WO2004101452A1 - Systeme et procede pour recycler thermiquement des dechets, et application de ce systeme au traitement de dechets a forte teneur en eau - Google Patents

Systeme et procede pour recycler thermiquement des dechets, et application de ce systeme au traitement de dechets a forte teneur en eau Download PDF

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WO2004101452A1
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waste
thermal
pyrolysis
gas
materials
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PCT/FR2004/001162
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Raymond Guyomarc'h
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Bio 3D Applications
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/04—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste liquors, e.g. sulfite liquors
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/06—Treatment of sludge; Devices therefor by oxidation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F11/00—Treatment of sludge; Devices therefor
    • C02F11/10—Treatment of sludge; Devices therefor by pyrolysis
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/12—Heat utilisation in combustion or incineration of waste
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/40—Valorisation of by-products of wastewater, sewage or sludge processing

Definitions

  • the present invention relates to a system for recycling waste, in particular waste with a high water content. It also relates to the process implemented in this system.
  • the treatment of waste with a high water content is currently a major problem for the operators of these installations and for local authorities.
  • Growing environmental concerns make it necessary to find effective and economically viable solutions to this problem.
  • the aim of the present invention is to propose a waste recycling system making it possible to solve the problem of the treatment of waste, very particularly of waste with a high water content.
  • This objective is achieved with a system for thermally recycling waste, comprising:
  • thermo-pyrolysis coals means for combustion of thermo-pyrolysis gases
  • - heat exchange means comprising means for condensing and means for concentrating elements, - means for condensing carbon dioxide C0 2
  • thermopyrolysis means comprise:
  • thermolysis / pyrolysis column for thermal acquisition of gasification of volatiles contained in the waste, and - a chamber for homogenization of burnt gases and combustible volatiles.
  • Solid fuel can, for example, include end-of-life wood waste, or treated wood polluted with chemical elements or compounds.
  • the oxidizer injected into the hearth is preferably oxygen, but it can also be atmospheric air.
  • the solid fuel hearth in practice comprises an ashtray placed under the grate, to receive ash and non-gasifiable heavy metals.
  • the system according to the invention may further advantageously comprise means for hydraulically cooling the walls of the oven, its grid and the walls of the ashtray, and airtight means for supplying the hearth with solid fuel.
  • the thermolysis / pyrolysis column may include tubes inclined towards the oven and thermally controlled. The inclination of the tubes is determined according to a desired flow speed and the density of the materials to be incinerated.
  • the homogenization chamber is terminated by a nozzle proportional to the required flow rates, the end of which opens into a combustion chamber for thermo-pyrolysis gases.
  • Means are provided for varying the flow rate of the gas in the nozzle.
  • the means for combustion of the thermopyrolysis gases advantageously include:
  • a cylindrical combustion chamber provided with a substantially parabolic bottom into which the gas nozzle opens, this bottom comprising means for injecting oxygen 0 2 ,
  • the means of thermal purification and molecular cracking can include:
  • thermal reactor a first zone, called a thermal reactor
  • the first zone is in the form of a chamber comprising two parts divided by a first inclined grid receiving solid fuel [Bio-D], the upper part containing a bed of glowing embers, injectors of oxygen 0 2 disposed under said first grid admits the primary oxidizer, oxygen injectors 0 2 disposed above said first grid supply by oxidizing the reactor proper, and the lower part located under said first grid being the inlet chamber for the burnt gases to be purified (as well as the volatile fuels to be reduced and the water vapor to be purified), and comprising an ashtray in its lower part.
  • Bio-D first inclined grid receiving solid fuel
  • the second zone is in the form of a double room comprising two separate compartments separated by a non-continuous vertical partition, the first compartment being constituted by the upper part located above the first grid. and communicating with the second compartment through the free opening above the partition.
  • the gas flow in this part is ascending, and it is in this part that the solid fuel supply chute [Bio-D] opens, above the first grid.
  • the second compartment is constituted by the upper part located above the second grid, the flow of gases in this compartment being reversed (descending).
  • This part comprises at its base a second grid, inclined in opposition to the first grid and below it, the two grids communicating through the free opening located at the base of the partition, the fuel in the state embers flowing through this communication from the first to the second grid.
  • the third zone known as afterburner, includes oxygen injectors 0 2 , arranged under said second grid. These injectors admit the afterburner oxidizer.
  • This afterburner area has an ashtray in its lower part.
  • the heat exchange means are arranged to perform a condensation / solidification of the elements (reduced to the native state by molecular cracking) contained in the exhaust gas from the means heat treatment, and condensation of water at low temperature and at a pressure below atmospheric pressure.
  • the heat exchange means also comprise depressor means arranged to maintain the water contained in the exhaust gas, in the dry vapor state up to its pressure-temperature condensation zone.
  • a secondary exchanger downstream of the heat exchange means, operating as an evaporator for liquid oxygen, cools the exhaust gases and allows the condensation of water vapor, means recover the water condensed by gravity in avoiding any entry of parasitic air.
  • the means of condensing carbon dioxide include the refrigeration systems defined by the supplier of Oxygen.
  • the means for dehydrating wet waste comprise:
  • means for picking up wet materials comprising an inclined tank, heated and maintained in high vacuum by a vacuum cleaner / compressor for sucking the vapors and blowing them into the thermal reactor means,
  • the dehydrating means can also comprise means for blowing hot gases so as to heat the lifting means and evaporate the water contained in the materials.
  • the cooling means are for example installed in the interior space of a double wall provided for cooling areas of the system in contact with the hot sources of said system.
  • - a heat exchange phase comprising a phase of condensation and concentration of elements, - a phase of condensation of the C0 2 gas, and - a phase of cogeneration
  • This process can also include a preliminary phase of dehydration of wet waste.
  • FIG. 1 is a block diagram of the thermal recycling system according to the invention.
  • thermopyrolysis column used in the thermal recycling system according to the invention
  • FIG. 3 schematically illustrates the structure of a combustion chamber implemented in the thermal recycling system according to the invention
  • - Figure 4 schematically illustrates the structure of a thermal purification reactor implemented in the thermal recycling system according to the invention
  • - Figure 5 schematically illustrates the structure of a dehydration system implemented in the thermal recycling system according to the invention.
  • the thermal recycling system 1 comprises seven separate, concomitant and communicating parts: - a thermo-pyrolysis column 2,
  • thermo-pyrolysis gases a chamber 3 for combustion of thermo-pyrolysis gases
  • a heat exchanger 5 comprising a condenser and a concentrator of the elements
  • the process according to the invention takes place continuously, with interactive and simultaneous operation.
  • the thermal recycling system 1 is maintained under controlled vacuum to avoid any gas concentration.
  • thermo-pyrolysis column 2 comprises, with reference to FIG. 2, three zones:
  • thermolysis / pyrolysis column 21 A thermolysis / pyrolysis column 21, a chamber 22 for homogenization of the burnt and volatile combustible gases.
  • the solid fuel hearth 20, with upward flow, is composed of a grid 24 receiving the fuel and of injectors 25, 26 of oxidizer.
  • the solid fuel 23 can be wood waste at the end of its life, treated wood polluted by chemical elements CCA (Copper, Chromium, Arsenic), creosotes PAH, or PCP (wood treated with “organochlorines) and / or densified biomass known as [Bio-D].
  • the solid fuel of the type [Bio-D] marketed by the depositor because of its nature free from any pollutant, is the only one used in the final process of the system: purification / elementarization of the combustion gas.
  • the size of the solid fuel must correspond to the use made of it.
  • oxygen can be used as an exclusive oxidant for the combustion of solid fuel, in particular fuel [Bio-D].
  • solid fuel in particular fuel [Bio-D].
  • the role of solid fuel at this location is to be a regulating thermal base, completely impassable by combustible solid bodies (waste coal after thermo-pyrolysis). Its thickness is adapted to the expected functions. Its temperature varies between 1500 and 1600 ° C, which allows perfect combustion of the waste coals and the flow of the fusions which take place in the column.
  • the oxidizer is preferably O 2 , it can nevertheless be “atmospheric” air enriched or not with O 2 .
  • the gases from this area will be purified and cracked as the reactor passes.
  • This oven of classic design is made of special steel to allow obtaining very high temperatures, typically 1600 ° C.
  • an ashtray 27 airtight by a slight overpressure of C0 2 , receives the non-combustible residues: the ashes composed essentially of minerals contained in the fuel and the incinerated waste, the heavy metals which cannot be gasified. .
  • the walls 28 of the system, its hearth grid 24, the tubular grids 201 and the walls 29 of the ashtray 27 are cooled hydraulically, so as to maintain their nominal operating temperature, typically 1200 ° C.
  • thermolysis / pyrolysis column 2 constitutes a height volume zone adapted to the thermal acquisition of gasification, of the volatiles which the waste contains.
