Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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Procédé et insta~l~tion pour le traitement de déchets solides par thermolyse
La présente invention concerne un procédé et une installation
pour le traitement par thermolyse de produits solides dont le rejet est
préjudiciable pour l'environnement.
On connaît déjà d'après le document EP-A-0 610 120 une
installation pour le traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable à
15 I'environnement, comportant, d'une manière générale, une zone de
déshydratation où pénètrent les produits solides, une zone de thermolyse en
aval de la zone de déshydratation, une zone de sortie et de refroidissement des
résidus solides et des moyens de pompage communiquant par une ligne
d'extraction avec la zone de thermolyse pour la maintenir en dépression et en
20, aspirer des gaz de thermolyse.
Les moyens de pompage communiquent par une ligne d'arrivée
de gaz combustibles avec une chaudière destinée à faire brûler les gaz de
thermolyse qui sont maintenus à une température supérieure à la température
de condensation des goudrons susceptibles de se former à l'état gazeux lors
:25 de la thermolyse, avant leur application comme connbustible dans la chaudière.
Les gaz de thermolyse étaient ainsi valorisés directement pour générer de
I'énergie thermlque qui était soit transformée dans l'installation, soit appliquée à
une turbine qui en effectue une conversion sous forme électrique, ou encore
utilisée à toute autre fonction, éventuellement étrangère à l'installation
La chaudière pouvait aussi utiliser du combustible (charbon)
contenu dans les résidus solides.
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Les fumées de la chaudière étaient, elles, utilisées pour chauffer
la zone de déshydratation.
Afin de pouvoir effectuer la transforrnation thermolytique en
l'absence totale d'oxygène libre, les zones de déshydratation, de thermolyse et
de refroidissement étaient constituées par des chambres isolées les unes des
autres de façon sensiblement étanche.
Les chambres de déshydratation et de thermolyse étaient munies
de moyens de chauffage, tels que des panneaux radiants catalytiques ou des
brûleurs à flamme utilisant les gaz de thermolyse et/ou des gaz combustibles
du commerce (bon marché).
Le chauffage des enceintes de ces chambr~3s était ainsi assuré,
dans le cas des brûleurs, par le rayonnement de la paroi intérieure des
chambres chauffée par les flammes des brûleurs. Le chauffage était alors
également assuré par convection des gaz dans la charge de produits à traiter,
convection assurée par détente des gaz générés dans la chambre
correspondante.
Les panneaux radiants catalytiques étaient alimentés, d'une part,
en oxygène pur ou en air et, d'autre part, en gaz de thermolyse provenant de la
décomposition thermolytique. Dans ce cas, le gaz carbonique et la vapeur
d'eau générés par l'oxydation des gaz de thermolyse dans les panneaux
radiants catalytiques pouvaient participer à la mise en température par
convection et rayonnement.
Comme mentionné ci-dessus, les fumées produites par ia
chaudière pouvaient également participer au chauffage de ces chambres.
Ainsi la température de la chambre de thermolyse était par
exemple maintenue aux alentours de 600~C, tandis que celle de la charnbre de
déshydratation, inférieure, était maintenue au-dessus de 100~C, par exemple
aux environs de 120~C.
~a solution décrite dans le document EP-A-0 610 120 donne
globalement satisfaction. Toutefois, la mise en oeuvre de brûleurs dans les
chambre de déshydratation et de thermolyse génere des points chauds
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soumeffant ces chambres à des contraintes mécaniques non négligeables. C~es
contraintes mécaniques peuvent être source de problèmes d'étanchéité, ce qui
peut s'avérer particulièrement gênant car la penétration d'oxygène au sein de lachambre de thermolyse peut provoquer une explosion en présence
d'hydrogène présent dans la chambre de thermolyse.
Ce risque d'explosion existe é~alement dans le cas de la mise en
oeuvre de panneaux radiants catalytiques, du fait que ceux-ci utilisent de
l'oxygène en tant que comburant.
Par ailleurs, le chauffage de ces chambres est consommateur
10 d'énergie externe lorsqu'il est fait appel à des gaz combustibles du commerce.
Dans le document US-A-3 525 673, il est décrit un autre procédé
de traitement de déchets organiques et l'installation correspondante. Selon ce
procédé, les déchets sont réduits en produits carbonés basiques en les
soumettant à un passage de vapeur d'eau surchauffée à pression positive
15 faible dans un circuit fermé. La vapeur récupérée après passage dans les
déchets est condensée et les gaz incondensés sont séparés de l'eau et des
composés qui y sont dissous
Ce procédé est limité au traitement de déchets organiques et gros
consommateur d'eau.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients.
A titre subsidiaire, elle a également pour objet un procédé de
traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable pour
l'environnement, qui soit autosuffisant du point de vue énergétique.
~lle propose pour ce faire un procédé de traitement de produits
25 solides dont le rejet est préjudiciable pour l'environnement, comprenant
notamment une étape de thermolyse des produits solides dans une zone de
thermolyse, selon laquelle:
- on aspire les gaz de la zone de thermolyse;
- on refroidit une partie au moins des gaz aspirés jusqu'à une
30 température inférieure à environ 80~C;
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- on sépare les produits condensés issus du refroidissement
des gaz incondensés issus de ce même refroidissement;
- on réchauffe une partie des gaz aspirés par combustion
d'une partie au moins des gaz incondensés; et
- on recycle la partie réchauffée de gaz par réintroduction
dans la zone de thermolyse.
