulaire 40 dans lequel l'arc est amorcé, au cas o l'entrée du déchet interférerait avec la

formation ou l'amorçage de l'arc plasma.

L'alimentation en déchet comprend deux réservoirs 64 et 66. Le réservoir 64 contient un fluide organique non

toxique tel que l'éthanol qui est introduit dans le chalu-

meau à plasma 12 pendant l'amorçage comme alimentation préliminaire jusqu'à ce que le système atteigne l'état de

régime, et également pendant l'arrêt du système de pyro-

lyse 10 pour purger le système. Le réservoir 66 contient

le déchet à détruire, et dans le mode de réalisation pré-

féré, il est sous la forme liquide ou sous la forme liqué-

fiée. Les réservoirs 64, 66 sont reliés à une vanne à trois voies 68 par les canalisations d'alimentation 70, 72. Une pompe pour l'alimentation en déchet à vitesse variable 74 délivre soit le fluide organique non toxique soit le matériau à base de déchet au chalumeau à plasma 12 parla canalisation d'alimentation en déchet 60, et une vanne d'arrêt supplémentaire 76 est prévue dans la canalisation d'alimentation en déchet 60 pour arrêter

l'admission de déchet dans le cas de conditions défavora-

bles, comme décrit ci-dessous.

Le chalumeau à plasma 12 est relié au réacteur 14 d'une façon convenable. Le réacteur 14 comprend un carter

cylindrique en acier inoxydable ayant un revêtement ré-

fractaire 78, et le volume intérieur du réacteur 14 forme une chambre de réaction 79 ayant un volume d'environ 2 mètres cubes. Le revêtement en réfractaire 78 est formé d'un matériau en fibre filée de kaolin et est vendu sous la marque KAOWOOL par Babcock et Wilcox Refractories de Burlington, Ontario, Canada. L'intervalle de température habituel à l'intérieur du réacteur 14 est situé entre 900 et 1200 C. Le réacteur 14 comprend un organe cylindrique creux 80 monté coaxialement pour communiquer avec les

électrodes du chalumeau à plasma 26, 28. L'organe cylin-

drique 80 possède un cylindre intérieur creux en graphite 82 pour recevoir et diriger l'arc plasma dans le réacteur

14. Les conduites d'eau de refroidissement 84, 86 communi-

quent avec les conduites d'eau de refroidissement 47, 49 dans le chalumeau à plasma 12 pour refroidir le cylindre

en graphite 82. L'organe cylindrique 80 est également gar-

ni de matériau réfractaire KAOWOOL pour protéger les con-

duites d'eau de refroidissement.

Le réacteur 14 comprend également un foyer ou

écran de sortie en graphite 88 espacé axialement du cy-

lindre en graphite 82. Les espèces du plasma en déclin émergeant de l'organe cylindrique 80 se heurtent contre l'écran de sortie en graphite 88. L'écran de sortie 88

comprend des ouvertures de sortie transversales 90 commu-

niquant avec le centre creux de l'écran en graphite 88 pour former la sortie du réacteur 14. Les ouvertures de sortie transversales 90 créent suffisamment de turbulence pour faire que le matériau composé de particules ou de cendres formé dans le réacteur s'échappe par la sortie

du réacteur.

L'espace à l'intérieur du chalumeau à plasma 12 et du cylindre de graphite 82 sert de zone d'obturation

pour l'atomisation du flux tandis que l'intérieur du réac-

teur sert de zone de recombinaison du mélange. La durée de

séjour à l'intérieur de la zone d'atomisation est typique-

ment d'environ 500 microsecondes, et la durée du séjour à l'intérieur de la zone de recombinaison est typiquement

d'environ 1 seconde.

La couronne de pulvérisation 16 est reliée à la sortie du réacteur pour recevoir le produit gazeux et la

matière particulaire qui en sort. La couronne de pulvéri-

sation 16 est formée d'acier inoxydable et possède une gaine interne cylindrique creuse 92 dans laquelle sont montées trois rangées annulaires de pulvérisateurs 94 dirigés vers l'intérieur. La position circonférentielle de chaque rangée de pulvérisateurs 94 est uniformément décalée. Les pulvérisateurs 94 communiquent avec un canal

annulaire 96 qui est rempli avec du liquide de refroidis-

sement sous haute pression. Les pulvérisateurs 94 atomi-

sent ce liquide de refroidissement pour former une pul-

vérisation uniforme de gouttelettes de la taille du micron

pour refroidir le gaz et la matière particulaire du pro-

duit passant à travers la couronne de pulvérisation 16.

