Domaine technique de l'invention

L'invention concerne le traitement d’oxydation par voie humide, et plus particulièrement la récupération d’un élément contenu dans un revêtement en matière organique. État de la technique

Actuellement, des déchets radioactifs, tels que l’uranium, le plutonium ou autres éléments radioactifs, peuvent être stockés dans des fûts. Les fûts sont généralement des cylindres métalliques. Afin de confiner ces déchets, on les enrobe dans un bitume et l’ensemble est introduit dans le fût, appelé fût bitumineux. Cependant, on peut être amené à vouloir récupérer ces déchets pour un traitement ultérieur, par exemple une réutilisation ou un reconditionnement amélioré. On peut citer les demandes internationales W095/25698 et WO/96/13463 qui divulguent des procédés de traitement d’effluents chargés en matière organique par oxydation en milieu humide avec recyclage des résidus solides. La matière organique est présente de manière soluble et/ou en suspension dans un liquide placé au sein d’un réacteur. Mais ces procédés sont destinés à traiter des effluents solubles ou en suspension, ils ne sont pas adaptés pour traiter des revêtements compacts.

On peut également citer la demande de brevet français FR2840601 qui divulgue un dispositif d’oxydation par voie humide d’effluents industriels chargés en matière organique et/ou en composés azotés. Les effluents à oxyder sont introduits dans une phase liquide contenue dans une cuve d’un réacteur. La phase liquide est constituée par des effluents dissous ou en suspension dans de l’eau. Un diffuseur permet de disperser un oxydant dans la phase liquide de manière à mettre en contact l’oxydant et les effluents. En particulier, le diffuseur permet de fractionner l’oxydant en une multitude de bulles, créant une surface de contact importante entre l’oxydant et le phase liquide des effluents, permettant un transfert de matière efficace et rapide.

Cependant ce dispositif est adapté à détruire des effluents en suspension dans l’eau. Il n’est pas suffisamment efficace pour détruire un revêtement compact, tel que par exemple un fût bitumineux.

On peut également citer la demande de brevet français FR2897674 qui divulgue un procédé de destruction d’une matière organique, telle que des carcasses animales, sous forme broyée, comprenant une combustion sans flamme à une température de 240 à 400°C, sous une pression de 100 à 300 bars, en présence d’un comburant oxygéné, pendant au moins 20 minutes, tout en procédant à l’agitation du milieu. La matière organique est sous forme réduite, à savoir sous forme de morceaux ayant une granulométrie inférieure à 20 mm. Un tel procédé vise à détruire une matière organique se présentant sous forme d’une bouillie pâteuse et nécessite une agitation de cette bouillie à l’aide d’un système à pales. Il n’est pas adapté à détruire des fûts bitumineux dont la granulométrie est nettement supérieure à 20 mm.

Objet de l'invention

Un objet de l’invention consiste à pallier les problématiques précitées, et plus particulièrement à fournir un moyen efficace pour détruire un revêtement compact en matière organique.

Un autre objet de l’invention consiste à récupérer un élément contenu dans un revêtement compact. Selon un aspect de l’invention, il est proposé un procédé de traitement d’oxydation par voie humide d’un bloc comprenant un élément organique, le procédé comprenant :

- un placement d’au moins une partie du bloc au sein d’un liquide ;

- une injection d’au moins un jet d’un comburant oxygéné au sein du liquide et en direction de ladite au moins une partie du bloc située au sein du liquide ; et

- une combustion sans flamme de l’élément organique en contact avec le comburant oxygéné.

Un tel procédé permet de détruire un revêtement compact en matière organique sous la forme d’un bloc. Avantageusement, le procédé permet de traiter efficacement des fûts bitumineux par une combustion sans flamme utilisant une injection d’un comburant oxygéné au sein d’un liquide. Le procédé permet, en outre, de traiter des bitumes contenant des minéraux, comme du gravier. Ces bitumes enrobant des minéraux sont particulièrement utilisés pour réaliser des routes. Le procédé permet ainsi de récupérer les éléments minéraux pour une réutilisation ultérieure tout en permettant la destruction des éléments organiques à détruire.

L’injection peut être effectuée à partir d’au moins un injecteur muni d’un canal recevant le comburant dans lequel une striction est formée, et d’une tête éjectant le comburant sous une forme d’un jet.