L'invention enseigne ainsi de remplacer les brûleurs ou panneaux
radiants catalytiques par une introduction directe d'un courant de gaz chauds
comportant des gaz de thermolyse recyclés dans la zone de thermolyse.
On évite ainsi toute création de points chauds ou une éventuelle
réaction explosive entre de l'oxygène et de l'hydrogène.
Le recyclage, in situ, des gaz de thermoiyse concourt en outre à
l'autosuffisance du procédé de traitement de la présente invention.
Une telle thermolyse, effectuée par circulation forcée d'un courant
de gaz chauds, résultant de l'introduction du courant dans la zone de
thermolyse, contact direct avec la charge, puis aspiration des gaz issus de la
zone de thermolyse, s'avère particulièrement régulière, mais surtout nettement
plus rapide que les thermolyses effectuées conformément aux enseignements
du document EP-A-0 610 120.
20- De plus, un maximum de produits solides traités à l'aide du
procédé de traitement de la présente invention est transformé en énergie. En
particulier, les goudrons issus du refroidissement pourront, par exemple, etre
mélangés aux combustibles (charbon) provenant des résidus solides issus de
la zone de thermolyse et constituer un combustible qui pourra être valorisé
2~ ultérieurement.
Le refroidissement d'une partie au moins des gaz issus de la zone
de thermolyse perrnet, par ailleurs, un valorisation aisée des produits de la
therrnolyse. En effet, la transformation d'une partie des gaz issus de la zone de
thermolyse en produits condensés permet de réduire au minimum le volume
30 des moyens de stockage de ces produits (goudrons ~. Par ailleurs, les gaz
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incondensés sont avantageusement réutilisés pour chauffer le courant de gaz
destiné à être introduit dans la zone de thermolyse.
Enfin, ce refroidissement permet de préserver l'installation de
traitement et en particulier les moyens de pompage.
Afin d'augmenter encore l'efficacité du transfert thermique de cette
thermolyse, de manière relativement slmple, on injecte avantageusement la
partie réchauffée de gaz à proximité immédiate d'une charge statique de
produits solides à traiter.
Suivant un mode de réalisation préféré, la partie des gaz destinée
10 à être réchauffée est constitué par une deuxième partie des gaz incondensés
issus du refroidissement
Ainsi, une fraction de gaz incondensés de thermolyse est brûlée
et sert à réchauffer une deuxième partie de gaz incondensés qui sont recyclés
et renvoyés dans la zone de thermolyse pour s'enrichir en gaz de thermolyse et
15 notamment en hydrogène et en hydrocarbures (méthane, éthane, éthylène ).
Suivant un autre mode de réalisation, on refroidit une première
fraction des gaz aspirés jusqu'à environ 60~C - 80~C et une deuxième fraction
des gaz aspirés jusqu'à environ 230~C - 330~C, on brale au moins une partie
des gaz incondensés issus de ladite première fraction, on réchauffe les gaz
20 incondensés issus de ladite deuxième fraction au moyen des gaz issus de cettecombustion, la deuxième fraction réchauffée de gaz constituant ladite partie
réchauffée de gaz, et on récupère les produits condenses issus du
refroidissement desdites première et deuxième fractions.
Suivant ce mode de réalisation, on maintient la fraction de gaz
25 destinée à être réchauffée et remise en circulation dans la zone de thermolyse
en tant que courant de gaz chauds à une température plus élevée que la
fraction destinée à être brûlée. Cette fraction à réchauffer nécessitera donc unchauffage moindre avant ,~i"L,uduction dans la zone de thermolyse.
Dans ce cas, on effectue une déshydratation des produits solides
30 avant thermolyse, dans la zone de thermolyse et au moyen d'une partie des
gaz issus de la combustion.
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Dans ce cas également, la combustion est réalisée dans une
chaudière équipée de brûleurs à fibres.
De tels brûleurs sont aptes à brûler des gaz relativement pauvres,
et en particulier les gaz de thermolyse issus d'une zone de thermolyse de
déchets constituant les produits solides à traiter. De plus, ce procédé de
combustion maintient un taux faible de NOX dans les fumées.
Pour y lancer le processus de traitement, on pourra brûler du gaz
liquéfié, tel que du propane, dans la chaudière. Si nécessaire, pour assurer unecombustion correcte, une certaine proportion de gaz liquéfié pourra également
10 être ajoutée aux gaz de thermolyse destinés à être brûlés.
A~ln de ne pas être dépendant de la composition des gaz de
thermolyse ou encore de leur production, on comprime ceux-ci et les stocke
dans un réservoir, avant combustion.
Selon un mode de réalisation préféré, on fait passer les gaz
15 aspirés dans un echangeur de chaleur, en tant que fluide chaud, puis on fait
passer ces gaz dans un train de fractionnement pour obtenir des fractions
séparées contenant, respectivement, des hydrocarbures lourds, des
hydrocarbures légers, de l'eau et des gaz incondensés à faible température;
on réinjecte une partie des gaz incondensés à faible température dans
20 I'échangeur de chaleur, en tant que fluide f~oid, pour en élever la température
avant de les réchauffer par combustion d'une autre partie de ces gaz
incondensés à faible température.