Le diamètre intérieur de la gaine interne 92 est d'environ ,5 centimètres et la gaine intérieure 92 a environ 25,5 centimètres de longueur. Le canal annulaire de l'anneau de pulvérisation 96 est relié à un réservoir 98 d'eau de refroidissement sous haute pression. Le réservoir 98 est typiquement un

réservoir de 136 litres et est alimenté par une alimenta-

tion en eau domestique 100 à travers une vanne convenable 102. Si on le désire, on peut prévoir un espace d'air (non représenté) avant la vanne 102 pour isoler le système de pyrolyse 10 de l'alimentation en eau domestique. L'eau de refroidissement btural dans le réservoir 98 est amenée à

l'anneau de pulvérisation 16 en utilisant une pompe à vi-

tesse variable 104 réglée à 45 litres à la minute et 1.034 kPa. On peut utiliser une partie de ce courant d'eau de refroidissement brutal pour refroidir le thyristor dans

la source d'énergie avant qu'il rejoigne le courant prin-

cipal, bien que ce ne soit pas représenté sur la figure 1.

Une soupape 106 placée dans la canalisation d'alimentation en eau de refroidissement brutal 108 maintient le courant d'eau de refroidissement brutal à un débit d'environ 20 à

litres à la minute.

Un réservoir d'alimentation en alcalin 110 est

prévu pour ajouter le matériau alcalin à l'eau de refroi-

dissement envoyée dans l'anneau de pulvérisation 16. Le

réservoir à alcalin 110 est typiquement un fût de 250 li-

tres d'hydroxyde de sodium liquide ou de soude caustique.

Une pompe à vitesse variable 112 réglée à 9 litres à la minute et 1.034 kPa délivre la soude caustique à travers un clapet convenable 114 pour refroidir brutalement la

canalisation d'alimentation en eau 108. On introduit suf-

fisamment d'hydroxyde de sodium dans l'eau de refroidisse-

ment brutal pour neutraliser n'importe quels gaz acides sortant du réacteur 14, et à cet effet, la sortie de la

pompe 112 est contrôlée par un capteur de pH (non repré-

senté) contrôlant le pH de l'eau de refroidissement brutal arrivant dans l'épurateur 18. Le terme "neutraliser" pour

les buts de la présente description signifie un pH typi-

quement entre 5 et 9.

L'épurateur 18 est représenté avec une entrée

116 qui est reliée à la sortie de l'anneau de pulvérisa-

tion 16 par une conduite convenable 118. L'épurateur 18

est un réservoir cylindrique en acier inoxydable typique-

ment d'environ 60 centimètres de diamètre et 1 mètre de hauteur, et possède un tube vertical central 120 d'environ

12 centimètres de diamètre et de 70 centimètres de lon-

gueur communiquant avec l'entrée 116. Un panier en métal déployé 122 monté à l'intérieur de l'épurateur 18 possède

une plaque de fond solide 124 avec une pluralité d'ailet-

tes courbes 126 disposées radialement, de sorte que le

courant de produits recombinés dans le tube d'entrée cen-

tral 120 arrive sur la plaque de fond 124 et sur les ai-

lettes 126 pour être amené à s'écouler dans un courant

tourbillonnaire en sens inverse des aiguilles d'une montre.

Le panier en métal déployé 122 a une paire de déflecteurs

128 circonférentiels de métal en feuille séparés vertica-

lement. De cette manière, des différences de pression sont créées à travers les parois du panier de métal déployé, de sorte que l'écoulement au travers de ce dernier amène la matière liquide et particulaire à se séparer du produit gazeux dans les produits recombinés. Pour cette rnaison,

l'épurateur 18 est un épurateur mécanique. Le produit ga-

zeux continue à circuler vers le haut et à s'échapper par

un coude 130 disposé sur la trajectoire du flux tourbil-

lonnaire. Le coude 130 constitue une sortie d'épurateur 132 qui est reliée à une conduite convenable 134 (voir la figure 1) conduisant au côté aspiration du ventilateur

aspirateur 20.

