La présente invention concerne un procédé de traitement et de valorisation économique, écologique et performant de ces déchets. Dans la présente invention, la principale valorisation consiste à produire un gaz combustible à forte teneur en monoxyde de carbone et en hydrogène utilisable notamment pour la génération d'énergie (production de gaz de synthèse combustible, de carburant liquide, d'hydrogène, d'électricité..).

Différents procédés de traitement et de valorisation de déchets sont connus, à savoir : - Le traitement mécano-biologique qui associe un tri mécanique par criblage, contrôle visuel sur bande, table densimétrique, à un traitement biologique réalisé en une ou plusieurs étapes. Ce traitement n'est généralement pas considéré comme une valorisation des déchets optimale.

En effet seul un compost de qualité médiocre est valorisé. Les autres résidus de traitement sont évacués en décharge. Cela représente un volume important, qui subit en fait une élimination majoritaire (la mise en décharge) pénalisant les performances de valorisation.

- Le traitement par pyrolyse ou thermolyse qui consiste en une décomposition des matières organiques par la chaleur en absence d'oxygène. Les termes thermolyse et pyrolyse désignent le mme phénomène de décomposition, mais obtenu à des températures différentes : à basse température pour la thermolyse (450 à 650°C généralement), à plus haute température pour la pyrolyse (650 à 900°C généralement). Dans la suite, on utilise le terme pyrolyse, comme désignant de manière générale un procédé de décomposition à température élevée, en absence d'oxygène, aussi bien à basse qu'à haute température. Un four de pyrolyse comprend généralement une cavité étanche à l'air entourée d'une enveloppe dans laquelle circulent des fumées à haute température. Les matières à traiter sont amenés dans la cavité qui est maintenue en légère dépression. Le flux de fumées de combustion circulant dans l'enveloppe entraîne une élévation de température dans la cavité, ce qui permet la décomposition des matières

organiques contenues dans les déchets résidant dans la cavité en matières solides carbonées (ou cokes de pyrolyse) et en un mélange de gaz combustibles appelé gaz de pyrolyse.

Les matières solides carbonées issues d'un tel four sont un mélange hétérogène de solides constitué de métaux, de minéraux, de coke et de polluants divers adsorbés à la surface des grains de coke. Pour ces raisons, ces matières sont difficilement valorisables.

Le gaz lui est valorisable, soit en interne par incinération dans le procédé pour produire de la chaleur, soit en externe après une épuration poussée destiné à le débarrasser de ses goudrons, poussières et gaz acides, pour la production d'énergie thermique dans des brûleurs, ou des chaudières.

- La gazéification à la vapeur surchauffée, qui est un procédé de valorisation de combustibles issus de déchets, de biomasse et plus particulièrement biomasse forestière, de déchets combustibles de la sylviculture ou de l'industrie de première transformation du bois, écorces ou sciures de bois, rémanents forestiers, coupes de bois d'éclaircie ou de biomasse provenant d'exploitations forestières dédiées de type taillis à courte ou très courte rotation (peuplier, eucalyptus, saule),...

Ce procédé de gazéification utilise des réacteurs de gazéification et de combustion à lits fluidisés et/ou entraînés. La réaction de gazéification étant endothermique et la réaction de combustion étant exothermique, la chaleur nécessaire à la gazéification est amenée par la combustion de gaz recyclé et des cokes de gazéification résiduels via un flux de sable chaud circulant. La gazéification à la vapeur surchauffée produit essentiellement du gaz de process, des cendres, mises en décharge, et des fumées, évacuées dans l'atmosphère après traitement.

La qualité du gaz de process ainsi produit varie en fonction de la qualité des matières traitées notamment leur composition et leur teneur en humidité. Les installations de gazéification sont relativement volumineuses eu égard à la quantité de gaz produite.

Un objet de l'invention est un procédé de traitement et de valorisation de déchets et/ou de biomasse, qui intègre les techniques de valorisation présentées ci-dessus tout en permettant de diminuer de façon significative la quantité résiduelle à mettre en décharge.

Un objet de l'invention est de substituer aux matières brutes traitées dans le procédé de gazéification, des cokes de pyrolyse et/ou du gaz de pyrolyse (de préférence préalablement cracké), de façon à permettre, pour des installations de mme dimension, une augmentation conséquente de la quantité de gaz produite.

Un objet de l'invention, est d'assurer une qualité constante de l'approvisionnement en entrée du processus de gazéification à la vapeur surchauffée, pour fournir un gaz de process de qualité sensiblement constante.

L'invention concerne donc un procédé de traitement et de valorisation d'un flux de déchets par gazéification, apte à traiter de la biomasse seule ou en mélange, comprenant une étape de pyrolyse du flux de déchets, foumissant en sortie des gaz de pyrolyse bruts et des matières solides carbonées, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une phase de gazéification comprenant les étapes suivantes : - une étape de craquage à la vapeur des gaz de pyrolyse bruts dans un dispositif de craquage indirect, pour fournir en sortie un flux de gaz craqués, - une étape de gazéification à la vapeur des matières solides carbonées dans un four à lit fluidisé dense, chauffé par un lit de sable chaud, utilisant comme média de fluidisation ledit flux de gaz craqués, et foumissant en sortie un gaz de process, et des résidus comprenant du sable, - une étape de combustion étagée de résidus carbonés issus du procédé comprenant les résidus du four à lit fluidisé dense, ladite étape de combustion comprenant une étape de gazéification à l'air desdits résidus dans un four, délivrant en sortie un flux de sable chaud vers le four à lit fluidisé dense, et des gaz à haute température, et une étape de post-combustion à l'air desdits gaz à haute température dans une chambre de post-combustion, fournissant en sortie des fumées haute température, et une phase de filtrage et d'épuration du gaz de process foumissant en sortie un gaz épuré apte à tre stocké en vue d'une valorisation énergétique.

Les fumées haute température produites dans la phase de combustion étagée des résidus du procédé sont avantageusement utilisées comme flux chauffant pour l'étape de pyrolyse et pour l'étape de craquage indirect et pour le réchauffage de l'air pour l'étape de gazéification à l'air.

La vapeur consommée dans ledit procédé est obtenue par récupération d'énergie sur le gaz de process, dans la phase de filtrage et d'épuration.

