EP0610120A1 - Procédé et installation pour le traitement par thermolyse de déchets solides, sans condensation d'hydrocarbures - Google Patents

Procédé et installation pour le traitement par thermolyse de déchets solides, sans condensation d'hydrocarbures Download PDF

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EP0610120A1
EP0610120A1 EP94400189A EP94400189A EP0610120A1 EP 0610120 A1 EP0610120 A1 EP 0610120A1 EP 94400189 A EP94400189 A EP 94400189A EP 94400189 A EP94400189 A EP 94400189A EP 0610120 A1 EP0610120 A1 EP 0610120A1
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EP
European Patent Office
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thermolysis
boiler
zone
gases
pumping means
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EP94400189A
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German (de)
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EP0610120B1 (fr
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Pierre Chaussonnet
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Francaise de Thermolyse Ste
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Francaise de Thermolyse Ste
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B53/00—Destructive distillation, specially adapted for particular solid raw materials or solid raw materials in special form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10B—DESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B7/00—Coke ovens with mechanical conveying means for the raw material inside the oven
    • C10B7/14—Coke ovens with mechanical conveying means for the raw material inside the oven with trucks, containers, or trays

Definitions

  • the present invention relates to a method and an installation for the treatment by thermolysis of solid products, the rejection of which is harmful to the environment, and more particularly aims at the treatment of the thermolysis gases which are formed therein.
  • the Applicant sought, in the document W0-92 / 16599, to overcome the aforementioned drawbacks by allowing treatment by thermolysis at medium temperature, around 600 ° C. for example, while allowing continuous control of the decomposition products.
  • Document W0-92 / 16599 thus describes a system for the treatment of solid products, the rejection of which is harmful to the environment, comprising a reactor successively integrating a dehydration zone and a thermolysis zone, characterized in that this reactor comprises, downstream of the thermolysis zone, a cooling zone and in that the dehydration zone is provided with a sealed entry door, the cooling zone is provided with a sealed exit door, and airlocks isolate the thermolysis zone, on the one hand with respect to the dehydration zone, on the other hand with respect to the cooling zone so as to limit the entry of air into the thermolysis zone during the introduction of the products and during the extraction of the residues, this thermolysis zone being provided with a gas extraction line thanks to which it is under vacuum.
  • the above areas are therefore separated into isolated rooms.
  • thermolysis zone was maintained without free oxygen, and the thermolysis zone was at a temperature between 400 ° C and 750 ° C and at a pressure less than or equal to 800 millibars.
  • the products to be treated were preferably introduced into the reactor in carriages which passed successively from the dehydration chamber to the thermolysis chamber and from the thermolysis chamber to the cooling chamber using a mechanical system of the pinion type. and rack for example, or even of the electromagnetic drive type.
  • the carriages were designed so that solid residues - glass, metals, rubble for example - remain in the carriages while being easily removed after cooling at the exit of the cooling chamber.
  • thermoreactors also called catalytic radiant panels supplied on the one hand with pure oxygen or air and, on the other hand with pyrolysis gas originating from thermolytic decomposition as well as by electric resistors placed inside the rooms or glued to the walls outside the rooms.
  • the carbon dioxide and water vapor generated in the oxidation of the pyrolysis gases in the catalytic radiant panels could participate in the heating by convection and radiation of the products.
  • thermolytic decomposition as well as, where appropriate, the gases of catalytic oxidation formed in the catalytic radiant panels were preferably cooled and purified at the outlet of the reactor in a gas washer where the water condensation, separation of noncondensable gases and heavy condensed hydrocarbons.
  • the halogenated and sulfur compounds could be removed in the washer by dissolving in the wash water.
  • the gas flow at the outlet of the reactor advantageously entrained the coal formed in the thermolytic decomposition towards the scrubber where it is cooled.
  • the heavy hydrocarbons and the coal were preferably recovered by decantation of the washing water at the outlet of the washer in a decanter.
  • the gas flow at the outlet of the washer was preferably sucked by a vacuum pump.
  • the gases leaving the vacuum pump were, for example, sent to a washer containing, for example, an aqueous solution of potassium carbonate to remove the carbon dioxide.
  • the pyrolysis gases purified from halogenated, sulfur-containing compounds and carbon dioxide were for example used in the heating of the reactor and the surplus was for example put in reserve for later use.
  • thermolysis chamber The control of the kinetics of the thermolytic transformation in the thermolysis chamber was for example obtained by the regulation of electric heating and of catalytic heating by the implementation of conventional systems for measuring temperatures and regulating gas and current flow rates. electric.
  • thermolysis zone the cooling of the gases at the outlet of the thermolysis zone is done without energy recovery; this cooling nevertheless has the advantage of preserving the mechanical pumping means which would wear excessively if the gases which they pumped had a temperature above about 80 ° C. It should be noted that these mechanical pumping means consume energy in electrical form. On the other hand, it can be noted that the gases after treatment must be reheated for recycling in the installation.