L'épurateur 18 possède un récipient d'accumula-

tion inférieur 136 dans lequel la matière liquide et par-

ticulaire s'accumule pour être éliminée à l'aide d'une

pompe d'épuisement 138 pour être envoyée par une canalisa-

tion d'évacuation 140 vers un égout ou un réservoir de stockage pour un traitement ultérieur. Un contrôle de

niveau de liquide 144 est monté dans le récipient d'accu-

mulation de l'épurateur 18 pour contrôler la pompe 138, et une soupape à trois voies 146 est prévue pour diriger la matière liquide et particulaire vers une canalisation

d'échantillonnage 148 si on le désire.

Le ventilateur aspirateur 20 est réglé typique-

ment à 21,2 mètres cubes par minute et il tire de façon continue sur l'épurateur 18 et sur le réacteur 14 pour

maintenir la pression atmosphérique ou une pression légè-

rement négative dans le système. Le produit gazeux prove-

nant de l'épurateur 18 passe à travers un ventilateur as-

pirateur 20 et est dirigé vers une soupape à trois voies 150. Pendant l'opération normale, le courant de produit gazeux passe à travers la soupape 150 et va vers la torche 22 dans laquelle il est enflammé. électriquement. Le gaz

est constitué principalement d'hydrogène, d'oxyde de carbo-

ne et d'azote, de sorte qu'il brûle avec une flamme nette à une température d'environ 1800 à 2100 C. La torche sert de dispositif de contrôle de la pollution de l'air pour éliminer par combustion le gaz combustible et tout autre produit à l'état de traces. Ou bien encore, le produit gazeux peut être utilisé comme gaz combustible plutôt qu'être éliminé par combustion dans une torche. On prélève un échantillon du produit gazeux allant à la torche 22 au

moyen d'un capteur approprié 152 qui est relié à l'équipe-

ment d'analyse du produit gazeux 154 comme on va le décrire

ultérieurement ci-dessous.

Le filtre à charbon 24 est relié à une soupape à

trois voies 150 par une canalisation d'admission 156 con-

duisant à un orifice d'admission 158 dans le filtre à charbon 24. Le filtre à charbon 24 comprend une boîte ou un logement rectangulaire 160 de 60 centimètres carrés environ et de 30 centimètres d'épaisseur, ayant une sortie 162 communiquant avec un tuyau d'aération 164 (voir figure

1). Le filtre à charbon 24 comprend un compartiment cen-

tral du type tamis 166 de 15 centimètres environ d'épais-

seur rempli de charbon actif 168. Dans le cas d'une panne de puissance électrique ou d'une disparition de l'arc plasma, une soupape à trois voies 150 détourne le courant de produit gazeux de la torche 22 vers le filtre à charbon 24 pour arrêter le dégagement potentiel de toute trace de

matériau toxique non détruit dans le produit gazeux.

Le dispositif d'analyse du produit gazeux 154 est prévu pour être sur que l'efficacité de destruction

du déchet du système de pyrolyse sous plasma 10 est suffi-

samment élevée pour que toute trace de matériaux toxiques ou dangereux dans le produit gazeux soit bien au-dessous des limites établies par les autorités de la réglementation,

bien que l'on pense que la combustion dans la torche 22 dé-

truit de tels matériaux à l'état de traces quels qu'ils soient. Dans le cas ou le niveau de matériaux dangereux à l'état de traces détectés dans le produit gazeux est au-dessus des limites établies par une autorité déterminée de la réglementation, le dispositif d'analyse du produit

gazeux 154 détermine celui-ci et interrompt automatique-

ment le courant d'alimentation en déchet jusqu'à ce que les paramètres de fonctionnement du système de pyrolyse sous plasma 10 soient modifiés de façon appropriée pour amener le niveau de matériaux dangereux à l'état de traces

à l'intérieur des limites prescrites.

Le dispositif d'analyse du produit gazeux 154 comprend un spectromètre de masse sous la forme d'un chromatographe à gaz Hewlett-Packard 5792A couplé avec un détecteur sélectif de masse Hewlett-Packard 5970A. Une technique d'échantillonnage consiste à prendre un échan- tillon de 100 litres du produit gazeux et à le diriger

vers un filtre à particules en passant par une canalisa-

tion décelée par la chaleur pour éliminer toute trace de charbon. On fait ensuite passer le gaz purifié à travers

un absorbeur avec un rendement de fixation d'environ 99 %.

L'absorbeur est ensuite chauffé rapidement pour libérer

les matières organiques piégées. Un courant d'azote con-

* duit les produits organiques à un spectromètre de masse pour analyse. Le spectromètre de masse explore jusqu'à 6 masses spécifiques correspondant aux ions dont la présence indique soit le degré de destruction du déchet toxique

soit la formation de nouveaux composés toxiques éventuels.