  • Tubular grids 201 inclined towards the furnace, and thermally controlled, are arranged in this volume to slow the fall of the waste and allow them a progressive thermal acquisition.
  • the inclination is relative to the desired flow speed, according to the density of the materials to be incinerated.
  • the atmosphere in this area is reductive. It is continuously monitored to eliminate any possibility of residual oxygen.
  • the thermal base is managed and controlled continuously to: provide the thermal capacity required for the volatilization of gasifiable organic matter contained in the waste, ensure the complete combustion of the thermopyrolysis coals, guarantee the total absorption of the oxidizing oxygen.
  • the waste supply chute 202 is located above the tubular grids. It is airtight and controlled by a forced flow of C0 2 , to prevent any entry of parasitic air. It is through this chute that dry materials from sludge and slurry are introduced.
  • a percentage of solid fuel, injected into the waste feed chute, facilitates their flow and the constant unclogging of the column grids.
  • waste with high energy potential, shredded tires, animal meal, etc. will be introduced by this chute into the thermolysis / pyrolysis column 2.
  • the elimination of this waste will provide the energy useful for the dewatering of sludge and slurry.
  • the chamber 22 for homogenizing the burnt gases 203 and volatile combustibles is terminated by a nozzle 220 proportional to the required flow rates.
  • a hydraulic system allows the gas flow in this nozzle to be varied. It acts on pressure drops and on the control of thermal capacities, at play in the column.
  • the end of the nozzle opens into the combustion chamber of the thermopyrolysis gases. At this level the gases do not contain any trace of O 2 , and are at the average temperature of 1400 ° C.
  • the combustion chamber 3 for the thermopyrolysis gases is a volume made up of three zones, with reference to FIG. 3:
  • first zone 30 constituting a cylindrical combustion chamber having a parabolic bottom 300 into which the gas nozzle 220 opens
  • second zone 31 constituting an afterburner chamber which is in continuity with the first combustion chamber
  • conduit 32 terminating the post-combustion chamber, which tranships the burnt gas towards the thermal purification and molecular cracking reactor.
  • the parabolic bottom 300 is provided with injectors of 0 2 301 and 302 which allow instant ignition of the gases as soon as they enter the chamber.
  • a parabola 303 Opposing the nozzle, a parabola 303, with a diameter less than the cylinder of the chamber, is provided with a central cone 304.
  • This assembly has the effect of returning the gases, and creating turbulence, to homogenize their combustion.
  • the distance between the bottom of the chamber and the dish is relative to the system's waste treatment capacity.
  • the temperature of this zone reaches values close to 2000 ° C, the walls and the dish are regulated by a hydraulic cooling system. -
  • the ignited gases pass to the periphery of the parabola, while the system is under vacuum, regulated and controlled continuously.
  • the gases are expanded in this cylindrical chamber which comprises in its axis the support tube 305 of the parabola.
  • the volume of the post-combustion chamber is determined by the technical characteristics of the general system, the aim being the perfect combustion of the gases.
  • the atmosphere of this chamber is controlled in composition, temperature, pressure and speed. The goal is to have no residual oxygen at the outlet of the exhaust gases.
  • the thermal purification and molecular cracking reactor 4 comprises, with reference to FIG. 4, three zones: a first zone 40, called a thermal reactor,
  • the thermal reactor zone 40 consists of a chamber divided into two volumes by a first inclined tubular grid 410, which receives solid fuel [Bio-D] exclusively. With reference to FIG. 5, this grid is inclined in the direction of the length of the tubes, the section of the grid forms an accordion, the height of the folds of which conforms to the preheating layer 421.
  • the upper volume 42 is contained by this grid and is configured to form a first incandescent bed adapted to the technical characteristics of the general system.
  • This bed is configured to form three distinct layers: a first layer 421, called preheating and filtration, which is contained by the grid 410, and whose thickness is the height of said grid, - a second layer 422, called reactor thermal, which is defined by the technical characteristics of the initial process, and which is contained by the shape of the volume 42.
  • a third layer 423 formed by the fuel [Bio-D] fed continuously by the chute 44.
  • Injectors 423 propel oxygen to the heart of the second layer which constitutes an ignition mass, to form the thermal reactor which filters and reduces the gas to be treated. They are defined to provide the oxidizer necessary to bring the reactor temperature to 1600 ° C continuously.
  • the second volume 41 is located under the grid 410, the pipe 32 for supplying gas from the combustion chamber opens out there. It is in this volume that the gases to be purified and cracked and the water vapor coming from the dehydration system 7 are injected. Injectors 415 and 416 supply primary oxygen with the first bed of
  • the bottom of the first grid 410 communicates with the second grid 430 which is the base of the second volume of the zone 43 known as stabilization and relaxation.
  • the solid fuel consumed at 50% (it is then pure charcoal in the state of embers at more than 1600 ° C.) flows through this communication from the grid 410 onto this second grid 430.
  • This second grid is configured like the first, it is inclined in opposition to that of the thermal reactor.
  • FAAR Reducing Action Filter
  • the FAAR system is designed to carry out full filtration of gaseous effluents and thermal cracking of the compound molecules.
  • the FAAR system designed as a solid fuel thermal generator, is configured for the use of solid fuel [Bio-D] which, burned at very high temperature under pure oxygen, constitutes fluid and permanent ember beds. These very reactive embers are crossed by gaseous effluents: smoke, degassing, air from various treatments, exhaust gases from industrial systems, etc. There is thus a reactor which thermally reduces the polluted gas into native elements, regardless of their temperature or the type of pollution.
  • the operating principle exploits all the oxygen molecules available, supplied or existing in the effluent. These molecules combine in C0 2 with the carbon elements, accelerating the thermal transfer of the reactor core.
  • the outlet gases are no longer composed of C0 2 and non-combined native elements, there is no longer, at this process level, 0 2 available.
  • the hydrogen contained in the gases participates in thermal generation and combines in
  • Oxygen injectors 415, 416 located under the first grid 410 "thermal reactor” supply the primary oxygen to the solid fuel.
  • the burnt gases are introduced into this part 41 of the chamber, via the conduit 32, and are mixed with the primary oxygen. In this zone, the direction of the gas flow is ascending.
  • This gaseous mixture passes through “reactor 42” where they undergo violent reducing thermal shocks. It is in this part 41 of the chamber that water vapor and combustible gases are injected from the treatment of waste with a high water content.
  • An ashtray 411 is located under this part of the chamber, it receives the ashes contained in the exclusively mineral solid fuel, approximately 0.5% of the mass consumed.
  • This ashtray is guaranteed airtight by a slight overpressure caused by an injection of C0 2 .
  • a chute 44 supplies it with solid fuel. It is airtight and controlled by a forced flow of C0 2 , to prevent any entry of parasitic air. This diet is continuous and controlled to maintain the characteristics of this area.
  • the gases are at a minimum temperature of 1600 ° C, they are eluted. They do not contain residual oxygen, this state being guaranteed by the continuous supply of solid fuel which consumes more than available. There is no longer any oxygen injection at the level of the chute 44.
  • Control means 432 installed at the outlet of this zone ensure this absence of residual O 2 by acting on the supply of oxidizer to the reactor.
  • the zone 43 for stabilization and expansion of the treated gas is divided into two parts by a partition 431.
  • This partition leaves at its top the communication between the parts of the zone 43, a space at the bottom of this partition ensures the flow of the embers from grid 410 to grid 430.
  • the two volumes in zone 43 have a reverse flow direction.
  • the first part located above the so-called reactor zone 42 is in ascending regime.
  • the second part, separated from the first by the partition 431 is in reverse, descending flow.
  • a second bed 45 of solid fuel [Bio-D] (densified biomass) is the base of this second zone.
  • the fuel is contained by the second grid 430 of the same configuration as the first. Its inclination is opposite to the first, it is located below the latter. It will be recalled that these grids communicate with each other through the bottom of the partition 431 and the bottom of the first grid, which opens out above the second.
  • This bed 45 is made of embers of solid fuel from the first bed, more than 50% consumed they are embers of charcoal. These embers flow by gravity from one bed to another, their flow is naturally regulated by the consumption of material.
  • the oxygen control at the exit of this zone, makes it possible to regulate the combustion so that it is strictly stoichiometric.
  • An ashtray 420 is located under this part of the chamber, it receives the ashes contained in the solid fuel, exclusively mineral, about 0.5% of the mass consumed.
  • This ashtray is guaranteed airtight by a slight overpressure caused by an injection of C0 2 .
  • the exhaust gas is composed of C0 2 , H 2 0 in the state of high temperature dry vapor and the native elements contained in the treated waste. This gas is sucked in the heat exchanger where it will transfer all the thermal energy contained.