  • the object of the invention is to improve from an energy point of view (both quantitative and qualitative, lower energy losses, better recovery of by-products, and lower requirements as to the nature of the energy to be supplied) the treatment of the gases sampled in a thermolysis chamber working in practice in vacuum, without inducing degradation of the performance of this treatment.
  • the invention applies in particular, but not exclusively, to the system described and taught by document WO092 / 16599.
  • the invention aims to further improve the performance of this treatment.
  • the invention teaches for this purpose a method for the treatment of solid products whose rejection is detrimental for the environment, according to which one dehydrates in a dehydration zone the solid products to be treated, one thermolyses them in a thermolysis zone, one extracts solid residues from this thermolysis zone, suction is carried out with the aid of pumping means of the thermolysis gases formed in this thermolysis zone so as to maintain this thermolysis zone under vacuum, characterized in that these gases are maintained thermolysis from this thermolysis zone to at least the inlet of the pumping means at a temperature above about 100 ° C., and these gases are used as fuel in a boiler and thermal energy is recovered at the outlet of this boiler.
  • the invention thus teaches to maintain the gases pumped into the thermolysis zone at a temperature higher than the condensation temperature of the tars (about 80 ° C.) capable of forming in the gaseous state during thermolysis: this allows, Unlike what was proposed in document W0-92 / 16599, to keep these tars in the gaseous state and therefore to apply them as fuel in a boiler, which allows a direct recovery to generate thermal energy. .
  • This thermal energy can either be recycled in the installation, or be applied to a turbine which performs a conversion into electrical form, or be used for any other function, possibly foreign to the installation.
  • the invention thus goes against the reflex of a person skilled in the art of cooling and condensing in order to purify well.
  • thermolysis gases not only are the thermolysis gases not cooled, but they are heated above 850 ° C. (or even 1250 ° C. and above) to improve the degradation of these thermolysis gases, in the sense of the regulations indicated above. above.
  • the boiler also uses fuel (coal) contained in the solid residues.
  • fuel coal
  • the invention provides an installation for the treatment of solid products, the rejection of which is detrimental to the environment, comprising a dehydration zone into which the solid products penetrate, a thermolysis zone downstream of the dehydration zone, an outlet zone for solid residues and pumping means communicating by an extraction line with the thermolysis zone to maintain it in depression and to suck thermolysis gases therein, characterized in that the pumping means have a range of operating temperatures at least in part greater than about 100 ° C., in this that the extraction line is insulated over its entire length to the pumping means, and in that these pumping means communicate by a fuel gas inlet line with a boiler capable of burning these thermolysis gases.
  • FIG. 1 The installation of FIG. 1 comprises a dehydration zone 1 into which the solid products penetrate in order to be at least partially dehydrated therein, then a thermolysis zone 2 in which the solid products, partially or totally dehydrated, are brought to their thermal decomposition temperature (commuted and fixed in advance) for example around 600 ° C (typically between 400 ° C and 750 ° C).
  • this thermolysis chamber is followed by a cooling zone 3 where the solid residues from the heat treatment are brought to room temperature.
  • thermolytic transformation is advantageously carried out in the total absence of free oxygen at an average temperature of 600 ° C.
  • the zones 1, 2 and 3 are chambers insulated from one another in a substantially sealed manner, for example by guillotine doors (not shown) actuated by cylinders; the door between chambers 1 and 2 and the door between chambers 2 and 3 are movable transversely in watertight housings, the crossing of the lifting cylinders being by cable gland.
  • watertight doors are provided at the entrance to chamber 1 and at the exit from chamber 3 whereby the dehydration 1 and cooling zones are, at will, isolated from the outside and / or thermolysis zone 2; they can be movable vertically or horizontally or around a joint according to the dimensions of the reactor, the space available and the free choice of the designer.
  • Chambers 1 and 2 of the reactor are insulated to limit heat loss.
  • Chambers 1 and 2 are provided with heating means of all suitable known types.
  • the temperature of chamber 2 is for example maintained around 600 ° C. while that of chamber 1, lower, is maintained above 100 ° C., for example around 120 ° C.
  • the heating means can be, as in the aforementioned document, catalytic radiant panels. They can also be flame burners using thermolysis gases and / or commercial (inexpensive) combustible gases arriving via a line 101.
  • the chambers 1A and 2A of these chambers 1 and 2 are heated by radiation from the interior wall of the chambers heated by the flames of the burners according to technological arrangements similar to those used in the aforementioned document. Heating is also ensured by convection of the gases in the mass of products to be treated, convection provided by expansion of the combustion gases in the chambers.
  • Chamber 2 is kept under vacuum, typically at a pressure less than or equal to 800 mbar, or even 500 mbar. Preferably, the same set pressure is chosen in rooms 1, 2 and 3.
  • these pumping means 10 have a range of operating temperature at least in part greater than approximately 100 ° C., which allows these pumping means to be traversed by gases of temperatures greater than 80 ° C. (temperature of condensation of the tars).
  • the extraction line 11 is provided over its entire length with means capable of maintaining the gases which circulate therein at a temperature at least equal to approximately 100 ° C. (it may suffice for good insulation, shown diagrammatically in 11A, of which the sizing is within the reach of the skilled person).