Si la concentration de ces produits chimiques est supérieu-

re aux limites prédéterminées établies par les autorités de la réglementation, on arrête l'admission du déchet dans le chalumeau à plasma. Si les limites de concentration ne sont pas dépassées, on répète automatiquement le cycle d'analyse. Dans le cas o il y a des matériaux dangereux à l'état de traces dans le produit gazeux qui ne sont pas recherchés spécifiquement, le spectromètre de masse examine également les composés ayant une masse atomique entre 200 et 450. Ceci peut être étendu à un intervalle de 10 à 600

si les autorités de la réglementation spécifiques le dési-

rent. Si on détecte des produits inconnus ayant une masse

atomique équivalente à celle d'un produit chimique dange-

reux et en une quantité au-dessus des limites établies par les autorités de la réglementation, l'introduction du déchet dans le chalumeau à plasma est alors également arrêtée, et des procédures d'arrêt automatique commencent

comme décrit ci-dessous.

En plus du contrôle du produit gazeux pour la recherche de matériaux dangereux, on prévoit également un système chromatographique pour les gaz pour l'analyse couplée de choses telles que l'hydrogène, l'eau, l'azote,

le méthane, l'oxyde de carbone, le gaz carbonique, l'éthy- lène, l'éthane, l'acétylène, le propane, le propylène, le 1-butène et

l'acide chlorhydrique. L'analyse de l'acide chlorhydrique, par exemple, conjointement à l'analyse de la matière particulaire liquide provenant de l'épurateur 18, évalue l'efficacité de la neutralisation de l'acide

chlorhydrique gazeux par l'anneau de pulvérisation 16.

En se référant encore à la figure 1, l'adduction

d'air 42 fournit également de l'air pour évacuer les cana-

lisations d'eau, faire fonctionner la soupape à trois

voies 150, et pressuriser le réservoir d'eau de refroidis-

sement 48 et le réservoir d'eau de refroidissement brutal 98. L'alimentation en air 42 comprend un compresseur réglé à 2,0 mètres cubes à la minute, 800 kPa, avec un réservoir sous pression de 550 litres alimentant un distributeur d'air 170. On utilise des filtres à air, des sécheurs

d'air et des régulateurs de pression classiques (non re-

présentés). La soupape à trois voies 150 est mise en

fonctionnement par une canalisation d'air 172 et une sou-

pape de contrôle convenable 174. La soupape à trois voies et la soupape de contrôle 174 sont disposées de façon que pendant le fonctionnement normal le produit gazeux soit envoyé à la torche 22, mais que dans le cas de la détection de matériaux indésirables dans le produit gazeux et d'une coupure ou d'une panne de puissance, la soupape de contrôle

174 agisse sur la soupape à trois voies 150 pour faire pas-

ser le produit gazeux à travers le filtre à charbon 24.

Les canalisations d'air comprimé 176, 178 sont

munies des soupapes respectives 180, 182 pour évacuer res-

pectivement la canalisation d'alimentation en eau de re-

froidissement brutal 108 et les canalisations d'alimenta-

tion et de retour d'eau de refroidissement 52, 56 dans des buts d'entretien.

Dans le cas d'une panne de puissance ou de mau-

vais fonctionnement similaire, il est désirable de mainte-

nir la circulation de l'eau de refroidissement et de l'eau

de refroidissement brutal également du chalumeau à plasma.

La circulation de l'eau de refroidissement est maintenue en pressurisant le réservoir d'eau de refroidissement 48

en utilisant la canalisation d'air 184 et la soupape 186.

La soupape 54 se ferme et une soupape de purge 188 condui-

sant à un égout ou à un réservoir de stockage s'ouvre, de sorte que le réservoir d'eau de refroidissement pressurisé maintient l'écoulement de refroidissement à une vitesse

réduite dans la canalisation d'alimentation en eau de re-

froidissement 52. La soupape de purge 188 règle l'écoule-

ment de l'eau de refroidissement et cet écoulement dure

pendant environ 20 minutes, ce qui est suffisant pour re-

froidir les composants clés après arrêt pour permettre aux

opérations d'entretien de se produire.

