Domaine Technique

L'invention concerne un nouveau type d'installation pour le traitement de déchets contenant une fraction organique par dissociation thermique sous pression réduite.

L'invention concerne plus particulièrement une installation du type en question pour le traitement des déchets hospitaliers, de produits pétroliers, de boues de station d'épuration, ou des sols contaminés par des produits toxiques, ou d'autres déchets industriels.

Techniques antérieures

La dissociation thermique sous pression réduite à haute température de matières contenant une fraction organique est bien connue (voir notamment documents US-A-4 077 868, 4 839 021 et canadien CA-A-1 163 595).

Il n'y a donc pas lieu de la décrire ici en détail.

Pour l'essentiel (voir figure 1), une installation de dissociation thermique à pression réduite, de déchets contenant une fraction organique, comprend essentiellement :

- une unité de chargement (1) et d'amenée des matières à traiter ;

- des moyens de mise sous pression réduite (2) de ces matières ;

- un réacteur (3) de dissociation thermique sous pression réduite à haute température, par exemple à une température comprise entre 400 et 1000°C, notamment aux environs de 500°C, sous une pression comprise entre 0,1 et une atmosphère ; dans une forme de réalisation pratique, la chambre (2) et le réacteur (3) peuvent être regroupés en un seul ensemble ;

- des moyens (4) de récupération des résidus solides formés lors de la dissociation thermique ;

- des moyens de récupération des vapeurs (5) émises lors de cette dissociation thermique et des moyens de condensation (6) de ces vapeurs, pour récupérer en (7) les liquides formés,

- et des moyens (8) de récupération des vapeurs résiduelles et de combustion (9) de ces vapeurs par une chaudière, puis rejet dans l'atmosphère.

La dissociation thermique à pression réduite des matières contenant une fraction organique a été utilisée notamment pour le traitement des pneumatiques usagés et des ordures ménagères. Toutefois, cette technique présente l'inconvénient de fonctionner de manière discontinue, ce qui oblige à des manutentions excessives et entraîne un coût de main d'oeuvre non négligeable. En outre, dans ce procédé discontinu, on rejette dans l'atmosphère des vapeurs chargées de produits divers, ce qui n'est pas conforme avec la réglementation en vigueur. Par ailleurs, les liquides récupérés en (7) étant riches en produits organiques sont éliminés par combustion, notamment dans la chaudière (9).

Le document WO-A-93/ 08936 décrit une installation de traitement des déchets qui fonctionne autour d'un réacteur thermique, éventuellement de traitement sous pression réduite. L'alimentation de ce réacteur s'obtient par le déversement alterné de deux chambres de chargement. La mise sous pression réduite s'obtient par l'action d'une pompe à vide qui aspire et évacue les vapeurs obtenues lors du chauffage des déchets à l'intérieur du réacteur. L'entrainement de ces vapeurs est facilité par la circulation d'un flux d'azote, à travers les déchets à traiter. Ce mode d'extraction de vapeurs facilite malheureusement l'entrainement de poussières. En outre, le traitement dans le réacteur a lieu sur des déchets bruts qui comportent très souvent une importante

fraction humide, ce qui affecte alors le rendement du traitement. Enfin et surtout, les vapeurs résiduelles ne sont pas traitées, ce qui se traduit obligatoirement par un rejet notable de produits polluants.

L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise une installation du type en question qui permette de fonctionner de manière continue, donc automatisable et à moindre coût de fonctionnement, et qui autorise des traitements des résidus aussi bien solides que des vapeurs conformes aux réglementations actuelles et à venir, communautaires notamment.

Description de l'Invention

L'invention concerne une installation pour le traitement thermique de déchets contenant une fraction organique du type qui comprend :

. des moyens d'amenée des déchets à traiter ;

. deux chambres placées en parallèle, reliées chacune aux moyens d'amenée, chaque chambre comportant au moins deux vannes, respectivement une vanne disposée à l'entrée vers les moyens d'amenée, et une vanne, disposée à la sortie vers un réacteur ;

. des moyens d'actionnement desdites vannes pour permettre le chargement des deux chambres ;

. un réacteur de dissociation thermique pour traiter les déchets ;

. des moyens pour récupérer les résidus solides formés dans le réacteur et des moyens pour récupérer et condenser les vapeurs issues des déchets.

