Titre : DISPOSITIF DE RACCORDEMENT POUR INSTALLATION DE CONDITIONNEMENT DE PRODUITS PAR TRAITEMENT THERMIQUE A HAUTE TEMPERATURE

DOMAINE TECHNIQUE

L'invention concerne un dispositif de raccordement pour une installation de conditionnement de produits à traiter, tels que des déchets, des réactifs ou tout autre entrant par traitement thermique à haute température et/ou par vitrification, ainsi qu'une installation de conditionnement comportant ce dispositif de raccordement. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de raccordement destiné à permettre une séparation effective entre un flux de produit à conditionner et un flux de gaz générés lors du processus de conditionnement.

La présente invention se situe dans le domaine du traitement des déchets mixtes et dangereux dans le but de les conditionner et les entreposer pendant de longues durées dans des conteneurs appropriés.

ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE

Dans le cadre de l'exploitation et/ou du démantèlement des installations nucléaires, ou d'autres installations contenant des éléments toxiques ou contaminés, il s'avère indispensable de traiter les déchets qui en sont issus, qu'ils soient constitués de déchets métalliques, par exemple en acier inoxydable, en cuivre et/ou en aluminium, et/ou de déchets organiques, comme par exemple le polychlorure de vinyle (PVC) et le polytéréphtalate d'éthylène (PET), voire de déchets minéraux, tels que la fibre de verre. Tous ces matériaux peuvent être contaminés par des éléments radioactifs, et en particulier des matières fissiles.

Généralement, ces déchets doivent être traités, conditionnés pour minimiser leur volume et sous une forme qui permette leur entreposage et stockage pendant de longues durées, en fonction de leur radioactivité. Un exemple de procédé de conditionnement de ces déchets contaminés consiste en la vitrification à haute température et à conteneur perdu. Un tel procédé est communément appelé "Vitrification In-Can" ou ICV (pour In Can Vitrification).

Les produits peuvent aussi être conditionnés par traitement thermique à haute température. Dans ce cas, il n'y a pas de vitrification mais les déchets sont mélangés avec d'autres entrants qui ne réagissent pas nécessairement avec les déchets pour constituer un colis de déchets conditionné à la fin du processus.

Ainsi, et de manière générale les produits à conditionner sont constitués par les déchets, les réactifs dans le cas d'une opération de vitrification et les entrants, qui réagissent ou non avec les déchets mais qui participent au traitement des déchets.

On a représenté à la figure 1 un exemple de mode de réalisation d'une installation 10 mettant en œuvre de tels procédés.

L'installation 10 comporte un conteneur 12 dans lequel les produits à traiter sont destinés à être conditionnés.

Lors de la mise en œuvre du procédé, le conteneur 12 est mis en place dans un four 14 et est progressivement alimenté en déchets à conditionner.

A la fin du procédé, le conteneur 12 rempli est refroidi puis extrait pour former un colis de déchets vitrifiés ou non.

L'alimentation du conteneur 12 en produits à conditionner s'effectue par l'intermédiaire d'un dispositif de raccordement 16 qui est relié à des sources 18 en produits à conditionner, à un dispositif d'extraction 20, qui permet d'extraire les gaz produits au cours du processus de conditionnement et au conteneur 12. Ce dispositif de raccordement 16 est en outre disposé au travers d'une paroi du four 14.

Lors de la mise en œuvre du processus, les produits introduits sont initialement à une température ambiante, tandis que le conteneur 12 est à très haute température. Les produits sont alors chauffés fortement, ce qui produit un dégagement de vapeur d'eau et de gaz résultant de réactions chimiques dans le conteneur.

Ce dégagement peut également être associé à la fonte du matériau dans le conteneur 12. Dans le dispositif de raccordement 16, les produits ont un mouvement vertical descendant, tandis que les gaz et la vapeur d'eau ont un mouvement ascendant. Ces deux flux s'opposent l'un à l'autre et nuisent à l'efficacité du remplissage du conteneur 12. De plus, le flux remontant de gaz peut prélever une partie des produits, qui sont alors dirigés vers le dispositif d'extraction 20 plutôt que vers le conteneur 12.