Le réservoir d'eau de refroidissement brutal 98 est mis sous pression en utilisant une canalisation d'air

190 et une soupape 192. Dans le cas d'une panne de puis-

sance ou d'un mauvais fonctionnement similaire, la soupape 102 se ferme et la soupape 106 s'ouvre, de sorte que la circulation de l'eau de refroidissement se poursuit dans l'anneau de pulvérisation 16 pour refroidir brutalement

tous les produits recombinés passant par l'anneau de pul-

vérisation 16 qui peuvent être formés après l'arrêt du fonctionnement du chalumeau à plasma 12. Il faut noter que l'inertie du ventilateur aspirateur 20 le maintient

encore en fonctionnement pendant une courte période d'en-

viron 1 minute pour évacuer le réacteur 14, l'anneau de pulvérisation 16 et l'épurateur 18 même dans le cas d'une

panne de puissance.

Le système de pyrolyse sous plasma 10 est suffi-

samment compact pour pouvoir être installé à l'intérieur d'une remorque dont le fond s'abaisse du type camion à déménagement automobile fermée de 13,7 mètres. De plus, une pièce de contrôle équipée complètement en instruments et en moyens de contrôle peut être également mise en place

à l'intérieur de la remorque, de sorte que le système en-

tier est mobile et peut être aisément transporté sur le site de rejet du déchet. Tout ce qui est requis est que

la remorque soit fixée à une arrivée de courant, une arri-

vée d'eau domestique et une évacuation d'égoût ou un ré-

servoir de stockage appropriés tels qu'on les désire. Bien entendu, si on désire utiliser le produit gazeux comme gaz combustible plutôt que l'éliminer par combustion dans la torche, on peut réaliser une connexion appropriée pour

recevoir le produit gazeux dans ce but.

Avant de mettre en service le système de pyrolyse

sous plasma 10, il est utile bien que facultatif de pré-

voir quels seront les produits recombinés formés dans le réacteur 14 pour tout déchet donné à détruire. Etant donné

que le chalumeau à plasma 12 atomise ou ionise effective-

ment complètement le déchet, on peut prévoir les nouveaux composés qui sont créés dans le réacteur 14 comme résultat de la recombinaison de ces atomes et ions en se basant sur l'équilibre cinétique. La minimisation de l'énergie libre de Gibbs est utilisée pour déterminer les concentrations

à l'équilibre des espèces de produit pour un large inter-

valle de températures et de pression choisies. Dans le cas o on peut prédire la recombinaison de n'importe quels produits indésirables dans le réacteur 14, les conditions d'admission du déchet ou de fonctionnement peuvent être

modifiées pour éviter la production de ces produits indé-

sirables. Par exemple, si le tétrachlorure de carbone est

le déchet à détruire, il est possible de produire du phos-

gène gazeux dans certaines conditions de température et de pression. Cependant, ceci peut être évité simplement en

ajoutant un autre hydrocarbure à l'alimentation du déchet.

Souvent, il est seulement nécessaire d'ajouter de l'eau à

l'alimentation en déchet pour augmenter la quantité d'hy-

drogène disponible pour la recombinaison. Un autre exemple

de produit indésirable serait l'acide fluorhydrique pro-

duit dans le réacteur 14 comme cela se produirait dans le

cas de la présence d'un fluorocarbone dans le déchet. D'au-

tres exemples de produits indésirables et de minimisation

ou d'élimination de ceux-ci en modifiant la teneur du dé-

chet ou les conditions opératoires apparaîtront évidents

aux personnes expertes en l'art.

En plus de prévoir la composition des produits recombinés susceptibles de se former dans le réacteur 14, il est également utile de prévoir la variation d'enthalpie

entre le déchet à détruire et les produits recombinés.

Ceci permet de prévoir l'énergie de plasma requise pour détruire les déchets. Ceci en retour peut être utilisé

pour calculer les réglages initiaux de tension et de cou-

rant pour le chalumeau à plasma. On se rendra compte que l'enthalpie des produits recombinés est une fonction de la temperature et de la pression dans le réacteur 14, et que

celle-ci peut être modifiée en changeant le taux d'alimen-

tation du déchet ou l'apport de puissance au chalumeau à plasma. En conséquence, les réglages initiaux du taux d'alimentation du déchet et de l'apport de puissance au brûleur peuvent être prévus pour obtenir les résultats désirés.

