FR2962190A1 - Procede et installations pour le mettre en oeuvre de valorisation energetique et incineration des ordures menageres ou autres dechets humides, utilisant un sechage a la vapeur surchauffee - Google Patents

Abstract

Procédé et installations pour le mettre en oeuvre de valorisation énergétique et incinération des ordures ménagères ou autres déchets humides utilisant un séchage à la vapeur surchauffée. L'incinération d'ordures ménagères humides pose des problèmes à la fois énergétiques et de pollutions. Pourtant, cette incinération est économiquement très intéressante. La présente invention propose une solution qui permet cette incinération d'ordures ménagères humides. La solution réside essentiellement dans un séchage des ordures à la vapeur surchauffée grâce aux gaz d'échappement d'un moteur alimenté par gazéification des ordures après séchage. La solution peut utiliser autre chose qu'un moteur et d'autres produits que des ordures ménagères

Description

Procédé et installations pour le mettre en oeuvre de valorisation énergétique et incinération des ordures ménaqères ou autres déchets humides utilisant un séchage à la vapeur surchauffée.

La présente intention concerne un procédé et les installations pour le mettre en oeuvre, facilitant une production non polluante d'électricité à partir de déchets humides, le terme de déchets recouvrant ici principalement les déchets urbains ménagers, mais couvrant aussi d'autres matières telles que toute biomasse humide, déchets verts et déchets agricoles humides.

On parle bien souvent des avantages et des difficultés de l'incinération des ordures ménagères ou des déchets, mais on ajoute immédiatement que l'incinération n'est pratiquement pas réalisable lorsque les produits sont humides. On considère en effet que lorsque les produits sont humides, cela coûte trop cher de les incinérer car il faut ajouter aux produits du combustible pour en assurer une élimination acceptable. Le présent procédé et les installations pour le mettre en oeuvre permet d'échapper à cette difficulté et d'incinérer, même des produits assez humides, sans adjonction de combustible, sans polluer et en produisant des quantités importantes d'électricité et de chaleur.

Par rapport aux autres techniques de traitement des ordures ménagères, l'incinération est une technique particulièrement utile car elle permet de limiter les émissions de gaz à effet de serre. Si elle produit, in fine autant de CO2 que les autres procédés, elle tire un meilleur profit de cette production finale. 35 Le compostage transforme en CO2 une partie de la biomasse, sans que l'on en récupère d'énergie vraiment utilisable. Il laisse un compost dont, lorsqu'il s'agit d'ordures ménagères, l'épandange peut être polluant pour les sols. Ce composte est de toute façon lentement dégradé 40 dans le sol en CO2 sans bénéfice énergétique aucun. De plus il est inévitable que lors du compostage certaines zones subissent une fermentation anaérobie qui dégage du méthane, redoutable gaz à effet de serre qui ne se dégrade que très lentement dans l'atmosphère. 45 Les ordures misent en tas, produisent beaucoup de méthane, que l'on peut certes récupérer mais à un prix élevé. Avec ce méthane on peut certes produire de l'électricité et de chaleur mais en quantité beaucoup plus faible que lors d'une incinération directe et à un prix 50 beaucoup plus élevé. De plus l'enfouissement des tas laisse des masses considérables de matière dans le sol, masses qui même si elles sont relativement enfermées par des parois étanches encombrent des espaces considérables. Dans de nombreux pays pauvres on se contente de 55 constituer des tas d'ordures d'épaisseurs considérables, ce qui sur le plan de l'environnement et des nuisances, est fort peu satisfaisant.

Lorsque les produits sont assez secs, les techniques 60 utilisées actuellement en incinération permettent de récupérer des quantités d'électricité et la chaleur importantes , sans polluer, mais avec des rendements de production électrique seulement d'environ 15 %. Ils permettent surtout de se débarrasser des ordures dont ils ne 65 restent que les cendres. Lorsque que les produits sont plus humides on déclare habituellement qu'ils ne sont pas incinèrables et que les seules solutions sont le compostage, l'enfouissement ou la décharge . 70 L'incinération, est la technique de loin la moins polluante, pourtant elle exige des précautions pour être totalement propre: -- il faut laver les fumées qui sortent des 75 incinérateurs ou les purifier par des techniques sèches de sorte qu'elle ne risquent pas de contenir de dioxines furanes ni de métaux lourds plus ou moins volatils. Sur ce point le procédé et les installations objets du présent brevet, lorsqu'elles passent par une gazéification 80 apportent des avantages non négligeables du fait que la quantité de gaz à traiter est plus de trois fois inférieures à celles des fumées et du fait également que la gazéification est une réaction à haute température en milieu réducteur qui ne crée pas de dioxines et de furanes. Mais il 85 n'y a pas là de nouveautés l'incinération d'ordures ménagères passant par une gazéification ayant déjà fait l'objet de plusieurs réalisations. On peut toutefois remarquer que la gazéification des ordures ménagères a jusqu'à présent échoué faute de 90 gazéifieur adéquat. Un gazéifieur nouveau et particulièrement efficace a été choisis pour mettre en oeuvre le procédé et concevoir les installations objet du présent brevet. --- pendant le déchargement des ordures, leur stockage et 95 le chargement de l'incinérateur, des gaz malodorants et des insectes nuisibles peuvent être disséminés dans l'atmosphère.. Il convient que l'air qui environne les ordures soit dans la mesure du possible aspiré avec les gaz et les insectes qu'il contient et que ces gaz aspirés soient 100 épurés avant leur rejet dans l'atmosphère, ce que l'on fait avantageusement par un passage à haute température à l'occasion de la combustion ou de la gazéification. --- Enfin les eaux produites par le process et les eaux de lessivage du site par la pluie doivent être épurées avant 105 rejet. --- En ce qui concerne les cendres il convient selon leur qualité, de les stabiliser ou de les emmener en décharge. De même pour les boues de lavage des fumées.