De plus, lors de leur introduction, les produits subissent des transformations chimiques et physiques dans le dispositif de raccordement 16. Ces produits peuvent alors adhérer aux parois du dispositif de raccordement 16 et le colmater progressivement. De plus, les produits qui s'agglomèrent sur les parois du dispositif de raccordement peuvent empêcher une réutilisation ultérieure de celui-ci.

L'invention a pour but de proposer un dispositif de raccordement qui permet de fiabiliser l'introduction des produits dans le procédé de conditionnement.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

L'invention propose un dispositif de raccordement destiné au raccordement d'un conteneur de conditionnement de déchets par traitement thermique à haute température et/ou par vitrification avec au moins une source de produits destinés à être conditionnés dans le conteneur et avec un dispositif d'extraction de gaz, le dispositif de raccordement comportant un corps cylindrique comportant une extrémité inférieure destinée à être raccordée au conteneur, une extrémité supérieure destinée à être raccordée à ladite au moins source de produits et une ouverture intermédiaire destinée à être raccordée au dispositif d'extraction de gaz, caractérisé en ce que le dispositif de raccordement comporte un élément de connexion consistant en un élément perméable aux gaz, qui s'étend coaxialement au corps cylindrique, dans lequel l'élément de connexion comporte une extrémité supérieure située au niveau de l'extrémité supérieure du corps cylindrique et l'élément de connexion comporte un tronçon inférieur qui s'étend verticalement au-dessous de l'extrémité inférieure du corps cylindrique.

L'élément de connexion du dispositif de raccordement délimite un conduit qui permet de séparer les flux de déchets et de gaz, qui n'interfèrent donc pas l'un avec l'autre.

De plus, les déchets ne viennent pas en contact avec les parois du dispositif de raccordement, empêchant le colmatage de celui-ci. De préférence, le diamètre de l'élément de connexion est inférieur au diamètre interne du corps cylindrique.

De préférence, l'élément de connexion est monté mobile en rotation autour d'un axe principal A commun du corps cylindrique et de l'élément de connexion.

De préférence, l'extrémité supérieure de l'élément de connexion est reliée à des moyens de guidage de l'élément de connexion en rotation par rapport au corps cylindrique et à des moyens d'entrainement de l'élément de connexion en rotation.

De préférence, l'élément de connexion est réalisé en un matériau souple et le corps cylindrique comporte au moins un obstacle qui fait saillie radialement vers l'intérieur par rapport à une paroi interne du corps cylindrique et qui provoque une déformation de l'élément de connexion lors de sa rotation dans le corps cylindrique.

De préférence, le tronçon inférieur comporte au moins une masse attachée à celui-ci.

De préférence, la masse est réalisée dans le même matériau que l'élément de connexion. De préférence, la masse est en forme d'un anneau coaxial à l'élément de connexion.

De préférence, le tronçon inférieur comporte plusieurs masses réparties verticalement.

De préférence, l'élément de connexion est un élément étanche aux déchets et est perméable aux gaz à extraire par le dispositif d'extraction.

De préférence, l'élément de connexion est réalisé en un tissu de fibres de verre.

De préférence, l'extrémité supérieure de l'élément de connexion est reliée de manière détachable au corps cylindrique.

L'invention concerne aussi une installation de conditionnement de déchets par traitement thermique à haute température comportant un conteneur placé dans un four à haute température, au moins une source de déchets à conditionner, un dispositif d'extraction de gaz générés lors du fonctionnement de l'installation, un dispositif de raccordement selon l'invention, qui comporte un élément de connexion, caractérisée en ce que le tronçon inférieur de l'élément de connexion s'étend à l'intérieur du conteneur.