Dans le cas de ce mode de réalisation préféré, la chaudière est
équipée de brûleurs multi-combustibles (gaz et liquides) pour pouvoir brûler les25 gaz incondensés mais également les hydrocarbures légers, les composés
organiques dissous dans l'eau et qui en seraient séparés, du fuel ou encore du
propane.
En outre, la déshydratation et la thermolyse y sont effectuées
simultanément.
Pour effectuer le lancement du processus, on chauffe dan~ ce cas
un gaz inerte (azote ...) ou des gaz incondensés préalablement stockés par
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combustion d'un des combustibles qui viennent juste d'être mentionnés et dont
certalns proviendraient alors d'un traitement antérieur.
Pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, il est
5 également proposé une installation pour le traitement de produits solides dontle rejet est préjudiciable à l'environnement, comportant une zone de thermolyse
de produits solides par contact direct avec des gaz chauds; une ligne
d'introduction d'un courant de gaz chauds dans la zone de thermolyse, une
ligne d'extraction des gaz de la zone de thermolyse; des moyens adaptés à
10 refroidir une partie au moins des gaz extraits de la zone de thermolyse jusqu'à
une température inférieure à environ 80~C et à séparer les produits condensés
issus du refroidissement des gaz incondensés issus de ce même
refroidissement, disposés sur la ligne d'extraction; caractérisée en ce qu'elle
comporte des moyens de pompage (pompe, surpresseur, ventilateur, ...)
15 communiquant par la ligne d'extraction avec la zone de thermolyse pour en
aspirer les gaz; une chaudière apte à brûler une partie au moins des gaz
incondensés et communiquant par une ligne d'arrivée avec les moyens de
refroidissement et de séparation; une ligne de recyclage d'une partie des gaz
extraits de la zone de thermolyse, cette ligne de recyclage étant raccordée
20 fluidiquement à la ligne d'extraction et à la ligne d'introduction et passant par la
chaudière pour réchauffer les gaz circulant dans cette ligne de recyclage.
L'installation peut notamment comporter en outre une ligne
d'arrivée de gaz liquéfié dans la chaudière, tel que du propane, ce qui permet
de maintenir un melange à PCI acceptable sur le plan des performances de la
25 combustion et d'assurer la phase de démarrage de l'installation.
D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente
invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non
Iimitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est un schéma de principe d'une installation conforrne
30 à un mode de réalisation de la présente invention,
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- la figure 2 est un schéma d'un autre mode de réalisation de cette
installation, et
- la figure 3 est un schérna d'un mode de réalisation préféré de
cette installation.
L'installation de la figure 1 comporte un sas 1 où pénètrent les
produits solides, puis une zone de thermolyse 2 dans laquelle les produits
solides sont d'abord partiellement ou totalement déshydratés, puis portés à leurtempérature de décomposition thermique (connue et fixée à l'avance) par
exemple aux environs de 6û0~C.
De manière préférée, cette zone de thermolyse est suivie d'une
zone de refroidissement 3 où les résidus solides du traitement thermique sont
amenés à la température ambiante, par exemple par aspersion d'eau.
La transformation thermolytique est avantageusement effectuée
en l'absence totale d'oxygène libre.
De manière préférée, comme cela est d'ailleurs également
enseigné dans le document précité, les zones 1, 2 et 3 sont des chambres
isolées les unes des autres de façon sensiblement étanche, par exemple par
des portes guillotine (non représentées) actionnées par des vérins; la porte
entre les chambres 1 et 2 et la porte entre les chambres 2 et 3 étant mobiles
20 transversalement dans des logements étanches ~registres). En outre, des
portes étanches sont prévues à l'entrée de la chambre 1 et à la sor~ie de la
chambre 3, grâce à quoi le sas 1 et la zone de refroidissement 3 sont, à
volonté, isolés vis à vis de l'extérieur eVou de la zone de thermolyse 2; elles
peuvent etre mobiles verticalement ou horizontalement ou encore autour d'une
25 articulation selon les dimensions de l'installation, I'espace disponible et le libre
choix du concepteur.
On appréciera que l'étanchéité assurée par les portes d'entrée et
de sortie se fait entre l'extérieur et des zones 1 et 3 de températures modérées,
très inférieures à celle de la chambre 2.
L'introduction des produits et l'extraction des résidus sont ainsi
réalisés, pour éviter l'entrée d'air dans la chambre 2, par des sas qui isolent
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alternativement, selon les besoins, le sas 1 de la chambre de thermolyse 2
quand on introduit les produits dans le sas 1 et la chambre de thermolyse 2 de
la chambre de refroidissement 3 quand on extrait les résidus de cette troisième
chambre.
La chambre de thermolyse 2 est calorifugée pour limiter les
déperditions calorifiques.
La chambre 2 est maintenue à une pression constante qui peut
être fixée entre 200 mbars et 1,2 bar. De préférence, la même pression de
consigne est choisie dans les chambres 1, 2 et 3.
Cette pression est maintenue par exemple par des moyens de
pompage 10 communiquant avec la chambre 2 par une ligne d'extraction 11.
Par souci de clarté, les moyens de pompage de la zone de refroidissement et
du sas n'ont pas été représentés sur la hgure 1.
