EP4098942A1 - Procédé de traitement des déchets organiques par pyrolyse - Google Patents

Procédé de traitement des déchets organiques par pyrolyse Download PDF

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EP4098942A1
EP4098942A1 EP22175355.1A EP22175355A EP4098942A1 EP 4098942 A1 EP4098942 A1 EP 4098942A1 EP 22175355 A EP22175355 A EP 22175355A EP 4098942 A1 EP4098942 A1 EP 4098942A1
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EP
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reactor
pyrolysis
elements
vibrating
gasification
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Pending
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EP22175355.1A
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German (de)
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Inventor
François Hustache
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    • F23G5/02—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment
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    • F23G5/0273—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor with pretreatment pyrolising or gasifying stage using indirect heating
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    • F23G2900/50801—Providing additional energy for combustion, e.g. by using supplementary heating using the heat from externally heated bodies, e.g. steel balls

Definitions

  • This patent application relates to the field of the treatment of organic waste by pyrolysis.
  • organic waste waste comprising organic matter with a humidity typically between 15 and 25% by mass.
  • the gas or gases resulting from the pyrolysis reaction can be used in particular to operate heat engines, or even hydrogen fuel cells, depending on the composition of these gases.
  • oils resulting from the pyrolysis reaction can be stored and subsequently used to produce energy, for chemical recovery of the components of this oil, to produce a diesel or gasoline type fuel, to power a heat engine.
  • the coal resulting from the pyrolysis reaction has a high calorific value, and can be used advantageously to heat boilers or other industrial devices.
  • the ashes and mineral matter resulting from the pyrolysis reaction constitute ultimate waste that can be used as filling material for example for road embankments, and/or be buried in a specialized center in classes 1 or 2 as defined by the legislation in force. .
  • This intimate mixture makes it possible to very quickly and homogeneously raise the temperature of the organic waste to be treated, within temperature ranges typically between 400°C and 950°C.
  • the toroidal elements have a high weight, typically of the order of 8 kg/l, making their conveying in the installation both complex and energy-intensive.
  • the present invention aims in particular to remedy these drawbacks.
  • FIG. 1 On which there is shown a first embodiment of an installation making it possible to implement the method according to the invention, and typically making it possible to process from 1,000 to 20,000 tons of organic waste per year.
  • This process uses toric elements which are brought to a high temperature, in order to allow the heating of the organic waste with a view to their pyrolysis.
  • these toroidal elements are made essentially or entirely of ceramic, optionally coated with a metal or a metal alloy.
  • a ceramic of the alumina or alumina alloy type may be suitable.
  • the density of such a ceramic is substantially equal to half that of a refractory steel, and its calorific value (specific heat) is substantially 1.8 times greater than that of a refractory steel.
  • the mass necessary to provide the energy necessary for the pyrolysis reactions of organic waste will be substantially two times lower with ceramic toroidal elements, compared to refractory steel toric elements.
  • toroidal ceramic elements being covered with a catalytic coating, such as an alloy with a high nickel content.
  • toric elements with a diameter of the order of 10 mm make it possible to optimize the heat transfer towards the organic waste to be treated, and therefore the pyrolysis reaction, but according to the pyrolysis reactions desired and incoming toroids can be much larger, up to approximately 50 mm.
  • the toroidal elements T can have an axial section that is elliptical, circular, rectangular, square, or any other section that is easily achievable on an industrial production scale.
  • toric elements T with a rectangular axial section will be chosen, so that these toric elements T can have the shape of a substantially cylindrical ring, that is to say a hollow cylinder in its center, as shown in the two views of the figure 2 .
  • the toroidal elements are conveyed vertically from bottom to top thanks to a vibrating elevator 1.
  • the travel time of the toroidal elements inside the vibrating elevator 1 is typically between 3 and 5 minutes, and the treatment capacity of such a vibrating elevator is typically around 8 tons per hour.
  • This vibrating elevator opens in its upper part inside a transfer pipe 3 allowing the toroidal elements to be brought inside a heating furnace 5, essentially in the form of a silo and comprising in his lower part a burner 7 making it possible to raise the temperature of the toroidal elements to a temperature typically situated between 400 and 950°C.
  • the toric elements are heated against the current inside the heating furnace 5, that is to say that the heating gases produced by the burner 7 circulate from bottom to top inside the heating furnace 5 , while the toroidal elements circulate from top to bottom: this configuration makes it possible to heat the toroidal elements to a perfectly controlled temperature, and thus to precisely control the desired pyrolysis reaction.
  • the toroidal elements undergo oxidation at high temperature making it possible to regenerate the catalytic effect of the catalytic coating, if necessary.
  • the interior of the heating furnace 5 is devoid of any mechanical element likely to form asperities, making it possible to avoid any blocking of the toroidal elements, as well as pressure drops at the periphery.
  • the burner 7 can be supplied with natural gas, or else with syngas, that is to say with a mixture of gases capable of giving off heat by combustion.
  • An exchanger 9 located in the upper part of the heating furnace 5 makes it possible to recover the heat of the combustion inside the furnace 5, with a view to heating the combustion air of the burner to improve combustion, and/or to produce steam for various applications such as the cogeneration of electrical energy.
  • a vibrating conveyor 11 is connected to the lower part of the heating furnace 5, making it possible to convey at the desired rate the toroidal elements heated to a temperature between 400 and 950° C. towards a pyrolysis reactor 13 also presenting itself substantially under the form of a silo, and whose inner part is devoid of any mechanical element likely to form roughness.