De préférence, l'ensemble des produits à conditionner dans le conteneur forment un matériau, et le tronçon inférieur de l'élément de connexion s'étend à l'intérieur du conteneur jusqu'à la surface du matériau. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[Fig. 1] est une représentation schématique d'une installation pour le conditionnement de déchets contaminés, comportant un dispositif de raccordement selon l'invention.

[Fig. 2] est une représentation schématique à plus grande échelle d'une partie de l'installation représentée à la figure 1, montrant la liaison entre le dispositif de raccordement, le conteneur et le four.

[Fig. 3] est une vue à plus grande échelle du dispositif de raccordement selon l'invention.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE L'INVENTION

Dans la description qui va suivre, il sera compris que la référence à l'orientation verticale s'effectue en relation à la gravité terrestre.

Comme dit précédemment, la figure 1 représente une installation 10 mettant en œuvre un procédé de conditionnement de produits contaminés par vitrification à haute température.

Cette installation comporte un conteneur 12, un four 14, un dispositif de raccordement 16 reliant le conteneur 12 à des sources 18 de produits à conditionner et à un dispositif d'extraction 20.

Comme on l'a dit précédemment, les produits utilisés dans l'installation 10 sont constitués par les déchets à traiter à proprement parler, par les réactifs qui réagissent avec les déchets dans le cas d'une opération de vitrification et des entrants, qui ne réagissent pas nécessairement avec les déchets mais qui participent au traitement des déchets.

Les produits peuvent se présenter sous forme liquide, dans ce cas, les produits sont stockés dans une cuve 22 et sont amenés vers le conteneur 12, via le dispositif de raccordement 16 par une pompe 24.

Les produits peuvent aussi se présenter sous forme solide, pulvérulente ou pâteuse, et ainsi être stockés dans une réserve 26. Les produits sont alors amenés vers le conteneur 12, via le dispositif de raccordement 16 par gravité. Un système de sas comportant deux vannes 28 permet d'isoler l'intérieur de la réserve 26, qui est au contact avec l'air ambiant, du reste de l'intérieur de l'installation 10 où des gaz à traiter sont présents.

Le système de sas permet d'introduite progressivement les produits dans l'installation sans risquer de rejets de gaz vers l'extérieur, ni risquer que de l'air ne soit introduit dans l'installation.

Le dispositif d'extraction 20 comporte un extracteur 30 qui aspire les gaz produits lors de la mise en œuvre du procédé de conditionnement et les rejette en direction de moyens de retraitement et/ou stockage appropriés. Il sera compris que d'autres composants de traitement des gaz peuvent être disposés dans le dispositif d'extraction 20, en amont ou en aval de l'extracteur sans sortir du domaine technique de l'invention.

Le dispositif d'extraction 20 comporte aussi un dépoussiéreur 32, un laveur/condenseur 34 et un filtre très haute densité 36 disposés en amont de l'extracteur 30.

Le dépoussiéreur 32 réalise un abattement des poussières présentes dans le flux de gaz prélevés par circulation à contre -cou rant d'un liquide porté à ébullition.

Le laveur/condenseur 34 réalise un refroidissement des gaz issus du dépoussiéreur 32 et un lavage supplémentaire par circulation à contre-courant d'une solution acidulée ou complexante.

Le filtre 36 assure une dernière barrière à des produits et particules fines, avant de parvenir à l'extracteur 30.

Comme on peut le voir plus en détails à la figure 2, Le dispositif de raccordement 16, qui relie le conteneur 12 aux sources 18 de produits et au dispositif d'extraction 20, comporte un corps cylindrique 38 comportant un axe principal A orienté verticalement selon la direction de la gravité terrestre.

Ce corps cylindrique 38 comporte une extrémité supérieure 40 qui est raccordée aux sources 18 de produits et une extrémité inférieure 42 qui est raccordée au conteneur 12. L'extrémité inférieure 42 est ainsi située à l'intérieur du four 14, qui comporte une ouverture 44 traversée par le corps cylindrique 38. De plus, l'extrémité inférieure 42 du corps cylindrique 38 étant en contact avec le conteneur 12 et dans le four 14, elle est portée à une haute température, sensiblement égale à celle du conteneur 12.