Un cyclone 12, disposé sur la ligne d'extraction 11, alimenté en
eau par une arrivée 13 opère une division des gaz de la chambre de
thermolyse 2 en une fraction contenant de l'eau et des goudrons récupérés
dans un bac à brai 14 et une fraction de gaz incondensés. Cette dernière
fraction de gaz incondensés est refroidie dans un refroidisseur constitué par unéchangeur 15 à tubes dans lequel circule un réfrigérant, disposé en aval du
cyclone 12 sur la ligne d'extraction 1 1 .
Les gaz de thermolyse extraits de la chambre 2 passent ainsi
d'une température d'environ 500~C en sortie de la chambre 2 à une
température voisine de 80~C dans le cyclone 12, puis à une température
d'environ 60~C en sortie de l'échangeur 15.
De la sorte, on sépare en particulier les vapeurs d'eau des gaz de
thermolyse, qui comme cela sera décrit ci-après, sont au moins en partie
destinés à être brûlés dans une chaudière 16. Mais ce refroidissement a
également pour avantage de préserver les moyens de pompage mécaniques
classiques 10 qui s'useraient de manière excessive si les gaz qu'ils pompaient
avaient une température supérieure à 80~C environ.
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Selon ce mode de réalisation, une première partie de la fractlon
de gaz incondensés est brûlée dans la chaudière 16, tandis qu'une deuxième
partie de cette fraction de gaz incondensés est réchauffée au moyen des gaz
issus de la combustion de ladite première partie au sein de la chaudière 16,
cette deuxième partie réchauffée de gaz incondensés étant remise en
circulation dans la chambre de thermolyse 2.
Plus précisément, selon une première dérivation, ladite première
partie de la fraction de gaz incondensés est amenée à la chaudière 16 par une
ligne d'arrivée de gaz incondensés de thermolyse 17 communiquant avec les
10 premiers moyens de pompage 10 via une vanne 18.
Une seconde dérivation de gaz de thermolyse est constituée par
une ligne de recyclage 19 communiquant avec la ligne d'extraction 11 entre
l'échangeur à tubes 15 et les moyens de pompage 10. Cette ligne de recyclage
19 est raccordée à la ligne d'extraction 11 par une vanne de répartition 20, à
15 I'une de ses extrémités, et à un serpentin 21 monté dans la cheminée 16, à son
autre extrémité. Des seconds moyens de pompage 22 sont également
disposés sur cette ligne de recyclage 19, entre la vanne de répartition 20 et leserpentin 21,ici à proximité de ce dernier.
La sortie du serpentin 21 communique avec une ligne
20 d'introduction 23 de gaz chauds dans la chambre 2. En l'espèce, cette ligne
d'introduction 23 permet une in~ection directe du courant de gaz chauds
réchauffés dans la chaudière 16, à proximité immédiate de la charge de
produits solides à traiter, au moyen d'une hotte 24 recouvrant le ou les chariots
25 se trouvant dans la chambre 2 au moment de l'étape de thermolyse. On
25 notera que ces chariots sont, de manière classique, déplacés au sein des
chambres 1, 2 et 3 par un système mécanique du genre pignon et crémaillère
par exemple, ou encore du genre entraînement ~lectromagnétique. Ces
chariots sont d'ailleurs également conçus pour que les résidus solides - verre,
gravats, métaux, par exemple - restent dans les chariots 25 tout en étant
30 enlevés facilement à la sortie de la chambre de refroidissement 3.
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En outre, la iigne d'introduction 23 permet également d'introduire
des gaz issus de la combustion dans la chaudière 16, ou fumées, dans la
chambre 2 pour effectuer une déshydratation de la charge de produits solides à
traiter, préalablement à la thermolyse. Pour ce faire, il est prévu une ligne de5 déshydratation, repérée 26, et communiquant, d'une part, avec une ligne de
sortie 27 de fumées ou gaz issus de combustion de la chaudière 16, au travers
d'une vanne de régulation 28 et, d'autre part, avec la ligne d'introduction 23 via
une vanne de raccordement 29.
Les fumées sortant de la chaudière et qui ne sont pas utilisées,
10 sont envoyées via un ventilateur 30 dans un laveur 31 servant à épurer ces
fumées avant leur sortie dans l'atmosphère. Pour faciliter l'évacuation des
fumées épurées dans l'atmosphère, il est prévu un second ventilateur 32 en
sortie du laveur 31.
Comme on le voit sur cette figure 1, il est encore prévu une ligne
15 d'évacuation 33 des fumées extraites de la chambre 2 lors de la
déshydratation, raccordée par l'une de ses extrémités à la vanne 18 et à son
autre extrémité au laveur 31.
Pour effectuer la combustion, la chaudière 16 est équipée de
brûleurs 34 du type à fibres, c'est à dire comportant un treillis de fibres. Ce type
20 de brûleur est particulièrement intéressant car il permet de brûler des gaz
relativement pauvres du point de vue énergétique. Un exemple de tel brûleur
est celui du type "BEKITHERM AC" commercialisé par la Société ACOTECH.
Toutefois, pour le cas où le pouvoir calorifique inférieur (PCI) des
gaz de thermolyse s'avéreraient trop faible pour permettre une combustion
25 correcte, il est prévu une ligne d'arrivée 35 de gaz liquéfié, par exemple dupropane, raccordée à la ligne d'arrivée 17 de gaz de thermolyse via une vanne
d'arrivée 36.