  • a seal lock 15 allows the toric elements coming from the vibrating conveyor 11 to penetrate inside the pyrolysis reactor 13 with practically no gas circulation between the heating furnace 5 and the reactor 13: this avoids the supply of oxygen, and the combustion of part of the syngas produced inside the pyrolysis reactor 13.
  • An organic waste inlet pipe 17, opening into the upper part of the pyrolysis reactor 13, makes it possible to bring the waste to be treated inside this reactor 13, so that they mix intimately with the toric elements, for the pyrolysis reaction to occur.
  • the circulation inside the pipe 17 can take place purely by fluid circulation, or even require an endless screw or the like.
  • the syngas resulting from the pyrolysis of the organic waste inside the pyrolysis reactor 13 is evacuated via an outlet pipe 19 with a view to the treatment of this gaseous mixture, or else its use, such as for operating a heat engine and/or to supply the burner of the heating furnace.
  • An inlet pipe for gasifying agents can also be provided substantially halfway up the reactor: this pipe allows the introduction inside the reactor of steam, depending on the nature of the organic waste and/or the products which it is desired to recover at the end of the pyrolysis reaction.
  • the toric elements Once the toric elements have arrived in the lower part of the pyrolysis reactor 13, and they have transferred their heat to the organic waste so as to allow the pyrolysis reaction, they are evacuated by a vibrating screen 21 in the direction of the base of the vibrating elevator 1, a second airlock 23 similar to the first airlock 15 making it possible to prevent air from entering inside the vibrating elevator 1.
  • An Archimedean screw 27 always in charge in order to avoid the penetration of air inside the ashtray 25, makes it possible to evacuate the coal and the ashes cooled towards a mobile container for a valuation or a left at the dump.
  • the installation is provided so as to avoid as much as possible the arrival of air in the various pipes, and inside the heating furnace 5 and the reactor pyrolysis 13, so that the pyrolysis reaction can be carried out optimally.
  • the various means for conveying the toric elements do not include any mobile mechanical element, and in particular no Archimedean screw: the displacement of these toric elements is carried out exclusively by gravity and/or by vibration, this displacement being favored by the relatively low weight ceramic toric elements.
  • the various vibrating elements make it possible to rid the toroidal elements of soot and other impurities, helping to maintain their ability to quickly transfer heat to the organic waste to be treated, as well as the action of the catalytic coating in the pyrolysis reaction, if any.
  • This installation differs from the previous one in that it comprises, in addition to the elements described above, a gasification/reforming reactor 29 located downstream of the pyrolysis reactor 13, and upstream of the vibrating screen 21.
  • the gasification/reforming reactor 29 is also in the form of a silo devoid inside of mechanical elements likely to form asperities.
  • a connecting pipe 31 connects the lower part of the pyrolysis reactor 29 to the lower part of the gasification/reforming reactor 13.
  • This connecting pipe 31 makes it possible to bring the syngas resulting from the pyrolysis reaction inside the pyrolysis reactor 13, towards the inside of the gasification/reforming reactor 29.
  • This pipe 31 is coated with heating means, for example electric, making it possible to avoid the risk of condensation of the syngas circulating inside.
  • Sealed airlocks 33, 35 are arranged respectively at the lower outlet of the pyrolysis reactor 13, and at the upper inlet of the gasification/reforming reactor 29.
  • a gas outlet pipe 19 is also arranged substantially halfway up this reactor 29.
  • the toroidal elements T are carried by the burner 7 to a temperature typically situated between 500 and 700° C., so as to carry out the pyrolysis of the organic waste inside the reactor of pyrolysis 13.
  • the syngas produced by this pyrolysis reaction comprising in particular carbon monoxide, carbon dioxide and carbon, are sent via the connecting pipe 31 inside the gasification/reforming reactor 29.
  • the gaseous mixture resulting from these reforming reactions is evacuated through the gas outlet pipe 19, with a view to treatment and/or recovery, and in particular with a view to separating the hydrogen from the other gases, by a membrane process or the like.
  • an installation that complies with picture 3 makes it possible to obtain 275 Nm 3 of hydrogen for a flow rate of 500 kg/h of dry biomass, ie a yield of the order of 46% with respect to the internal calorific value of the biomass.
  • This installation differs from that of the figure 1 in that it comprises, in addition to the elements previously described, a gasification/reforming reactor 29 located downstream of the heating furnace 5 of the toric elements T and upstream of a pyrolysis reactor 13.
  • a vibrating conveyor 40 makes it possible to lead the toric elements T coming from the heating furnace 5 towards a sealing chamber 15, then inside the gasification/reforming reactor 29.
  • An air inlet pipe 41 makes it possible to bring air in metered volume inside the gasification/reforming reactor 29.
  • a syngas outlet pipe 19 makes it possible to recover the syngas - essentially carbon monoxide and oxygen - resulting from the gasification/reforming reaction inside the reactor 29, with a view to its treatment or its recovery.
  • This reaction takes place at a temperature of between 900 and 950°C, and the toroidal elements T exit through the lower part of the gasification/reforming reactor 29 at a temperature of the order of 600°C.
  • the syngas generated by this pyrolysis reaction is returned via a connecting pipe 45 from the pyrolysis reactor 13 to the gasification/reforming reactor 29.
  • the coal, ashes and mineral matter are separated from the toric elements at the outlet of the pyrolysis reactor 13 by a vibrating screen 21.
  • the toroidal elements then join the vibrating elevator 1, and the coal, the ashes and mineral matter recovered inside an ashtray 25 are taken back inside the gasification/reforming reactor by an Archimedean screw 47.
  • the pyrolysis must be carried out at low temperature, typically below 500° C., in a very precise and constant manner.
  • the toric elements T must lose approximately 100°C between their entry and their exit from the pyrolysis reactor, that is to say go from a temperature of approximately 500°C to a temperature of about 400°C.
  • a heating conveyor 37a, 37b, 37c making it possible to convey the toric elements T inside each pyrolysis reactor while raising their temperature by approximately 100° C., so that they arrive heated to approximately 500° C. inside each reactor.
  • the syngas that can be condensed into oil is recovered from each pyrolysis reactor 13a, 13b, 13c by respective outlet pipes 49a, 49b, 49c which convey it to a condenser 51 to be transformed into oil.
  • coals are recovered as in the previous embodiments by means of a vibrating screen 21 and an ashtray 25.