On constate également qu'il y a une petite quan-

tité d'air du vortex injectée dans le chalumeau à plasma 12 par la canalisation d'admission d'air 44. L'admission de cet air du vortex doit être envisagée en calculant la variation d'enthalpie se produisant dans le système. La quantité d'air du vortex injectée dans le chalumeau à plasma est relativement négligeable en ce qu'elle ne re- présente au plus que 1 à 2 % de l'oxygène stoechiométrique requis pour la combustion du déchet. Pour cette raison, la destruction du déchet selon la présente invention et pour

les buts de cette description est considérée comme étant

pyrolytique. On constate également que les pertes de cha-

leur dans le chalumeau à plasma et dans le réacteur peu-

vent être prises en considération pour régler la tension

et le courant initiaux pour le chalumeau à plasma.

En fonctionnement, après avoir fait les prévisions en ce qui concerne les produits recombinés et avoir réalisé

des ajustements vis-à-vis du déchet de sorte qu'aucun pro-

duit indésirable ne soit attendu, on effectue les prévi-

sions de variation de l'enthalpie pour déterminer les ré-

glages de puissance du chalumeau à plasma et les vitesses d'alimentation en déchets initiaux. L'alimentation en air 42 est mise en route pour pressuriser le réservoir d'eau

de refroidissement brutal 98 et le réservoir d'eau de re-

froidissement 48 (après que ces réservoirs aient été rem-

plis d'eau). On met en route la pompe de l'eau de refroi-

dissement 50, la pompe d'eau de refroidissement brutal 104 et la pompe d'évacuation à l'épurateur 138. On applique la puissance au chalumeau à plasma et on ouvre la conduite

d'arrivée d'air du vortex 44. La pompe d'admission de l'al-

calin 112 est ensuite mise en fonctionnement et on apporte à l'eau de refroidissement brutal une quantité convenable de soude caustique. L'admission du déchet dans le chalumeau

à plasma commence avec le réservoir à fluide organique 64.

Des ajustements sont faits à l'air du vortex du plasma, à l'alimentation du déchet et à l'alimentation caustique tel que nécessaire. Lorsque le système a atteint l'état de

régime, ce qui prend environ trois minutes, l'alimenta-

tion en déchet dans le réservoir à déchet 66 est enclen-

chée avec le déchet.

On notera d'après ce qui précède que le déchet introduit dans le chalumeau à plasma 12 est soumis à un arc plasma haute température (supérieure à 5000 C) pour être atomisé et ionisé. Le déchet atomisé et ionisé passe ensuite dans le cylindre de graphite 82 pour aller dans la chambre de réaction 79 dans laquelle il est recombiné en produits recombinés constitués de produit gazeux et de matière particulaire. Ceci est réalisé à une température

comprise entre 900 et 1200 C selon la variation d'enthal-

pie prévue pour l'état final des produits réagissants dans la chambre réactionnelle 79. De cette façon, et pour les

buts de cette description, le déchet atomisé et ionisé

est refroidi dans la chambre de réaction 79 pour former les produits recombinés à la mise en équilibre. On notera que quelques-unes des réactions de recombinaison dans la chambre de réaction 79 sont endothermiques et quelques

autres sont exothermiques de sorte que la totalité du ma-

tériau atomisé et ionisé peut ne pas être "refroidie" au

sens strict dans la chambre de réaction 79. Le terme "re-

froidissement" pour les buts de cette description est

censé s'appliquer à toutes les réactions et à toutes les combinaisons quoiqu'il arrive au déchet atomisé et ionisé

dans la chambre de réaction 79.

Les produits recombinés dans la chambre de réac-

tion 79 sortent ensuite du réacteur 14 et passent dans un anneau de pulvérisation 16 dans lequel ils sont refroidis

brutalement à une température d'environ 80 C et neutrali-

sés en les arrosant avec la pulvérisation atomisée alca-

line. Les proudits recombinés refroidis passent ensuite dans l'épurateur 18 duquel le produit gazeux est extrait laissant la matière liquide particulaire telle que des sels et du charbon en solution. Cette solution est ensuite éliminée par pompage vers une évacuation ou un réservoir de stockage et on dirige le produit gazeux vers la torche 22 à l'aide du ventilateur aspirateur 20 ou bien il est

utilisé comme gaz combustible.

Comme mentionné ci-dessus, la pression dans la chambre de réaction 79 est la pression atmosphérique ou une pression légèrement négative créée par le ventilateur

aspirateur 20 qui extrait les produits recombinés du réac-

teur 14. La température dans la chambre de réaction 79 peut être réglée en ajustant soit la puissance injectée au chalumeau à plasma 12 soit le taux d'alimentation du déchet. Dans le cas o on désire arrêter le système de pyrolyse sous plasma 10, la soupape à trois voies 68 est immédiatement activée pour mettre en route l'alimentation

en fluide organique non dangereux pour balayer le système.