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Cette installation se caractérise :

- en ce que les chambres reliées aux moyens d'amenée présentent des moyens de mise sous pression réduite, pour ainsi permettre le chargement à pression atmosphérique d'une des deux chambres pendant que l'autre se décharge à pression réduite dans le réacteur qui se trouve ainsi à la même pression réduite ;

- et en ce que l'installation comporte également une chambre de combustion alimentée par les vapeurs issues des déchets, formées d'une part dans le réacteur et d'autre part dans les chambres lors de la mise sous pression réduite, de sorte que toutes les vapeurs issues des déchets en cours de traitement sont brûlées dans la chmabre de combustion de la chaudière.

Ainsi, d'une part, on peut charger l'une des chambres à pression atmosphérique par des moyens mécaniques traditionnels, pendant que l'autre chambre qui a été préalablement chargée est mise à pression réduite, puis voit son contenu transféré dans le réacteur pour y être dissocié thermiquement ; de la sorte, on opère de manière continue, du moins sans interruption du processus de traitement. D'autre part, toutes les vapeurs issues du chauffage des déchets sont amenées dans une chambre de combustion afin d'y être intégralement brûlées, ce qui évite le rejet de matières polluantes. De la sorte, à partir de l'arrivée des déchets dans l'installation, tous les gaz ayant été au contact ou issus des déchets subissent une combustion, ce qui évite tout rejet de produit polluant.

Pour résoudre le problème du rendement de l'opération de dissociation thermique, l'installation comporte également une chaudière destinée à produire de la vapeur d'eau, et des moyens d'amenée de cette vapeur d'eau aux chambres de mise à pression réduite pour les chauffer, ces moyens étant destinés à faciliter l'évaporation des liquides contenus dans les déchets à traiter et ainsi les sécher avant de les traiter

thermiquement dans le réacteur.

Dans une forme de réalisation préférée, les moyens d'amenée de la vapeur d'eau aux chambres comprennent :

- une double enveloppe, entourant chaque chambre, chauffée par la vapeur d'eau issue de la chaudière,

- et à l'intérieur de ces chambres, un tambour de brassage creux rotatif, alimenté par ladite vapeur d'eau pour brasser et chauffer à coeur les déchets à traiter.

Avantageusement, le réacteur de dissociation thermique comprend :

- une enceinte cylindrique étanche,

- une ouverture de chargement des déchets séchés, amenés sous pression réduite, située sur la face supérieure de l'enceinte,

- une pluralité d'augets semi-cylindriques parallèles à l'axe longitudinal de l'enceinte, et disposés les unes en dessous des autres pour former des cheminements parallèles audit axe et selon des sens alternés,

- une pluralité de vis hélicoïdales, chacune disposée dans les augets et ayant un axe de rotation parallèle à l'axe longitudinal de l'enceinte,

- des moyens de mise en rotation synchronisés des vis hélicoïdales,

- et une ouverture d'évacuation des résidus solides formés, située sur la face inférieure de l'enceinte.

En pratique, la première vis hélicoïdale disposée vers le haut, et la dernière disposée vers le bas étant constituées par deux demi-hélices à pas inversés. Deux vis successives du cheminement présentent des pas de vis en sens opposés, de sorte que les déchets traversent le réacteur en parcourant les différents augets en étant entraînés par les vis hélicoïdales pour arriver progressivement par gravité, dans les augets successifs, jusqu'à l'orifice d'évacuation.

En pratique, l'évacuation des vapeurs formées dans le réacteur lors de la dissociation thermique s'effectue le plus proche possible, par exemple coaxialement à l'amenée des déchets, et à contrecourant de la circulation des déchets, ce qui permet de réduire les zones où l'étanchéité doit être maintenue et surtout d'éviter l'entrainement de particules par les vapeurs.

