CH684484A5 - Procédé de fabrication d'un matériau combustible solide à partir de déchets solides urbains et/ou de déchets industriels assimilables à des déchets urbains et/ou agricoles. - Google Patents

Description

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Description

La présente invention concerne un procédé de production de matériaux combustibles solides à partir de déchets solides urbains et/ou de déchets industriels solide, assimilables à des déchets urbains et/ou agricoles.

Actuellement, avec l'augmentation de la population se pose de manière croissante le problème de l'élimination de toutes sortes de déchets de production dans les mines et l'industrie, et également de déchets solides urbains (DSU) et de déchets industriels solides assimilables à des déchets urbains (DISADU). Les déchets solides urbains (DSU) sont estimés au minimum à 1 kg par personne et par jour. Dans le cas de l'Espagne, cette quantité représente 14 x 106 tonnes par an.

Le manque de décharges à ordures et les problèmes que celles-ci posent, tout autant que le manque de combustibles, sont deux problèmes qui se posent actuellement. Dans le but de trouver une solution acceptable à ces problèmes, de nombreux procédés de retraitement des déchets urbains solides (DSU) et des déchets industriels solides assimilables à des déchets urbains ont été proposés dans l'art antérieur.

De nombreux brevets décrivent la pyrolyse de résidus organiques et de mélanges de produits carbonisés, par exemple le brevet français 2 376 894 daté du 8.9.78 ou la demande 2 369 505-7806.0. Le brûlage de matériaux organiques sur un lit fluidi-sé a été breveté par NIPPON STEEL CORP. sous le brevet japonais JP 53 049 001 daté du 4.5.78. Les produits de combustion sont polymérisés et py-rolysés en ajoutant d'autres combustibles, avec un brûleur auxiliaire.

Dans certains cas on ajoute de la pierre à chaux pour désulfurer et éliminer les scories, comme dans le brevet US 4 078 911 daté du 14.3.78 et dans la demande US 410 386 datée du 20.9.89. Selon ces brevets, un séchage est effectué entre 240° et 700°F avant la pyrolyse. Son utilisation n'est pas citée, lorsque le procédé est destiné à la fabrication de compost, comme dans ia demande US 356 224 du 24.5.89.

L'utilisation de vapeur d'eau sous pression pour récupérer la chaleur latente ainsi que pour sécher les résidus, sans utiliser de combustibles supplémentaires, à des températures super-critiques et des pressions sub-critiques est envisagée dans la demande de brevet US 294 424 du 9.1.89. Il n'y a pas lieu de considérer les procédés d'incinération enseignés par les demandes de brevet US 176 782 du 1.4.88, la demande US 180 879 du 13.4.88 ou la demande US 293546 du 3.1.89.

Certains procédés, tels celui du brevet US 399 295, utilisent un pré-séchage, qui réduit l'humidité à 8-10%, par compression et briquetage, en tant que caractéristiques originales,

La fusion de la cendre obtenue est revendiquée dans le brevet US 132 058 du 2.3.80, qui utilise la combustion à haute température sur un lit filtrant que la cendre traverse.

L'utilisation d'une réduction de la pression atmosphérique permet un afflux positif d'air et évite des problèmes pour le personnel. L'utilisation de pierre à chaux comme purificateur des gaz à la sortie est utilisée dans le brevet PE 2 846 032 daté du 30.4.80.

Dans le brevet italien 105 230 du 28.10.80, des déchets urbains sont pulvérisés et séchés à un degré prédéterminé pour éviter la formation de moisissures et d'éventuelles fermentations. On ajoute des produits chimiques particuliers pour éviter la production de gaz toxiques lors de la combustion ultérieure du produit pelletise.

En résumé, sur environ 100 brevets antérieurs examinés, la majorité des procédés finit par l'incinération directe des déchets urbains. Dans certains cas, les gaz de sortie sont purifiés avec de la pierre à chaux, essentiellement pour éliminer le SO2. Dans divers cas, les déchets urbains sont utilisés pour la production par bio-catalyse de méthane et d'hydrogène. On utilise souvent la pyrolyse. Le lit filtrant et la séparation initiale des métaux sont brevetés à profusion pour la production directe d'énergie en chaudière et sans autre traitement. Le séchage préliminaire est effectué par briquetage, sous une forme à peine définie, dans le brevet italien mentionné.