La chambre de post-combustion reçoit d'autres combustibles fournis par le procédé, notamment du gaz épuré ou des gaz polluants issus de l'étape de filtrage et d'épuration du gaz de process.

On peut aussi prévoir d'injecter comme combustible les gaz de pyrolyse bruts ou le flux de gaz craqué, dans cette chambre de post- combustion et/ou dans le four de gazéification à l'air. Cette disposition est utile lorsque le gaz épuré doit servir à produire un carburant de synthèse.

Selon un autre aspect de l'invention, le procédé de traitement et valorisation comprend une étape préalable de traitement mécano-biologique et de compostage de déchets ménagers et/ou industriels et/ou de la biomasse apte à fournir des matériaux combustibles dérivés de déchets, comprenant des étapes de séparation des matières fermentescibles, affinage de compost obtenu à partir desdites matières fermentescibles, criblage et tri des métaux valorisables, des inertes et des imbroyables, de manière à constituer un stock de matériaux combustibles dérivés de déchets, de qualité sensiblement constante, ledit stock formant le flux de déchets entrant de l'étape de pyrolyse.

L'invention concerne aussi une usine de traitement et valorisation de déchets mettant en oeuvre un procédé selon l'invention, particulièrement adaptée pour traiter directement différentes catégories de déchets et/ou de biomasse.

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre indicatif et non limitatif de l'invention et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : -la figure 1 est un schéma de principe d'un procédé de traitement et valorisation de déchets selon l'invention ;

- la figure 2 est un organigramme de la première phase d'un procédé de traitement et valorisation selon l'invention, correspondant à la phase de traitement mécano-biologique et de compostage, avec fourniture en sortie d'un combustible dérivé de déchets destiné à l'alimentation de la deuxième phase ; - la figure 3 est un schéma bloc d'un dispositif de traitement et de valorisation du combustible dérivé de déchets noté CDD fourni en sortie de la première phase, mettant en oeuvre la deuxième phase d'un procédé de traitement et valorisation selon l'invention, et - la figure 4 est un organigramme de la deuxième phase d'un procédé de traitement et valorisation selon l'invention, correspondant à la phase de gazéification à la vapeur surchauffée.

Une installation selon l'invention permet de traiter différentes catégories de déchets et/ou de biomasse et de les valoriser de manière optimale, en mettant en oeuvre différentes phases de traitement, à savoir, une première phase de traitement mécano-biologique et compostage, une deuxième phase de gazéification à la vapeur surchauffée, et une troisième phase de production d'énergie. Un schéma de principe d'une telle installation est représenté sur la figure 1.

Les catégories de déchets traités comprennent notamment : - Les ordures ménagères résiduelles (c'est à dire hors celles collectées par le biais des filières de tri sélectif), notées OMR, introduites exclusivement en première phase, - Les déchets industriels banals combustibles, notés DIB, qui comprennent par exemple les bois de démolition, les papiers cartons, les palettes,... etc, hors matières organiques ou fermentescibles, qui peuvent tre introduits indifféremment en première phase ou en deuxième phase - Les déchets verts et déchets de l'industrie agroalimentaire, notés DVA, introduits exclusivement en première phase, - La biomasse d'origine forestière et les déchets de l'industrie de première transformation du bois, qui peuvent tre introduits indifféremment en première phase ou en deuxième phase

- Les boues de stations d'épuration, non polluées, notées STEPnp, introduites exclusivement en première phase, - Les boues de stations d'épuration, polluées, sèches, notées STEPp, introduites exclusivement en deuxième phase.

Les trois phases de traitement sont mises en oeuvre de la manière suivante : O Première phase : Traitement mécano-biologique et compostage, avec valorisation intégrée, qui traite toutes les classes de déchets précités, et fournit en sortie : - du compost, - des métaux ferreux valorisables, - des matériaux inertes (verres, graviers, minéraux...) mis en décharge ou valorisés, - des imbroyables mis en décharge, et - un combustible dérivé des déchets, noté CDD qui alimente la phase de traitement 0 suivante. Ce combustible CDD se présente sous la forme de blocs solides (cubes), et peut-tre stocké dans des silos sur le site, si nécessaire, selon le flux.

Deuxième phase : Traitement par gazéification à la vapeur surchauffée, intégrant une étape préalable de pyrolyse. Cette phase de traitement est alimentée par le stock de combustible CDD, et aussi éventuellement par les déchets industriels banals combustibles DIB ou de la biomasse convenablement préparée (plaquettes forestières sèches, broyât, granulés de bois...). Il est également possible de traiter des boues polluées sèches STEPp de station d'épuration.

On obtient en sortie des fumées, des cendres, et un gaz combustible épuré à fort pouvoir calorifique à haute teneur en monoxyde de carbone et en hydrogène.

O Troisième phase : Production d'énergie à partir du gaz épuré.

Cette production d'énergie peut tre obtenue de différentes façons, en mettant en oeuvre un ou plusieurs moteurs à gaz, ou une ou plusieurs turbines à gaz. On peut aussi avoir un cycle combiné moteur à gaz-turbine

à vapeur, ou turbine à gaz-turbine à vapeur. Dans ces cycles combinés, on peut encore avoir un cycle organique de Rankine, à la place de la turbine à vapeur. Ces différents procédés de production d'électricité à partir d'un gaz de process épuré et de fumées de combustion à haute température sont bien connus de l'homme de l'art. II est également possible après ajustement de la teneur en hydrogène du gaz épuré, notamment par perméation gazeuse, d'alimenter une pile à combustible. II est également possible, à partir du gaz épuré, d'alimenter des dispositifs de synthèse de carburant liquides (synthèse Fischer-Tropsch, Synthèse de méthanol, Dyméthyl Ester...).

Un exemple de mise en oeuvre de la phase de traitement mécano- biologique et de compostage selon l'invention est représenté sur la figure 2.

La phase de traitement mécano-biologique et de compostage comprend principalement les étapes suivantes : a). Criblage grossier des ordures ménagères résiduelles OMR, pour écarter les déchets grossiers. Cette opération utilise typiquement un trommel ouvre-sac 1, à maille de 200 millimètres par exemple, duquel ressortent en partie basse les déchets fins OMRf destinés à tre traités en bio-réacteur avec les déchets verts (démarrage de la fermentation) et en partie haute des déchets grossiers OMRg, en majorité non fermentescibles.