  • the assembly 5 heat exchanger / condenser concentrator of the elements is designed as a function of a preliminary analysis of the waste treated by the system. This analysis makes it possible to determine: the elements contained in the waste and their physicochemical characteristics, the quantity of water vapor to be condensed, - the volume of C0 2 which will be produced, and the volume and the nature of the non-condensable elements nor solidifiable.
  • the exchanger 5 can then be defined and configured so as to preserve “landing” zones.
  • the purpose of these zones is to allow the conditions for changing the state of the elements.
  • the heat exchange can be carried out using a technique making it possible to maintain and control the temperature of the exhaust gas at the required level.
  • the heat transfer fluid is for example water which is brought to the state of superheated vapor and at very high pressure during the heat exchange. This steam is used to produce cogeneration which supplies the energies useful for the process, the surpluses are marketable.
  • the system which ensures vacuum in the process, and the means used to control it, make it possible to maintain the water, contained in the exhaust gas, in the state of dry vapor, even at low temperature. This state allows the phase change of a maximum of the native elements contained in the gas and their recovery, before condensing the water.
  • the water contained in the exhaust gas is condensed at low temperature and below atmospheric pressure. This state, together with the suction of the gases which increases the depression as the water condenses, ensures pure water which is recovered by gravity.
  • the device 6 for condensing carbon dioxide is an integral part of the thermal recycling system 1 according to the invention. It includes material means for lowering the temperature of the exhaust gas to the condensation temperature of C0 2 , approximately -80 ° C.
  • a secondary exchanger which is installed at the end of the previous cycle, serves as an evaporator for liquid oxygen. It draws energy useful for the evaporation of O 2 from that available in the exhaust gas.
  • the thermal capacity remaining to extract to condense the C0 2 will be by a conventional refrigeration system, its power will be relative to the technical characteristics of the general system.
  • the refrigeration means can be the cryogenization system which supplies oxygen to the process, if one is installed.
  • the condensing device 5 is configured so that, during the exhaust gas cooling cycle, the residual elements, condensable before the CO 2 , are recovered.
  • the temperature can be lowered to a lower level to perfect the condensation / recovery of other elements. Residual gaseous elements are harmless and can be returned to the ecosystem. Otherwise their volume is reduced to the congruent portion, they can then be neutralized, for example vitrified.
  • Useful energy thermal recycling system is provided by cogeneration generated by the general system.
  • the dehydration device 7 implemented in the thermal recycling system according to the invention comprises, with reference to FIG. 6, three parts, the volumes and technical characteristics of which are defined as a function of the quantities of wet matter to be treated: a closed tank 70 which receives the materials to be dehydrated by chute, ferry means, unloading hatch,
  • the materials to be dehydrated can be supplied by truck if the thermal recycling system according to the invention is far from the production site. If the system is installed on site, the tank is then in direct access with the material outlet. The materials are introduced into the tank through a chute 701. This chute is maintained at slight overpressure by an injection of hot CO 2 from the general system.
  • a transfer screw 702 takes the stored materials 75 to a mechanism 71 designed to raise them in a dehydration space.
  • the tank 70 is heated by superheated steam 703 produced within the general thermal recycling system according to the invention. Introduced by the perforated axis 704 of the transfer screw, the steam carries and maintains the temperature of the tank 70 at a maximum of 60 ° C. The volume of this reservoir is maintained in slight depression by a vent 731. A constant suction transhipped the extracted vapors towards the thermal reactor device. This extraction is carried out by a vacuum cleaner / compressor 733 which sucks the vapors produced in the general dehydration system through a pipe 73 and blows them into the thermal reactor device.
  • the mechanism 71 for lifting wet materials is composed of an inclined double-walled tank 710, this tank is heated by superheated steam 703 which circulates in the double wall.
  • a transfer screw 71 picks up the wet materials. It is configured so that only pre-dried materials reach the top. The axis of this screw is perforated to allow the injection of hot gas throughout this tank.
  • a piping system blows hot gases 711 (C0 2 from the general system) which heats the mechanism 71 and the interior volume of the tank 710 to evaporate the water contained in the materials. This volume is maintained in high vacuum by the vacuum cleaner / compressor 733 which sucks the vapors 734 through a vent 732 and blows them into the thermal reactor device.
  • the materials are stirred by the screws 702 and 71, which prevents their agglomeration and facilitates the evaporation of the water which they contain.
  • the steam, the hot gases blown in and the gases volatilized 734 by these operations are continuously sucked and blown into the thermal reactor device.
  • the pre-dried materials 76, picked up by the mechanism 71, are introduced into the dehydrating tank 72 which is the third part of this system.
  • An inclined carpet 721 occupies the space of this tank, it is micro-perforated to allow the passage of hot gases 711 and 703 which will end up dehydrating the materials. This mat receives the pre-dried materials 76 to raise them towards the chute 80.
  • the materials occupy the surface of the carpet 721 through which the hot gases pass to finalize the dehydration.
  • the hot gases 711 and 703 finalize the evaporation of the materials 76.
  • the water vapor and the gases 734 are sucked in by the vacuum cleaner / compressor 733 through the vent 732 and blown into the thermal reactor device through the conduit 73.
  • this mat 721 opens onto the chute 80 which communicates with the chute 202 described in FIG. 2 zone 21 (supply of waste from the thermo-pyrolysis column 2 in FIG. 2).
  • This chute 80 is kept under overpressure by an insufflation 810 of inert hot gas C0 2 which guarantees the impossibility of suction of gas coming from the thermo-pyrolysis column.
  • a rotary scraper 81 removes the dry materials from the top of the belt 721.
  • the materials are fragmented 77 by the scraper which projects them into the chute 80 from where they flow gravitatively towards the thermopyrolysis column.
  • a transfer mechanism can relay the transfer of these materials to the thermo-pyrolysis column.
  • This cooling system is designed on the principle that the reduction of heat exchange, to the minimum viable for materials, facilitates the obtaining and control of process temperatures, and reduces energy consumption.
  • the process implemented in this cooling system uses water stabilized in minerals and PH, in permanent recycling.
  • the principle of the process is to replace the mass of heat transfer fluid, conventionally used, with a system of spraying water sprayed at high pressure.
  • This system is installed in the interior of a double wall reserved for cooling the areas in contact with hot springs.
  • the system is made up of a network of tubes that carry water under pressure.
  • the pressure is relative to the flow rates useful for regulating and controlling the various zones to be controlled.
  • this network of tubes forms a framework which stiffens the structure, which makes it possible to reduce the thickness of this partition.
  • This network of tubes will be installed on either side of the wall, depending on the general configuration of the receiving equipment.
  • Valves cross these tubes from place to place depending on the thermal zone to be checked. Nozzles or injectors, directed towards the wall to be cooled are installed at the end of these taps.
  • the control of these valves is electric and progressive, with micrometric adjustment and automatic control managed by computer. These valves are removable, the tube being loaded, for maintenance without technical shutdown.
  • the water is micronized when the nozzles pass. It is projected at high pressure, in full conical jets in the volume included in the interior space on the external face of the partitions subjected to a thermal release to be controlled. These characteristics guarantee the percussion of the droplets in all the locations of the walls to be checked, whatever the configuration of the material, and ensures the wetting power of the projected water.
  • This system allows the control, the control and the modulation of the temperatures of walls subjected to a thermal flux or to a significant thermal conductivity. Especially if the intensity of this thermal emanation is superior to the physico-chemical resistance of the materials used.
  • Each thermal zone is equipped with a detector system, composed of contact probes which allow continuous monitoring of the temperature of the wall to be regulated.
  • the system acts on the control of the taps and regulates the flow of sprayed water and allows the temperature of the wall to be controlled by varying this flow.
  • the volume included in the double wall is under vacuum thanks to a vacuum cleaner / steam compressor. This has the consequence of allowing instantaneous evaporation, at low temperature, of the sprayed water as soon as it comes into contact with the wall to be checked and of limiting thermal shocks.
  • the amount of latent heat absorbed by the system makes it possible to better control the temperature required by the useful heat exchange at the wall, by using only the necessary quantity of liquid, and to take only the quantity of excess energy.
  • the thickness of the wall in contact with the heat flux can be reduced to a minimum mechanical resistance, the pressure balance on either side of these walls being stable.
  • the reduction of thicknesses optimizes the heat exchange and the efficiency of temperature control. This state makes it possible to carry out installations with better heat exchange and reduced maintenance costs.
  • the wall in contact with the heat flow can be made as a liner so as to be interchangeable.
  • the structure and the load-bearing wall of the regulation system are not subjected to stress, their maintenance is reduced and their lifespan is extended.
  • Atomizing the water on the wall to be thermally controlled promotes its instantaneous evaporation.
  • the projection under high pressure ensures perfect and measured wetting of the walls to be checked, regardless of its situation or position in the material configuration.