La demande française no 2 472 421 décrit un procédé de transformation d'ordures urbaines en agrégats artificiels. Pour effectuer cela, les éléments métalliques sont enlevés et on provoque une réaction dans la masse résultante, qui peut contenir environ 30% de cellulose et avoir une humidité entre 20 et 45%, à l'aide de chaux vive et/ou de sel de calcium, à des températures entre 250 et 450°C, de telle sorte qu'un produit pulvérulant est obtenu, qui est aggloméré par compression après addition d'un liant, pour former des granulés. Ce même brevet n° 2 472 421 indique également que les granulés sont soumis à un traitement thermique final, ou postérieur à celui ci-dessus, à des températures entre 150° et 350°C, durant suffisamment pour les chauffer dans toute leur masse. Le liant préconisé est un mélange de phosphate monocalcique, de chaux, d'urée, de caséine, de colle d'os et d'acétate de polyvinyle. Le brevet indique qu'on peut incorporer au produit des charges telles que des déchets industriels, des résines et des silicates. Cependant il ne préconise pas son utilisation comme matériau combustible.

De nombreux brevets utilisant des déchets urbains comme matériaux combustibles pour chaudières existent, mais aucun n'utilise un séchage, excepte le brevet GB 1 597 443 du 9.9.81 qui d'écrit, après un tri balistique suivi d'une humidification, un séchage et une pélétisation avec un agglomérant de polyéthylène et de lignite. Dans le brevet GB 1 604 948 du 16.12.81 on trouve également une séparation des métaux, des plastiques et du verre; les alcools issus de la fermentation sont utilisés comme combustibles.

Les procédés selon les techniques exposées ci-dessus ne donnent pas entière satisfaction. En particulier parce que l'utilisation d'énergie pour éliminer l'eau est perdue et parce que le pouvoir corrosif de certains gaz qui se dégagent durant la combustion, tels que SO2, NOx et HCL, se trouve augmenté.

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Le but de la présente invention est de proposer un procédé de transformation de DSU et de DISAD en un matériau solide, transportable, stockable et combustible, procédé permettant d'obtenir un matériau qui présente une combinaison optimale de propriétés biologiques et physico-chimiques convenant à son utilisation comme matériel combustible pour des centrales électriques, des cimenteries, etc.

Ce but est atteint grâce à un procédé présentant les caractéristiques de la partie caractérisante de la revendication 1.

Des formes d'exécution préférées sont revendiquées dans les revendications dépendantes.

La stabilité biologique du matériau obtenu selon l'invention est importante car son potentiel de contamination antérieure est éliminé et il reste sans odeur.

Les gaz qui se dégagent durant la combustion du matériau obtenu selon l'invention, tels que SO2, NOx, HCl se combinent avec l'hydroxyde de calcium contenu dans le matériau, de sorte que la corrosion dans les chaudières à vapeur est diminuée, et que la présence d'éventuels composants contaminants, tels que des composés aromatiques organiques, des biphenils, des furannes, des composés chlorés tels que des dioxines, est réduite, comme cela est souhaitable pour un combustible destiné à des centrales électriques.

Dans le procédé selon l'invention, des déchets solides urbains et des déchets industriels solides assimilables à des déchets urbains sont triturés, les matériaux ferro-magnétiques sont éliminés; le matériau est ensuite trituré plus finement, le verre et les matériaux para-magnétiques sont éliminés et de la chaux vive et de la vapeur d'eau sont ajoutées en utilisant une vis sans fin. Il est séché entre 100° et 200°C, de telle manière que la température maximale soit inférieure au point de flamme des matériaux combustibles qui peuvent se trouver dans les déchets urbains, particulièrement s'ils sont déjà partiellement déséchés, c'est-à-dire si leur contenu en eau est inférieur à 1 %. La température de sortie du four de séchage doit être proche du point d'ébulli-tion de l'eau, - 100°C, pour obtenir le rendement de séchage maximal à pression ordinaire.

Ce matériau est remoulu et peut être utilisé comme combustible de centrales électriques avec les avantages suivants: absence d'humidité, stabilité, absence d'odeur, transportabilité, pas de dégagement ou minimisation des produits toxiques pendant la combustion et diminution de la corrosion dans le système producteur de vapeur dans les centrales. Les cendres produites par la combustion peuvent être utilisées pour fabriquer du ciment (comme matière première), pour nettoyer des fumées ou comme additifs pour du ciment de portland.

Le procédé selon l'invention est caractérisé notamment en ce que des déchets solides urbains et des déchets industriels solides assimilables à des déchets urbains exempts de contaminants en métal ou en verre sont mélangés, avec un matériau minéral en poudre contenant de l'oxyde de calcium.