  • the installation comprises a boiler 12 provided with a burner 12A communicating with the outlet of the pumping means 10 by a line 13 of arrival of combustible gas and adjusted so as to be able to use the thermolysis gases as fuel.
  • thermolysis gases including the tars they may contain
  • pumping means which allows very good degradation. while providing thermal energy.
  • the boiler preferably communicates by a line 14 of solid fuel arrival, with a reactor 15 of any type known per se where inert materials are removed, evacuated by a line 16, and coal in pulverulent practice.
  • This reactor is for example of the rotary drum type.
  • This boiler 12 comprises a line 17 for evacuating smoke which advantageously communicates with the chambers of rooms 1 and 2 to participate in their heating.
  • this boiler has a supply inlet 18A, and an outlet 18B which can be connected to a turbine 19 intended for example to convert hot gas (in practice steam) supplied by this boiler into electricity.
  • the input 18A is for example connected to a gas or water tank (not shown in this figure 1).
  • this boiler can have a third inlet 12B for additional fuel, solid or gaseous depending on availability.
  • thermolysis gases are high up to a temperature preferably greater than 850 ° C. (case of solid products of household origin) or even greater than 1250 ° C. (case of solid products of hospital origin).
  • the total length of the line 11 and the heating temperature in the heater 50 are preferably chosen so that the gases remain at least two seconds above these bearings, so as to ensure good thermal purification.
  • This heater 50 is for example a heat exchanger traversed, in one direction, by these thermolysis gases and, in the other direction, by part of the fumes from the boiler.
  • the pumping means are formed by a dry-running vacuum pump, such as, for example, those developed by DEGUSSA. It can easily, as we know, operate at temperatures up to 150 ° C, that is to say above 100 ° C.
  • FIG. 2 represents a preferred embodiment, where elements similar to those of FIG. 1 are designated by the same reference signs.
  • thermolysis gases which may contain water
  • thermolysis gases still containing tars.
  • the liquid fraction from this separator in practice comprises acids (in particular hydrochloric, hydrofluoric, sulfuric) so that it is advantageously passed through a neutralization reactor 23 into which are injected by a line 24 reagents intended to bring the pH to 7 (this injection can vary depending on the instantaneous pH value).
  • the water thus neutralized enters the boiler to be vaporized there and brought by a line 20A to the ejector 20. A loop is thus obtained.
  • thermolysis gases or even in the solid residues
  • this solution ensures good purification of soluble compounds at high temperature thanks to the intimate mixture of thermolysis gases and water vapor.
  • the steam applied to the ejector 20 (there may of course be several) is at a pressure of 10 bars for a flow rate depending on the quantity treated and at a temperature of 200 ° C.
  • the thermolysis gases are taken from the thermolysis chamber at a temperature of 600 ° C. at a flow rate of 20% of the water vapor flow rate and reach the ejector with a temperature at least equal to 850 ° C. after heater 50, neutralization in reactor 23 is obtained by injection of reagents consisting of CO3Ca.
  • the vacuum pump of FIG. 1 is advantageously supplied with electric energy supplied by the turbine 19.
  • the steam from the ejector of FIG. 2 can be obtained by cogeneration or drawing off in this steam turbine 19.
  • the heater 50 may include burners using part of the thermolysis gases.
  • thermolysis by-products are recovered by obtaining a mixture which can be sent directly to a recovery boiler, under good thermodynamic conditions and without going through the stage of recovery of heavy hydrocarbon products.

Abstract

Un procédé pour le traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable pour l'environnement, selon lequel on déshydrate dans une zone de déshydratation (1) des produits solides à traiter, on les thermolyse dans une zone de thermolyse (2), on extrait des résidus solides de cette zone de thermolyse, on aspire à l'aide de moyens de pompage (10, 20) des gaz de thermolyse formés dans cette zone de thermolyse en sorte de maintenir cette zone de thermolyse en dépression, caractérisé en ce qu'on maintient ces gaz de thermolyse depuis cette zone de thermolyse jusqu'à au moins l'entrée des moyens de pompage (10, 20) à une température supérieure à 100°C environ, et on utilise ces gaz comme combustible dans une chaudière (12) et on récupère de l'énergie thermique à la sortie de cette chaudière. <IMAGE>

Description

  • 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, et vise plus particulièrement le traitement des gaz de thermolyse qui y sont formés.
  • Traditionnellement, ces produits sont soit stockés, soit traités par incinération. Dans le premier cas, le danger potentiel subsiste et peut s'aggraver d'une pollution possible des nappes phréatiques. Dans le second cas, les températures du traitement par incinération sont élevées et entraînent une usure rapide des équipements et un coût d'exploitation élevé ; par ailleurs les produits gazeux du traitement par incinération sont évacués dans l'atmosphère avant tout contrôle ce qui ne permet pas de donner toutes les garanties requises quant à la non-pollution de l'environnement.