Le bloc peut comprendre un élément inorganique, et le procédé comprend, après l’étape de combustion, une récupération de l’élément inorganique isolé de l’élément organique.

L’élément organique peut comprendre un composé bitumineux. Selon un autre mode de mise en œuvre, l’élément organique peut comprendre comprend un composé bitumineux et l’élément inorganique comprend un métal radioactif.

Ainsi, le procédé permet de récupérer un déchet radioactif contenu dans un bitume, afin de pouvoir reconditionner ou réutiliser le déchet radioactif.

L’élément organique peut comprendre de l’éthylène-acétate de vinyle.

L’élément organique peut, en outre, comprendre des fibres de carbone.

Selon un autre aspect de l’invention, il est proposa un système de traitement d’oxydation par voie humide d’un bloc comprenant un élément organique, le système comprenant :

- une cuve contenant un liquide et le bloc situé au moins en partie au sein du liquide ; et

- au moins un injecteur configuré pour injecter un jet d’un comburant oxygéné au sein du liquide et en direction de ladite au moins une partie du bloc situé au sein du liquide, pour une combustion sans flamme de l’élément organique en contact avec le comburant oxygéné.

Chaque injecteur peut comporter un canal pour recevoir le comburant dans lequel une striction est formée, et une tête conformée pour éjecter le comburant sous une forme d’un jet.

Le système peut comprendre plusieurs injecteurs et le système comporte un support sur lequel le bloc est placé, plusieurs orifices traversants étant formés au sein du support et placés respectivement en regard des injecteurs. Le bloc peut comprendre un élément inorganique. Description sommaire des dessins

D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de mise en œuvre et de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :

- la figure 1 , illustre schématiquement une vue en coupe d’un mode de réalisation d’un système de traitement d’oxydation par voie humide d’un bloc selon l’invention ;

- les figures 2 à 5, illustrent schématiquement des vues en coupe de différents modes de réalisation d’un injecteur ; et

- la figure 6, illustre schématiquement une vue de dessus d’un mode de réalisation d’un support pour placer un bloc.

Description détaillée

Sur la figure 1 , on a représenté un système 1 de traitement d’oxydation par voie humide d’un bloc 2. Une oxydation par voie humide correspond à une mise en contact du bloc 2 avec un comburant oxygéné 3 au sein d’un liquide 4. Le bloc 2 est un composé compact dont la granulométrie est supérieure à 20 mm, de préférence supérieur à 20 cm. De manière générale, le bloc 2 est sous une forme solide. Un bloc 2 forme une seule pièce, mais le système 1 est adapté pour traiter plusieurs blocs 2. Un bloc 2 peut être composé d’un même élément ou de plusieurs éléments de compositions chimiques différentes. En particulier, le bloc 2 comporte un ou plusieurs éléments organiques. Un élément organique est un élément comprenant au moins un atome de carbone. Le bloc 2 peut, en outre, comprendre un ou plusieurs éléments inorganiques. Un élément inorganique est un élément dépourvu d’atomes de carbones, par exemple un élément comprenant exclusivement des atomes métalliques, comme le fer ou le cuivre, ou encore être un élément dépourvu d’atomes de carbone et d’atomes métalliques, par exemple du quartz, ou de la silice. Un élément inorganique peut être encapsulé, c’est-à-dire inclus, au sein d’un élément organique. On dit alors que l’élément organique forme un revêtement englobant l’élément inorganique. L’élément inorganique peut également être posé, ou collé, sur l’élément organique. Plus généralement, le bloc 2 peut comprendre un élément organique sous forme compacte, avec la présence d’éléments inorganiques qui peuvent être noyés au sein de l’élément inorganique ou posés sur la surface de l’élément inorganique, ou une combinaisons des deux. On dit également que l’ensemble formé par l’élément inorganique et l’élément organique forme un bloc 2. Par exemple, l’élément organique peut comprendre un bitume, c’est-à-dire un composé bitumineux, un goudron, du brai, des fibres de carbone, du chlorure de vinyle, de Péthylène-acétate de vinyle, du polyéthylène, plus généralement un plastique. L’élément inorganique comprend, par exemple, du quartz, ou de la silice, un métal, ou plus particulièrement un métal radioactif, ou un sel radioactif, par exemple le sulfate de baryum.