Le mélange ainsi obtenu est traité à la vapeur d'eau à haute température, 100 à 200°C, pour détruire la structure organique des matériaux composant les déchets solides urbains et les déchets industriels solides assimilables à des déchets urbains, les protéines, les graisses et surtout les hydrates de carbone, et pour faciliter leur mise en forme ultérieure par laminage entre des rouleaux, dans le but d'augmenter leur densité et de faciliter leur séchage ultérieur, qui est effectué dans un four rotatif avec entraînement interne hélicoïdal pour aider l'avancement interne du matériau. Le séchage est effectue avec de l'air chaud exempt de CO2 et provoque un échange avec la vapeur d'eau, évitant ainsi la carbonatation de l'hydroxyde de calcium formé par la réaction de l'eau avec la chaux vive, et assurant le maintien des propriétés biochimiques des matériaux.

Fondamentalement, selon l'invention, la combinaison du traitement thermique à la chaux vive, la mise en forme du matériau, par laminage sous pression d'un mélange de déchets moulus avec de la chaux vive, et d'un deuxième processus de mouture sous pression du produit obtenu par le traitement thermique, confère au matériau les propriétés nécessaires pour son transport et son stockage, telles que densité, absence d'odeur, taille optimale, absence de dégradation biologique, etc.

De façon surprenante, on a constaté que cette série d'opérations permet d'obtenir un produit combustible qui présente une inertie biologique, une diminution notable des risques de corrosion des installations de combustion et une importante diminution de la production de gaz polluants. A cause de leur contenu en chaux, les cendres peuvent être utilisées pour éliminer des gaz dans les systèmes d'épuration, comme matière première dans la production de ciment avec une diminution de la consommation d'énergie, ou comme matériau de type pouzolane comme additif à des ciments de portland.

La chaux peut aussi provenir de dolomites calcinées parce que son contenu en oxyde de magnésium ne pose pas de problème. Son pourcentage variera entre 4 et 8%, un contenu de 5% de la matière sèche étant préféré. Si le matériau - déchets urbains ou déchets industriels assimilables à des déchets urbains -, est bactériologiquement contaminé, cela ne pose pas de problèmes pour son utilisation parce que le procédé le stérilise grâce à la température ou à la vapeur sous pression, l'addition de chaux vive et le séchage ultérieur à 200°C qui empêchent tout processus biologique.

Pour mieux comprendre l'invention, sa description est donnée ci-dessous en se référant à la figure annexée montrant comment effectuer le traitement de déchets solides urbains, de déchets solides industriels assimilables à un déchet urbain ou agricole, pour les transformer en combustible industriel ou assimilé.

Le pré-traitement classique de trituration est effectué en 1 et 2, cassant la matière première en morceaux d'environ 10 cm; la séparation magnétique est effectuée en 3 et une mouture ultérieure jusqu'à des tailles de de l'ordre de 1 cm est effectuée en 4.

Cette opération est suivie d'une séparation par densité, en 5, des céramiques, du verre et des mé5

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taux para-magnétiques; le mélange avec de la chaux vive est effectué en 6 dans une hélice sans fin; le produit dans l'hélice est soumis en 7 à l'action de la vapeur d'eau entre 100 et 200°C dans la même hélice, qui désagrège et casse les membranes cellulaires, les parties organiques des déchets, essentiellement les protéines ou les hydrates de carbone. L'hélice sans fin agit simultanément comme un mélangeur, un transporteur et un compresseur.

Cette partie du procédé augmente la densité du matériau de sorte que, après la mise en forme, les dimensions du système de séchage ultérieur sont diminuées, et de plus il se forme des substances possédant des propriétés liantes ou agglutinantes -par exemple par transformation d'amidons en dex-trines - qui permettent le passage à travers les rouleaux de laminage sans perte de forme.

De plus, le traitement à la vapeur, à des pressions de 0,1-2 N/mm2, entraîne la destruction totale des bactéries, virus, moisissures et autres organismes contaminants qui sont ou peuvent être contenus dans les déchets urbains. La chaux vive contribue à cet effet et, grâce au PH fortement basique qu'elle crée, empêche les rongeurs et les insectes de se nourrir des déchets après le traitement. La température de séchage et le taux d'humidité final contribuent à cet effet stérilisant.

Ensuite, à la sortie de l'héiice sans fin, le matériau entre dans une série de quatre paires de cylindres de laminage 8 en position horizontale, avec des espaces de 1,5 cm, 1 cm, 0,5 cm, et 0,25 cm, susceptibles de se séparer par effet de ressort grâce à des ressorts places sur leurs axes perpendiculairement à la direction de passage du matériau, dans le but de permettre le passage d'éventuelles substances volumineuses et non compressibles. Ces cylindres agissent comme des dispositifs de moulage et de mise en forme et éliminent l'excès d'humidité.