Afin que la combustion dans la chaudière 16 ne dépende pas de
la richesse momentanée des gaz de thermolyse provenant de la chambre 2 ou
30 de la production de ces gaz à un PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) acceptable
sur le plan des performances de la combustion, un réservoir 37 de stockage de
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gaz de thermolyse est branché sur la ligne d'arrivée 17 entre la vanne 18 et la
vanne d'arrivée 36, via une vanne de branchement 38. Des moyens de
compression (non représentés) sont également prévus pour comprimer les gaz
avant leur stockage dans le réservoir 37.
Les ga~ issus de la combustion ayant une température d'environ
800~C, alors que la déshydratation est effectuée à une température comprise
entre 100~C et 150~C, de préférence aux environs de 120~C, une ligne 39
équipée d'un échangeur de chaleur pour produire de la vapeur d'eau ou
chauffer de la vapeur d'eau est reliée à la ligne d'introduction 23. L'énergie
10 thermique ainsi récupérée peut être appliquée in situ à une turbine (non
représentée) qui en effectue une conversion sous forme électrique, pour, par
exemple, alimenter les moyens de pompage 10 et 22 et les ventilateurs 30 et
32, ou servir à toute autre fonction, éventuellement étrangère à l'installation. Une ligne d'oxygène comburant 40 est raccordée à la ligne
15 d'arrivée 17 en aval de la ligne d'arrivée de gaz liquéfié 35, via une vanne de
raccordement 41. Ceffe ligne peut véhiculer de l'oxygène pur ou plus
simplement de l'air.
L'homme du métier saura choisir les vannes appropriées pour une
mise en oeuvre aux emplacements respectifs de l'installation décrite à l'appui
20 de la figure 1.
~n notera encore que des moyens de contrôle de pression et de
température, non représentés, sont montés sur les différentes chambres 1, 2 et
3, ainsi que sur la chaudière 16. En outre, des moyens de régulation du débit
de gaz par bruleur en entrée de chaudière 16, également non représentés sur
25 la figure 1, sont prévus en entrée de cette chaudière 16. L'homme du métier
saura choisir et meffre en oeuvre ces moyens de contrôle et de régulation ainsi
que des moyens de surveillance de la quantité d'oxygène présent dans la
chaudière 16 ou de la quantité d'hydrogène au sein de l'installation.
La vanne repérée 42 sur la ligne d'introduction 23 permet
30 I'isolement et la régulation du flux de gaz venant des lignes 26 et 19.
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Les résidus solides sortant de ia zone de refroidissement 3 sont
traités par voie humide afin de séparer les fines minérales du charbon. Le
charbon peut être mélangé aux goudrons récupérés par décantation dans le
bac à brai 14 pour réaliser un mélange combustible. Ce mélange combustible
5 pourra être, par exemple, brûlé dans la chaudière 16 ou hors de l'installation,
notamment pour produire de l'énergie électrique.
L'installation de traitement de la présente invention, telle que
représentée schématiquement sur la figure 1, fonctionne comme suit:
Des produits solides (ordures ménagères notamment) sont
10 amenés au travers du sas 1 dans la chambre 2.
La chaudière 16 est mise en marche par combustion de gaz
liquéfié seul, ou, si des gaz de thermolyse sont présents dans le réservoir 37,
par combustion de ces derniers, voire par un mélange de ces derniers avec du
gaz liquéfié, afin de produire des gaz de combustion ou fumées. Ces fumées
15 sont envoyées par la ligne de déshydratation (via la ligne d'introduction 23)dans une chambre 2 pour réaliser la déshydl~ldLion des produits solides, en
ayant été refroidis au niveau de la ligne 39.
Les fumées chargées de vapeur d'eau et, le cas échéant, d'autres
gaz produits par le chauffage correspondant, sont aspirés au travers de la ligne20 ~ d'extraction 11, le cyclone 12 (condensation de la vapeur d'eau
essentiellement) et l'échangeur à tubes 15, par les moyens de pompage 10,
puis envoyés, au moins en partie, par la ligne d'évacuation 33 dans le laveur 31et, enfin, dans l'atmosphère.
Dans une seconde étape du traitement conforme à la présente
25 invention, appliquée à l'installation représentée sur la figure 1, un courant de
gaz chauds (entre 300 et 900~C) est introduit dans la chambre 2 pour effectuer
une thermolyse des produits solides qui viennent d'être déshydratés, cette
thermolyse ayant lieu entre 250~C et 750~C environ.
Les gaz chauds introduits dans la chambre 2 s'enrichissent, au
30 contact de la charge de produits solides à traiter, d'hydrogène, d'hydrocarbures
(méthane, éthane, éthylène), ce qui augmente le PCI de ces gaz (en pratique,
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on passe de 4 000 kJ/kg à 18 000 - 1g 000 ki/kg), mais également d'autres
gaz, notamment du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone ...
Ces gaz sont récupérés à une température d'environ 500~C sur la
ligne d'extraction 11, puis passent dans le cyclone 12 et l'échangeur à tubes 155 où sont effectués les séparations susmentionnées, sous aspiration des moyens
de pompage 10
Une partie des gaz de thermolyse incondensés sortant de
l'échangeur 15 est envoyée dans le réservoir 37 ou directement dans la
chaudière 16, pour combustion, tandis qu'une seconde partie est envoyée dans
10 la ligne de recyclage 19 où, après accélération à l'aide des moyens de
pompage 22, cette seconde partie des gaz est réchauffée par passage dans le
serpentin 21, puis introduite par la ligne de réintroduction 23 dans la chambre
2.