  • On connaît déjà d'après le document FR-2.106.844, un dispositif de traitement d'ordures comportant une succession de zones de températures croissantes (jusqu'à 800-1300°C) que l'on fait traverser aux ordures après un conditionnement dans un matériau d'enrobage poreux ; ces ordures sont progressivement débarrassées de leur vapeur d'eau puis pyrolysées. Toutefois cette solution nécessite des températures encore élevées, ce qui conduit encore à une usure rapide et un coût d'exploitation élevé.
  • La Demanderesse a cherché, dans le document W0-92/16599, à pallier les inconvénients précités en permettant un traitement par thermolyse à température moyenne, aux environs de 600°C par exemple, tout en permettant un contrôle continu des produits de décomposition.
  • Le document W0-92/16599 décrit ainsi un système pour le traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable pour l'environnement, comportant un réacteur intégrant successivement une zone de déshydratation et une zone de thermolyse, caractérisé en ce que ce réacteur comporte, en aval de la zone de thermolyse, une zone de refroidissement et en ce que la zone de déshydratation est munie d'une porte d'entrée étanche, la zone de refroidissement est munie d'une porte de sortie étanche, et des sas isolent la zone de thermolyse, d'une part vis à vis de la zone de déshydratation, d'autre part vis à vis de la zone de refroidissement en sorte de limiter les entrées d'air dans la zone de thermolyse lors de l'introduction des produits et lors de l'extraction des résidus, cette zone de thermolyse étant munie d'une ligne d'extraction de gaz grâce à quoi elle est en dépression. Les zones précitées sont donc séparées en chambres isolées.
  • De préférence la zone de thermolyse était maintenue sans oxygène libre, et la zone de thermolyse était à une température comprise entre 400°C et 750°C et à une pression inférieure ou égale à 800 millibars.
  • Les produits à traiter étaient de préférence introduits dans le réacteur dans des chariots qui passaient successivement de la chambre de déshydratation à la chambre de thermolyse et de la chambre de thermolyse à la chambre de refroidissement à l'aide d'un système mécanique du genre pignons et crémaillère par exemple, ou encore du genre entraînement électromagnétique. Les chariots étaient conçus pour que les résidus solides - verres, métaux, gravats par exemple - restent dans les chariots tout en étant enlevés facilement après refroidissement à la sortie de la chambre de refroidissement.
  • La chambre de déshydratation et la chambre de thermolyse étaient avantageusement chauffées par des thermoréacteurs appelés également panneaux radiants catalytiques alimentés d'une part en oxygène pur ou en air et, d'autre part en gaz de pyrolyse provenant de la décomposition thermolytique ainsi que par des résistances électriques placées à l'intérieur des chambres ou collées aux parois à l'extérieur des chambres.
  • Le gaz carbonique et la vapeur d'eau générés dans l'oxydation des gaz de pyrolyse dans les panneaux radiants catalytiques pouvaient participer à la mise en température par convection et radiation des produits.
  • Les gaz de pyrolyse formés dans la décomposition thermolytique ainsi que, le cas échéant, les gaz de l'oxydation catalytique formés dans les panneaux radiants catalytiques étaient de préférence refroidis et épurés à la sortie du réacteur dans un laveur de gaz où s'effectuait la condensation de l'eau, la séparation des gaz incondensables et des hydrocarbures lourds condensés.
  • Les composés halogénés et de soufre pouvaient être éliminés dans le laveur par dissolution dans l'eau de lavage.
  • Le flux gazeux à la sortie du réacteur entraînait avantageusement le charbon formé dans la décomposition thermolytique vers le laveur où il est refroidi.
  • Les hydrocarbures lourds et le charbon étaient de préférence récupérés par décantation de l'eau de lavage à la sortie du laveur dans un décanteur.
  • Le flux gazeux à la sortie du laveur était de préférence aspiré par une pompe à vide.
  • Les gaz à la sortie de la pompe à vide étaient par exemple envoyés dans un laveur contenant par exemple une solution aqueuse de carbonate de potassium pour éliminer le gaz carbonique.
  • Les gaz de pyrolyse épurés des composés halogénés, soufrés et du gaz carbonique étaient par exemple utilisés dans le chauffage du réacteur et l'excédent était par exemple mis en réserve pour utilisation ultérieure.
  • Le contrôle de la cinétique de la transformation thermolytique dans la chambre de thermolyse était par exemple obtenu par la régulation du chauffage électrique et du chauffage catalytique par la mise en oeuvre de systèmes classiques de mesure des températures et de régulation des débits de gaz et de courant électrique.