Dans une forme préférée, destinée à traiter des déchets contenant des composants agressifs tels que des halogènes ou du soufre, l'installation comporte un moyen d'ajout aux déchets séchés, d'un agent de neutralisation chimique des composants agressifs, disposé entre les chambres de mise sous pression réduite et le réacteur.

Dans une forme avantageuse pour obtenir l'autonomie énergétique de l'installation, celle-ci comporte également un turbo-alternateur entraîné par une partie de la vapeur d'eau produite par la chaudière, ledit turbo-alternateur alimentant à son tour en électricité le réacteur de dissociation thermique.

Dans une forme de réalisation de l'invention permettant de résoudre le problème de l'élimination de tous les déchets, les vapeurs issues des déchet,s formées dans le réacteur lors de la dissociation thermique sont tout d'abord évacuées vers un condenseur, de manière d'une part à abaisser la température de ces vapeurs pour les condenser, et d'autre part, pour récupérer ainsi un condensât liquide que l'on stocke dans un réservoir pour l'envoyer ultérieurement vers la chaudière, et plus précisément dans la chambre de combustion de la chaudière, les vapeurs refroidies étant ensuite aspirées et envoyées dans la chambre de combustion de la chaudière.

Typiquement, le réacteur est chauffé à une température comprise

entre 400 et 1000°C, notamment près de 500°C, et la pression est maintenue entre 0,1 et une atmosphère, notamment au voisinage de 0,5 atmosphère.

Description sommaire des dessins

La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux de l'exemple de réalisation qui suit à l'appui des figures annexées.

La figure 1 est une représentation schématique d'une installation conforme à l'état actuel de la technique antérieure.

La figure 2 est une représentation également schématique de l'installation conforme à l'invention.

La figure 3 est une vue générale de dessus de l'installation conforme à l'invention.

Les figures 4 et 5 montrent respectivement vues de dessus et vues de côté, les chambres de mise à pression réduite et de séchage, caractéristiques de l'invention.

La figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une chambre de mise à pression réduite et de son tambour creux de brassage.

Les figures 7 et 8 représentent respectivement vu de dessus et vu de côté, le réacteur de dissociation thermique.

Les figures 9 et 10 sont des vues en coupe respectivement transversale et longitudinale du réacteur, montrant les augets de transport des déchets.

Les figures 11 et 12 représentent également respectivement vu de dessus et de côté, le circuit de récupération des résidus solides.

La figure 13 est une représentation vue de côté du circuit de récupération des vapeurs formées lors de la dissociation thermique.

La figure 14 est une représentation schématique vu de dessus du circuit de traitement des vapeurs par la chaudière recyclée sur les chambres de mise à pression réduite.

Manière de réaliser l'Invention

En se référant à la figure 2, l'installation conforme à l'invention comprend essentiellement et dans l'ordre de parcours des déchets, une unité de chargement (10) analogue à (1), destinée à amener les déchets à l'installation de traitement. Dans une forme d'exécution, l'unité de chargement (10) est formée d'une trémie et d'un convoyeur étanche, par exemple à vis hélicoïdale, amenant les déchets dans un broyeur pour obtenir la granulométrie voulue, puis de là par un nouveau convoyeur (11) en tête des chambres caractéristiques (20,21).

Dans une variante, l'ensemble broyeur-trémie est mis en légère dépression au moyen d'une hotte d'aspiration reliée à la chaudière (80) pour éviter tout échange avec l'air de -l'atelier, et notamment la mise à l'air libre de bactéries, et l'émanation d'odeurs.

Par ailleurs, cet air récupéré chargé en matières volatiles peut être utilisé comme complément de combustion de la chaudière.

La matière broyée arrive ensuite à (voir figures 4 et 5), deux chambres de mise à pression réduite (20,21) de forme cylindrique en acier inoxydable, comprenant chacune respectivement sur le dessus une vanne (22) et (23) reliée à la tubulure (24) connectée à l'amenée (11) contenant chacune des moyens d'amenée, par exemple à vis hélicoïdale, de manière à remplir alternativement une chambre (20), puis la chambre parallèle (21). Chaque chambre (20,21) présente à sa base inférieure une vanne (25,26) reliée par des tubulures analogues à (24) à une tubulure (27) d'amenée au réacteur (30).