Les déchets grossiers OMRg sont acheminés,, vers un poste de contrôle visuel 2 sur bande (tapis) permettant d'extraire du flux les imbroyables. Les imbroyables comprennent typiquement les métaux et inertes massifs, par exemple les briques, les grosses pièces métalliques, etc. Ils alimentent un stock d'imbroyables 1, destiné à tre mis en décharge en centre d'enfouissement technique de classe 11. b). Criblage grossier des déchets industriels banals et/ou de la biomasse, désignés sur les figures par la référence DIB. Ce criblage est typiquement réalisé au moyen d'un trommel 3, avec une maille de 50 millimètres par exemple, duquel ressortent d'un côté des déchets fins DIBf et de l'autre des déchets grossiers DIBg. Les déchets grossiers DB sont acheminés sur bande, vers le poste de contrôle visuel 2 pour extraire du flux les imbroyables. Du poste de contrôle visuel 2, les refus Rf des stations de criblage 1 et 3, destinés à tre broyés.

c). Stabilisation en bio-réacteur 4 des déchets fins OMRf et des déchets verts et/ou agroalimentaires fermentescibles DVA. Ces déchets DVA sont de préférence préalablement broyés, au moyen d'un déchiqueteur dédié 5. Le bioréacteur consiste principalement en un tambour rotatif avec tuyauteries d'injection d'air et d'eau et dans lequel la matière est maintenue pendant une période de stabilisation déterminée, typiquement de 72 heures, permettant d'amorcer la fermentation. En sortie, on obtient des déchets stabilisés DS, dont la dégradation de la matière organique est typiquement de l'ordre de 30% environ.

Les vapeurs et buées qui se dégagent de ce processus sont typiquement traitées par un bio-filtre 6 (condensation et lavage) avant rejet à l'atmosphère. Les déchets stabilisés DS qui sortent de ce bioréacteur sont acheminés vers une station de criblage 7, utilisant typiquement un trommel, à maille de 70 millimètres par exemple, qui permet en écartant les grossiers DSg (Refus du crible), d'extraire du flux les déchets grossiers principalement constitués de plastique, de verre, de bois et de déchets non fermentescibles.

En sortie, on obtient les déchets stabilisés fins DSf (passants du crible). d). Broyage des déchets non fermentescibles débarrassés des imbroyables, c'est à dire les refus Rf et DSg issus des différentes stations de criblage 1,3 et 7, après extraction des imbroyables (poste de contrôle visuel 2) le cas échéant. Le dispositif de broyage 8 utilisé sera typiquement une cisaille rotative. II en ressort des déchets (en majorité non fermentescibles) broyés notés DB, sur une bande transporteuse. Ce flux est ensuite déferraillé (voir étape h).

On notera que l'étape de broyage intervient seulement après que les déchets issus des ordures ménagères résiduelles aient été criblées avant (crible 1) et après (crible 7) stabilisation dans le bio-réacteur 4, ce qui permet de limiter de façon importante la présence de plastique ou de verre dans le compost. e). Déferraillage des déchets stabilisés fins DSf avant leur acheminement vers une plate-forme de traitement biologique 9.

L'étape de déferraillage est typiquement réalisée au moyen d'une poulie magnétique 10a. Les métaux ferreux ainsi extraits alimentent un stock 11 de métaux ferreux pour valorisation externe.

f). Compostage dans la plate-forme de traitement biologique 9.

Dans l'exemple, cette plate-forme se présente comme un bâtiment fermé et met en oeuvre un processus de compostage par aération contrôlée en andains, typiquement durant 90 jours, avec aération forcée, humidification et retournement périodique mécanisé. Un biofiltre 12 est prévu pour le traitement de l'air du bâtiment et des buées générées par les manutentions du compost.

Des appoints en air et en eau sont nécessaires pour alimenter le processus de compostage. Cette plate-forme peut également traiter des boues non polluées STEPnp de stations d'épuration. Les boues polluées ne peuvent tre traitées dans ce processus car elles empcheraient la production d'un compost de qualité agronomique, et donc gneraient la valorisation externe du compost produit. g). Affinage du compost, typiquement au moyen d'un crible et d'une table densimétrique. L'affinage du compost sera avantageusement réalisé après une période de stabilisation sans apport d'humidité d'une durée de l'ordre de 20 jours.

Le crible d'affinage du compost, typiquement un trommel à maille de 30 millimètres par exemple, permet d'écarter les parties grossières du compost parmi lesquelles on trouvera typiquement des métaux non ferreux (les métaux ferreux ont déjà été éliminés, avant passage en phase de compostage), mais aussi des matières grossières non compostables : bois, plastiques, minéraux grossiers.

Les passants du crible d'affinage du compost sont ensuite triés au moyen d'une table densimétrique 17, qui permet d'écarter la fraction lourde, typiquement les verres et les cailloux de faible granulométrie. II en ressort un compost affiné 18 de grande qualité, prt pour une valorisation externe.

La fraction lourde écartée par la table densimétrique 17 vient alimenter un stock 15 de matériaux inertes. h). Extraction des ferreux restant dans les déchets acheminés par bande transporteuse vers le dispositif d'extraction des ferrailles 10b, constitué avantageusement d'un électro-aimant positionné au-dessus de la bande. Sont ainsi déferraillés : les refus (les grossiers) du crible de l'étape g) d'affinage du compost, les broyés DB de l'étape d) de broyage, et les passants DIBf de l'étape b) de criblage des déchets DIB (déchets industriels

banals et/ou biomasse non fermentescible). A cette étape 10b du procédé, les ferreux sont extraits, qui vont alimenter le stock 11 des matériaux ferreux valorisables. Le reste du flux constitue"le combustible déferraillé". i). Extraction des constituants lourds du flux de combustible déferraillé, typiquement au moyen d'un séparateur balistique 14. Un séparateur balistique est un convoyeur à grande vitesse qui permet d'éjecter les différents constituants du flux selon leur densité. Ce séparateur balistique est plus particulièrement utilisé pour sortir du flux les constituants massifs, tels que les métaux non ferreux et les minéraux massifs. Ces constituants qui sont éjectés constituent un stock 15 de matériaux inertes, destiné à tre mis en décharge, typiquement en centre d'enfouissement technique de classe 111.