  • La solution décrite dans ce document W0-92/16599 donne toute satisfaction. Toutefois, elle conduit comme cela a été exposé ci-dessus à refroidir et épurer dans un laveur les gaz issus de la thermolyse, puis à les pomper pour maintenir la dépression voulue dans la zone de thermolyse. D'une façon générale, le pompage est assuré par des pompes mécaniques et en particulier des pompes à anneaux liquides qui présentent l'avantage d'assurer un complément de lessivage des gaz dans les anneaux liquides. En fait, dans ce laveur, alimenté en eau froide, se condensent en pratique des hydrocarbures qui sont envoyés vers un réservoir de stockage et dont toute utilisation ultérieure nécessitera un traitement préalable consommant de l'énergie. En fait, le refroidissement des gaz à la sortie de la zone de thermolyse se fait sans récupération d'énergie ; ce refroidissement a néanmoins pour avantage de préserver les moyens de pompage mécaniques qui s'useraient de manière excessive si les gaz qu'ils pompaient avaient une température supérieure à 80°C environ. Il est à noter que ces moyens mécaniques de pompage consomment de l'énergie sous forme électrique. D'autre part, on peut noter que les gaz après traitement doivent être réchauffés pour leur recyclage dans l'installation.
  • Par ailleurs, certaines réglementations tendent à exiger pour un bon traitement des gaz issus d'un traitement de déchets, un passage de quelques secondes à température élevée (par exemple de l'ordre de 850°C pour des déchets ménagers, voire environ 1200°C pour des déchets hospitaliers).
  • L'invention a pour objet d'améliorer du point de vue énergétique (aussi bien quantitatif que qualitatif moindres déperditions énergétiques, meilleure valorisation des sous-produits, et moindres exigences quant à la nature de l'énergie à fournir) le traitement des gaz prélevés dans une chambre de thermolyse travaillant en pratique en dépression, sans induire de dégradation des performances de ce traitement. L'invention s'applique notamment, mais pas exclusivement, au système décrit et enseigné par le document W0-92/16599. A titre subsidiaire, l'invention a pour objet d'améliorer en outre les performances de ce traitement.
  • L'invention enseigne à cet effet un procédé pour le traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable pour l'environnement, selon lequel on déshydrate dans une zone de déshydratation des produits solides à traiter, on les thermolyse dans une zone de thermolyse, on extrait des résidus solides de cette zone de thermolyse, on aspire à l'aide de moyens de pompage des gaz de thermolyse formés dans cette zone de thermolyse en sorte de maintenir cette zone de thermolyse en dépression, caractérisé en ce qu'on maintient ces gaz de thermolyse depuis cette zone de thermolyse jusqu'à au moins l'entrée des moyens de pompage à une température supérieure à 100°C environ, et on utilise ces gaz comme combustible dans une chaudière et on récupère de l'énergie thermique à la sortie de cette chaudière.
  • L'invention enseigne ainsi de maintenir les gaz pompés dans la zone de thermolyse à une température supérieure à la température de condensation des goudrons (environ 80°C) susceptibles de se former à l'état gazeux lors de la thermolyse : cela permet, à la différence de ce qui était proposé dans le document W0-92/16599, de maintenir ces goudrons à l'état gazeux et donc de les appliquer comme combustible dans une chaudière, ce qui en permet une valorisation directe pour générer de l'énergie thermique. Cette énergie thermique peut être soit recyclée dans l'installation, soit être appliquée à une turbine qui en effectue une conversion sous forme électrique, soit servir à toute autre fonction, éventuellement étrangère à l'installation.
  • L'invention va ainsi à l'encontre du réflexe de l'homme de métier consistant à refroidir et condenser pour bien épurer.
  • De manière préférée, non seulement on ne refroidit pas les gaz de thermolyse mais on les chauffe au delà de 850°C (voire 1250°C et plus) pour améliorer la dégradation de ces gaz de thermolyse, dans le sens des réglementations indiquées ci-dessus.
  • De préférence, la chaudière utilise également du combustible (charbon) contenu dans les résidus solides.
  • Selon d'autres caractéristiques préférées de ce procédé, éventuellement combinées :
    • on chauffe ces gaz avec des fumées de la chaudière,
    • on aspire les gaz de thermolyse en les faisant passer dans un éjecteur à vapeur d'eau utilisant de la vapeur d'eau formée dans la chaudière, puis dans un séparateur d'où sort, en outre de ces gaz de thermolyse, de l'eau alimentant la chaudière,
    • on neutralise l'eau sortant du séparateur avant de la faire rentrer dans la chaudière pour être transformée en vapeur d'eau,
    • on utilise les fumées de la chaudière pour chauffer la zone de déshydratation.
  • Pour la mise en oeuvre de ce procédé, l'invention propose une installation pour le traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable à l'environnement, comportant une zone de déshydratation où pénètrent les produits solides, une zone de thermolyse en aval de la zone de déshydratation, une zone de sortie de résidus solides et des moyens de pompage communiquant par une ligne d'extraction avec la zone de thermolyse pour la maintenir en dépression et y aspirer des gaz de thermolyse, caractérisée en ce que les moyens de pompage ont une gamme de températures de fonctionnement au moins en partie supérieure à 100°C environ, en ce que la ligne d'extraction est calorifugée sur toute sa longueur jusqu'aux moyens de pompage, et en ce que ces moyens de pompage communiquent par une ligne d'arrivée de gaz combustible avec une chaudière apte à brûler ces gaz de thermolyse.