  • Each tap is automatically adjustable micrometrically and digitally controllable. It corresponds to one or more jets depending on the area to be checked. Each sensitive area can therefore be treated specifically.
  • the pressure of the tubular assembly allows precise directional jets and to reach areas difficult to cool.
  • the water is distributed by a network of pipes fixed on the external wall of the envelope of the heat exchanger.
  • the pressure of the water in this network can be significant without prejudice to the strength of the walls. On the contrary, these pipes help to consolidate the support wall.
  • the pressure is adjustable to the required flow rates, the flow metering of each injector is easier controllable.
  • the advantage of this pressure capacity is to admit the useful flows in any point of the areas to be treated, to allow the atomization of the water, to project this water sprayed vigorously and thus to promote its micronization which ensures the rapidity evaporation.
  • This distribution network on the wall of the enclosure allows rapid maintenance without shutting down the system.
  • Each injection mechanism can be installed so as to be accessible from the outside.
  • the instantaneous evaporation of the water takes place at low temperature and allows the internal pressure of the heat exchanger to be controlled. This pressure will be as low as possible for an evaporation temperature less than or equal to -70 ° C.
  • the steam generated will be sucked in mechanically by a dedicated compressor.
  • booster tanks or more depending on the thermal power and the quantity of steam produced will participate in the production of superheated steam. These tanks will alternately be emptied of their superheated steam by the cogeneration devices, again filled with low temperature steam by the compressor to acquire the "sensitive" thermal load of overpressure, and so on.
  • the advantage of this cooling technique consists in maintaining the low pressures in the exchange volume of the double wall of the thermal generator. Only the tanks are subjected to the significant pressures required by cogeneration. Their achievements are less costly than for the generator exchanger if it were subjected to the very high pressures required for cogeneration. Maintenance is facilitated and does not require system shutdown. The flow management allows maintenance of the exchangers to be carried out without stopping operation, this maintenance can be automated.
  • the cooling system implemented in the thermal recycling system according to the invention also makes it possible to optimize the heat exchanges in the pressurized tanks. As the exchange is gas / gas, friction and fluidity are optimized.
  • the exchange surfaces are maximum, the thermal acquisition in sensible heat is faster and the overpressure accelerated. Control and control of flows are facilitated.
  • the alternating state of the tanks (full or empty) guarantees regular, permanent and controlled superheated steam to cogeneration devices.
  • the function of the cogeneration system implemented in the thermal recycling system according to the invention is to rationally exploit the steam coming from the heat exchanger.
  • This cogeneration system includes, by way of non-limiting example of embodiment: - a turbo-alternator with pressure / counterpressure steam, and high and low pressure steam networks for the needs of the thermal recycling process according to invention. All of the residual heat, after cogeneration, is used by the process, the technical characteristics of the system are defined (among others) on this criterion.
  • the electricity produced by the turbo-generator is used by the thermal recycling process according to the invention, the excess being able to be marketed.
  • the qualities of the steam resulting from the thermal recycling process are exceptional, taking into account the thermal capacity released by this process, and because of the high level of temperatures reached in the system according to the invention.

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Abstract

Système (1) pour recycler thermiquement des déchets, comprenant : une colonne (2) de thermo-pyrolyse des déchets, une chambre (3) de combustion de gaz de thermo-pyrolyse, un dispositif (4) d'épuration thermique et de craquage moléculaire, un dispositif (5) d'échange thermique comportant des moyens de condensation et des moyens de concentration d'éléments, un dispositif (6) de condensation du gaz carbonique C02, un dispositif (8) de refroidissement de parties chaudes dudit système, et une installation (9) de cogénération. Utilisation notamment pour le traitement de boues d'une station d'épuration d'eaux usées ou de lisiers d'élevage d'animaux.

Description

«Système et procédé pour recycler thermiquement des déchets, et application de ce système au traitement de déchets à forte teneur en eau»
La présente invention concerne un système pour recycler des déchets, en particulier des déchets à forte teneur en eau. Elle vise également le procédé mis en œuvre dans ce système.
Le traitement des déchets à forte teneur en eau, tels que les boues de station d'épuration d'eaux usées et de lisiers d'élevage d'animaux constitue actuellement un important problème pour les opérateurs de ces installations et pour les collectivités territoriales. Les préoccupations environnementales croissantes imposent de trouver des solutions efficaces et économiquement viables à ce problème. Le but de la présente invention est de proposer un système de recyclage de déchets permettant de résoudre le problème du traitement des déchets, tout particulier des déchets à forte teneur en eau. Cet objectif est atteint avec un système pour recycler thermiquement des déchets, comprenant :
- des moyens de thermo-pyrolyse des déchets,
- des moyens de combustion des solides non gazéifiés
(charbons de thermo-pyrolyse) , - des moyens de combustion des gaz de thermo-pyrolyse,
- des moyens d' épuration thermique et de craquage moléculaire,
- des moyens d' échange thermique comportant des moyens de condensation et des moyens de concentration d'éléments, - des moyens de condensation du gaz carbonique C02
- des moyens de refroidissement de parties chaudes dudit système, et
- des moyens de cogénération. • Le système selon l'invention peut avantageusement comprendre des moyens de déshydratation des déchets humides. Par ailleurs, il est maintenu en dépression contrôlée pour éviter toute concentration gazeuse. Dans une forme particulière de l'invention, les moyens de thermo-pyrolyse comprennent :
- un foyer à combustible solide, à flux ascendant, composé d'une grille recevant le combustible, qui constitue la base thermique régulatrice sur laquelle sont totalement réduits les charbons de ther olyse/pyrolyse, et d'injecteurs de comburant,
- une colonne de thermolyse/pyrolyse, pour une acquisition thermique de gazéification des volatiles contenus dans les déchets, et - une chambre d'homogénéisation des gaz brûlés et volatiles combustibles .
Le combustible solide peut par exemple comprendre des déchets de bois en fin de vie, ou du bois traité pollué des éléments ou composés chimiques. Le comburant injecté dans le foyer est de préférence de l'oxygène, mais il peut aussi être de l'air atmosphérique
Le foyer à combustible solide comporte en pratique un cendrier disposé sous la grille, pour recevoir des cendres et des métaux lourds non gazéifiables . Le système selon l' invention peut en outre avantageusement comprendre des moyens pour refroidir hydrauliquement les parois du four, sa grille et les parois du cendrier, et des moyens etanches à l'air pour alimenter le foyer en combustible solide. La colonne de thermolyse/pyrolyse peut comporter des tubes inclinés vers le four et contrôlés thermiquement. L' inclinaison des tubes est déterminée en fonction d'une vitesse d'écoulement souhaitée et de la densité des matières à incinérer.
Dans une forme de réalisation de l'invention, la chambre d'homogénéisation est terminée par une tuyère proportionnée aux débits requis, dont l'extrémité débouche dans une chambre de combustion des gaz de thermo-pyrolyse. Des moyens sont prévus pour faire varier le débit du gaz dans la tuyère. Les moyens de combustion des gaz de thermo-pyrolyse comprennent avantageusement:
- une chambre de combustion cylindrique pourvue d' un fond sensiblement parabolique dans lequel débouche la tuyère de gaz, ce fond comportant des moyens pour injecter de l'oxygène 02,
- une chambre de post-combustion en aval de la chambre de combustion, terminée par un conduit pour transférer le gaz brûlé vers les moyens d' épuration thermique et de craquage moléculaire. Les moyens d'épuration thermique et de craquage moléculaire peuvent comprendre :
- une première zone, dite de réacteur thermique,
- une seconde zone, dite de stabilisation et de détente, et
- une troisième zone, dite de postcombustion. La première zone, dite de réacteur thermique, se présente sous la forme d'une chambre comprenant deux parties divisées par une première grille inclinée recevant du combustible solide [Bio-D] , la partie supérieure contenant un lit de braises incandescentes, des injecteurs d'oxygène 02 disposés sous ladite première grille admettent le comburant primaire, des injecteurs d'oxygène 02 disposés au- dessus de ladite première grille alimentent en comburant le réacteur proprement dit, et la partie inférieure située sous ladite première grille étant la chambre d'admission des gaz brûlés à épurer (ainsi que les volatiles combustibles à réduire et la vapeur d'eau à épurer), et comportant un cendrier dans sa partie basse. La seconde zone, dite de stabilisation et de détente, se présente sous la forme d'une chambre double comprenant deux compartiments distincts séparés par une cloison verticale non continue, le premier compartiment étant constitué par la partie supérieure située au-dessus de la première grille et communiquant avec le deuxième compartiment par l'ouverture libre au-dessus de la cloison.
Le flux des gaz dans cette partie est ascendant, et c'est dans cette celle-ci que débouche la goulotte d'alimentation en combustible solide [Bio-D] , au-dessus de la première grille.