De cette façon la densité des déchets augmente de 0,1 g/ml à 0,4g/ml, et dans certains cas jusqu'à 1 g/ml, et l'humidité décroît de 30% à 15%. Le produit passe ensuite pendant vingt à trente minutes dans un four de séchage en traversant, dans la direction axiale, ledit four de séchage tournant tubu-laire 9, l'axe de rotation dudit four 9 étant disposé dans une position pratiquement horizontale, ou avec une légère pente dans la direction d'avancement des matériaux dans le four et muni de paliers hélicoïdaux internes.

Le séchage dans le four est effectué en utilisant de l'air chaud à des températures de 100 à 200°C: en évitant le contact avec des produits de combustion de fuels, CO2 et H2O, on empêche la carbona-tation de la chaux et la contamination par le CO2 et on augmente le rendement de séchage car l'air est moins humide. L'air chaud permet un échange vapeur d'eau résiduelle d'enthaipie faible - air, et par conséquent la vapeur d'eau agit sans autre effet possible à cause de son enthalpie faible. Le produit séché, qui présente une humidité de 1%, peut être formé en disques ou en carrés lorsqu'il quitte l'hélice, en utilisant une série de rouleaux similaires à ceux placés à l'entrée 10.

La mise en forme est facilitée par l'hydroxyde de calcium présent qui agit comme un liant, et par les savons calciques formés, qui contribuent à la diminution de la friction d'entraînement.

Selon une autre variante, le formage peut être effectué en cylindres, en utilisant un grenoir 11 qui agit sous haute pression d'environ 600 bars. Le produit mis en forme peut être stocké indéfiniment sous emballage jusqu'à son usage comme combustible. Son pouvoir calorifique supérieur est en moyenne de plus de 3500 Kcal/kg. Ce combustible peut être utilisé avantageusement pour produire de la vapeur d'eau pour le chauffage ou pour entraîner des turbines à vapeur. La combustion est effectuée sur un lit fiuidisé conventionnel qui permet de bons rendements thermiques. De plus, les cendres produites peuvent être utilisées avantageusement, avec des économies d'énergie puisqu'elles sont déjà partiellement actives et nécessitent moins de chaleur de réaction pour réagir avec de la chaux, pour fabriquer des silicates tricalciques, matière première pour la production de ciment de portland non calciné, ainsi que pour la production de briques silico-calcaires; elles peuvent également servir d'additifs de type pouzzolane car le chauffage qu'elles ont subi durant la combustion et la mise en forme, et leur contenu en chaux, ont activé leurs propriétés de type pouzzolane. La teneur élevée en chaux permet un recyclage partiel pour remplacer la chaux ajoutez à l'origine ou son utilisation pour l'épuration de fumée. Dans le cas des centrales énergétiques, cela diminue le contenu final en oxyde de soufre dans la fumée.

Des exemples de mises en œuvre pratiques de l'invention sont décrites ci-dessous:

Exemple 1

A partir de 1000 kg de déchets urbains, obtenus directement d'une décharge, après séparation de 45 kg de débris et de 45 kg de verre, de briques, de tuiles et de métaux divers, et adjonction de 25 kg de chaux vive, on obtient un mélange homogène de déchets d'environ 935 kg, avec une teneur en humidité initiale d'environ 30% en poids.

Ce mélange est traité avec de l'air et/ou de la vapeur d'eau à 150°C, puis est mis en forme, en parallélépipèdes ou en cylindres ayant 1 cm de côté ou de rayon et environ 5 cm de long, en utilisant un système horizontal de rouleaux de mise en forme. Le mélange subit une perte d'eau de 15%, de sorte que le poids du mélange, à l'entrée du four où il va être séché à une température de 100° à 200°C, est de 795 kg. Ces températures sont obtenues par passage d'air chaud, lequel est lui-même obtenu par échange de chaleur avec de la vapeur d'eau.

Pendant les trente minutes de séjour dans le four de séchage, le produit perd encore 14% d'eau, de sorte que la masse résultante est de 655 kg environ, avec une teneur en humidité de 1 %.

Lors de la combustion, ce produit peut fournir 3895 kcal/kg et laisse un reliquat d'environ 163 kg de cendres qui peuvent être utilisées comme pouzzolane. Pour faciliter le transport et la combus5

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tion, ce produit peut être moulu sous une pression d'environ 600 bars en utilisant un grenoir tournant, pour former des corps cylindriques d'environ 8 mm de diamètre et d'une longueur comprise entre 10 et 20 mm.