  • Selon des caractéristiques préférées de cette installation, éventuellement combinées :
    • elle comporte un réacteur disposé en aval de la zone de thermolyse dans lequel pénètrent les résidus solides, et communiquant avec la chaudière par une ligne d'arrivée de combustible solide,
    • la ligne d'extraction traverse un réchauffeur,
    • ce réchauffeur est un échangeur de chaleur alimenté par les fumées de la chaudière,
    • les moyens de pompage comportent une pompe à vide à fonctionnement à sec,
    • les moyens de pompage comportent un éjecteur à vapeur d'eau muni d'une arrivée de vapeur d'eau communiquant avec une sortie de la chaudière, et en ce que cette installation comporte en outre, en aval de cet éjecteur, un séparateur muni d'une sortie de gaz reliée à la ligne d'arrivée de gaz combustible, et d'une sortie d'eau reliée par une ligne d'arrivée à une entrée d'eau de la chaudière,
    • un réservoir de neutralisation est disposé sur la ligne d'arrivée d'eau, et est muni d'une ligne d'arrivée de réactifs de neutralisation,
    • les zones de déshydratation et de thermolyse sont munies d'enceintes communiquant par une ligne avec la sortie de fumées de la chaudière,
    • une turbine est montée à la sortie de la chaudière.
  • Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :
    • la figure 1 est un schéma de principe d'une installation conforme à l'invention, et
    • la figure 2 est un schéma d'une forme préférée de réalisation de cette installation.
  • L'installation de la figure 1 comporte une zone de déshydratation 1 où pénètrent les produits solides pour y être d'abord déshydratés au moins en partie, puis une zone de thermolyse 2 dans laquelle les produits solides, partiellement ou totalement déshydratés, sont portés à leur température de décomposition thermique (commue et fixée à l'avance) par exemple aux environs de 600°C (typiquement entre 400°C et 750°C). De manière préférée, cette chambre de thermolyse est suivie d'une zone de refroidissement 3 où les résidus solides du traitement thermique sont amenés à la température ambiante.
  • La transformation thermolytique est avantageusement effectuée en absence totale d'oxygène libre à une température moyenne de 600°C.
  • De manière préférée, comme cela est enseigné par le document W0-92/16599, 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 sont mobiles transversalement dans des logements étanches, la traversée des vérins de levage se faisant par presse-étoupe. En outre des portes étanches sont prévues à l'entrée de la chambre 1 et à la sortie de la chambre 3 grâce à quoi les zones de déshydratation 1 et de refroidissement sont, à volonté, isolées vis à vis de l'extérieur et/ou de la zone de thermolyse 2 ; elles peuvent être mobiles verticalement ou horizontalement ou encore autour d'une articulation selon les dimensions du réacteur, l'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 celles 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 alternativement, selon les besoins, la chambre de déshydratation de la chambre de thermolyse quand on introduit les produits dans la chambre de déshydratation, et la chambre de thermolyse de la chambre de refroidissement quand on extrait les résidus de cette troisième chambre.
  • Les chambres 1 et 2 du réacteur sont calorifugées pour limiter les déperditions calorifiques.
  • Les chambres 1 et 2 sont munies de moyens de chauffage de tous types connus appropriés. La température de la chambre 2 est par exemple maintenue aux alentours de 600°C tandis que celle de la chambre 1, inférieure, est maintenue au dessus de 100°C, par exemple aux environs de 120°C.
  • Les moyens de chauffage dont certains sont schématisés en 100 peuvent être, comme dans le document précité, des panneaux radiants catalytiques. Ils peuvent aussi être des brûleurs à flamme utilisant les gaz de thermolyse et/ou des gaz combustibles du commerce (bon marché) arrivant par une ligne 101.
  • Le chauffage des enceintes 1A et 2A de ces chambres 1 et 2 est assuré par le rayonnement de la paroi intérieure des chambres chauffées par les flammes des brûleurs selon des dispositions technologiques semblables à celles retenues dans le document précité. Le chauffage est assuré également par convexion des gaz dans la masse de produits à traiter, convexion assurée par détente des gaz de la combustion dans les chambres.
  • La chambre 2 est maintenue en dépression, typiquement à une pression inférieure ou égale à 800 mbars, voire 500 mbars. De préférence, la même pression de consigne est choisie dans les chambres 1, 2 et 3.
  • Cette dépression est maintenue par des moyens de pompage 10 communiquant avec la zone de thermolyse par une ligne d'extraction 11.
  • Selon l'invention, ces moyens de pompage 10 ont une gamme de température de fonctionnement au moins en partie supérieure à 100°C environ, ce qui permet à ces moyens de pompage d'être traversés par des gaz de températures supérieures à 80°C (température de condensation des goudrons). En outre la ligne d'extraction 11 est munie sur toute sa longueur de moyens propres à maintenir les gaz qui y circulent à une température au moins égale à 100°C environ (il peut suffire d'un bon calorifugeage, schématisé en 11A, dont le dimensionnement est à la portée de l'homme de métier). Enfin, l'installation comporte une chaudière 12 munie d'un brûleur 12A communiquant avec la sortie des moyens de pompage 10 par une ligne 13 d'arrivée de gaz combustible et réglée en sorte de pouvoir utiliser les gaz de thermolyse comme combustible.