110 Lorsqu'il s'agit d'ordures ménagères humides, le faible pouvoir calorifique rend difficile ou impossible l'équilibrage des bilans énergétiques permettant d'éviter la pollution, cela avec les technologies actuelles. Et si l'on décidait de sécher les ordures avant leur 115 incinération, on se trouverait en face de masses considérables d'air de séchage qu'il serait très difficile et coûteux de traiter et qui contiendraient des quantités importantes de composés organiques volatils très dilués qui causeraient une pollution certaine. 120 Les procédés d'incinération d'ordures ménagères doivent éviter les pollutions par ces diverses voies.

Le procédé et les installations permettant de le mettre 125 en oeuvre, objet du présent brevet apportent essentiellement comme nouveauté d'éviter la pollution de l'air qui aurait lieu lors du séchage des ordures ménagères. Le séchage à la vapeur surchauffée a pour effet de stériliser les matières introduites (supprimant bien entendu 130 les insectes) et de concentrer la plupart des composés organiques volatils, dégagés lors du séchage, dans l'eau de condensation de la vapeur sortant du sécheur. Diverses techniques d'épuration, plus ou moins courantes, et avantageusement les techniques d'oxydation à haute 135 pression et haute température des matières organiques présentes dans l'eau sont des techniques connues qui permettent, si besoin est, de rendre ces eaux condensées suffisamment propres.

140 LÉ procédé et les installations objet du présent brevet est aussi utilisable pour bien d'autres produits que les ordures ménagères, produits dont l'humidité fait qu'ils sont réputés en pratique non incinérables.

145 La production d'électricité et de chaleur à partir des ordures ménagères ou de ces autres produits humides a un intérêt économique considérable. L'augmentation du prix des énergies fossiles fait qu'il est déjà presque aussi économique de produire de 150 l'électricité à partir de biomasse qu'à partir de dérivés pétroliers, et qu'il est déjà plus économique de produire de la chaleur à partir de biomasse qu'à partir de pétrole.

Cumuler les deux avantages : détruire les déchets sans 155 polluer tout en produisant électricité et chaleur présente donc un grand intérêt. De nombreux déchets étant humides, il est d'autant plus intéressant de disposer d'un procédé et d'installations capables de produire efficacement de l'énergie 160 mécanique(facilement transformée si besoin est en électricité) à partir de ces déchets (ce qui exige leur séchage). D'où l'intérêt du procédé et des installations qui permettent de le mettre en oeuvre, objets du présent brevet. 165