Abstract

L'invention concerne un procédé de pyrolyse des déchets organiques, dans lequel on utilise des éléments toriques (T) en céramique pour chauffer les déchets.

Description

  • La présente demande de brevet se rapporte au domaine du traitement des déchets organiques par pyrolyse.
  • Par déchets organiques, on entend des déchets comprenant de la matière organique avec une humidité typiquement située entre 15 et 25% en masse.
  • Ces déchets organiques, qui peuvent se présenter sous la forme de corps solides, semi pâteux, pâteux ou liquides, peuvent être d'origines diverses :
    • fraction organique des déchets ménagers sous forme de combustibles solides de récupération (CSR),
    • boues de station d'épuration,
    • déchets agricoles peu humides, refus de compostage,
    • matière organique peu humide provenant de l'industrie agroalimentaire (lisier, fientes, graisse, déchets d'abattoirs, farines animales...),
    • matière organique peu humide non valorisable provenant des industries : pneumatiques, déchets hospitaliers, terre souillée par des matières organiques,
    • tous déchets organiques dont l'enfouissement est interdit par la législation en raison du fait qu'ils contiennent des molécules organiques ne pouvant être incinérées car susceptibles d'engendrer une pollution atmosphérique.
  • Diverses filières de traitement de ces déchets organiques existent :
    • l'incinération, adaptée aux gros volumes de déchets organiques, présente un certain nombre d'inconvénients bien connus : transport sur de longues distances, traitement complexe des fumées, mauvais rendement énergétique, pollution atmosphérique ;
    • la méthanisation, consistant en la décomposition anaérobie des déchets organiques, est adaptée essentiellement aux déchets organiques présentant un taux d'humidité important, et
    • la pyrolyse, qui consiste en une décomposition chimique des déchets organiques dans un milieu pratiquement dépourvu d'oxygène, permet la transformation des déchets organiques en gaz, huile, charbon, cendres et matières minérales.
  • Le ou les gaz issus de la réaction de pyrolyse peuvent être utilisés notamment pour faire fonctionner des moteurs thermiques, ou bien des piles à hydrogène, selon la composition de ces gaz.
  • Les huiles issues de la réaction de pyrolyse peuvent être stockées et utilisées par la suite pour produire de l'énergie, pour une valorisation chimique des composants de cette huile, pour produire un carburant type gazole ou essence, pour alimenter un moteur thermique.
  • Le charbon issu de la réaction de pyrolyse présente un pouvoir calorifique élevé, et peut-être utilisé avantageusement pour chauffer des chaudières ou autres appareils industriels.
  • Les cendres et matières minérales issues de la réaction de pyrolyse constituent des déchets ultimes pouvant être utilisés comme matériau de remplissage par exemple pour des remblais routiers, et/ou être enfouis en centre spécialisé en classes 1 ou 2 telles que définies par la législation en vigueur.
  • On connaît de la demande de brevet français FR2945817 un procédé de pyrolyse des déchets organiques, mettant en œuvre des éléments toriques en métal préchauffés à température élevée puis acheminés à l'intérieur d'un réacteur dans lequel ils sont mélangés de manière intime avec les déchets organiques à pyrolyser.
  • Ce mélange intime permet d'élever très rapidement et de manière homogène la température des déchets organiques à traiter, dans des plages températures situées typiquement entre 400°C et 950°C.
  • Lors de la réalisation d'installations pilotes conformes à l'enseignement de FR2945817 , un certain nombre d'inconvénients ont pu être relevés.
  • Les éléments toriques présentent un poids élevé, typiquement de l'ordre de 8 kg/l, rendant leur convoyage dans l'installation tout à la fois complexe et énergivore.
  • Il faut en effet mettre en œuvre des vis d'Archimède pour réaliser ce convoyage, lesquelles peuvent assez facilement se coincer lorsque certains éléments métalliques sont présents dans les déchets organiques : clous, agrafes...
  • On a pu observer ainsi des pannes assez fréquentes, rendant les installations selon FR2945817 peu compatibles avec les contraintes d'une utilisation industrielle.