A cet égard, on notera que si les gaz chauds destinés à être
15 introduits dans la chambre 2 ont une température supérieure à 650~C environ,
on pourra, comme lors de la déshydratation, faire opérer la ligne d'échange de
chaleur 39 pour en abaisser la température.
En outre, au début de l'étape de thermolyse, pour le recyclage, on
pourra utiliser une partie des fumées extraites de la chambre 2 lors de la
20 déshydratation ou des fumée de combustion de gaz de thermolyse stockés
dans le réservoir 37, envoyées par la ligne de déshydratation 26 dans la ligne
d'introduction 23 et refroidis jusqu'à la température requise. Il est à noter ici que
dans d'autres modes de réalisation, on pourra également utiliser, pour ce
recyclage, des gaz de thermolyse issus du réservoir 37, en prévoyant un
25 branchement approprié sur la ligne de recyclage 19.
On observera que cette installation permet une augmentation du
PCI et de la richesse des gaz à chaque passage au travers de la charge.
Les résidus solides, goudrons et fumées sont, lors de ce
processus, traités comme mentionné supra.
.
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La figure 2 représente un autre mode de réalisation où les
éléments similaires à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes repères
numériques.
Les principales différences de cette installation par rapport à celle
de la figure 1 découlent tout d'abord du choix d'une déshydratation dans une
chambre 1 séparée de la chambre de thermolyse 2 et alimentée en gaz de
combustion (fumées) de la chaudière 16 par une ligne de déshydratation 26
indépendante de la ligne d'introduction 23 et raccordée à la ligne 27 par une
vanne repérée 58. Cette dernière ligne 23 comporte toutefois une arrivée 50 de
gaz de combustion qui peuvent etre mélangés dans une certaine proportion
aux gaz de thermolyse destinés à etre recyclés par la ligne de recyclage 19, à
l'emplacement de la vanne repérée 59.
Ensuite, cette installation comporte des moyens de
refroidissement et de séparation ou division disposés de manière spécifique.
En l'espèce, ces moyens comportent un cyclone 12 qui refroidit les gaz issus
de la chambre de thermolyse 2 jusqu'à une temperature comprise entre environ
230~C et environ 330~C. Une partie de ces gaz est utilisée dans la ligne de
recyclage 19 (embranchement à l'emplacement de la vanne 20'), tandis qu'une
autre partie des gaz, destinée à etre brûlée dans la chaudière 16, est envoyee
par une ligne de refroidissement 51 dans l'échangeur à tubes 15 pour être
refroidie jusqu'à environ 60~C - 80~C.
On notera encore que les moyens de pompage 22 constitués par
une pompe à vide dans le cas de l'installation de la figure 1, ont été remplacéspar un ventilateur.
En sortie de l'échangeur à tubes 15, les hydrocarbures liquides
(goudrons) et l'eau sont envoyés dans le bac à brai 14 par la ligne de sortie 52.
Une ligne de récupération 60 des gaz incondensés communiquant avec
I'échangeur 15 et les moyens de pompage 10 est également prévue. Il n'est
pas mis en oeuvre de ventilateur en sortie du laveur 31 et sur la ligne de sortie
des fumées 27. Le brai solide formé dans ie cyclone 12 est également envoyé
dans le bac à brai 14.
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Par ailleurs, la ligne de recyciage 19 est également alimentée, par
une ligne repérée 53, en gaz appauvris et refroidis sortant des moyens de
pompage 10 cornmuniquant avec l'échangeur à tubes 15.
Les gaz de cette ligne 53 ont une température d'environ 50~C et
5 son mélangés aux gaz de la ligne de recyclage en aval du ventilateur 22, ce qui
permet la récupération de gaz à une température de l'ordre de 230~C.
De plus, une partie des gaz circulant dans la ligne de recyclage
19, avant mélange avec ces gaz appauvris et refroidis, est envoyée dans
l'échangeur à tubes 15 par une ligne repérée 54 à l'emplacement de la vanne
10 repérée 63. Ces gaz ont, en pratique, une température d'environ 150~C dans
cette ligne et arrivent à une température d'environ 1 20~C en entrée de
l'échangeur à tubes 15. Cela permet d'écouler le trop plein de gaz de
thermolyse à condenser partiellement.
On produit ici de la vapeur d'eau, ou on réchauffe celle-ci, pour
15 une valorisation ulKrieure, non seulement sur la ligne de déshydratation 26,
mais également sur la ligne ~4 (cf. Iignes repérées 39 et 39' sur la figure 2) et
en sortie de la chaudière 16 au moyen des fumées envoyées dans le laveur 31,
au travers d'un échangeur de chaleur 55.