Selon le procédé, les ordures, pouvant avoir une humidité allant jusqu'à 70 % sont reçues dans une fosse (1) qui peut être avantageusement, dans le cas de petites unités, une ou 6 170 des capacités à fond mouvant, qui peuvent être une ou des remorques à épandage de fumier ou un matériel analogue. L'extrémité aval de cette capacité est munie avantageusement d'un ensemble de hérissons tournant, analogues aux hérissons disposés à l'arrière des remorques épandeuses de fumier, 175 lisier ou boues. La fosse alimente à travers cet ensemble, grâce à une trémie (2), un tapis élévateur (3) (ou une vis élévatrice conçue de sorte qu'elle ne risque pas de se coincer). Le tapis déverse le produit dans un broyeur grossier (4) 180 qui diminue la granulométrie des morceaux qui en sortent. Le broyeur alimente lui-même un sécheur (5), avantageusement de type « tambour tournant » au travers duquel on recycle grâce à un ventilateur (6) de la vapeur surchauffée par un échangeur (7) trouvant sa chaleur dans les gaz de 185 combustion (qu'il refroidit fortement)du moteur à fort taux de compression qui produit l'électricité à partir des gaz du gazéifieur. Les ordures sèches rentrent alors dans le gazéifieur (8) où leur partie organique (ou carbonée) est transformée, en 190 présence d'eau, (pour les matières organiques l'eau de constitution suffit) en partie en charbon végétal (si l'on conduit le procédé pour ne pas faire une gazéification le plus totale possible) , en partie en un mélange d'oxyde de carbone de dihydrogène, d'eau, de dioxyde de carbone (et 195 évidemment d'azote si la gazéification est faite avec de l'air). Les cendres sont alors extraites avec une quantité de charbon végétal plus ou moins importante, selon ce que l'on désire, et séparés éventuellement en plusieurs parties par 200 une unités (9) et finalement chargé en bennes. Les gaz sont traités (ensemble 10) de sorte que l'on puisse les employer dans un moteur à fort taux de compression (11) suralimenté (ce qui est une solution considérée comme avantageuse) 7 sachant que l'on peut aussi les employer dans une turbine à 205 gaz, un moteur non suralimenté, un moteur à faible taux de compression, ou même brulés dans une chaudière produisant de la vapeur (alimentant une turbine à vapeur) ou des gaz très chauds (alimentant un moteur Stirling)... L'installation la plus avantageuse utilise un gazéifieur 210 simple et peu coûteux qui laisse les cendres sous forme pulvérulente et produit des gaz exempts de pyroligneux et récupère les calories qu'ils contiennent (ils sortent aux alentours de 750° ) pour réchauffer l'air de gazéification (ce qui est rentable si l'on utilise un échangeur à haute 215 température performant d'un type nouveau). Avant refroidissement, les gaz (propres de pyroligneux, seront séparés de la plus grande partie de leurs cendres par un procédé sec. Après séparation du plus gros des poussières à sec,les 220 gaz sont lavés dans un « scrubber » ou tout autre dis ozitif ayant le même résultat. Un traitement chimique approprié des eaux de lavage du scrubber pe e'ttra d'éliminer les traces de métaux lourds toxiques ou autres composants toxiques contenus dans les gaz 225 du gazéifieur. Comme il a été dit plus haut, il est beaucoup plus facile de traiter les gaz de gazéification que les gaz de combustio° ultimes(fumées d'une installation classique) du fait que le volume de gaz de gazéification(même lors d'une 230 gazéification à l'air) est plusieurs fois plus faible que celui des gaz après combustion finale. On rappellera aussi que la gazéification ayant lieu en conditions réductrices, on ne risque pas la production de dioxines ou furanes dont le traitement serait fort coûteux. 235 Les gaz ne rentrent cens le moteur qu'après un léger réchauffement pour qu'il ne soient pas saturés en eau et avant d'y rentrer ils f,tt l'objet d'une filtration ultime 8 (par un filtre qui peut avantageusement être du type « à manche ») qui garantit qu'ils ne contiendront pas de 240 poussières issues du séchage de gouttes envolées.

La figure 1/1 illustre un schéma d'ensemble d'une installation selon l'invention. On y trouve les chiffres renvoyant à la description. 245

Claims (8)

1. REVENDICATIONS1) Procédé et installation pour le mettre en oeuvre, 250 permettant d'incinérer avantageusement de la biomasse humide ou des ordures ménagères ou autres, caractérisés par le fait que la matière est séchée à la vapeur surchauffée dans un séchoir à recyclage de gaz. 255
2. 2) Procédé et installation selon la revendication 1, caractérisés par le fait que le réchauffement, à chaque tour de recyclage, de la vapeur de séchage est obtenu par des calories des gaz d'échappement de l'installation qui brute la matière organique ou par celles des fumés produites par 260 co stion des gaz générés à partir de cette matière Gr n que. La chaleur est apportée à la vapeur surchauffée à travers un échangeur. 265
3. 3) Procédé et installation selon les revendications 1 et 2, cari4risés par le fait que le séchage à la vapeur surchauffée est complété en cas de besoin par une fin de séchage .avec de l'air réchauffé par la chaleur de efroidissement de la machine thermique utilisée pour 270 produire de l'énergie mécanique, et plus particulièrement de l'électricité et-ou par les calories de condensation de l'eau évaporée dans le séchoir à vapeur surchauffée, ou même par de l'air réchauffé par condensation de l'eau contenue dans l'air de la fin de séchage (séchage à l'air bi-étagé ou 275 même multi-étagé).
4. 4) Procédé et installation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les incondensables mélangés à la vapeur surchauffée condensée sont mélangés à l'air de10 280 combustion ou de gazéification pour être brulés ou (dans le cas de la gazéification) transformés dans la gazéification en gaz combustible.
5. 5) Procédé et installation selon l'une ou plusieurs 285 des revendications précédentes caractérisés par le fait que les ordures, ou la biomasse humide sont gazéifiées par un gazéifieur dit « à recyclage de gaz » qui garde les cendres sous forme non fondue et produit des gaz sans pyroligneux. 290
6. 6) Procédé et installation selon une ou plusieurs des revendications antérieures dans laquelle le ou les séchages sont réalisés avec des séchoirs à tambour tournant ou en lit. 295
7. 7) Procédé et installation selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes caractérisés en ce que les gaz produits par la gazéification son épurés avant leur combustion dans une machine thermique ou la chaudière alimentant une machine thermique. 300
8. 8) Procédé et installation selon l'une ou plusieurs des revendications précédentes caractérisés par le fait que l'installation peut être conduite de sorte qu'elle produise, en sus d'électricité et de chaleur, du charbon végétal 305 utilisable à diverses fins.