  • De plus, ces installations s'avèrent peu adaptées aux situations dans lesquelles on cherche à récupérer une quantité significative d'hydrogène comme produit de la pyrolyse, alors qu'il existe sur le marché une demande croissante d'hydrogène biosourcé (par opposition à l'hydrogène provenant de l'électrolyse de l'eau).
  • Ainsi, la présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients.
  • On atteint ce but, ainsi que d'autres avantages, grâce à un procédé, à des installations et à des éléments toriques conformes aux revendications ci-annexées.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées :
    • [Fig. 1] : représente de manière schématique un premier mode de réalisation d'une installation permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention ;
    • [Fig. 2] : représente deux vues, respectivement de dessus et en perspective, d'un mode de réalisation préféré d'un élément torique permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention ;
    • [Fig. 3] : représente de manière schématique un deuxième mode de réalisation d'une installation permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention ;
    • [Fig. 4] : représente de manière schématique un troisième mode de réalisation d'une installation permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention ;
    • [Fig. 5] : représente de manière schématique un quatrième mode de réalisation d'une installation permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention.
  • Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques ou similaires sur l'ensemble des figures.
  • On se reporte à présent à la figure 1, sur laquelle on a représenté un premier mode de réalisation d'une installation permettant de mettre en œuvre le procédé selon l'invention, et permettant typiquement de traiter de 1000 à 20 000 tonnes de déchets organiques par an.
  • Ce procédé met en œuvre des éléments toriques que l'on porte à température élevée, afin de permettre le chauffage des déchets organiques en vue de leur pyrolyse.
  • Contrairement à l'enseignement de FR2945817 , ces éléments toriques sont réalisés essentiellement, ou intégralement, en céramique, éventuellement revêtue d'un métal ou d'un alliage métallique.
  • A titre d'exemple, une céramique du type alumine ou alliage d'alumine peut convenir.
  • La masse volumique d'une telle céramique est sensiblement égale à la moitié de celle d'un acier réfractaire, et son pouvoir calorifique (chaleur spécifique) est sensiblement 1,8 fois supérieur à celui d'un acier réfractaire.
  • Ainsi, la masse nécessaire pour procurer l'énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse des déchets organiques, sera sensiblement deux fois inférieure avec des éléments toriques en céramique, par rapport à des éléments toriques en acier réfractaire.
  • De manière avantageuse, on peut envisager que ces éléments toriques en céramique soient recouverts d'un revêtement catalytique, tel qu'un alliage à forte teneur en nickel.
  • En pratique, on a pu observer que des éléments toriques d'un diamètre de l'ordre de 10 mm permettaient d'optimiser le transfert thermique vers les déchets organiques à traiter, et donc la réaction de pyrolyse, mais en fonction des réactions de pyrolyse souhaitées et des entrants les tores peuvent être beaucoup plus gros, jusqu'à 50 mm environ.
  • Les éléments toriques T peuvent présenter une section axiale elliptique, circulaire, rectangulaire, carrée, ou tout autre section aisément réalisable à l'échelle d'une production industrielle.
  • De manière préférée, et pour réduire les coûts de fabrication, on choisira des éléments toriques T à section axiale rectangulaire, de sorte que ces éléments toriques T peuvent présenter une forme d'anneau sensiblement cylindrique, c'est-à-dire de cylindre évidé en son centre, comme cela est illustré sur les deux vues de la figure 2.
  • Comme on peut le voir sur la figure 1, les éléments toriques sont convoyés verticalement du bas vers le haut grâce à un élévateur vibrant 1.
  • Le temps de trajet des éléments toriques à l'intérieur de l'élévateur vibrant 1 est typiquement situé entre 3 et 5 minutes, et la capacité de traitement d'un tel élévateur vibrant est typiquement de l'ordre de 8 tonnes par heure.