  • Cette installation permet de maintenir ces gaz de thermolyse (y compris les goudrons qu'ils peuvent contenir) sous forme gazeuse, depuis la zone de thermolyse jusqu'à la chaudière, au travers des moyens de pompage, ce qui en permet une très bonne dégradation tout en fournissant de l'énergie thermique.
  • La chaudière communique de préférence par une ligne 14 d'arrivée de combustible solide, avec un réacteur 15 de tout type connu en soi où on sépare des inertes, évacués par une ligne 16, et du charbon en pratique pulvérulent. Ce réacteur est par exemple du type à tambour rotatif.
  • Cette chaudière 12 comporte une ligne 17 d'évacuation de fumées qui communique avantageusement avec les enceintes des chambres 1 et 2 pour participer à leur chauffage.
  • Enfin, cette chaudière comporte une entrée d'alimentation 18A, et une sortie 18B qui peut être reliée à une turbine 19 destinée par exemple à convertir en électricité du gaz chaud (en pratique de la vapeur) fourni par cette chaudière. L'entrée 18A est par exemple reliée à un réservoir de gaz ou d'eau (non représenté sur cette figure 1).
  • Bien entendu cette chaudière peut comporter une troisième entrée 12B pour du combustible d'appoint, solide ou gazeux selon les disponibilités.
  • De manière préférée, non seulement on minimise grâce au calorifugeage le refroidissement des gaz de thermolyse jusqu'au moins leur entrée dans les moyens de pompage 10, mais en plus la ligne d'extraction est non pas directe mais traverse un réchauffeur 50 grâce à quoi la température des gaz de thermolyse est élevée jusqu'à une température de préférence supérieure à 850°C (cas de produits solides d'origine ménagère) voire supérieure à 1250°C (cas de produits solides d'origine hospitalière). La longueur totale de la ligne 11 et la température de réchauffage dans le réchauffeur 50 sont de préférence choisies pour que les gaz restent au moins deux secondes au dessus de ces paliers, de manière à assurer une bonne épuration thermique.
  • Ce réchauffeur 50 est par exemple un échangeur de chaleur traversé, dans un sens, par ces gaz de thermolyse et, dans l'autre sens, par une partie des fumées de la chaudière.
  • Dans l'exemple de la figure 1, les moyens de pompage sont formés d'une pompe à vide à fonctionnement à sec, telle que, par exemple, celles que développe DEGUSSA. Elle peut aisément, comme on le sait, fonctionner à des températures allant jusqu'à 150°C, c'est-à-dire supérieures à 100°C.
  • La figure 2 représente une forme préférée de réalisation, où les éléments similaires à ceux de la figure 1 sont désignés par les mêmes signes de référence.
  • Les principales différences de cette installation par rapport à celle de la figure 1, découlent du choix, comme moyens de pompage, d'un éjecteur à vapeur d'eau noté 20, de tout type connu approprié ; ainsi qu'on le sait, la température de fonctionnement d'un tel moyen de pompage peut sans problème dépasser très sensiblement 100°C. Ce choix utilise le fait qu'on dispose d'une source d'énergie thermique, à savoir la chaudière 12.
  • Plus précisément, on dispose en aval de cet éjecteur 20 un séparateur gaz/liquide 22 où on sépare de l'eau issue de la vapeur d'eau et une fraction condensée des gaz de thermolyse (qui peut contenir de l'eau), et les gaz de thermolyse contenant encore les goudrons. La fraction liquide issue de ce séparateur comporte en pratique des acides (notamment chlorydrique, fluorhydrique, sulfurique) de sorte qu'on lui fait avantageusement traverser un réacteur de neutralisation 23 où sont injectés par une ligne 24 des réactifs destinés à ramener le pH à 7 (cette injection peut varier en fonction de la valeur instantanée du pH). L'eau ainsi neutralisée rentre dans la chaudière pour y être vaporisée et amenée par une ligne 20A à l'éjecteur 20. On obtient ainsi une boucle.
  • On appréciera que cette solution permet de valoriser directement les combustibles contenus dans les gaz de thermolyse (voire dans les résidus solides) et permettre un pompage efficace à haute température (permettant cette valorisation directe) et ce sans nécessiter d'énergie électrique. En outre, cette solution assure une bonne épuration des composés solubles à haute température grâce au mélange intime des gaz de thermolyse et de la vapeur d'eau.
  • A titre d'exemple, la vapeur d'eau appliquée à l'éjecteur 20 (il peut bien sûr y en avoir plusieurs) est à une pression de 10 bars pour un débit fonction de la quantité traitée et à une température de 200°C, et les gaz de thermolyse sont prélevés dans la chambre de thermolyse à une température de 600°C sous un débit de 20 % du débit de vapeur d'eau et atteignent l'éjecteur avec une température au moins égale à 850°C après le réchauffeur 50, la neutralisation dans le réacteur 23 est obtenue par injection de réactifs consistant en CO₃Ca.