Les références (28,29) désignent chacune une vanne pour l'évacuation des vapeurs formées lors du séchage de la matière dans les

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chambres (20,21). Ces chambres (20,21) sont chauffées par tous moyens appropriés. Dans une version préférée, ces chambres (20, 21) sont chauffées par de la vapeur produite grâce à la récupération de l'énergie de la chaudière (80).

Dans la forme de réalisation préférée (voir figure 6), les chambres (20, 21) comportent une double enveloppe (91) dans lesquelles circule la vapeur issue de la chaudière (80). La chambre comprend à l'intérieur un tambour rotatif de brassage creux (92) présentant des pales creuses (93). La vapeur chauffe d'une part l'enveloppe (91) et donc la matière périphérique, et d'autre part, le tambour et donc le coeur de la matière.

Selon le sens de parcours des déchets, la tubulure d'amenée (27) au réacteur (30) comporte un moyen- d'ajout (115) d'un agent de neutralisation des composants agressifs tel que les halogènes (chlore, fluor) et soufre, ce qui permet d'éviter la présence ultérieure de composés nocifs (SO2, HC1, HF) dans les rejets atmosphériques.

Ce moyen consiste à incorporer à la partie basse de la tubulure (27), au niveau de la vis d'entrainement, par exemple du bicarbonate de soude, du lait de chaux ou de la soude liquide, de telle façon que par exemple le chlore se transforme en chlorure de sodium.

La matière séchée amenée par la tubulure (27) (voir figures 6 et 7) dans le réacteur (30), est introduite après avoir été décompactée dans le haut du réacteur (30). Les vapeurs dans les séchoirs (20,21) sont aspirées à travers la tubulure (71, 73) (voir figure 3) par un aspirateur multi-étagé ou tout autre moyen équivalent. Le réacteur (30) de forme connue est chauffé par tous moyens de dissociation thermique appropriés, notamment à l'électricité. Il comporte des moyens de brassage des déchets pendant la dissociation thermique. La pression à l'intérieur de l'enceinte du réacteur

(30) est réglée entre 0,1 et une atmosphère, de préférence au voisinage de 0,5 atmosphère, et ce en fonction de la nature des déchets à traiter. La durée du traitement de dissociation thermique varie également en fonction des conditions opératoires de pression, de température et de la nature des matériaux à traiter. Les métaux lourds (autres que le mercure) présents dans les déchets restent ainsi à l'état solide et ne sont pas oxydés lors de la dissociation thermique.

Le réacteur (30) tel que représenté aux figures 9 et 10 comporte plusieurs augets (95-103) équidistants et disposés parallèlement à l'axe de révolution de l'enceinte du réacteur.

Chaque auget (95-102) reçoit une vis d'Archimède (105-112) permettant l'avancement des matières à traiter dans les augets. La première hélice en haut (105) et la dernière en bas (112), associent deux demi-hélices à pas renversé. Les pas des autres vis (105-110) sont alternés d'un auget à l'autre.

Ainsi, lorsque les matières à traiter arrivent par l'orifice de chargement (116), ils tombent dans l'auget supérieur (95) et sont entrainés pour moitié dans un sens (SI) et pour moitié dans l'autre (S2). Aux extrémités du premier auget (95), les déchets tombent dans les augets inférieurs (96,97) et sont entrainés en sens inverse (S3) par les vis (106,107). Le même changement de direction s'opère à la chute dans les augets inférieurs (98,99), et ainsi de suite, jusqu'à arriver dans le dernier auget du bas (102) dans lequel la vis (112) rassemble les déchets jusqu'à l'orifice d'évacuation du bas (117).

Toutes ces vis (105-112) sont entraînées par un jeu de pignons (120) et chaîne (118) commandés par un arbre central unique (119).