Le flux sortant du séparateur balistique 14 se présente sous forme d'un broyât de combustible dérivé de déchets CDD. j). Densification du broyât de combustible, typiquement au moyen d'un dispositif 16 de presse à briquettes : ces briquettes de combustible dérivé de déchets CDD peuvent tre aisément stockées, sans problèmes particuliers de stockage, car ce sont des matières solides, relativement sèches, dont la forme de cubes ou briquettes permet une manutention et un stockage automatisable aisément. Ainsi, cette densification permet d'optimiser la manutention et le stockage en vue de la gazéification. Par exemple,, les briquettes sont des cubes de 30 à 35 millimètres de côté. La densité du combustible CDD ainsi obtenu avec un procédé selon l'invention est de l'ordre de 700 Kg/rn. Un stockage de combustible CDD de 2800 m3 permet par exemple un mois d'arrt d'une unité de traitement de 80 000 t/an de déchets ménagers (étape du procédé de traitement et valorisation selon l'invention), sans nécessiter le recours à une mise en décharge. C'est un des aspects avantageux du procédé de traitement et de valorisation selon l'invention, car il permet d'économiser les frais de mise en décharge lors de l'arrt annuel de la gazéification. Il permet une souplesse de fonctionnement de l'usine de traitement, car le stockage aisé du combustible permet une valorisation indépendante des approvisionnements en déchets ou en biomasse.

A l'issue de ce traitement mécano-biologique à valorisation intégrée, selon l'invention, on obtient les différents stocks suivants : - stock) des imbroyables, mis en décharge ;

- stock 11 des ferreux, pour valorisation externe ; - stock 15 des inertes, pour mise en décharge ; - compost affiné 18, de qualité agronomique, pour valorisation externe ; et - stock CDD de combustible dérivé de déchets, en briquettes (cubes).

Ce stock CDD de combustible en briquettes représente de 30 à 35% du flux entrant en phase tD. Quelle que soit la qualité des déchets en entrée de la phase (D de traitement mécano-biologique selon l'invention, la chaîne de criblage en différents points du processus permet d'assurer une qualité constante de ce combustible CDD en sortie en particulier, pour la teneur en humidité et la teneur en cendres.

Ce stock de combustible CDD alimente le processus de gazéification à la vapeur surchauffée selon l'invention.

La figure 3 représente un organigramme illustrant la phase 0 de gazéification à la vapeur surchauffée, mise en oeuvre dans un procédé de traitement et valorisation de déchets selon l'invention.

Le flux entrant de déchets FxE à traiter et valoriser en gaz épuré dans cette phase (2) comprend principalement le stock CDD issu de la phase O de traitement mécano-biologique des déchets. Il peut aussi comprendre des déchets industriels banals : papiers d'emballage, plastiques mélangés, pneus broyés... (hors matières organiques, fermentescibles) collectés par les industriels et préalablement broyés DIBb. On peut encore prévoir de traiter à ce stade de la biomasse convenablement préparée (plaquettes forestières sèches, broyât, granulés de bois...) et des boues polluées de stations d'épuration STEPp.

Le dispositif de mise en oeuvre de cette phase (2) pour traiter et valoriser en gaz épuré le flux de déchets entrant FxE, comprend schématiquement, et comme représenté sur la figure 3, un dispositif de pyrolyse 100, un calcinateur 200 pour réduire en cendre la partie grossière des matières solides issues de la pyrolyse, un dispositif de gazéification 300, un dispositif 400 de récupération d'énergie et traitement des fumées issues des dispositifs de pyrolyse et de gazéification et un dispositif 500 de filtrage et d'épuration des gaz de process.

En sortie du dispositif de gazéification 300, on obtient des cendres, destinées à la mise en décharge (centre d'enfouissement technique de classe 11) et le gaz de process, valorisable en interne, pour les processus de pyrolyse et de gazéification, et en externe pour la production d'énergie après filtration et épuration des gaz de process par un dispositif de traitement adapté 500.

Le flux entrant FxE alimente le dispositif de pyrolyse 100, pour obtenir par décomposition à température élevée (craquage thermique de la matière organique), en absence d'oxygène, des matières solides carbonées et des gaz de pyrolyse. De préférence, les matières solides carbonées sont criblées, les refus de criblage étant acheminés vers le calcinateur 200, qui les réduit en cendres, destinées à la décharge (centre d'enfouissement technique de classe 11).

Les fumées émises par les dispositifs 100 de pyrolyse et 300 de gazéification sont amenées de manière adaptée, par des conduits étanches, jusqu'au dispositif 400 de récupération d'énergie et de traitement des fumées, d'où ressortent des fumées propres, rejetées à l'atmosphère et des poussières destinées à la mise en décharge (centre d'enfouissement technique de classe 1).

De manière plus détaillée, et en relation avec l'organigramme de la figure 4, le dispositif de pyrolyse comprend un four de pyrolyse 110 dans lequel est introduit le flux entrant de déchets FxE. On peut aussi introduire directement des déchets industriels broyés D) Bb, de) a biomasse, ou des boues polluées sèches Stepp. Le four de pyrolyse est typiquement un four rotatif à double enveloppe. Il est chauffé par des fumées à haute température foumies par l'installation, plus précisément, par le dispositif de gazéification 300.

De préférence, le four de pyrolyse 110 est muni en sortie d'un crible interne (non représenté), de manière à séparer la fraction grossière 101 des matières solides carbonées fines. Cette fraction grossière 101 est acheminée vers un dispositif de calcination 200. Les cendres résultantes 201 sont destinées à tre mises en décharge (Centre d'enfouissement technique de classe 111).

Dans une variante non représentée, les refus de crible 103 sont broyés, triés et la fraction carbonée réinjectée en entrée du four de pyrolyse 110.

La fraction fine 102 des matières solides carbonées issues de la pyrolyse et éventuellement les gaz de pyrolyse 103 constituent les éléments entrants du processus de gazéification à la vapeur surchauffée.