Le second compartiment est constitué par la partie supérieure située au-dessus de la seconde grille, le flux des gaz dans ce compartiment étant inversé (descendant) . Cette partie comporte en sa base une seconde grille, inclinée en opposition à la première grille et en contrebas de celle-ci, les deux grilles communiquant par l'ouverture libre située à la base de la cloison de séparation, le combustible à l'état de braises s' écoulant par cette communication de la première à la seconde grille. La troisième zone, dite de postcombustion, comporte des injecteurs d'oxygène 02, disposés sous ladite seconde grille. Ces injecteurs admettent le comburant de postcombustion. Cette zone de postcombustion comporte dans sa partie basse un cendrier. Les moyens d'échange thermique sont agencés pour effectuer une condensation/solidification des éléments (réduits à l'état natif par le craquage moléculaire) contenus dans le gaz d'échappement issu des moyens d'épuration thermique, et une condensation de l'eau à basse température et à une pression inférieure à la pression atmosphérique.
Les moyens d' échange thermique comprennent en outre des moyens depresseurs agencés pour maintenir l'eau contenue dans le gaz d'échappement, à l'état de vapeur sèche jusqu'à sa zone pression-température de condensation.
Un échangeur secondaire, en aval des moyens d'échange thermique, opérant comme évaporâteur pour de l'oxygène liquide, refroidit les gaz d'échappement et permet la condensation de la vapeur d'eau, des moyens récupèrent l'eau condensée par gravité en évitant toute entrée d'air parasite.
Les moyens de condensation du gaz carbonique comprennent les systèmes de réfrigération définis par le fournisseur d'Oxygène.
Dans une forme particulière de réalisation, les moyens de déshydratation des déchets humides comprennent :
- un réservoir fermé pour recevoir les matières à déshydrater,
- des moyens pour relever les matières humides, comportant un réservoir incliné, chauffé et maintenu en forte dépression par un aspirateur/compresseur pour aspirer les vapeurs et les insuffler dans les moyens de réacteur thermique,
- des moyens pour transborder les matières déshydratées vers une goulotte d'alimentation en déchets.
Les moyens de déshydratation peuvent en outre comprendre des moyens pour insuffler des gaz chauds de façon à chauffer les moyens de relevage et évaporer l'eau contenue dans les matières.
Les moyens de refroidissement sont par exemple installés dans l'espace intérieur d'une double paroi prévue pour le refroidissement de zones du système en contact avec les sources chaudes dudit système.
Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé pour recycler thermiquement des déchets, mis en œuvre dans le système selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce procédé comprenant :
- une phase de thermo-pyrolyse des déchets,
- une phase de combustion des charbons et gaz de thermopyrolyse, - une phase d'épuration thermique et un craquage moléculaire,
- une phase d'échange thermique comportant une phase de condensation et de concentration d'éléments, - une phase de condensation du gaz C02, et - une phase de cogénération
Ce procédé peut en outre comprendre une phase préalable de déshydratation des déchets humides.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est un schéma synoptique du système de recyclage thermique selon l'invention ;
- la figure 2 illustre schématiquement la structure d'une colonne de thermo-pyrolyse mise en œuvre dans le système de recyclage thermique selon l'invention ;
- la figure 3 illustre schématiquement la structure d'une chambre de combustion mise en œuvre dans le système de recyclage thermique selon l'invention ; - la figure 4 illustre schématiquement la structure d'un réacteur d'épuration thermique mis en œuvre dans le système de recyclage thermique selon l'invention ; et - la figure 5 illustre schématiquement la structure d'un système de déshydratation mis en œuvre dans le système de recyclage thermique selon l'invention.
On va maintenant décrire, en référence aux figures précitées, un exemple de réalisation d'un système de recyclage selon l'invention, en même temps que le procédé mis en œuvre dans ce système.
Le système de recyclage thermique 1 comprend sept parties distinctes, concomitantes et communicantes : - une colonne de thermo-pyrolyse 2,
- une chambre 3 de combustion des gaz de thermo-pyrolyse,
- un réacteur 4 d'épuration thermique et de craquage moléculaire,
- un échangeur thermique 5 comportant un condenseur et un concentrateur des éléments,
- un système 6 de condensation du gaz carbonique C02,
- un système 7 de déshydratation des déchets humides,
- un système hydraulique de refroidissement 8, et
- un système de cogénération 9. Le procédé selon l'invention se déroule en continu, avec un fonctionnement interactif et simultané. Le système de recyclage thermique 1 est maintenu en dépression contrôlée pour éviter toute concentration gazeuse.
La colonne de thermo-pyrolyse 2 comprend, en référence à la figure 2, trois zones :
- un foyer à combustible solide 20,
- une colonne de thermolyse / pyrolyse 21, une chambre 22 d'homogénéisation des gaz brûlés et volatiles combustibles. Le foyer à combustible solide 20, à flux ascendant, est composé d'une grille 24 recevant le combustible et d' injecteurs 25, 26 de comburant. Le combustible solide 23 peut être des déchets de bois en fin de vie, du bois traité pollué par des éléments chimiques CCA (Cuivre, Chrome, Arsenic) , des créosotes HAP, ou des PCP (bois traités aux « organochlorés) et/ou de la biomasse densifiée connue sous le nom de [Bio-D] .
Le combustible solide de type [Bio-D] commercialisé par le déposant, du fait de sa nature exempte de tout polluant, est seul utilisé dans le processus final du système : épuration/élémentarisation du gaz de combustion. Le gabarit du combustible solide doit correspondre à l'usage qui en est fait.
Dans le procédé selon l'invention, l'oxygène peut être utilisé comme comburant exclusif pour la combustion du combustible solide, notamment du combustible [Bio-D] . Le rôle du combustible solide à cet endroit est d' être une base thermique régulante, totalement infranchissable par les corps solides combustibles (charbons des déchets après la thermo-pyrolyse) . Son épaisseur est adaptée aux fonctions attendues . Sa température évolue entre 1500 et 1600°C, ce qui permet une parfaite combustion des charbons de déchets et l'écoulement des fusions qui ont lieu dans la colonne.
Dans cette zone, le comburant est de préférence de l'02, il peut néanmoins être de l'air « atmosphérique » enrichi ou non d'02. Les gaz provenant de cette zone seront épurés et craqués au passage du réacteur.
L'injection du comburant est forcée. Elle se fait en primaire sous la grille et en secondaire au cœur de la base thermique. On obtient ainsi un lit incandescent très réactif, aisément contrôlable.
Ce four de conception classique est réalisé en acier spécial pour permettre l'obtention des très hautes températures, typiquement 1600 °C. Sous la grille 24, un cendrier 27, étanche à l'air par une légère surpression de C02, reçoit les résidus non combustibles : les cendres composées essentiellement de minéraux contenus dans le combustible et les déchets incinérés, les métaux lourds non gazéifiables...
Les parois 28 du système, sa grille foyère 24, les grilles tubulaires 201 et les parois 29 du cendrier 27 sont refroidies hydrauliquement, de façon à maintenir leur température nominale d'utilisation, typiquement 1200 °C.
Une goulotte étanche à l'air 200 est disposée au dessus du foyer 20, pour l'alimenter en combustible solide. Cette alimentation est continue et contrôlée afin d'éviter toute entrée d'air parasite. La colonne de thermolyse / pyrolyse 2 constitue une zone de volume de hauteur adaptée à l'acquisition thermique de gazéification, des volatiles que contiennent les déchets.
Des grilles tubulaires 201 inclinés vers le four, et contrôlés thermiquement, sont disposés dans ce volume pour ralentir la chute des déchets et leur permettre une acquisition thermique progressive.
L'inclinaison est relative à la vitesse d'écoulement voulu, selon la densité des matières à incinérer. L'atmosphère de cette zone est réductrice. Elle est contrôlée en continu de façon à éliminer toute possibilité d'oxygène résiduel. La base thermique est gérée et contrôlée en continu pour : fournir la capacité thermique requise à la volatilisation des matières organiques gazéifiables contenues dans les déchets, assurer la combustion complète des charbons de thermopyrolyse, garantir la totale absorption de l'oxygène comburant. La goulotte 202 d'alimentation en déchet est située au-dessus des grilles tubulaires. Elle est étanche à l'air et contrôlée par un flux forcé de C02, pour éviter toute entrée d'air parasite. C'est par cette goulotte que sont introduites les matières sèches issues des boues et des lisiers.
Un pourcentage de combustible solide, injecté dans la goulotte d'alimentation des déchets, facilite leur écoulement et le décolmatage constant des grilles de la colonne.
Dans le procédé selon l'invention, des déchets à fort potentiel énergétique, pneumatiques déchiquetés, farines animales, etc. seront introduits par cette goulotte dans la colonne de thermolyse / pyrolyse 2. L'élimination de ces déchets fournira l'énergie utile à la déshydratation des boues et lisiers.