  • Cet élévateur vibrant débouche dans sa partie supérieure à l'intérieur d'une conduite de transfert 3 permettant d'amener les éléments toriques à l'intérieur d'un four de chauffe 5, se présentant essentiellement sous la forme d'un silo et comprenant dans sa partie inférieure un brûleur 7 permettant d'élever la température des éléments toriques à une température typiquement située entre 400 et 950°C.
  • Les éléments toriques sont chauffés à contre-courant à l'intérieur du four de chauffe 5, c'est-à-dire que les gaz de chauffe produit par le brûleur 7 circulent de bas en haut à l'intérieur du four de chauffe 5, alors que les éléments toriques circulent de haut en bas : cette configuration permet de chauffer les éléments toriques à une température parfaitement maîtrisée, et ainsi de piloter avec précision la réaction de pyrolyse souhaitée.
  • Lors de leur passage à proximité de la flamme du brûleur 7, les éléments toriques subissent une oxydation à haute température permettant de régénérer l'effet catalyseur du revêtement catalytique, le cas échéant.
  • L'intérieur du four de chauffe 5 est dépourvu de tout élément mécanique susceptible de former des aspérités, permettant d'éviter tout blocage des éléments toriques, ainsi que des pertes de charges en périphérie.
  • On évite aussi de la sorte l'encrassement de parties intérieures du four de chauffe, difficilement accessibles lors des opérations de maintenance.
  • Le brûleur 7 peut être alimenté en gaz naturel, ou bien en syngaz, c'est-à-dire en mélange de gaz susceptibles de dégager de la chaleur par combustion.
  • Un échangeur 9 situé dans la partie supérieure du four de chauffe 5 permet de récupérer la chaleur de la combustion à l'intérieur du four 5, en vue de réchauffer l'air comburant du brûleur pour améliorer la combustion, et/ou de produire de la vapeur d'eau pour différentes applications telles que la cogénération d'énergie électrique.
  • Un convoyeur vibrant 11 est connecté à la partie inférieure du four de chauffe 5, permettant d'acheminer au débit souhaité les éléments toriques chauffés à une température comprise entre 400 et 950°C vers un réacteur de pyrolyse 13 se présentant lui aussi sensiblement sous la forme d'un silo, et dont la partie intérieure est dépourvue de tout élément mécanique susceptible de former aspérités.
  • Un sas d'étanchéité 15 permet de faire pénétrer à l'intérieur du réacteur de pyrolyse 13 les éléments toriques provenant du convoyeur vibrant 11 pratiquement sans circulation de gaz entre le four de chauffe 5 et le réacteur 13 : on évite de la sorte l'apport d'oxygène, et la combustion d'une partie du syngaz produit à l'intérieur du réacteur de pyrolyse 13.
  • Une conduite d'arrivée des déchets organiques 17, débouchant dans la partie supérieure du réacteur de pyrolyse 13, permet d'amener les déchets à traiter à l'intérieur de ce réacteur 13, afin qu'ils se mélangent intimement avec les éléments toriques, pour que la réaction de pyrolyse puisse se produire.
  • Selon la nature des déchets organiques et leur viscosité, la circulation à l'intérieur de la conduite 17 peut s'effectuer purement par circulation fluidique, ou bien nécessiter une vis sans fin ou analogue.
  • Le syngaz résultant de la pyrolyse des déchets organiques à l'intérieur du réacteur de pyrolyse 13 sont évacués par une conduite de sortie 19 en vue du traitement de ce mélange gazeux, ou bien de son utilisation, comme par exemple pour faire fonctionner un moteur thermique et/ou pour alimenter le brûleur du four de chauffe.
  • Une conduite d'arrivée d'agents gazéifiants peut également être prévue sensiblement à mi-hauteur du réacteur : cette conduite permet l'introduction à l'intérieur du réacteur de vapeur d'eau, selon la nature des déchets organiques et/ou des produits que l'on souhaite récupérer à l'issue de la réaction de pyrolyse.
  • Une fois que les éléments toriques sont arrivés dans la partie inférieure du réacteur de pyrolyse 13, et qu'ils ont transféré leur chaleur aux déchets organiques de manière à permettre la réaction de pyrolyse, ils sont évacués par un crible vibrant 21 en direction de la base de l'élévateur vibrant 1, un second sas d'étanchéité 23 analogue au premier sas 15 permettant d'empêcher l'air de pénétrer à l'intérieur de l'élévateur vibrant 1.
  • Le charbon, les cendres et les matières minérales qui se séparent des éléments toriques sous l'effet de la vibration du crible vibrant 21, sont récupérés et à l'intérieur d'un cendrier 25.