  • Il 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 proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. Ainsi notamment, la pompe à vide de la figure 1 est avantageusement alimentée par de l'énergie électrique fournis par la turbine 19. D'autre part, la vapeur de l'éjecteur de la figure 2 peut être obtenue par cogénération ou soutirage dans cette turbine à vapeur 19. Enfin, le réchauffeur 50 peut comporter des brûleurs utilisant une partie des gaz de thermolyse.
  • On appréciera que, selon l'invention, des sous-produits de la thermolyse sont valorisés grâce à l'obtention d'un mélange pouvant être envoyé directement dans une chaudière de récupération, dans de bonnes conditions thermodynamiques et sans passer par le stade d'une récupération des produits lourds hydrocarbonés.

Claims (17)

  1. Procédé pour le traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable pour l'environnement, selon lequel on déshydrate dans une zone de déshydratation (1) des produits solides à traiter, on les thermolyse dans une zone de thermolyse (2), on extrait des résidus solides de cette zone de thermolyse, on aspire à l'aide de moyens de pompage (10, 20) des gaz de thermolyse formés dans cette zone de thermolyse en sorte de maintenir cette zone de thermolyse en dépression, caractérisé en ce qu'on maintient ces gaz de thermolyse depuis cette zone de thermolyse jusqu'à au moins l'entrée des moyens de pompage (10, 20) à une température supérieure à 100°C environ, et on utilise ces gaz comme combustible dans une chaudière (12) et on récupère de l'énergie thermique à la sortie de cette chaudière.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique en outre (14) à la chaudière du combustible récupéré dans les résidus solides.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce qu'on chauffe (50) les gaz de thermolyse aspirés dans la zone de thermolyse, à une température supérieure à 850°C environ, avant de les appliquer à l'entrée des moyens de pompage (10, 20).
  4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on chauffe ces gaz de thermolyse à une température au moins égale à 1250°C environ.
  5. Procédé selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce qu'on chauffe (17) ces gaz avec des fumées de la chaudière (12).
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'on aspire les gaz de thermolyse en les faisant passer dans un éjecteur à vapeur d'eau (20) utilisant de la vapeur d'eau formée dans la chaudière (12), puis dans un séparateur (22) d'où sort, en outre de ces gaz de thermolyse, de l'eau alimentant la chaudière.
  7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'on neutralise (23)l'eau sortant du séparateur avant de la faire rentrer dans la chaudière pour être transformée en vapeur d'eau.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on utilise (17)les fumées de la chaudière pour chauffer la zone de déshydratation.
  9. Installation pour le traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable à l'environnement, comportant une zone de déshydratation (1) où pénètrent les produits solides, une zone de thermolyse (12) en aval de la zone de déshydratation, une zone de sortie de résidus solides et des moyens de pompage (10, 20) communiquant par une ligne d'extraction (11) avec la zone de thermolyse pour la maintenir en dépression et y aspirer des gaz de thermolyse, caractérisée en ce que les moyens de pompage (10, 20) ont une gamme de températures de fonctionnement au moins en partie supérieure à 100°C environ, en ce que la ligne d'extraction (11) est calorifugée (11A) sur toute sa longueur jusqu'aux moyens de pompage (10, 20), et en ce que ces moyens de pompage communiquent par une ligne d'arrivée de gaz combustible (13) avec une chaudière (12) apte à brûler ces gaz de thermolyse.
  10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comporte un réacteur (15) disposé en aval de la zone de thermolyse dans lequel pénètrent les résidus solides, et communiquant avec la chaudière (12) par une ligne d'arrivée de combustible solide (14).
  11. Installation selon la revendication 9 ou la revendication 10, caractérisée en ce que la ligne d'extraction (11) traverse un réchauffeur (50).
  12. Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce que ce réchauffeur (50) est un échangeur de chaleur alimenté par les fumées de la chaudière (12).
  13. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que les moyens de pompage (10) comportent une pompe à vide à fonctionnement à sec.
  14. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que les moyens de pompage (20) comportent un éjecteur à vapeur d'eau (20A) muni d'une arrivée de vapeur d'eau communiquant avec une sortie de la chaudière, et en ce que cette installation comporte en outre, en aval de cet éjecteur, un séparateur (22) muni d'une sortie de gaz reliée à la ligne d'arrivée de gaz combustible, et d'une sortie d'eau reliée par une ligne d'arrivée à une entrée d'eau de la chaudière.
  15. Installation selon la revendication 14, caractérisée en ce qu'un réservoir de neutralisation est disposé sur la ligne d'arrivée d'eau, et est muni d'une ligne (24) d'arrivée de réactifs de neutralisation.
  16. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 15, caractérisée en ce que les zones de déshydratation et de thermolyse sont munies d'enceintes (1A, 2A) communiquant par une ligne avec la sortie de fumées de la chaudière.
  17. Installation selon l'une quelconque des revendications 9 à 16, caractérisée en ce qu'une turbine (19) est montée à la sortie de la chaudière.
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