Pour limiter réchauffement de la partie supérieure du dispositif de raccordement 16, le corps cylindrique 38 comporte une double enveloppe 46 située à l'extérieur du four 14 qui a pour but de limiter la propagation de chaleur vers le haut.

A titre d'exemple non limitatif, la double enveloppe 46 comporte un conduit (non représenté) de circulation d'un fluide caloporteur tel que par exemple une eau réfrigéré ou thermo régulée ou de l'air sous pression.

Le corps cylindrique 38 comporte, dans sa partie supérieure, une ouverture 48 et un manchon externe 50 de raccordement du volume intérieur du dispositif de raccordement au dispositif d'extraction 20.

Lors de la mise en œuvre d'un procédé de conditionnement des produits, les produits s'écoulent verticalement de haut en bas au travers du corps cylindrique, sous l'action de la gravité terrestre.

En pénétrant dans le conteneur 12, au moins une partie des produits fond. Le matériau 52 s'accumule progressivement à l'intérieur du conteneur 12, jusqu'à le remplir. Dans la description qui va suivre, on utilisera le terme matériau 52 pour désigner l'ensemble des produits présents à l'intérieur du conteneur 12 et qui sont portés à haute température pour leur traitement, que ces produits aient fondu ou non.

Lorsqu'ils sont portés à haute température et/ou lorsqu'ils viennent en contact avec le matériau en fusion, les produits produisent des gaz qui circulent verticalement vers le haut au travers du corps cylindrique 38, c'est-à-dire en sens inverse par rapport aux produits alimentant le conteneur 12.

Pour séparer le flux de gaz du flux de produits, le dispositif de raccordement 16 comporte un élément de connexion 54 disposé dans le corps cylindrique 38.

Cet élément de connexion 54 délimite un conduit s'étendant dans le corps cylindrique 38 depuis l'extrémité supérieure 40 du corps cylindrique 38 jusqu'à l'intérieur du conteneur

12. Selon un mode de réalisation préférentiel mais non limitatif, l'élément de connexion 54 consiste en un élément tubulaire qui s'étend coaxialement au corps cylindrique 38, c'est- à-dire selon la direction verticale.

Il comporte une extrémité supérieure 56 qui est située au niveau de l'extrémité supérieure 40 du corps cylindrique 38 et une extrémité inférieure 58 qui est en contact avec le matériau 52.

Ainsi, l'élément de connexion 54 comporte un tronçon supérieur 60 disposé dans le corps cylindrique 38 du dispositif de raccordement 16 et un tronçon inférieur 62 qui s'étend verticalement au-dessous de l'extrémité inférieure 42 du corps cylindrique 38.

L'extrémité libre du tronçon inférieur 62 étant au contact du matériau 52, elle est amenée à se mélanger à celui-ci au fur et à mesure que le niveau de matériau 52 dans le conteneur 12 monte.

De préférence, l'élément de connexion 54 est réalisé dans un matériau pouvant être conservé dans le matériau à conditionner. L'élément de connexion 54 est alors "perdu". Selon une variante, seul le tronçon inférieur 62 de l'élément de connexion 54 est perdu et est donc détaché du reste de l'élément de connexion 54.

Les réactions physiques et chimiques générant des gaz se produisent à la fois à l'intérieur de l'élément de connexion 54 qu'à l'extérieur de celui-ci.

Ainsi, pour permettre l'évacuation des gaz et leur circulation en direction du dispositif d'extraction 20, l'élément de connexion 54 est conçu pour être perméable aux gaz et imperméable aux produits qui sont versés dans le conteneur 12.

Les dimensions de l'élément de connexion 54 est inférieur au diamètre interne du corps cylindrique 38.