  • Une vis d'Archimède 27 toujours en charge afin d'éviter la pénétration d'air à l'intérieur du cendrier 25, permet d'évacuer le charbon et les cendres refroidis vers un conteneur mobile en vue d'une valorisation ou d'une mise en décharge.
  • Comme on l'aura compris à la lumière de ce qui précède, l'installation est prévue de manière à éviter autant que possible l'arrivée d'air dans les différentes conduites, et à l'intérieur du four de chauffe 5 et du réacteur de pyrolyse 13, de manière que la réaction de pyrolyse puisse s'effectuer de manière optimale.
  • Les différents moyens de convoyage des éléments toriques ne comprennent aucun élément mécanique mobile, et en particulier aucune vis d'Archimède : le déplacement de ces éléments toriques est effectué exclusivement par gravité et/ou par vibration, ce déplacement étant favorisé par le poids relativement faible des éléments toriques en céramique.
  • On évite de la sorte tous les problèmes de coincement d'élément mécaniques mobiles, observés dans une installation conforme à FR2945817 .
  • De plus, les différents éléments vibrants (élévateur 1, convoyeur 11, crible 21) permettent de débarrasser les éléments toriques des suies et autres impuretés, favorisant le maintien de leur capacité à transférer rapidement de la chaleur aux déchets organiques à traiter, ainsi que l'action du revêtement catalytique dans la réaction de pyrolyse, le cas échéant.
  • On se reporte à présent à la variante de réalisation de la figure 3, adaptée lorsqu'on souhaite obtenir une quantité plus importante d'hydrogène.
  • Cette installation se distingue de la précédente en ceci qu'elle comprend, outre les éléments précédemment décrits, un réacteur de gazéification/reformage 29 situé en aval du réacteur de pyrolyse 13, et en amont du crible vibrant 21.
  • Le réacteur de gazéification/reformage 29 se présente également sous la forme d'un silo dépourvu à l'intérieur d'éléments mécaniques susceptibles de former aspérités.
  • Une conduite de liaison 31 relie la partie inférieure du réacteur de pyrolyse 29 à la partie inférieure du réacteur de gazéification/reformage 13.
  • Cette conduite de liaison 31 permet d'amener le syngaz résultant de la réaction de pyrolyse à l'intérieur du réacteur de pyrolyse 13, vers l'intérieur du réacteur de gazéification/reformage 29.
  • Cette conduite 31 est revêtue de moyens de chauffage par exemple électriques, permettant d'éviter le risque de condensation du syngaz circulant à l'intérieur.
  • Des sas étanches 33, 35 sont disposés respectivement en sortie inférieure du réacteur de pyrolyse 13, et en entrée supérieure du réacteur de gazéification/reformage 29.
  • Un convoyeur chauffant 37 chauffé par du charbon et/ou su syngaz provenant de la réaction de pyrolyse à l'intérieur du réacteur de pyrolyse 29, est interposé entre les sas étanches 33 et 35.
  • Ce convoyeur chauffant 37 permet :
    • d'élever de plusieurs centaines de degrés la température des éléments toriques T qui sortent du réacteur de pyrolyse 13, préalablement à leur entrée dans le réacteur de gazéification/reformage 29, et
    • d'élever à très haute température -typiquement dans une plage située entre 900 et 950°C - de la vapeur d'eau qui est introduite sensiblement à mi-hauteur du réacteur de gazéification/reformage par une conduite d'arrivée de vapeur d'eau 39.
  • Une conduite de sortie de gaz 19 est par ailleurs disposée elle aussi sensiblement à mi-hauteur de ce réacteur 29.
  • Dans cette variante de l'installation selon l'invention, les éléments toriques T sont portés par le brûleur 7 à une température située typiquement entre 500 et 700°C, de manière à réaliser la pyrolyse des déchets organiques à l'intérieur du réacteur de pyrolyse 13.
  • Le syngaz produit par cette réaction de pyrolyse, comprenant notamment du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone et du carbone, sont envoyés via la conduite de liaison 31 à l'intérieur du réacteur de gazéification/reformage 29.
  • La vapeur d'eau, introduite à très haute température (900 - 950°C) à l'intérieur du réacteur de gazéification/reformage par la conduite 39, permet de mettre en œuvre notamment les réactions de reformage suivantes sur le syngaz provenant de la conduite de liaison 31, débouchant en particulier sur la production d'hydrogène :