Le bitume est un produit issu d’une distillation du pétrole ou du charbon. Le bitume est un élément présent naturellement dans l’environnement ou pouvant être fabriqué industriellement après distillation de certains pétroles bruts. Le bitume est un mélange d’hydrocarbures. Un hydrocarbure est constitué uniquement de carbone et d’hydrogène. Les hydrocarbures du bitume peuvent être aliphatiques, c’est-à-dire à chaîne carbonée linéaire, tels les aliènes ou ramifiée, par exemple l’isooctane, ou être naphténiques, c’est-à-dire cycliques saturés, tels que les cyclohexanes, ou encore être aromatiques, c’est-à-dire à structure cyclique et plane non saturée, comme le benzène. Par exemple, le bitume aliphatique peut comprendre des alcanes linéaires cristallisables, telles des paraffines. Le goudron est un résidu provenant de la distillation de matières organiques. Le goudron a une consistance variable de liquide visqueux à solide. Le brai est un résidu de la distillation des goudrons ou du bitume.

Le système 1 comporte en outre une cuve 5 pour recevoir le liquide 4, et un conduit d’entrée de liquide 5a pour injecter le liquide 4 dans la cuve 5. La cuve 5 fait office de récipient, et contient le liquide 4. Le bloc 2 est placé au moins en partie au sein du liquide 4. De préférence, le bloc 2 est placé entièrement au sein du liquide 4 de manière à être noyé dans le liquide 4.

Le système 1 est pourvu de moyens de chauffage permettant d’amener le liquide 4 à une température comprise entre 150°C et 400°C. Des moyens de pressurisation sont également prévus pour amener un gaz 4a, situé dans la cuve 5, sous une pression comprise entre 50 bars et 300 bars. Le système 1 comporte un couvercle 6 pour fermer la cuve 5. L’ensemble cuve 5 et couvercle 6 forme un réacteur renfermant le gaz 4a et le liquide 4. Des joints 7 sont prévus entre la cuve 5 et le couvercle 6 pour fermer la cuve 5 de manière étanche. Dans ces conditions de température et de pression, on peut oxyder le bloc 2 de manière à entraîner la combustion sans flamme des éléments organiques du bloc 2.

Le système 1 comporte des moyens d’injection 8 configurés pour injecter un jet du comburant oxygéné 3 au sein du liquide 4. Ainsi, lorsque le comburant oxygéné 3 est injecté au sein du liquide 4, le comburant 3 vient au contact du bloc 2 et entraîne l’oxydation du bloc 2. Plus particulièrement, dans des conditions spécifiques de température du liquide 4 et de pression du gaz 4a, l’oxydation des éléments organiques du bloc 2 entraîne leur combustion. Les conditions de température et de pression spécifiques sont une température et une pression dont les valeurs sont situées autour du point critique du liquide 4. Le liquide 4 est de préférence l’eau. Le point critique de l’eau correspond à une température égale à 374°C et une pression égale à 221 bars.

En particulier, les moyens d’injection 8 sont configurés pour produire un jet sous pression afin d’augmenter le rendement de l’oxydation du bloc 2. Le jet offre une grande surface de contact entre le bloc 2 et le comburant 3, ce qui favorise la combustion sans flamme. Les moyens d’injection 8 comportent un conduit d’alimentation 9 relié à une source 10 du comburant oxygéné 3. Avantageusement, la source 10 permet de fournir le comburant oxygéné 3 sous pression. Le comburant oxygéné 3 peut être de l’air, de l’air enrichi en oxygène, de l’oxygène ou du peroxyde d’hydrogène. Dans le cas du peroxyde d’hydrogène, le comburant oxygéné 3 se présente sous forme liquide. Dans les autres cas, il se présente sous forme gazeuse. Les moyens d’injection 8 peuvent être logés dans une paroi de la cuve 5. Préférentiellement, les moyens d’injection 8 sont situés au sein du liquide 4. De préférence, les moyens d’injection 8 sont placés dans la cuve 5 de manière à diriger au moins un jet de comburant 3 en direction de la partie du bloc 2 qui est située au sein du liquide 4. Par exemple, les moyens d’injection 8 comportent un ou plusieurs injecteurs 11.