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La face périphérique interne de l'enceinte du réacteur (30) comporte une pluralité de résistances électriques (121) alimentées soit par le secteur soit avantageusement par un turbo-alternateur (123) entraîné par la vapeur de la chaudière (80), ce qui rend l'installation autonome.

De cette manière, les déchets sont écoulés en couches minces, et parcourent un cheminement aussi long que possible, ce qui permet une décomposition progressive. Par ailleurs, la circulation des matières s'effectue du haut vers le bas, alors que les vapeurs montent du bas vers le haut, ce qui assure un chauffage utile à contre-courant et limite l'entrainement des particules, car la matière la plus pulvérulente se trouve vers le bas du réacteur dans une zone où le débit de vapeurs extraites est faible.

Les résidus solides formés (voir figures 11 et 12) sont évacués par le bas du réacteur (30) au moyen d'une tubulure (32) de convoyage permettant, par un contact indirect avec de l'eau, d'assurer un certain refroidissement des résidus solides. Dans une forme d'exécution, on peut réaliser autour de la tubulure (32) une seconde tubulure coaxiale dans laquelle circule de l'eau à contre-courant. Les résidus solides sont ensuite repris par une autre tubulure (33) de convoyage qui amène ces résidus dans deux trémies (34,35) alimentées par deux vis (36,37) analogues à (24), permettant ainsi de charger à pression réduite une première trémie (35) pendant que l'on décharge l'autre trémie (34) à pression atmosphérique pour assurer l'élimination des matières solides à température ambiante au moyen d'un convoyeur (38) vers la zone de stockage (39).

Les matières solides ainsi formées et récupérées lors de la dissociation thermique sont inertes et sont stockées en (39), puis sont régulièrement éliminées de manière connue, notamment vers une décharge. Le contenu énergétique de ces résidus riches en carbone, peut

être valorisé comme combustible en cimenterie ou analogue.

Dans une variante avantageuse (voir figure 12), chaque trémie (34,35) comporte dans sa partie supérieure, une vanne (40,41) analogue à (22,23), ainsi qu'une vanne (42,43) placée en bas de chaque trémie. Dans une variante pratique, les résidus solides formés sont humidifiés par un moyen classique non représenté, juste avant d'être stockés en (39) et ce pour éviter l'auto-inflammation. Dans un but d'économie, on peut à cet effet utiliser de la vapeur produite dans la chaudière.

Comme précédemment, les matières solides inertes sont convoyées par tous systèmes connus, notamment des vis hélicoïdales actionnées par des moteurs à commande hydraulique.

De même, l' actionnement de toutes les vannes (22,23,25,26,28,29,40,41,42,43) peut être notamment assuré par des vérins hydrauliques ou pneumatiques classiques non représentés, voire par des systèmes électriques, pilotés par un automate (50) électronique.

Les vapeurs formées lors de la dissociation thermique sont évacuées vers le haut du réacteur (30) par une tubulure (60) coaxiale à l'amenée (31) des déchets à traiter (voir figure 7 et 8). Ces vapeurs sont reprises par une tubulure (61), pour être amenées à un condenseur (62), par exemple un condenseur du type à pulvérisation, également dénommé "condenseur à douche", d'usage courant dans l'industrie chimique. Dans ce condenseur (62), les vapeurs sont entraînées et condensées partiellement par des goutelettes formées par une buse injectant un liquide formé par le condensât lui-même. Le surplus de condensât formé est stocké dans un réservoir (63), relié au moyen d'une pompe (64) et amené dans la chambre de combustion (81) de la chaudière (80) par la tubulure (90).

Cette forme de réalisation est avantageuse pour le traitement des déchets contenant du mercure car elle permet de le récupérer en fond de cuve (63). En revanche, pour des déchets ne contenant pas de mercure, ce condenseur (62) peut être remplacé par un moyen approprié d'aspiration.