Ceci pourrait également se produire si l'un quelconque des autres paramètres de fonctionnement du système dépasse

son intervalle de fonctionnement normal. Après avoir ba-

layé le système avec un fluide organique non dangereux,

on arrête le fluide organique, on coupe le courant du cha-

lumeau à plasma et on arrête l'air vortex du plasma. Lors-

que la température dans la chambre de réaction 79 atteint un niveau acceptable, le ventilateur aspirateur 20 est

arrêté de même que la circulation de l'eau de refroidisse-

ment vers l'anneau de pulvérisation 16. Lorsque les tempé-

ratures à l'intérieur du chalumeau à plasma 12 ont atteint un niveau convenable, la pompe à eau de refroidissement est arrêtée, et ensuite on peut arrêter le compresseur de

l'admission d'air 42 si on le désire.

Dans le cas d'une panne de courant ou de la dis-

parition de l'arc plasma dans le chalumeau à plasma 12,

ou de la détection de matériaux inacceptables dans le pro-

duit gazeux dans la torche 22 ou de l'arrêt du ventilateur aspirateur 20 ou de l'arrêt de la circulation de l'eau de refroidissement du plasma, la soupape d'arrêt 76 se ferme immédiatement pour arrêter l'alimentation en déchet. La circulation d'air du vortex vers le chalumeau à plasma est également arrêtée pour augmenter le temps de séjour des

produits recombinés à l'intérieur de la chambre de réac-

tion 79.

On doit noter que dans toutes les conditions de fonctionnement et de coupure, la pression dans le système de refroidissement de l'eau est bien plus élevée que la pression dans le système d'alimentation en déchet, dans le

système d'air vortex, ou dans le réacteur. Ainsi, s'il ar-

rive une fuite d'eau ou de déchet, le réservoir d'eau ne

sera pas contaminé par les déchets.

Ayant décrit les modes de réalisation préférés de

l'invention, on note qu'on peut apporter diverses modifica-

tions au procédé et à l'appareil décrits. Par exemple, il n'est pas nécessaire d'introduire le déchet directement dans le dard de l'arc du chalumeau à plasma. Le déchet pourrait être injecté dans la chambre à réaction et l'arc

plasma introduit dans la chambre pour attaquer le déchet.

Cependant, ceci réduirait la durée de séjour du déchet

dans l'arc plasma, ainsi cela peut ne pas être aussi effi-

cace pour quelques déchets. Dans le mode de réalisation préféré, on a utilisé des déchets liquides ou des déchets

liquéfiés. Cependant, on pourrait effectuer des modifica-

tions convenables au système d'alimentation en déchet pour tenir compte des solides ou des solides et liquides

composites. Celui-ci pourrait même comprendre des maté-

riaux non organiques. L'arc plasma fondrait et transfor-

merait en scorie ou vaporiserait simplement le matériau non organique permettant la destruction du composant organique dangereux comme décrit ci-dessus sans réduction

d'efficacité. Un exemple simple d'un tel matériau compo-

site serait les condensateurs remplis de BPC.

Il appara t clairement aux personnes expertes dans l'art que le système de pyrolyse sous plasma dans la

figure i n'est qu'une représentation schématique ou gra-

phique du système. On pourrait employer dans l'installa-

tion présente des soupapes supplémentaires, différents types de soupapes, divers capteurs de température, de pression et de flux et d'autres composants de contrôle

de procédé habituels.

Il n'est pas nécessaire d'effectuer les prévi-

sions en ce qui concerne les produits recombinés attendus ou la variation d'enthalpie comme décrit ci-dessus avant

de faire fonctionner le système de pyrolyse sous plasma 10.

Le système pourrait être rendu opérationnel dans des con-

ditions de régime stationnaire en utilisant un matériau

déchet non toxique ou non dangereux, et ensuite, les dé-

chets toxiques pourraient être substitués et seraient

détruits ou le système de contrôle arrêterait automatique-

ment le système.