On a représenté aux figures 2 à 5, différents modes de réalisation des injecteurs 11. De manière générale, chaque injecteur 11 comporte un canal 12 pour recevoir le comburant oxygéné 3, et une tête 13 conformée pour éjecter le comburant 3 sous une forme d’un jet. Par ailleurs, une striction 40 peut être formée dans le canal 12 de l’injecteur 11 pour accélérer le flux du comburant 3, comme illustré au figures 3 à 5. Une striction correspond à un rétrécissement transversal du canal 12 localisé sur une partie de la longueur du canal 12. En d’autre termes, le canal 12 comporte une première extrémité reliée au conduit d’alimentation 9 et ayant une forme conique s’évasant en direction du conduit d’alimentation 9, et le canal 12 comporte une deuxième extrémité opposée à la première et ayant une forme conique s’évasant dans la direction opposée au conduit d’alimentation 9. La striction 40 du canal 12 est située entre les deux extrémités du canal 12. Selon un autre mode de réalisation illustré à la figure 2, le canal 12 comporte une première extrémité reliée au conduit d’alimentation 9 et ayant une forme conique s’évasant en direction du conduit d’alimentation 9, et une deuxième extrémité opposée à la première ayant une forme cylindrique. Par ailleurs, le jet peut être liquide ou gazeux ou un mélange des deux. Sur la figure 2, la tête 13 comporte un seul orifice de sortie ayant une forme cylindrique et l’injecteur 11 éjecte le comburant 3 sous la forme d’un seul jet. Sur la figure 3, la tête 13 comporte plusieurs orifices de sortie et l’injecteur 11 éjecte le comburant 3 sous la forme de plusieurs jets dirigés selon un même direction. Sur la figure 4, la tête 13 a une forme convexe depuis l’extérieur et comporte également plusieurs orifices de sortie, et l’injecteur 11 éjecte le comburant 3 sous la forme de plusieurs jets dirigés selon plusieurs directions différentes. Sur la figure 5, l’injecteur 11 comporte un conduit supplémentaire 14 débouchant dans le canal 12. Le conduit supplémentaire 14 permet d’amener un liquide, de préférence le liquide 4 contenu dans la cuve 5, pour éjecter le comburant oxygéné et le liquide 4 au sein de la cuve 5. Le conduit supplémentaire 14 peut être placé au sein du liquide 4 contenu dans la cuve 5. Ainsi, on peut brasser le liquide de la cuve 5 pour améliorer le contact du comburant 3 avec le bloc 2.

Le système 1 est particulièrement adapté pour détruire bloc 2 comprenant un bitume. Le bitume est de préférence à l’état solide. En outre, le bloc 2 peut comprendre au moins un déchet radioactif encapsulé au sein du bitume.

En outre, l’oxydation par voie humide d’un élément organique transforme l’élément organique en résidus principaux gazeux, du dioxyde de carbone, de la vapeur d’eau, et de l’azote, et en résidus secondaires liquides, comme par exemple l’acide acétique. De manière générale, l’oxydation des éléments organiques du bloc 2 entraîne leur destruction, c’est-à-dire leur transformation en composés sous forme gazeuse ou liquide. L’excédent de comburant oxygéné 3 ne participant pas à l’oxydation du bloc 2 est diffusé dans le liquide 4 de la cuve 5. Les résidus principaux gazeux peuvent être évacués par une canalisation d’évacuation 15. De plus les résidus principaux gazeux peuvent être traités par l’intermédiaire d’un filtre et par un refroidisseur, connectés à la canalisation d’évacuation 15. Des sondes 16 et 17 permettent de contrôler et de maintenir le niveau du liquide 4 dans la cuve 5. Les résidus secondaires se mélangent dans le liquide 4. Lors de l’oxydation du bloc 2, les éléments qui ne sont pas transformés, notamment les éléments inorganiques, sont récupérés. Les éléments inorganiques restent dans la cuve 5. Ainsi, on peut récupérer les éléments radioactifs isolés du bitume dans lequel ils étaient préalablement encapsulés, afin de pouvoir les traiter ultérieurement.

Afin de faciliter la récupération du ou des éléments inorganiques présents dans le bloc 2, le système 1 comporte un support 19 sur lequel le bloc 2 est placé. En outre, plusieurs orifices traversants 20 sont formés au sein du support 19 et sont placés respectivement en regard des injecteurs 11 , comme illustré aux figures 1 et 6. Le système 1 peut en outre comporter un récipient 19a pour récupérer les éléments inorganiques isolés des éléments organiques détruits après combustion. Le récipient 19a est avantageusement placé au fond de la cuve 5 sous les moyens d’injection 8 et sous le support 19 du bloc 2. Les éléments de grosse granulométrie, par exemple supérieure à 2 cm, restent dans le support 19 et on récupère les éléments fins dans le récipient 19a.