Ainsi, l'élément de connexion 54 s'étend radialement à distance d'une paroi interne 74 du corps cylindrique 38, délimitant ainsi un conduit périphérique dans lequel les gaz destinés à être extraits peuvent circuler.

Selon un mode de réalisation préféré, l'élément de connexion 54 est réalisé en un tissu de fibre de verre, qui peut ainsi être fondu avec le reste du matériau en fusion, mais ne pas fondre à la température ambiante dans le four et dans le conteneur. De préférence, ce matériau est à base de silice. Les caractéristiques dimensionnelles de l'élément de connexion 54, sont définies pour permettre le convoyage des produits depuis l'extrémité supérieure 40 du corps cylindrique 38 jusqu'au bain de matériau 52.

La taille des mailles du tissu doit permettre de faire barrière à tous les types de produits convoyés au travers de l'élément de connexion 54 et permettre l'échappement des gaz vers le dispositif d'extraction 20.

Selon une variante de réalisation, l'élément de connexion 54 consiste en un tube métallique, par exemple en acier inoxydable ou en aluminium, qui comporte des orifices destinés à l'échappement des gaz vers le dispositif d'extraction 20.

Selon un exemple de réalisation non limitatif, l'élément de connexion 54 mesure 2,5 mètres de long et a un diamètre de 20 centimètres.

Lorsque les produits s'écoulent au travers de l'élément de connexion 54, il se peut qu'ils s'amoncellent dans celui-ci, et le colmatent.

Pour empêcher ce colmatage, et donc favoriser l'écoulement des produits dans l'élément de connexion 54, l'élément de connexion 54 est un élément souple et le dispositif de raccordement 16 comporte des moyens de déformation périodique de l'élément de connexion 54. Ce mode de réalisation est avantageux lorsque l'élément de connexion 54 est réalisé en tissu de fibre de verre, comme décrit précédemment.

Selon un autre aspect du dispositif de raccordement représenté à la figure 3, l'élément de connexion 54 est monté mobile dans le corps cylindrique 38 en rotation autour de l'axe principal A.

Pour cela, l'extrémité supérieure 56 de l'élément de connexion 54 est reliée à un support tournant 64 qui est supporté à rotation par le corps cylindrique 38. Ce support tournant 64 est apte à être traversé par les produits à conditionner.

Le support tournant 64 comporte un fut cylindrique 66 sur lequel l'extrémité supérieure 56 de l'élément de connexion 54 est fixée et une collerette radiale supérieure 68 qui assure la liaison en rotation du support tournant avec le corps cylindrique 38.

Le corps cylindrique 38 comporte une base annulaire 70 s'étendant dans un plan perpendiculaire à l'axe principal A, qui supporte le support tournant 64, notamment par l'intermédiaire de sa collerette radiale 68 par l'intermédiaire ici d'un roulement à billes

72.

Le support tournant 64 est en outre relié à des moyens d'entrainement en rotation (non représentés).

En plus de sa rotation autour de l'axe principal vertical A, l'élément de connexion 54 subit aussi des déformations radialement pour empêcher le colmatage de l'élément de connexion 54.

La paroi interne 74 du corps cylindrique comporte à cet effet des obstacles 76, ici réalisés en un métal similaire à celui du corps cylindrique 38, qui font saillie radialement en direction de l'élément de connexion 54.

La hauteur radiale de chaque obstacle 76 est supérieure à la distance radiale entre l'élément de connexion 54 et la paroi interne 74 du corps cylindrique 38 pour produire la déformation radiale de l'élément de connexion 54.

Les obstacles 76 sont répartis sur la paroi interne 74 du corps cylindrique 38 verticalement et circonférentiellement, pour ne pas nuire à la possibilité d'écoulement des produits.

L'extrémité inférieure 58 de l'élément de connexion 54 est en contact permanent avec le matériau 52, ce qui peut empêcher l'élément de connexion 54 de conserver sa forme cylindrique lors de la rotation.