Les vapeurs résiduelles sont envoyées ensuite par la tubulure (65) à un moyen d'aspiration (66) pour être refoulées par la tubulure (67) dans la chambre de combustion (81). Dans la tubulure (65), les vapeurs sont à une pression réduite proche de la pression régnant dans le réacteur (30), alors qu'après passage dans l'aspirateur (66), ces vapeurs sont à pression atmosphérique dans la tubulure (67). Le circuit de traitement des vapeurs formées lors de la dissociation thermique, comprend également un second moyen d'aspiration (70) qui aspire par la tubulure (71,73) les vapeurs formées dans les chambres de mise à pression réduite (20,21) lors du séchage, pour les rassembler avec les vapeurs récupérées dans le réacteur de dissociation thermique en (67) dans la chambre de combustion (81).

Dans un but de non rejet de polluants, la chambre de pyrolyse et les secteurs comportant des soupapes de sécurité, sont reliées à la tubulure (73) d'amenée à la chambre de combustion (81).

Le brûleur (82) de la chaudière (80) fonctionne de manière classique. Pour sa mise en route, on fait appel à toutes sortes de combustibles connus, notamment du gaz. Lors du fonctionnement de l'installation, la chambre de combustion (81) est auto-alimentée, du moins pour partie essentielle, grâce au pouvoir calorifique des vapeurs aspirées par les tubulures (71, 73) dans les chambres de mise à pression réduite, et les vapeurs provenant du condenseur (62) et du réacteur.

Lorsque l'installation ne procède pas au traitement des déchets, le brûleur (82) peut continuer à être alimenté en gaz pour permettre la production d'électricité grâce au turbo-alternateur. Cette électricité peut être valorisée par ailleurs, ce qui permet d'améliorer la rentabilité de l'installation

Les conditions opératoires dans la chambre de combustion (81) et dans la chaudière (80) sont telles que les rejets soient conformes aux exigences réglementaires. Par exemple, actuellement, les vapeurs rejetées sont soumises pendant au moins deux secondes, à une température d'au moins 850°C.

Dans une variante d'exécution, une partie de l'énergie produite par la chaudière (80) sert à générer de la vapeur pour chauffer les chambres caractéristiques (20,21). Dans une variante industrielle, le surplus d'énergie de la chaudière (80) peut être utilisé pour créer de l'énergie électrique, elle-même pouvant être utilisée pour le chauffage du réacteur (30), de manière à assurer une quasi-totale autonomie énergétique de l'installation.

L'installation conforme à l'invention présente de nombreux avantages par rapport aux installations de dissociation thermique à pression réduite connues à ce jour. On peut citer :

- la possibilité d'assurer un fonctionnement continu, donc automatisable grâce aux deux chambres parallèles (20,21) et aux deux trémies (34,35), toutes deux alternativement à pression réduite et /ou à pression atmosphérique, ce qui autorise des opérations continues et automatisables de chargement et déchargement ;

- des rejets conformes aux normes réglementaires, à savoir:

- aucune émission de gaz acides (Sθ2,HCl,HF) grâce à la

neutralisation du chlore, du soufre et du fluor en amont de la phase de dissociation thermique,

- piégeage des métaux lourds dans les résidus solides inertes, - aucune émission de d'oxydes d'azote (NOx), grâce à des températures de combustion bien inférieures à 1100°C,

- aucune possibilté de formation de dioxines ni de furannes ;

- une valorisation énergétique par la récupération et l'utilisation de tout ou partie de l'énergie générée lors de l'élimination des vapeurs et condensats ;

- l'absence de rejets liquides ;

- l'absence d'échange d'air entre les déchets et le bâtiment de travail grâce à un système d'aspiration de la zone de réception et de broyage ;

- un rendement énergétique optimal et un traitement complet des déchets, grâce à l'utilisation d'un broyeur et de sécheurs permettant la dissociation thermique des déchets sous une granulométrie faible, constante et régulière.

Possibilités d'applications industrielles

De la sorte, cette installation peut être utilisée avec succès pour le traitement de déchets contenant une fraction organique, tels que par exemple des déchets pétroliers, des déchets hospitaliers et biomédicaux, des déchets urbains, des boues de stations d'épuration, des déchets papetiers, des pneumatiques usagés, des sols contaminés, des déchets plastiques ou des déchets industriels.