Le four de pyrolyse 110 est maintenu en légère dépression pour éviter des fuites de gaz de pyrolyse 103 vers l'extérieur. Le criblage des grossiers 103 en sortie de pyrolyse, avec extraction et/ou retraitement, permet avantageusement l'utilisation d'un flux de vapeur comme moyens de transport pneumatique de la fraction fine 102 des matières solides carbonées issues de la pyrolyse, jusqu'au four à lit fluidisé dense 301 du dispositif 300 de gazéification à la vapeur surchauffée.

Le flux de vapeur V est produit par le dispositif 500 de traitement et filtrage (épuration), par récupération d'énergie sur les gaz de process. Ce flux de vapeur sert ainsi de fluide de transport inerte (c'est à dire ne réagissant pas en terme de combustion) vis à vis des matières solides carbonées fines 106.

Selon une disposition de l'invention, les matières solides carbonées fines 102 de pyrolyse qui ont passé le crible et éventuellement les gaz bruts de pyrolyse 103 sont transportées dans le flux Fv de vapeur jusqu'en entrée du dispositif de gazéification 300 en les maintenant à une température déterminée T1 pour empcher la condensation des goudrons contenus dans les gaz de pyrolyse. Les matières solides carbonées fines 102 de pyrolyse et éventuellement les gaz de pyrolyse préalablement craqués à la vapeur, sont alors injectés dans le four à lit fluidisé dense 301.

Le craquage des gaz de pyrolyse à la vapeur, à haute température, est obtenu dans un dispositif de craquage indirect 303.

Plus précisément, selon cette disposition de l'invention, les gaz bruts de pyrolyse 103 sont aspirés par un éjecteur à vapeur 104, en sorte de former un flux 105 de vapeur V et de gaz bruts de pyrolyse 103, dans une conduite étanche. Une écluse rotative 106 qui reçoit la fraction fine 102 des matières solides carbonées permet d'injecter cette fraction fine dans le flux 105 de vapeur et de gaz. Le flux de vapeur V est fourni à une température Tv

qui permet de maintenir la température du flux 105 au-dessus d'une température suffisante T1, typiquement supérieure ou égale à 350°C, de manière à empcher la condensation des goudrons et hydrocarbures condensables contenus dans les gaz. Par exemple Tv sera de l'ordre de 400°C. Les conduites sont maintenues à une température suffisante, supérieure ou égale à la température Tv du flux, par traçage électrique et isolation adaptée. Des vannes v1, v2 sont prévues en amont de l'éjecteur 104, pour réguler le flux de gaz 103 et le flux de vapeur V.

Le dispositif de gazéification 300 comprend un séparateur 302 (enceinte cyclonique) propre à séparer les produits solides S des produits gazeux GV du flux Fv qu'il reçoit du dispositif de pyrolyse 100. Le séparateur 302 reçoit ainsi en entrée le flux Fv de vapeur et de gaz de pyrolyse avec la matière solide carbonée en suspension, et délivre en sortie, d'une part les solides S et d'autre part un flux de gaz GV, comprenant les gaz de pyrolyse 103, la vapeur V et des particules de coke ultra fin.

Les solides S ainsi séparés sont introduits dans l'enceinte d'un four à lit fluidisé dense 301.

La conduite qui comprend l'aspiration des gaz de pyrolyse, le transport des matières solides carbonées (coke de pyrolyse), la séparation du flux Fv, des matières solides carbonées, doit tre nettoyée régulièrement, pour l'empcher de se boucher par la condensation des goudrons et hydrocarbures condensables. Ce nettoyage se fait typiquement par injection de vapeur pure surchauffée. Pour éviter l'arrt de l'installation, on prévoit avantageusement de doubler cette conduite, (non représentée), par une conduite de maintenance qui est utilisée pendant le nettoyage de la conduite principale.

Le flux GV de vapeur et de gaz de pyrolyse en sortie du séparateur 302, maintenus à la température Tv, est amené dans un dispositif de craquage indirect 303 (encore appelé"cracker"selon la terminologie anglo-saxonne courante), par une conduite maintenue à une température supérieure ou égale à la température Tv du flux (traçage électrique, isolation). Ce craquage indirect du flux GV qui contient notamment des gaz incondensables, des goudrons, de la vapeur d'eau et du coke ultra fin, permet l'oxydation par la vapeur, des goudrons et du coke ultra fin, avant

d'utiliser ce flux comme média de fluidisation 305 dans le four à lit fluidisé dense du processus de gazéification.

Le dispositif de craquage indirect des goudrons à la vapeur, peut par exemple tre un échangeur gaz/gaz 303. 11 comprend un côté tubes, qui reçoit le flux chauffé, c'est à dire le flux de gaz GV, et un côté calandre qui reçoit un flux chauffant. Dans l'application, le flux chauffant est un flux de fumées FF haute température, typiquement comprise entre 1000° et 1300°C, fourni par une chambre de post combustion 304 dont on détaillera le rôle plus loin. Ce flux chauffant FF permet d'amener le flux de gaz GV à haute température par échange radiatif, permettant l'oxydation des hydrocarbures (C2-C10, coke ultra fins et goudrons) et leur transformation en gaz stables à la température de réaction. On trouve notamment des oxydes de carbone (CO, C02), de la vapeur en excès et de l'hydrogène. Ainsi la vapeur qui a servi au transport pneumatique des matières solides carbonées de pyrolyse jusqu'au premier four à lit fluidisé 301, a une autre fonction qui est de permettre le craquage des goudrons et du coke ultra fin contenus dans les gaz de pyrolyse 103 issus de la pyrolyse et transportés dans le flux GV.

En sortie du dispositif de craquage indirect 303, on obtient un flux gazeux haute température 305 (autour de 850°C par exemple). On notera que la vapeur surchauffée utilisée pour le nettoyage de la conduite principale est également traitée par le dispositif 303. Ce flux sortant 305 haute température est utilisé comme média de fluidisation 305 dans le four à lit fluidisé dense 301.