Enfin, les fumées du circuit de déshydratation passent, avant de
20 pénétrer dans le laveur 31, par un laveur secondaire 31' et des moyens de
pompage 10' maintenant la pression souhaitée dans la chambre de
déshydratation 1, disposés sur la ligne de fumées de déshydratation 56. On
évite ainsi d'endommager les moyens de pompage ~ 0' et on récupère
notamment les hydrocarbures liquides (goudrons) valorisables en sortie du
25 laveur 31' (flèche 57)
Grâce à ces dispositions, une partie au moins des gaz destinés à
être recyclés sont maintenus à une température d'environ 230~C à environ
330~C, moyennant un circuit légèrement plus complexe.
Pour le reste, le fonctionnement de cette installation est
30 sensiblement similaire à celui décrit à l'appui de la figure 1.
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La figure 3 représente un mode de réalisation préféré où les
éléments similaires à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes repères
numérlques.
Les principales différences de cette installation par rapport à celle
de la figure 1 sont les suivantes:
La ligne d'introduction 23 communique par des moyens de
raccordement fluidique 70, directement avec l'intérieur de chacun des chariots
25.
Chacun des chariots 25 est, quant à lui, équipé d'un fond percé
adapté à porter la charge de produits à traiter et à transmettre les gaz chauds à
cette charge.
Les moyens de raccordement fluidique 70 peuvent, par exemple,
être constitués par un dispositif télescopique amenant un soumet monté sur
une extrémité d'un tuyau à une zone de raccordement prévue au niveau du
fond du chariot 25.
Le chariot 25 pourra, par exemple, porter une grille de réception
des produits solides à traiter ou un bac avec des buses débouchant, de
manière régulièrement répartie, du fond du bac et raccordées fluidiquement par
un système tubulaire à la zone de raccordement.
Ainsi, les gaz chauds peuvent être injecKs directement dans la
charge de déchets à traiter, ce qui permet de réduire en particulier le risque
d'imbrûlés, grâce à un contact intime des gaz chauds avec la charge de
déchets à traiter, sans passage préférentiel.
Des portes guillotine d'isolation des chambres, les unes des
autres, ont été représentées sur cette figure 3 et portent les repères
numériques 71.
Pour obtenir des zones les plus inertes possible au niveau de ces
portes 71, de la vapeur y est amenée par le circuit 72.
Par ailleurs, il est prévu une zone de vidange 4 des chariots 25,
après la zone de refroidissement 3. Les résidus sont déversés dans une
piscine 73 d'où ils sont ensuite extraits, puis triés.
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Lors de l'étape de thermolyse, les gaz présents dans la chambre
2 sont aspirés par la ligne d'extraction 11 à une température, qui est dans le
cas de ce mode de réalisation préférée, d'environ 330~C.
On leur fait alors traverser un échangeur de chaleur à tubes 75,
5 en tant que fluide chaud.
Ils en ressortent à une température de l'ordre de 200~C et sont
alors amenés, par la ligne de recyclage 19, dans diverses unités d'un train de
fractionnement.
Tout d'abord, les gaz sont mis en circulation dans un circuit de
10 refroidissement destiné à en séparer les hydrocarbures lourds. Ce circuit
comporte un moyen de refroidissement par contact 76, appelé quench à l'huile
par l'homme du métier, une pompe 77 et un échangeur de chaleur 78.
La ligne de recyclage 19 débouche dans le refroidisseur 76 par le
bas de celui-ci.
La pompe 77 et l'échangeur de chaleur 78 sont placés sur une
dérivation 19' de la ligne de recyclage 19 qui sort par le bas du refroidisseur 76
et revient dans ce refroidisseur 76 par le haut. Une ligne de soutirage 79 des
hydrocarbures lourds est branchée sur cette dérivation 19', entre la pompe 77
et l'échangeur 78 Le fluide froid de l'échangeur 78 est de l'eau amenée par la
20 ligne 80. Cette eau est transformee en vapeur qui ressort par la ligne 81,
raccordée à une unité de valorisation de la vapeur (non représentée).
Ainsi, les gaz pénétrant dans le refroidisseur 76 sont refroidis par
aspersion d'hydrocarbures lourds qui ont été préalablement récupérés au fond
du refroidisseur 76, aspirés par la pornpe 77, refroidis dans l'échangeur de
25 chaleur 78 iusqu'à une température d'environ 120-130~C et réinjectés dans le
refroidisseur 76 par le haut de celui-ci. On forme ainsi continuellement des
hydrocarbures lourds qui sont, en partie, soutirés par la ligne 79 et en partie,remis en circulation dans le refroidisseur 76. Les gaz incondensés sortent du
refroidisseur 76 à une température d'environ 1 50~C et sont amenés par la ligne
30 de recyclage 19 dans un condenseur 82 destiné à les refroidir iusqu'à une
température d'environ 45~C.
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Ce condenseur 82 est alimenté par un réfrigérant circulant dans
un circuit de refroidissement comportant une pompe 83 et un ventilateur 84.
Il pourra être remplacé, dans d'autres modes de réalisation, par
un quench à l'eau.
Les produits condensés s'accumulent au bas du condenseur 82l
sont extrait de celui-ci et introduits dans un séparateur 85 (du type décanteur
lamellaire), pour séparer les hydrocarbures légers de l'eau et des composés
organiques qui y sont dissous.
Les hydrocarbures légers sont extraits par la ligne 86 tandis que
la phase aqueuse est introduite par la ligne 87 dans un autre séparateur 88, telqu'une unité de distillation, pour séparer l'eau des composés organiques qui y
sont dissous.