             CO + CO2 -> 2CO

             C + H2O -> CO + H2

             CO + H2O -> CO2 + H2

  • Le mélange gazeux résultant de ces réactions de reformage est évacué par la conduite de sortie de gaz 19, en vue d'un traitement et/ou d'une valorisation, et notamment en vue de la séparation de l'hydrogène des autres gaz, par un processus membranaire ou analogue.
  • Typiquement, une installation conforme à la figure 3 permet d'obtenir 275 Nm3 d'hydrogène pour un débit de 500 kg/h de biomasse sèche, soit un rendement de l'ordre de 46 % par rapport au pouvoir calorifique interne de la biomasse.
  • On se reporte à présent à la variante de réalisation de la figure 4, adaptée lorsqu'on souhaite favoriser la production de syngaz incondensable et réaliser une conversion maximale du charbon (coke).
  • Cette installation se distingue de celle de la figure 1 en ceci qu'elle comprend, outre les éléments précédemment décrits, un réacteur de gazéification/reformage 29 situé en aval du four de chauffe 5 des éléments toriques T et en amont d'un réacteur de pyrolyse 13.
  • Un convoyeur vibrant 40 permet de conduire les éléments toriques T issus du four de chauffe 5 vers un sas d'étanchéité 15, puis à l'intérieur du réacteur de gazéification/reformage 29.
  • Une conduite d'arrivée d'air 41 permet d'amener de l'air en volume dosé à l'intérieur du réacteur de gazéification/reformage 29.
  • Une conduite de sortie de syngaz 19 permet de récupérer le syngaz - essentiellement du monoxyde de carbone et de l'oxygène - issu de la réaction de gazéification/reformage à l'intérieur du réacteur 29, en vue de son traitement ou de sa valorisation.
  • Cette réaction a lieu à une température située entre 900 et 950°C, et les éléments toriques T sortent par la partie inférieure du réacteur de gazéification/reformage 29 à une température de l'ordre de 600°C.
  • Ils pénètrent alors à l'intérieur du réacteur de pyrolyse 13 via un convoyeur vibrant et un sas étanche 43, pour réaliser la pyrolyse à environ 500°C de matière minérale introduite par une conduite d'arrivée de matière minérale.
  • Le syngaz engendré par cette réaction de pyrolyse est renvoyé par une conduite de liaison 45 du réacteur de pyrolyse 13 vers le réacteur de gazéification/reformage 29.
  • Le charbon, les cendres et matière minérales sont séparés des éléments toriques à la sortie du réacteur de pyrolyse 13 par un crible vibrant 21.
  • Les éléments toriques rejoignent ensuite l'élévateur vibrant 1, et le charbon, les cendres et matière minérale récupérés à l'intérieur d'un cendrier 25 sont reconduits à l'intérieur du réacteur de gazéification/reformage par une vis d'Archimède 47.
  • On se reporte à présent à la variante de réalisation de la figure 5, adaptée lorsqu'on souhaite réaliser la pyrolyse des matières plastiques, l'objectif étant de produire de l'huile pouvant être valorisée comme carburant ou pour d'autres applications.
  • Dans ce cas particulier, la pyrolyse doit être réalisée à basse température, typiquement inférieure à 500°C, de manière très précise et constante.
  • Pour arriver à ce résultat, les éléments toriques T doivent perdre environ 100°C entre leur entrée et leur sortie du réacteur de pyrolyse, c'est-à-dire passer d'une température d'environ 500°C à une température d'environ 400°C.
  • Afin de conserver une capacité de traitement importante, correspondant aux 8 tonnes par heure d'éléments toriques T que l'élévateur vibrant 1 est capable d'acheminer, on place trois réacteurs de pyrolyse 13a, 13b, 13c en série les uns derrière les autres, un convoyeur chauffant 37a, 37b, 37c permettant d'acheminer les éléments toriques T à l'intérieur de chaque réacteur de pyrolyse tout en remontant leur température d'environ 100°C, de sorte qu'ils arrivent chauffés à environ 500°C à l'intérieur de chaque réacteur.
  • Dans ce mode de réalisation de l'invention, il n'est pas nécessaire de prévoir des sas d'étanchéité, car comme il n'y a pas de combustion, il n'y a pas de risque de combustion de syngaz.
  • Le syngaz condensable en huile est récupéré de chaque réacteur de pyrolyse 13a, 13b, 13c par des conduites de sorties respectives 49a, 49b, 49c qui l'acheminent vers un condenseur 51 pour être transformé en huile.
  • Les charbons sont récupérés comme dans les modes de réalisation précédents au moyen d'un crible vibrant 21 et d'un cendrier 25.
  • Les différents éléments constitutifs des installations qui ont été décrites ci-dessus (élévateurs vibrants, cribles vibrants, convoyeurs vibrants, sas d'étanchéité...), sont commercialisés par exemple par la société SINEX située à SAINT YRIEIX SUR CHARENTE (16710).
  • Naturellement, l'invention est décrite dans ce qui précède à titre d'exemple. Il est entendu que l'homme du métier est à même de réaliser différentes variantes de réalisation de l'invention sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

Claims (15)