La chambre 22 d'homogénéisation des gaz brûlés 203 et volatiles combustibles est terminée par une tuyère 220 proportionnée aux débits requis. Un système hydraulique permet de faire varier le débit du gaz dans cette tuyère. Il agit sur les pertes de charges et sur le contrôle des capacités thermiques, en jeu dans la colonne. L'extrémité de la tuyère débouche dans la chambre de combustion des gaz de thermo-pyrolyse. A ce niveau les gaz ne comportent aucune trace d'02, et sont à la température moyenne de 1400°C.
La chambre 3 de combustion des gaz de thermo-pyrolyse est un volume composé de trois zones, en référence à la figure 3 :
- une première zone 30 constituant une chambre de combustion cylindrique ayant un fond parabolique 300 dans lequel débouche la tuyère de gaz 220, - une seconde zone 31 constituant une chambre de postcombustion qui est en continuité de la première chambre de combustion,
- un conduit 32 terminant la chambre de post-combustion, qui transborde le gaz brûlé vers le réacteur d'épuration thermique et de craquage moléculaire.
Le fond parabolique 300 est pourvu d' injecteurs d'02 301 et 302 qui permettent l'inflammation instantanée des gaz dès leur entrée dans la chambre. Faisant opposition à la tuyère, une parabole 303, d'un diamètre inférieur au cylindre de la chambre, est munie d'un cône central 304. Cet ensemble a pour effet de renvoyer les gaz, et créer des turbulences, pour homogénéiser leur combustion. La distance entre le fond de la chambre et la parabole est relative à la capacité de traitement des déchets, du système. La température de cette zone atteint des valeurs voisines de 2000°C, les parois et la parabole sont régulées par un système de refroidissement hydraulique. - Les gaz enflammés passent à la périphérie de la parabole, alors que le système est en dépression, régulée et contrôlée en continu. Les gaz sont détendus dans cette chambre cylindrique qui comporte dans son axe le tube support 305 de la parabole. Le volume de la chambre de post-combustion est déterminé par les caractéristiques techniques du système général, le but étant la combustion parfaite des gaz. L'atmosphère de cette chambre est contrôlée en composition, température, pression et vitesse. Le but est de ne pas avoir d'oxygène résiduel à la sortie des gaz d'échappement.
Le réacteur d' épuration thermique et de craquage moléculaire 4 comprend, en référence à la figure 4, trois zones : - une première zone 40, dite de réacteur thermique,
- une seconde zone 43, dite de stabilisation et de détente du gaz traité, une troisième zone 44, dite de postcombustion. La zone de réacteur thermique 40 consiste en une chambre divisée en deux volumes par une première grille tubulaire 410 inclinée, qui reçoit du combustible solide [Bio-D] exclusivement. En référence à la figure 5, cette grille est inclinée dans le sens de la longueur des tubes, la section de la grille forme un accordéon dont la hauteur des plis conforme la couche de préchauffage 421.
Le volume supérieur 42 est contenu par cette grille et est configuré pour former un premier lit incandescent adapté aux caractéristiques techniques du système général. Ce lit est configuré pour former trois couches distinctes : une première couche 421, dite de préchauffage et de filtration, qui est contenue par la grille 410, et dont l'épaisseur est la hauteur de ladite grille, - une seconde couche 422, dite réacteur thermique, qui est définie par les caractéristiques techniques du procédé initial, et qui est contenue par la forme du volume 42. une troisième couche 423, formée par le combustible [Bio-D] alimenté en continu par la goulotte 44.
C'est cette troisième couche, en phase endothermique, qui régule l'Oxygène et assure sa complète consommation avant l'entrée du gaz traité dans la zone 42.
Des injecteurs 423 propulsent de l'oxygène au cœur de la seconde couche qui constitue une masse en ignition, pour former le réacteur thermique qui filtre et réduit le gaz à traiter. Ils sont définis pour fournir le comburant nécessaire pour porter la température du réacteur à 1600 °C en continu.
Le second volume 41 est situé sous la grille 410, la conduite 32 d' amenée du gaz en provenance de la chambre de combustion y débouche. C'est dans ce volume que sont injectés les gaz à épurer et craquer et la vapeur d'eau provenant du système de déshydratation 7. Des injecteurs 415 et 416 alimentent en Oxygène primaire le premier lit de
[Bio-D] Le bas de la première grille 410 communique avec la seconde grille 430 qui est la base du second volume de la zone 43 dite de stabilisation et de détente. Le combustible solide consumé à 50% (il s'agit alors de pur charbon de bois à l'état de braises à plus de 1600 °C) s'écoule par cette communication de la grille 410 sur cette seconde grille 430.
Cette seconde grille est configurée comme la première, elle est inclinée en opposition à celle du réacteur thermique.
Le système mis en œuvre pour l'épuration thermique et le craquage moléculaire est appelé « Filtre A Action Réductrice « (FAAR) . Il s'agit d'un système de traitement des fumées et gaz industriels chargés et pollués, chauds ou froids.
Le système FAAR est conçu pour réaliser la filtration intégrale des effluents gazeux et le craquage thermique des molécules composées. Le système FAAR, conçu comme un générateur thermique à combustible solide, est configuré pour l'utilisation du combustible solide [Bio-D] qui, brûlé à très haute température sous oxygène pur, constitue des lits de braises fluides et permanents. Ces lits de braises très réactifs sont traversés par les effluents gazeux : fumées, dégazages, air de traitements divers, gaz d'échappements de systèmes industriels, etc. On dispose ainsi d'un réacteur qui réduit thermiquement le gaz pollué en éléments natifs, sans considération de leur température ou du type de pollution.
Le principe de fonctionnement exploite toutes les molécules d'oxygène disponibles, apportées ou existantes dans l'effluent. Ces molécules se combinent en C02 avec les éléments de carbone, accélérant le transfert thermique du cœur du réacteur.
Les gaz en sortie ne sont plus composés que de C02 et d'éléments natifs non combinés, il n'y a plus, à ce niveau du procédé, d'02 disponible. L'hydrogène contenu dans les gaz participe à la génération thermique et se combine en
H20.
Des injecteurs 415, 416 d'oxygène, situés sous la première grille 410 « réacteur thermique » apportent l'oxygène primaire au combustible solide. Les gaz brûlés sont introduit dans cette partie 41 de la chambre, par le conduit 32, et sont mélangés à l'oxygène primaire. Dans cette zone .le sens du flux de gaz est ascendant. Ce mélange gazeux passe au travers du «réacteur 42» où ils subissent de violents chocs thermiques réducteurs. C'est dans cette partie 41 de la chambre que sont injectées la vapeur d'eau et les gaz combustibles issus du traitement des déchets à forte teneur en eau. Un cendrier 411 est situé sous cette partie de chambre, il reçoit les cendres contenues dans le combustible solide exclusivement minérales, environ 0,5% de la masse consommée. Ce cendrier est garanti étanche à l' air par une légère surpression provoquée par une injection de C02. Au-dessus de la zone 42 de réacteur thermique, une goulotte 44 l'alimente en combustible solide. Elle est étanche à l'air et contrôlée par un flux forcé de C02, pour éviter toute entrée d'air parasite. Cette alimentation est continue et contrôlée pour maintenir les caractéristiques de cette zone.
A ce niveau, les gaz sont à une température minimale de 1600°C, ils sont élé entarisés . Ils ne contiennent pas d'oxygène résiduel, cet état étant garanti par l'approvisionnement continu en combustible solide qui en consomme plus que de disponible. Il n'y a plus d'injection d'oxygène au niveau de la goulotte 44. Des moyens de contrôle 432 installés à la sortie de cette zone assurent cette absence d'02 résiduel en agissant sur l'alimentation en comburant du réacteur.
La zone 43 de stabilisation et de détente du gaz traité, est divisée en deux parties par une cloison 431. Cette cloison laisse à son sommet la communication entre les partie de la zone 43, un espace au bas de cette cloison assure l'écoulement des braises de la grille 410 à la grille 430. Les deux volumes de la zone 43 ont un sens de flux inversé. La première partie située au-dessus de la zone dite réacteur 42 est en régime ascendant. La seconde partie, séparée de la première par la cloison 431 est en flux inversé, descendant.
Un second lit 45 de combustible solide [Bio-D] (Biomasse densifiée) est la base de cette seconde zone. Le combustible est contenu par la seconde grille 430 de même configuration que la première. Son inclinaison est opposée à la première, elle est située en contrebas de celle-ci. On rappelle que ces grilles communiquent entre elles par le bas de la cloison 431 et le bas de la première grille, qui débouche au-dessus de la seconde. Ce lit 45 est composé de braises de combustible solide issue du premier lit, consumées à plus de 50% ce sont des braises de charbon de bois. Ces braises s'écoulent par gravité d'un lit à l'autre, leur écoulement est naturellement régulé par la consommation de matière.