Dans une variante, on prévoit que les gaz bruts de pyrolyse 103, ou le flux 305 de gaz craqués à la vapeur sont de préférence amenés dans le four 306 de gazéification à l'air, pour y tre utilisés comme combustible, notamment dans le cas de la production d'un gaz épuré destiné à un procédé de génération de carburant de synthèse. Dans ce cas le média de fluidisation utilisé dans le four 301 est de la vapeur provenant directement de la chaudière 501 Le four à lit fluidisé dense 301 est un four de type vertical dans l'exemple. Il comprend un lit de sable chauffé, fourni en direct par le four 306 de gazéification à l'air. Le média de fluidisation 305 injecté dans le four 301 permet de faire circuler le flux de sable chaud à l'intérieur du four. Les

matières solides carbonées S injectées dans le four viennent se mélanger à ce flux. Un tel four permet de manière connue la gazéification du carbone contenu dans les matières organiques par de la vapeur dans une ambiance maintenue à haute température par le flux de sable chaud circulant. Le lit de sable est un élément stabilisateur du processus. En pratique, on utilise par exemple du sable de la classe des silicates, tel que l'olivine. Ce sable peut tre dopé, avec du Nickel par exemple, pour augmenter la performance du craquage des goudrons.)) sert de catalyseur pour la transformation des éléments lourds de goudrons présents dans le flux solide S. II est en effet important que tous les goudrons soient éliminés, notamment lorsque le gaz de process valorisé fourni par l'installation est ensuite utilisé pour alimenter des moteurs ou turbines à gaz, et surtout lors de la production de carburant par synthèse Fischer-Tropsch. Dans le premier cas, la teneur en goudrons admise est de quelques g/Nm3 de gaz ; dans le deuxième, elle doit tre inférieure à 10 mg/Nm3.

En pratique, une entrée spécifique Es permet de fournir le sable au démarrage de l'installation, et en appoint, si nécessaire, pour maintenir un lit granulaire suffisant. En général, une sortie SP de purge du sable est prévue, pour enlever du sable lorsque le niveau du lit granulaire est trop important. Ce sable de purge peut tre directement mis en décharge (centre d'enfouissement technique de classe. ll), ou recyclé en alimentation du lit, si sa granulométrie le permet.

Du four 301 ressort vers le haut, le gaz"de process"GP, c'est à dire le gaz issu du procédé et en bas, un mélange SI de sable, de cendres et de coke non gazéifié.

Avantageusement, ce mélange SI est acheminé vers un four 306 de gazéification à l'air. Ce deuxième four peut tre du type à lit fluidisé circulant (appelé encore lit mobile à co-courant), vertical. C'est de préférence un four à lit entraîné, qui a l'avantage par rapport au précédent, qu'aucune particule ne va rester dans le lit. Dans l'invention, ce four 306 est régulé en température de manière adaptée, de manière à obtenir la gazéification à l'air complète des résidus de process, sans risque de fonte du sable (température de fusion supérieure à 950°C). Le sable 308 est alors entraîné en sortie avec les gaz 309, à haute température. Une modulation du débit d'air de gazéification injecté sous le lit permet de doser le débit de sable. Ce débit de

sable à haute température 308 contient l'énergie d'appoint délivrée au four à lit fluidisé dense 301. De cette façon, on peut doser le sable du mélange SI pour le ré-injecter dans le four à lit fluidisé dense 301 qui fonctionne ainsi en cycle quasi fermé pour l'alimentation en sable chaud, du moins entre les différentes opérations de purge de maintenance et d'entretien.

En pratique, on règle le fonctionnement du four à lit entraîné 306 pour obtenir en sortie des gaz 309 à une température voisine de 900°C, typiquement inférieure à 950 °C. Ces gaz 309 avec le sable entraîné 308 sont dirigés au moyen d'une conduite adaptée (isolation), vers un séparateur 307 (enceinte cyclonique) pour séparer le gaz, du sable. Le gaz est injecté en entrée Fu de la chambre de post combustion 304, tandis que le sable à haute température 308 provenant de l'enceinte cyclonique 307 est ré- introduit dans le premier four à lit fluidisé dense 301.

Le four à lit entraîné 306 a un diamètre beaucoup plus petit que le premier four 301. En pratique, il sert à brûler ou plutôt à gazéifier à l'air tous les résidus Res-F de la phase @ : les résidus SI (sable + coke imbrûlé) du four 301, mais aussi les résidus issus du dispositif 500 de filtration et d'épuration du gaz de process, détaillée plus loin.

L'air de combustion, plus précisément, l'air de gazéification, AIR-c est fourni au four à lit entraîné 306 par le dispositif 400 de récupération d'énergie des fumées. II est à une température supérieure à 400°C en pratique. Au besoin, pour améliorer la gazéification à l'air, par contrôle de la température dans le four, on prévoit de préférence une autre entrée d'air chaud AIR-h dans la partie haute du four 306, également alimentée par le dispositif 400 de récupération d'énergie des fumées. On prévoit aussi une entrée de gaz AIR-f dans la partie basse au-dessus du lit fluidisé, pour injecter du gaz utilisé comme combustible. Cette entrée de gaz AIR-f est de préférence alimentée par le gaz épuré GE (qui est dans un exemple à une température de l'ordre de 50°C ou moins) fourni en sorti du dispositif 500 de filtration et d'épuration du gaz de process. Elle peut aussi tre alimentée par les gaz de pyrolyse, bruts 103, ou craqués 305. Ainsi, les gaz de pyrolyse, bruts 103 ou craqués 305 peuvent avantageusement tre utilisés comme combustible dans ce four 306. Cette disposition est notamment utilisée lorsque le gaz épuré doit servir à la production de carburant de synthèse.

La régulation de la gazéification à l'air est obtenue au moyen de vannes v3, v4, v5 permettant de réguler l'entrée d'air de combustion AIR-c, l'entrée d'air chaud AIR-h en partie haute et l'entrée de gaz AIR-f en partie basse.

Enfin, le four à lit fluidisé 306 comprend une sortie de purge, qui permet, en opération ou en maintenance, d'évacuer les cendres en excès.

Ces cendres sont destinées à la mise en décharge (Centre d'enfouissement technique de classe 11).

Le dispositif 300 de gazéification selon l'invention comprend en outre une chambre de post-combustion 304. Cette chambre a pour fonction d'assurer la combustion complète : des gaz de pyrolyse bruts 103 ou craqués 305, en phase de démarrage ou en mode particulier de fonctionnement, lorsque ces gaz sont très pollués par exemple ; des polluants divers POL issus de la phase de filtration et d'épuration du gaz de process GP ; des fumées FCAL issues du calcinateur 200, des gaz Fu issues du four à lit entraîné 306, après passage dans le séparateur 307. On prévoit une entrée de secours, commandée par une vanne v6, permettant d'évacuer par ce biais le gaz de process Gp généré par le four 301, dans le cas d'une panne du dispositif 500 de filtration et d'épuration de ce gaz de process.