L'eau sortant du séparateur 88 est amenée par une ligne 89 vers
une installation de traitement des eaux, tandis que les composés organiques
solubles sortant de ce séparateur 88, par une ligne 90, peuvent être amenés, à
partir de ceffe ligne 90, vers la chaudière 16, pour y être brûlés.
D'une manière similaire, les hydrocarbures légers peuvent
également être amenés, à partir de la ligne 86, vers cette même chaudière 16.
Les gaz incondensés sortant du condenseur 82 à une
température d'environ 4~~C sont, quant à eux, amenés par la ligne de
recyclage 19 dans un dispositif de pulvérisation d'eau 91, également appelé
quench à l'eau par l'homme du métier. Ce dispositif g1 est destiné à laver les
gaz incondensés pour les débarrasser notamment des acides, tel que l'acide
chlorhydrique.
Pour ce faire, de l'eau est mise en circulation dans le dispositif 91,
par l'intermediaire d'un circuit 92 incorporant une pompe 93. Ce circuit 92
comporte une dérivation 94 permettant d'amener les eaux usées vers une
installation de traitement des eaux, par exemple celle mentionnée supra.
Les gaz incondensés sortant du dispositif 91 à une température
de l'ordre de 4~i~C, sont, pour une première partie, réinjectés dans l'échangeur
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de chaleur 75, par l'inie,-~édiaire d'un surpresseur 9~ qui é1ève leur
température jusqu'à envlron 100~C.
Ceffe partie de gaz traverse l'échangeur de chaleur 75, en tant
clue fluide froid, et en ressort à une température de l'ordre de 300~C, pour
5 ensuite passer par un serpentin 21 dans lequel les gaz de cette partie de gaz
incondens~s sont réchauffés jusqu'à une température de l'ordre de 650~C par
des ~az de combustion de la chaudière 16.
En sortie du serpentin 21, les gaz réchauffés pénètrent dans la
ligne d'introduction 23.
Une autre partie des gaz incondensés est amenée, par
l'intermédiaire de la ligne d'arrivée 17, à la chaudière 16, dans laquelle ils sont
brûlés pour réchauffer la partie de gaz traversant le serpentin 21. La mise en
circulation des gaz sur cette ligne 17 est assurée par un ventilateur 96.
Une troisième partie de ces gaz incondensés à faible température
15 (environ 45~C) est injectée, par l'intermédiaire d'une ligne d'injection 97, sur
laquelle est branché un surpresseur 98, dans la zone de refroidissement 3.
Les gaz chauds récupérés de cette zone de refroidissement 3
sont également récupérés sur la ligne d'extraction 11.
Par ailleurs, les gaz chauds présents dans la zone de vidange 4
20 sont, eux aussi, récupérés et introduits dans le refroidisseur 76, par le bas de
celui-ci, par l'intermédiaire d'une ligne de récupération 99.
Pour ce qui concerne la chaudière 16, on observera que les gaz
de combustion ou fumées produits par celle-ci sont amenés par une ligne 100 à
un échangeur de chaleur gaz / gaz 101 destiné à réchauffer l'air comburant
25 utilisé par la chaudière 16 et arrivant par la ligne 102 pénétrant dans
l'échangeur de chaleur 101.
Enfin, du gaz naturel ou tout autre combustible (fuel ...)
permettant le démarrage de la chaudière arrive dans celle-ci par l'intermédiairede la ligne 103.
Pour bruler l'ensemble des produits susmentionnés, la chambre
16 est, ici, équipée de brûleurs multi-combustibles.
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Dans cette installation, la déshydratation et la thermolyse sont
effectuées simultanément et on lance le processus de traitement par chauffage
d'un gaz inerte (azote ...) ou de gaz incondensés préalablement stockés.
Bien entendu, cette installation pourra à cet égard être équipée de
5 moyens de stockage de gaz incondensés.
Les moyens de contrôle de pression, de température et autres
vannes de régulation n'ont, pour leur part, pas été représentés sur la figure 3.Un circuit d'évacuation des fumées similaire à celui de la figure 1
peut d'ailleurs également être prévu pour l'installation de cette figure 3.
Par ailleurs, les gaz s'échappant de la chambre 2 vers le sas 1 à
l'ouverture de la porte 71, peuvent également etre récupérés et introduits dans
la ligne 99.
Grâce à de telles dispositions, on préserve l'installation des
risques de cokage provenant de la condensation des goudrons, des risques de
15 bouchage par des poussières et des risques de corrosion par gaz acides.
Une telle inst~ tion est en outre particulièrement efficace du
point de vue du rendement énergétique et peu polluante.
ll va de soi que la description qui précède n'a été proposée qu'à
titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être
20 proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention.
Ainsi, nolal "n -ent, le cyclone 12 et l'échangeur à tubes 15
pourront être remplacés par un cyclolaveur, c'est à dire un laveur, fonctionnantpar aspersion d'eau, adapté à remplir les fonctions assignées au cyclone et à
l'échangeur à tubes dans le cadre de l'invention et notamment à abaisser la
25 température de la fraction de gaz incondensés à environ 60~C - 80~C.
Le serpentin 21 peut être remplacé par tout moyen equivalent
d'échange de chaleur gaz/gaz.
Le charbon extrait des résidus solides et les goudrons pourront,
quant à eux, être valorisés séparément.