Finalement, il n'est pas essentiel d'effectuer l'analyse du produit gazeux ou l'analyse de la matière particulaire liquide, en particulier si on utilise le

système de pyrolyse sous plasma 10 pour traiter des dé-

chets connus sur une base normale ou conforme. Les procé-

dés de contrôle et d'analyse sont donnés premièrement pour satisfaire les autorités de la réglementation qui exigent

souvent des fonctionnements "indéréglables" excessifs pen-

dant l'évaluation d'une nouvelle technologie.

D'après ce qui précède, on note que le système de destruction de déchets par pyrolyse sous plasma est un

système simple, compact et mobile qui est capable de fonc-

tionner industriellement dans des limites acceptables pour

l'environnement pour de nombreux déchets chimiques dange-

reux ou toxiques, et pour les matériaux qui ne peuvent

pas être détruits dans des limites acceptables pour l'en-

vironnement, le système est capable de déterminer cela avant que tout matériau toxique ne soit relâché dans l'environnement.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour la destruction pyrolytique de

déchet, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes sui-

vantes: -

- on soumet le déchet à un arc plasma haute tem- pérature pour atomiser et ioniser le déchet; - on refroidit le déchet atomisé et ionisé dans

une chambre de réaction pour former des produits recombi-

nés composés de produit gazeux et de matière particulaire;

- on refroidit brusquement les produits recombi-

nés au moyen d'une pulvérisation atomisée alcaline pour les neutraliser et humidifier la matière particulaire;

- on extrait le produit gazeux des produits re-

combinés; et

- on brûle le produit gazeux extrait.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le déchet est soumis à l'arc plasma en introduisant le

déchet directement dans l'arc plasma.

3. Procédé selon la revendication 2 et comprenant de plus l'étape consistant à ajuster l'une des puissances d'entrée à l'arc plasma et la vitesse d'alimentation du

déchet pour régler la température dans la chambre de réac-

tion.

4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la température dans la chambre de réaction est réglée pour

être dans l'intervalle de 900 C à 1200 C.

5. Procédé selon la revendication 1 et comprenant

de plus l'étape qui consiste à prévoir initialement la com-

position des produits recombinés et à modifier le contenu du déchet à détruire si des produits indésirables sont prévus.

6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la pression dans la chambre de réaction est d'une manière

générale la pression atmosphérique.

7. Appareil pour la destruction pyrolytique de déchets, l'appareil comprenant: un chalumeau à plasma composé d'au moins deux

électrodes creuses co-linéaires et des moyens pour stabi-

liser un arc plasma entre elles;

une alimentation reliée aux électrodes pour pro-

duire ledit arc plasma, et des moyens de refroidissement pour refroidir lesdites électrodes;

un réacteur relié au chalumeau à plasma et pos-

sédant une chambre de réaction recouverte intérieurement de réfractaire pour recevoir ledit arc plasma; des moyens pour introduire dans l'arc plasma le déchet à atomiser et à ioniser et à recombiner ensuite en produits recombinés dans la chambre à réaction;

- le réacteur comprenant une-sortie pour en élimi-

ner lesdits produits recombinés; un anneau de pulvérisation communiquant avec la sortie du réacteur; une arrivée pressurisée de fluide alcalin reliée

à et communiquant avec l'anneau de pulvérisation pour re-

froidir et neutraliser lesdits produits recombinés;

un épurateur communiquant avec la sortie de l'an-

neau de pulvérisation pour séparer le produit gazeux de la matière liquide particulaire dans les produits recombinés et des moyens associés à l'épurateur pour éliminer

ladite matière liquide particulaire et ledit produit ga-

zeux de celui-ci.

8. Appareil selon la revendication 7, dans lequel le réacteur comprend un cylindre creux en graphite monté

coaxialement pour communiquer avec les électrodes du cha-

lumeau à plasma pour recevoir l'arc plasma sortant du

chalumeau à plasma.

9. Appareil selon la revenidcation 7, dans lequel le moyen pour éliminer ladite matière particulaire liquide

et ledit produit gazeux de l'épurateur comprend un ventila-

teur aspirateur pour extraire le produit gazeux de l'épura-

teur.

10. Appareil selon la revendication 9 et compre- nant de plus des moyens pour contrôler la composition du produit gazeux fourni par le ventilateur aspirateur, et dans lequel les moyens pour introduire le déchet dans

l'arc plasma comprenant une soupape, les moyens de con-

trôle étant effectivement reliés à la soupape pour inter-

rompre l'introduction du déchet dans le cas o des cons-

tituants dangereux sont détectés dans le produit gazeux

au-dessus de limites prédéterminées.