Un apport d'air chaud AIR-PC, typiquementfourni par le dispositif 400 de récupération d'énergie des fumées permet d'assurer la teneur en oxygène requise par la réglementation. La température des fumées, est régulée par l'injection de gaz épuré GE ou des gaz de pyrolyse bruts 103 ou préalablement craqués 305 dans la chambre 304. Ce sont des méthodes habituelles de régulation des chambres de postcombustion d'effluents gazeux.

Cette chambre 304 fournit en sortie des fumées FF à haute température, typiquement comprises entre 1000°C et 1300°C.

Ces fumées FF sont notamment utilisées, comme on l'a vu plus haut comme flux chauffant du secondaire du dispositif de craquage indirect 303. Elles sont aussi utilisées dans le four à pyrolyse, comme source de chaleur nécessaire à la pyrolyse, c'est à dire comme média chauffant dans la double enveloppe du four.

Pour mémoire un four à pyrolyse comprend en pratique deux zones, une première zone de séchage des déchets et une deuxième zone de pyrolyse proprement dite. Les fumées haute température FF (1000°C à 1300°C) circulent autour de ces deux zones et ressortent par une sortie de fumée prévue dans chacune des deux zones (sorties S1 et S2).

Ainsi, la pyrolyse peut tre qualifiée d'autotherme : la chaleur nécessaire à la réaction est générée en interne par le processus de combustion étagée, dans le four 306 de gazéification à l'air et la chambre de post combustion 304, des cokes non gazéifiés, des résidus RES-F et éventuellement des gaz de pyrolyse bruts 103 ou craqués 305. En pratique il est prévu un dispositif de production de vapeur autonome de secours (non représenté) pour les phases de démarrage et des phases de fonctionnement dégradé, pour fournir la vapeur nécessaire pour le transport pneumatique, le craquage indirect et la gazéification (fours 301 et 306).

Le dispositif de récupération d'énergie et traitement des fumées 400 reçoit les fumées provenant de la chambre de post-combustion 304, après leur passage dans le dispositif de pyrolyse (sorties S1, S2), et dans le dispositif de craquage indirect 303.

Ce sont des fumées à haute température FHT, de l'ordre de 800°C pour les fumées de chauffage du dispositif de pyrolyse, et de l'ordre de 700°C pour celles du dispositif de craquage indirect 303.

La température de ces fumées est abaissée au moyen d'un échangeur air/fumées 401, qui reçoit l'air ambiant (à 20°C typiquement) au secondaire, côté tubes, et les fumées haute température FHT au primaire, côté calandre. En sortie, on obtient un flux d'air réchauffé, et des fumées refroidies. Cet échangeur permet avantageusement la fourniture au four à lit entraîné 306, de l'air de gazéification AIR-c et AIR-h, à partir du flux d'air réchauffé. Un spray d'injection d'eau non représenté permet de ramener la température des fumées en dessous de 200°C, en cas de panne de l'alimentation en air froid (ie, l'air ambiant utilisé pour refroidir les flux de fumées dans l'échangeur 401).

Les fumées refroidies ont une température inférieure à 200°C.

Elles sont alors acheminées vers des circuits classiques de filtration et épuration : typiquement un réacteur de contact 402, utilisant du charbon actif et de la chaux comme réactifs, un filtre à manche 403, qui permet de capter

les poussières et produits de réaction, à mettre en décharge (centre d'enfouissement technique de classe 1). Un ventilateur d'aspiration 404 amène les fumées ainsi filtrées dans une cheminée 405, pour évacuation dans l'atmosphère.

Selon un aspect de l'invention, l'étape de traitement des fumées provenant de la chambre de post-combustion 304 comprend une régulation des flux des fumées apte à contrôler l'énergie thermique délivrée au four de pyrolyse.

Dans un exemple de réalisation pratique, les fumées FHT ne sont pas mélangées dans l'échangeur 401. On a donc une sortie correspondant à chaque source de fumée FHT, avec des vannes de régulation v7, v8, v9 des fumées en sortie de l'échangeur 401, une par arrivée de fumée. Dans l'exemple, on a ainsi la vanne v7 pour les fumées de la sortie S1 du four de pyrolyse 110, la vanne v8, pour les fumées de la sortie S2 du four de pyrolyse 110 et la vanne v9 pour les fumées en sortie de l'échangeur 303 du dispositif de gazéification 300. Ces vannes de régulation vont permettre la modulation du flux d'énergie délivré aux dispositif de pyrolyse et de cracking, en fonction des besoins déterminés par l'opérateur de l'installation en fonction des performances recherchées, par exemple, en fonction de la qualité du gaz à produire. Elles vont en outre permettre d'interrompre la réaction de pyrolyse, par fermeture des vannes correspondantes v7 et v8, et ouverture de la vanne v9 correspondant à l'échangeur : ainsi, toute la fumée FF fournie par la chambre de post-combustion est"aspirée"par l'échangeur gaz/gaz 303. Ces vannes avantageusement placées dans le flux de fumée refroidies pourront tre de fabrication courante.

Un tel agencement permet d'utiliser l'énergie thermique produite par la combustion étagée des résidus du procédé : -la gazéification à l'air (four 306) produit le sable chaud 308 nécessaire à la gazéification dans le four 301 des matières solides carbonées de pyrolyse S ; -la post-combustion 304 produit le flux chauffant FF pour la pyrolyse dans le four de pyrolyse 110, pour le craquage des goudrons dans le dispositif de craquage indirect 303, et pour le rechauffage de l'air de gazéification AIR-c et AIR-h du four 306 via le dispositif 401.

En outre, la pyrolyse préalable des déchets avant gazéification permet de réduire la taille des équipements destinés à la gazéification de façon sensible. On économise ainsi les coûts de structure et de maintenance de la structure.

L'intégration d'un traitement mécano-biologique et de compostage permet outre la valorisation du compost, de fournir au processus de gazéification, un combustible CDD de qualité quasi-constante, indépendamment de la qualité des déchets délivrés en entrée de l'installation. En particulier, on est capable de garantir des taux d'humidité et de cendres réduit en entrée de pyrolyse.