A ce niveau il n'y a toujours pas d'alimentation en comburant. Ces combustibles solides sont maintenus à l'état de brandons par la part d'oxygène qui passe par la communication. Cette alimentation étant insuffisante, ils sont donc en phase réductrice. Comme ils sont aux environs de 1600°C, les combustibles solides sont éminemment inflammables . Le gaz traité, élémentarisé, se charge de particules de charbon de bois en traversant ce lit, cela à pour but de l'enrichir en matières combustibles avant la postcombustion, et de fournir un fort potentiel d'énergie pour la troisième zone de post-combustion. Cette zone 44 de postcombustion est située immédiatement sous la seconde grille 430, où sont installés des injecteurs d'02 442. L'injection de comburant à cet endroit enflamme instantanément les particules de charbons de bois entraînés par le gaz élémentarisé. A cet endroit la température peut atteindre 2000°C. Cette zone est définie et configurée pour réaliser la combustion complète des particules de charbons de bois.
Le contrôle de l'oxygène, à la sortie de cette zone, permet de réguler la combustion pour qu' elle soit strictement stœchiométrique.
Un cendrier 420 est situé sous cette partie de chambre, il reçoit les cendres contenues dans le combustible solide, exclusivement minérales, environ 0,5% de la masse consommée.
Ce cendrier est garanti étanche à l'air par une légère surpression provoquée par une injection de C02.
Le gaz d'échappement est composé de C02, d'H20 à l'état de vapeur sèche haute température et des éléments natifs contenus dans les déchets traités. Ce gaz est aspiré vers l'échangeur thermique où il cédera toute l'énergie thermique contenue.
L'ensemble 5 échangeur thermique / condenseur concentrateur des éléments est conçu en fonction d'une analyse préalable des déchets traitées par le système. Cette analyse permet de déterminer : les éléments contenus dans les déchets et leurs caractéristiques physico-chimiques, la quantité de vapeur d'eau à condenser, - le volume de C02 qui sera produit, et le volume et la nature des éléments non condensables ni solidifiables .
L'échangeur 5 peut alors être défini et configuré de manière à préserver des zones « paliers ». Ces zones ont pour but de permettre les conditions du changement d' état des éléments. L'échange thermique peut être réalisé selon une technique permettant de maintenir et contrôler la température du gaz d'échappement au niveau requis.
Le fluide caloporteur est par exemple de l'eau qui est portée à l'état de vapeur surchauffée et à très forte pression au cours de l'échange thermique. Cette vapeur sert à réaliser la cogénération qui fournit les énergies utiles au procédé, les excédents sont commercialisables .
Le système qui assure la dépression dans le procédé, et les moyens mis en œuvre pour le contrôler, permettent de maintenir l'eau, contenue dans le gaz d'échappement, à l'état de vapeur sèche, même à basse température. Cet état permet le changement de phase d'un maximum des éléments natifs contenus dans le gaz et leur récupération, avant de condenser l'eau.
La condensation de l'eau, contenue dans le gaz d'échappement, est réalisée à basse température et en dessous de la pression atmosphérique. Cet état, conjoint à l'aspiration des gaz qui accroît la dépression au fur et à mesure que l'eau se condense, assure une eau pure qui est récupérée par gravité.
Les éléments, toujours gazeux à ces températures, et le gaz carbonique C02 sont aspirés par le système qui assure la dépression dans le procédé. Ils sont légèrement comprimés par ce même système pour être introduit dans le cycle de condensation du C02.
Le dispositif 6 de condensation du gaz carbonique fait partie intégrante du système de recyclage thermique 1 selon l'invention. Il comprend des moyens matériels pour descendre la température du gaz d' échappement à la température de condensation du C02, environ -80 °C.
Pour cela, un échangeur secondaire, qui est installé à la fin du cycle précédent, sert d' évaporateur pour l'oxygène liquide. Il puise l'énergie utile à l' évaporation de l'02 dans celle disponible dans le gaz d'échappement. La capacité thermique restant à extraire pour condenser le C02, le sera par un système frigorifique classique, sa puissance sera relative aux caractéristiques techniques du système général. Le moyen frigorifique peut être le système de cryogénisation qui fournit l'oxygène au procédé, s'il en est installé un.
Le dispositif de condensation 5 est configuré pour que, durant le cycle de refroidissement du gaz d'échappement, les éléments résiduels, condensables avant le C02, soient récupérés .
Selon le cas et l'intérêt la température peut être descendue à un niveau plus bas pour parfaire la condensation/récupération d'autres éléments. Les éléments gazeux résiduels sont inoffensifs et ils peuvent être rendus à l'écosystème. Sinon leur volume est réduit à la portion congrue, ils peuvent alors être neutralisés, par exemple vitrifiés. L'énergie utile au système de recyclage thermique est fournie par la cogénération générée par le système général.
Le dispositif 7 de déshydratation mis en œuvre dans le système de recyclage thermique selon l'invention comprend, en référence à la figure 6, trois parties dont les volumes et caractéristiques techniques sont définies en fonction des quantités de matières humides à traiter : un réservoir fermé 70 qui reçoit les matières à déshydrater par goulotte, moyens transbordeurs, sas de déchargement,
- un mécanisme 71 de relevage et de pré-séchage des matières humides, et un déshydrateur/transbordeur 72 des matières sèches.
Les matières à déshydrater peuvent être approvisionnées par camion si le système de recyclage thermique selon l'invention est éloigné du site de production. Si le système est installé sur le site, le réservoir est alors en accès direct avec la sortie des matières. Les matières sont introduites dans la réservoir par une goulotte 701. Cette goulotte est maintenue en légère surpression par une injection de C02 chaud en provenance du système général.
A la base de ce réservoir 70, une vis transbordeuse 702 emmène les matières stockées 75 vers un mécanisme 71 prévu pour les relever dans un espace de déshydratation. Le réservoir 70 est chauffé par de la vapeur d'eau surchauffée 703 produite au sein du système général de recyclage thermique selon l'invention. Introduite par l'axe perforé 704 de la vis transbordeuse, la vapeur porte et maintient la température du réservoir 70 à un maximum de 60°C. Le volume de ce réservoir est maintenu en légère dépression par un évent 731. Une aspiration constante transborde les vapeurs extraites vers le dispositif de réacteur thermique. Cette extraction est réalisée par un aspirateur/compresseur 733 qui aspire les vapeurs produites dans le système général de déshydratation par une conduite 73 et les insuffle dans le dispositif de réacteur thermique. Le mécanisme 71 de relevage des matières humides est composé d'un réservoir incliné à double paroi 710, ce réservoir est chauffé par de la vapeur d'eau surchauffée 703 qui circule dans la double paroi.
Dans le réservoir incliné 710, une vis transbordeuse 71 relève les matières humides. Elle est configurée pour que seule des matières pré-séchées arrivent au sommet. L'axe de cette vis est perforé pour permettre l'injection de gaz chaud tout au long de ce réservoir. Un système de tuyauterie insuffle des gaz chauds 711 (C02 en provenance du système général) qui chauffe le mécanisme 71 et le volume intérieur du réservoir 710 pour évaporer l'eau contenue dans les matières. Ce volume est maintenu en forte dépression par l'aspirateur/compresseur 733 qui aspire les vapeurs 734 par un évent 732 et les insuffle dans le dispositif de réacteur thermique . Les matières sont brassées par les vis 702 et 71, ce qui évite leur agglomération et facilite l' évaporation de l'eau qu'elles contiennent. La vapeur d'eau, les gaz chauds insufflés et les gaz volatilisés 734 par ces opérations sont aspirés en continu et insufflés dans le dispositif de réacteur thermique.
Les matières pré-séchées 76, relevées par le mécanisme 71, sont introduites dans le réservoir déshydrateur 72 qui est la troisième partie de ce système. Un tapis 721 incliné occupe l'espace de ce réservoir, il est micro-perforé pour permettre le passage de gaz chauds 711 et 703 qui finiront de déshydrater les matières. Ce tapis reçoit les matières pré-séchées 76 pour les relever vers la goulotte 80. Les matières occupent la surface du tapis 721 au travers duquel passent les gaz chaud pour finaliser la déshydratation.
Les gaz chauds 711 et 703 finalisent l' évaporation des matières 76. La vapeur d'eau et les gaz 734 sont aspirés par l'aspirateur/compresseur 733 par l' évent 732 et insufflés dans le dispositif de réacteur thermique par le conduit 73.
La partie supérieure de ce tapis 721 débouche sur la goulotte 80 qui communique avec la goulotte 202 décrite dans la figure 2 zone 21 (alimentation en déchets de la colonne de thermo-pyrolyse 2 en FIG.2) . Cette goulotte 80 est maintenu en surpression par une insufflation 810 de gaz chaud inerte C02 qui garantit l'impossibilité d'aspiration de gaz provenant de la colonne de thermo-pyrolyse.