  1. Procédé de pyrolyse des déchets organiques, dans lequel on utilise des éléments toriques (T) en céramique pour chauffer les déchets.
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on convoie lesdits éléments toriques (T) uniquement par vibration.
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel on chauffe lesdits éléments toriques (T) à une température située entre 400°C à 950°C puis on les mélange avec des déchets organiques dans un réacteur de pyrolyse (13), et on récupère le syngaz sortant de ce réacteur.
  4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel on envoie le syngaz et les éléments toriques (T) issus du réacteur de pyrolyse (13), ainsi que de la vapeur d'eau à très haute température, à l'intérieur d'un réacteur de gazéification/reformage (29), et on récupère le mélange gazeux en résultant.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2 dans lequel on chauffe lesdits éléments toriques (T) à une température située entre 900°C et 950°C puis on les mélange avec de l'air dans un réacteur de gazéification/reformage (29), on récupère le syngaz sortant de ce réacteur (29), on envoie les éléments toriques (T) issus de ce réacteur (29) dans un réacteur de pyrolyse (13) où on les mélange à une température de l'ordre de 500°C avec de la matière minérale, et on renvoie le mélange gazeux en résultant vers ledit réacteur de gazéification/reformage (29).
  6. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel on chauffe lesdits éléments toriques (T) à une température d'environ 500°C, et on les mélange avec des matières plastiques dans une pluralité de réacteurs de pyrolyse (13a, 13b, 13c) disposés en série, en élevant la température des éléments toriques (T) d'environ 100°C à la sortie de chaque réacteur de pyrolyse (13a, 13b, 13c), et on récupère le syngaz condensable issu de chaque réacteur de pyrolyse (13a, 13b, 13c) pour le diriger vers un condenseur (51) en vue de sa transformation en huile.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on sépare les charbons, cendres et matière minérales des éléments toriques (T) à l'issue des réactions de pyrolyse et/ou de gazéification/reformage.
  8. Installation pour la mise en œuvre d'un procédé selon la revendication 3, comprenant dans cet ordre un élévateur vibrant (1), un four de chauffe (5), un convoyeur vibrant (11), un premier sas d'étanchéité (15), un réacteur de pyrolyse (13), un crible vibrant (21), un cendrier (25) de récupération des charbons, cendres et matières minérales, et un second sas d'étanchéité (23).
  9. Installation pour la mise en œuvre d'un procédé selon la revendication 4, comprenant dans cet ordre un élévateur vibrant (1), un four de chauffe (5), un premier sas d'étanchéité (15), un réacteur de pyrolyse (13), un deuxième sas d'étanchéité (33), un convoyeur chauffant (37), un troisième sas d'étanchéité (35), un réacteur de gazéification/reformage (29), un crible vibrant (21), un cendrier (25) de récupération des charbons, cendres et matières minérales, et un quatrième sas d'étanchéité (23).
  10. Installation pour la mise en œuvre d'un procédé selon la revendication 5, comprenant dans cet ordre un élévateur vibrant (1), un four de chauffe (5), un convoyeur vibrant (40), un premier sas d'étanchéité (15), un réacteur de gazéification/reformage (29), un deuxième sas d'étanchéité (43), un réacteur de pyrolyse (13), un crible vibrant (21), un cendrier (25) de récupération des charbons, cendres et matières minérales, et un troisième sas d'étanchéité (23).
  11. Installation pour la mise en œuvre d'un procédé selon la revendication 6, comprenant dans cet ordre un élévateur vibrant (1), un premier convoyeur chauffant (37a), un premier réacteur de pyrolyse (13a), un deuxième convoyeur chauffant (37b), un deuxième réacteur de pyrolyse (13b), un troisième convoyeur chauffant (37c), un troisième réacteur de pyrolyse (13c), un crible vibrant (21), et un cendrier (25) de récupération des charbons, cendres et matières minérales.
  12. Élément torique (T) pour la mise en œuvre d'un procédé conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 7, formé essentiellement, ou intégralement, en céramique.
  13. Élément torique (T) selon la revendication 12, dans lequel la céramique est de l'alumine ou un alliage d'alumine.
  14. Élément torique (T) selon l'une des revendications 12 ou 13, dans lequel la céramique est recouverte d'un revêtement métallique et/ou catalytique tel qu'un alliage à forte teneur en nickel, ou autre revêtement catalytique nécessité par la réaction de pyrolyse en fonction de l'entrant.
  15. Élément torique (T) si selon l'une quelconque des revendications 12 à 14, présentant une forme d'anneau sensiblement cylindrique.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5390901A (en) * 1993-09-27 1995-02-21 Rockwell International Corporation Energetic material feeder
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FR2945817A1 (fr) 2009-05-25 2010-11-26 Francois Hustache Nouveau dispositif pour la gazeification de dechets organiques, et procede de mise en oeuvre de ce dispositif
WO2017203587A1 (fr) * 2016-05-23 2017-11-30 株式会社ジャパンブルーエナジー Appareil de gazéification de biomasse

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