L'intégration d'une étape préalable de pyrolyse en amont de la gazéification fournit au four 301, un combustible complètement sec et de granulométrie fine. La qualité du gaz produit et les cinétiques de réaction s'en trouvent nettement améliorées. En outre, cette étape de pyrolyse contribue à réduire les coûts de structure et de maintenance, car cette teneur réduite en humidité et en cendres permet un traitement et une filtration du gaz de process beaucoup moins coûteux en terme de durée de traitement, de quantité de réactifs nécessaire et de flux à traiter, que les installations de traitement et de filtration nécessaire dans les structures de gazéification, qui traitent directement de la biomasse ou du CDD humide.

En pratique, le dispositif de traitement et de filtration du gaz de process comprend ainsi de manière classique : - une chaudière à tubes de fumée 501, dont la fonction est de refroidir le gaz de process Gp qui sort du four 301 à une température de l'ordre de 800 à 900°C, pour l'amener à une température de l'ordre de 200°C.

On prévoit un aérocondenseur 505 en parallèle, qui permet d'évacuer l'excédent de chaleur notamment dans les modes de fonctionnement dégradé de la structure, par exemple, en fin de cycle d'exploitation. La vapeur générée sert au principal à fournir la vapeur V utilisée comme fluide de transport des matières solides carbonées et éventuellement des gaz de pyrolyse. Elle est également utilisée en appoint dans le four 301, selon les besoins, par exemple via la conduite de maintenance prévue pour le nettoyage de la conduite principale de transport des matières solides carbonées et des gaz jusqu'au four 301. Les gaz de process refroidis Gpr qui ressortent de la chaudière 501 entrent dans un dispositif de dépoussiérage,

ou filtre à manche 502, qui permet d'éliminer les poussières carbonées emportées par le gaz de process. Les résidus carbonés CAR ainsi récupérés font partie des résidus Res-F amenés dans le four 306, pour tre gazéifiés à l'air.

Les gaz de process refroidis filtrés GPrf en sortie du dispositif de dépoussiérage 502 sont amenées dans un laveur à huile 503, qui a pour fonction de condenser les goudrons par aspersion d'huile (huile végétale, graisse animale, combustible liquide...) et d'achever le refroidissement des gaz de process GPrf, pour les amener à une température proche de la température ambiante (< 50°C).

Plus précisément, la circulation d'huile refroidie assure la condensation des goudrons résiduels. L'excédent d'huile H vient alimenter le flot des résidus Res-F amenés dans le four 306, pour tre gazéifiés à l'air.

Enfin, le gaz carbonique et les polluants gazeux divers POL sont extraits de ces gaz de process filtrés, lavés et refroidis, par un dispositif adapté 504. Ils sont amenés dans la chambre de post combustion 304.

On obtient le gaz épuré GE. Ce gaz est partiellement recyclé en interne, dans la chambre de post-combustion 304 (pour assurer la régulation de température), et dans le four à lit fluidisé 306 (lors des phases de démarrage). Il peut tre avantageusement valorisé en externe. A cet effet on prévoit de manière classique un lavage. à eau sous pression (laveur à éjecteurs) pour mettre le gaz résiduel épuré GE sous pression, typiquement 10 bars. Ce gaz peut tre stocké à température ambiante, typiquement dans un gazomètre sphérique métallique. Le gaz ainsi stocké peut alors tre utilisé notamment pour produire de l'électricité, par des machines thermiques, par exemple des machines mettant en oeuvre un ou plusieurs moteurs à gaz, ou une ou plusieurs turbines à gaz, ou toute autre technique connue. Le gaz épuré GE peut également tre utilisé dans une unité de synthèse de carburant liquide (liquide Fischer-Tropsh, méthanol,...).

Dans une variante, on peut prévoir un chauffage électrique du four de pyrolyse, de craquage indirect et/ou du sable. La chambre de post combustion 304 et le four 306 sont toujours utilisés pour éliminer les résidus du dispositif 500 et les cokes non gazéifiés. Ils servent également à produire des fumées correspondant aux normes de rejets imposées par la réglementation.

L'intért de chauffer le four de pyrolyse, le dispositif de craquage indirect et/ou le sable avec de l'électricité est de diminuer la quantité de combustible (coke, gaz épuré, huiles) utilisée pour le chauffage et donc d'augmenter la production de gaz par rapport au flux de déchet traité. Un autre intért est de diminuer la quantité de fumées rejetées et donc le coût des équipements du dispositif 400.

Dans le cas où l'on traite de la biomasse dans l'objectif de produire des biocarburants par synthèse Fischer-Tropsch, cette option permet de maximiser la quantité de biocarburant produite par tonne de biomasse consommée et de minimiser la quantité de fumées. Cette option est particulièrement intéressante lorsque la quantité de biomasse disponible est limitée et lorsque l'on dispose d'excédents importants d'électricité. Cette disposition permet de limiter les émissions de gaz à effet de serre de l'installation.

Ainsi, l'invention permet t-elle d'une part, en combinant la pyrolyse et la gazéification à la vapeur surchauffée, de fournir un gaz de très bonne qualité à moindre coût : fonctionnement autotherme (sauf au démarrage), recyclage des fumées, de la vapeur pour transporter le flux Fv entre l'unité de pyrolyse et celle de gazéification, élimination efficace des goudrons....

L'invention est particulièrement adaptée au traitement de la biomasse, seule ou en mélange.

Le procédé est particulièrement avantageux combiné à un traitement mécano-biologique et de compostage préalable, en permettant d'une part une valorisation intégrée poussée, et d'autre part de fournir un flux de combustible CDD sec, particulièrement dense, qui permet une gestion souple du stock CDD entre les deux phases, la phase de traitement mécano- biologique et de compostage et la phase de gazéification, et qui contribue à la très bonne qualité, en continu, du gaz épuré. Des variantes du procédé de traitement et de valorisation des déchets peuvent tre envisagées sans sortir du cadre de l'invention : caractéristiques des dispositifs de criblage ou des séparateurs balistiques, méthodes de compostage, utilisation de fours de pyrolyse ou de thermolyse, verticaux ou horizontaux, variantes de traitement et filtration des fumées, du gaz de process...