A cet effet, des masses 78 sont disposées sur le tronçon inférieur 62 de l'élément de connexion 54. Ces masses 78 sont de préférence annulaires et montées à l'extérieur de l'élément de connexion 54, pour ne pas gêner l'écoulement des produits.

Les masses 78 sont de préférence réalisées dans le même matériau que l'élément de connexion 54, pour être fondues dans le matériau de conditionnement final et éventuellement dans le matériau 52. Il sera compris que des variantes de réalisation selon lesquelles toutes les masses 78 ou une partie de celles-ci sont réalisées dans d'autres matériaux que le matériau de l'élément de connexion 54 peuvent aussi faire partie de l'invention.

La présence d'une partie du tronçon inférieur 62 de l'élément de connexion 54, et éventuellement de masses 78 dans le matériau en fusion, combinée au mouvement de rotation de l'élément de connexion 54 permet de produire une agitation du matériau 52. Cette fonction est utile à l'amélioration des conditions d'homogénéisation qui est également importante pour les procédés qui recourent à la thermoconvection dans le milieu fondu pour assurer ce mélange.

Selon un autre aspect de l'élément de connexion 54, que celui-ci soit mobile en rotation, ou non, autour de l'axe principal A, son extrémité supérieure 56 est reliée de manière détachable à l'extrémité supérieure 40 du corps cylindrique 38.

Cela permet, à l'issue de la séquence de remplissage du procédé de conditionnement, de décrocher l'élément de connexion 54 et le laisser tomber dans le conteneur 12. L'élément de connexion 54 peut alors être incorporé au matériau 52 et être fondu, ou non.

Un procédé de conditionnement de produits en utilisant l'installation 10 qui vient d'être décrite comporte ainsi les étapes successives :

Premièrement, un conteneur 12, éventuellement chargé de produits est mis en place dans le four 14 puis est raccordé au dispositif de raccordement 16.

Ensuite, un élément de connexion 54 est mis en place dans le dispositif de raccordement 16 depuis l'extrémité supérieure 40 du corps cylindrique 38.

Ensuite, le four 14 est mis en chauffe, le dispositif d'extraction est mis en fonctionnement et l'élément de connexion 54 est mis en rotation le cas échéant.

Le conteneur 12 est ensuite alimenté en produits à conditionner par l'intermédiaire du dispositif de raccordement 16.

Les produits s'échauffent alors, dégazent et les gaz produits sont évacués à travers l'élément de connexion 54 vers le dispositif d'extraction 20. En arrivant à la surface du matériau 52, les produits alimentés et réchauffés sont incorporés à cette accumulation de matériau 52.

Au fur et à mesure du remplissage du conteneur 12, l'élément de connexion 54 et, le cas échéant, les masses 78 qui viennent en contact avec le matériau.

Lorsque la totalité des produits à conditionner a été incorporée dans le conteneur 12, la rotation de l'élément de connexion 54 est stoppée puis l'élément de connexion 54 est décroché de l'extrémité supérieure 40 du corps cylindrique 38 pour être incorporé au matériau 52. L'élément de connexion 54, sur lequel des produits peuvent rester collés, n'est pas utilisé pour la mise en œuvre suivante du procédé de conditionnement, mais renouvelé, ce qui permet d'assurer une répétabilité du procédé, sans variations de conditions de mise en œuvre. Dans un procédé de conditionnement de matières issues de l'assainissement- démantèlement des installation nucléaires en fin d'exploitation, dont les caractéristiques ne seraient ni parfaitement connues, ni homogènes sur l'ensemble du gisement à traiter, l'utilisation d'un élément de connexion 54 qui s'étend depuis l'extrémité supérieure 40 du corps cylindrique 38 jusqu'au matériau 52 permet de maintenir l'état de propreté des équipements de procédé ; ceux-ci ne sont pas ou bien moins contaminés par des matériaux pulvérulents et des radiocontaminants présents sous forme particulaire. Le renouvellement de l'élément de connexion 54 permet en outre d'assurer une propreté radiologique de l'installation 10.