Pour introduire le bloc 2 avec ou sans support 19 au sein de la cive 5, on peut ouvrir le couvercle 6. En variante, le système 1 comporte un premier sas 21 pressurisé contenant un premier liquide 23 et muni d’une première porte 22 pour introduire le bloc 2, avec ou sans le support 19, dans le premier liquide 23 (ou de sortir le bloc 2 du premier liquide vers l’extérieur du système 1 ), et d’une deuxième porte 24 pour faire passer le bloc 2 du premier liquide 23 vers le deuxième liquide 4, correspondant au liquide 4 contenu dans la cuve 5 (et inversement). La pression du premier sas 21 correspond à la pression de la cuve 5. Ainsi, on peut faire passer le bloc du premier sas 21 vers la cuve 5, et inversement. Le premier sas 21 est également équipé d’un conduit d’entrée de liquide 25 pour introduire le premier liquide 23 dans le sas d’entrée 21 et pressuriser ou dépressuriser le premier sas 21.

Afin de récupérer les élément fins après la combustion des éléments organiques du bloc 2, on place le récipient 19a au sein de la cuve 5 (et on le sort de la cuve 5) à l’aide d’un deuxième sas 30. Le deuxième sas 30 contient un troisième liquide 32 et est muni d’une première porte 31 pour faire passer le récipient 19a du deuxième liquide 4 vers le troisième liquide 32 (ou inversement), et d’une deuxième porte 33 pour sortir le récipient 19a du troisième liquide 32 vers l’extérieur du système 1 (ou pour introduire le récipient 19a dans le troisième liquide 32). Le deuxième sas 30 est également pressurisé, de préférence à la même pression que celle de la cuve 5. Le deuxième sas 30 est équipé d’un conduit d’entrée de liquide 34 pour introduire le troisième liquide 32 dans le sas de sortie 30 et pour pressuriser ou dépressuriser le deuxième sas 30.

A l’aide des premier et deuxième sas 21 , 30, on peut traiter plusieurs blocs 2, les uns après les autres, en plaçant à chaque fois un seul bloc 2, voire plusieurs blocs 2, dans la cuve 5. Ainsi, on peut traiter des blocs en continu en maintenant les conditions de température et de pression spécifiques pour entraîner la combustion. On dit que la combustion s’effectue en continu. De manière générale, le système 1 permet une combustion sans flamme auto entretenue car lorsque la combustion est démarrée, elle est exothermique et seul l’apport en comburant 3 permet la combustion. Il n’est pas nécessaire d’utiliser un autre apport énergétique. Par mesure de sécurité, un arrêt d’apport en comburant 3 arrête la combustion. Par ailleurs après la combustion des éléments organiques du bloc 2 présent dans la cuve 5, la réaction d’oxydation s’arrête.

Le procédé de traitement d’un bloc 2 par oxydation par voie humide peut être mis en œuvre par le système 1 qui vient d’être décrit. Plus particulièrement, le procédé comprend les étapes principales suivantes : un placement d’au moins une partie du bloc 2 au sein du liquide 4, une injection d’un jet du comburant oxygéné 3 au sein du liquide et en direction de la partie du bloc présente au sein du liquide 4, pour une combustion sans flamme des éléments organiques du bloc 2. Grâce au procédé et au système d’oxydation par voie humide qui viennent d’être décrits, on peut traiter des cartes électroniques contenant des éléments inorganiques, tels que des métaux comme le cuivre, l’or, le plomb, l’aluminium, en détruisant les éléments organiques, tels que l’éthylène-acétate de vinyle et en récupérant les métaux non détruits. On peut également traiter des fibres de carbones pour produire de l’énergie, le système 1 est alors couplé à un récupérateur d’énergie du type turbine à vapeur ou à un échangeur de chaleur pour le chauffage d’un autre liquide. On peut en outre traiter les goudrons utilisés pour fabriquer des routes afin de récupérer les roches, sables, graviers.

Un tel dispositif et procédé de traitement d’oxydation par voie humide permet de traiter efficacement le bitume en utilisant avantageusement un comburant oxygéné peu coûteux tel que l’air. En outre, l’utilisation d’un jet de comburant oxygéné permet d’oxyder des blocs compacts.