On peut également mettre le matériau séché en forme en le faisant passer à travers une série de cylindres, qui conforment le matériau à la taille désirée, en parallélépipèdes ou en cylindres, semblables à ceux de l'entrée du four.

Ces granulés, produits par l'un ou l'autre système, sont brûlés à des températures au-dessus de 850°C, pendant plus de 2 secondes, et avec au minimum 6% d'oxygène dans le but de détruire ou d'empêcher la formation de composés chlorés toxiques tels que des dioxines, ou des furannes, sur un lit fluidisé, pour produire de la vapeur d'eau dans une chaudière à des températures adéquates pour actionner une turbine à vapeur, qui actionne un alternateur pour produire de l'énergie électrique.

La vapeur d'eau à enthalpie réduite est recyclée pour traiter et sécher la cendre produite. Elle peut être partiellement réutilisée, grâce à son contenu en chaux, comme matériau de décontamination et de purification des gaz de combustion-tels que SO, NOx, et les dioxines - ainsi que pour les usages cités précédemment.

Exemple 2

58 kg de débris ferro-magnétiques, 60 kg de verre et 20 kg de matériaux métalliques para-magnétiques, essentiellement du cuivre et de Palluminium mélangés à de la porcelaine, sont séparés de 1000 kg de déchets urbains ayant une teneur en humidité de 25%. On ajoute 30 kg de chaux vive et 20 kg de cendres provenant du lit fluidisé. Après les étapes de mise en forme et de séchage, la teneur en humidité s'est abaissée à 0,75%, ce qui représente une perte d'eau de 249 kg, de sorte que 662,7 kg de granulés secs sont obtenus, qui permettent de produire 3820 kcal/kg en donnant 167 kg de cendres.

Exemple 3

Le procédé est semblable à ceux décrits dans les exemples 1 et 2. Le matériau de départ est constitué de 1000 kg de déchets urbains, ayant une teneur en humidité de 35% en poids, et contenant 6% de débris de fer, 5% de verre et 5% de débris para-magnétiques, de porcelaine, de cendres et de briques. Après addition de 25 kg de chaux vive et séchage du matériau jusqu'à une teneur en humidité de 1,5%, on obtient 530 kg de granulés capables de produire 3885 kcal/kg, en laissant 133 kg de cendres, par combustion dans un lit fluidisé.

La nature de l'invention et sa méthode de mise en application pratique ont été décrites ci-dessus et illustrées dans les dessins, mais elle est susceptible de variantes dans ses détails, pourvu que son principe fondamental ne soit pas modifié.

Claims (10)

Revendications

1. Procédé de production de matériaux combustibles solides à partir de déchets solides urbains et/ ou de déchets industriels solides assimilables à des déchets urbains et/ou agricoles, caractérisé en ce que ledit déchet, débarrassé de matériaux contaminants en métal et en verre, est trituré pour obtenir un produit en forme de granulés ou de bâtonnets avec de la chaux vive combinée avec l'eau d'origine pour former de l'hydroxyde de calcium le moins carbonaté possible durant le procédé, qu'il est traité avec de la vapeur d'eau à une pression comprise en 1 et 20 atm., et séché ensuite à l'aide d'air chaud exempt de CO2, à des températures comprises entre 100 et 200°C, de telle sorte que la teneur en humidité décroisse de sa valeur originale jusqu'à une teneur de 1 à 1,5% en poids.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chaux vive utilisée peut contenir de l'oxyde de magnésium.

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que, on utilise une quantité de chaux vive de l'ordre de 5% du poids sec du déchet urbain.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que la quantité de chaux vive ajoutée aux déchets est diminuée par incorporation auxdits déchets de cendres provenant de la combustion en lit fluidisé dudit matériau solide combustible.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mise en forme de granulés est effectuée à l'aide de cylindres de formage présentant des espacements de 1,5 à 0,25 cm.

6. Produits combustibles solides obtenus par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il produit, lors de la combustion, 25% de cendres et plus de 3500 kcal/kg.

7. Utilisation d'un produit combustible selon la revendication 6, pour la combustion dans une installation de combustion à lit fluidisé.

8. Utilisation des cendres produites par la combustion d'un produit combustible solide selon la revendication 6 pour la production de ciment de Portland non calciné.

9. Utilisation des cendres produites par la combustion d'un matériau combustible solide selon la revendication 6 comme pouzzolane.

10. Utilisation des cendres produites par la combustion d'un matériau combustible solide selon la revendication 7 comme agent de purification de gaz de combustion.

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