Un racleur rotatif 81 prélève les matières sèches au sommet du tapis 721. Les matières sont fragmentées 77 par le racleur qui les projette dans la goulotte 80 d'où elles s'écoulent gravitairement vers la colonne de thermopyrolyse. Selon la configuration du système général, un mécanisme de transfert peut relayer le transbordement de ces matières vers la colonne de thermo-pyrolyse.
On va maintenant décrire un exemple de réalisation d' un système de refroidissement 8 mis en œuvre dans le système de recyclage thermique selon l'invention.
Ce système de refroidissement est conçu sur le principe que la réduction de l'échange thermique, au minimum viable pour les matériaux, facilite l'obtention et la maîtrise des températures des procédés, et réduit les consommations d'énergie. Le procédé mis en œuvre dans ce système de refroidissement utilise une eau stabilisée en minéraux et PH, en recyclage permanent.
Le principe du procédé est de substituer à la masse de fluide caloporteur, utilisée classiquement, un système de projection d'eau pulvérisée à haute pression. Ce système est installé dans l'espace intérieur d'une double paroi réservé au refroidissement des zones en contact avec les sources chaudes .
Le système est composé d'un réseau de tubes qui véhiculent l'eau sous pression. La pression est relative aux débits utiles à la régulation et au contrôle des diverses zones à maîtriser. Installé sur la cloison externe (froide) de la double paroi, ce réseau de tubes forme une ossature qui rigidifie la structure, ce qui permet de réduire l'épaisseur de cette cloison.
Ce réseau de tubes sera installé indifféremment sur l'une ou l'autre face de la paroi selon la configuration générale du matériel receveur.
Des robinets traversent ces tubes de place en place selon la zone thermique à contrôler. Des buses ou injecteurs, dirigés vers la paroi à refroidir sont installés à l'extrémité de ces robinets. La commande de ces robinets est électrique et progressive, avec un réglage micrométrique et une commande automatique gérée par ordinateur. Ces robinets sont démontables le tube étant en charge, pour une maintenance sans arrêt technique.
L'eau est micronisée au passage des buses. Elle est projetée à forte pression, en jets coniques pleins dans le volume compris dans l'espace intérieur sur la face externe des cloisons soumises à un dégagement thermique à maîtriser. Ces caractéristiques garantissent la percussion des gouttelettes en tous les endroits des parois à contrôler, quelle que soit la configuration du matériel, et assure le pouvoir mouillant de l'eau projetée. Ce système permet le contrôle, la maîtrise et la modulation des températures de parois soumises à un flux thermique ou à une conductivité thermique importante. Surtout si l'intensité de cette émanation thermique est supérieure à la résistance physico-chimique des matériaux employés .
Chaque zone thermique est munie d'un système détecteur, composé de sondes de contact qui permettent de contrôler en continu la température de la paroi à réguler.
Le système agit sur la commande des robinets et régule le débit d' eau pulvérisée et permet de maîtriser la température de la paroi en faisant varier ce débit.
Le volume compris dans la double paroi est en dépression grâce à un aspirateur/compresseur de vapeur. Cela a pour conséquence de permettre l' évaporation instantanée, à basse température, de l'eau pulvérisée dès son contact avec la paroi à contrôler et de limiter les chocs thermiques.
La quantité de chaleur latente absorbée par le système permet de mieux maîtriser la température requise par l'échange thermique utile à la paroi, en n'utilisant que la quantité nécessaire de liquide, et de ne prélever que la quantité d'énergie excédentaire.
L'épaisseur de la paroi en contact avec le flux thermique peut être réduite à une résistance mécanique minimale, l'équilibre des pressions de part et d'autre de ces parois étant stable. La réduction des épaisseurs optimise l'échange thermique et le rendement du contrôle de températures . Cet état permet de réaliser des installations avec un meilleur échange thermique et des charges de maintenance réduites. La paroi en contact avec le flux thermique peut être réalisée comme un chemisage de façon à être interchangeable. La structure et la paroi porteuse du système de régulation ne subissent pas de contrainte, leur maintenance est réduite et leur durée de vie allongée.
Atomiser l'eau sur la paroi à contrôler thermiquement favorise son évaporation instantanée. La projection sous forte pression assure un mouillage parfait et mesuré des parois à contrôler, qu'elle que soit sa situation ou sa position dans la configuration matérielle.
Cet état permet de cibler précisément la zone d'action de chaque jet et d'en doser instantanément la puissance en fonction de l'absorption thermique nécessaire. Chaque robinet est réglable micrométriquement automatiquement et contrôlable numériquement. Il correspond à un ou plusieurs jets selon la zone à contrôler. Chaque zone sensible peut donc être traitée spécifiquement. La pression de l'ensemble tubulaire permet des jets directionnels précis et d'atteindre des zones difficiles à refroidir.
La projection sous forte pression de l'eau atomisée accélère son évaporation. Cette évaporation instantanée absorbe d'importantes quantités d'énergie thermique en un laps de temps réduit. Des capteurs répartis en tout point sensible permettent de gérer au plus près les températures requises grâce à leur action sur la régulation en temps réel du débit d'eau de leur zone concernée. Ce système de refroidissement garantit l'homogénéité de la température des parois du volume de l'émission chaude en réagissant instantanément à toutes les fluctuations de ces émissions.
Cela réduit au minimum les efforts subis par les matériaux employés, en minimisant les chocs thermiques, et leur assure une plus grande longévité.
L'eau est distribuée par un réseau de tuyauteries fixées sur la paroi externe de l'enveloppe de l'échangeur thermique. La pression de l'eau dans ce réseau peut être importante sans préjudice pour la tenue des parois. Au contraire, ces tuyauteries contribuent à consolider la paroi support.
La pression est ajustable aux débits requis, le dosage de débit de chaque injecteur est plus facilement maîtrisable. L'intérêt de cette capacité de pression est d'admettre les débits utiles en tout point des zones à traiter, de permettre l' atomisation de l'eau, de projeter cette eau pulvérisée avec vigueur et de favoriser ainsi sa micronisation qui assure la rapidité d' évaporation.
La position de ce réseau de distribution sur la paroi de l'enveloppe permet une maintenance rapide sans arrêter le système. Chaque mécanisme d'injection peut être implanté de manière à être accessible de l'extérieur. L' évaporation instantanée de l'eau se fait à basse température et permet de maîtriser la pression interne de l'échangeur thermique. Cette pression sera la plus basse possible pour une température d' évaporation inférieure ou égale à- 70°C. La vapeur générée sera aspirée mécaniquement par un compresseur dédié.
Ces caractéristiques ont pour objet de maintenir le volume de la double paroi en dépression, ce qui favorise l'évacuation de la vapeur. La vapeur obtenue dans ces conditions est sèche, tout en étant à très basse température. Compressée, elle sera injectée dans un ensemble échangeur connu où elle acquerra ses température et pression d'exploitation pour la cogénération.
Quatre réservoirs surpresseurs (ou plus selon la puissance thermique et la quantité de vapeur produite) participeront à la production de vapeur surchauffée. Ces réservoirs seront alternativement vidés de leur vapeur surchauffée par les appareils de cogénération, de nouveau remplis de vapeur basse température par le compresseur pour acquérir la charge thermique « sensible » de surpression, ainsi de suite.
L' intérêt de cette technique de refroidissement consiste à maintenir les basses pressions dans le volume d'échange de la double paroi du générateur thermique. Seuls les réservoirs sont soumis aux pressions importantes requises par la cogénération. Leurs réalisations est moins coûteuse que pour l'échangeur du générateur s'il était soumis aux très hautes pressions requises pour la cogénération. La maintenance est facilitée et ne nécessite pas d'arrêt du système. La gestion des flux permet de réaliser la maintenance des échangeurs sans arrêter le fonctionnement, cette maintenance peut être automatisée.
Le système de refroidissement mis en œuvre dans le système de recyclage thermique selon l'invention permet aussi d'optimiser les échanges thermiques dans les réservoirs surpressés. L'échange étant gaz/gaz, les frictions et fluidités sont optimalisées.
Les surfaces d'échanges sont maximales, l'acquisition thermique en chaleur sensible est plus rapide et la surpression accélérée. Le contrôle et la maîtrise des flux sont facilités. L'alternance d'état des réservoirs (pleins ou vides) garantit une vapeur surchauffée régulière, permanente et contrôlée, aux appareils de cogénération. Le système de cogénération mis en œuvre dans le système de recyclage thermique selon l'invention a pour fonction d'exploiter rationnellement la vapeur issue de l'échangeur thermique. Ce système de cogénération comprend, à titre d'exemple non limitatif de réalisation : - un turbo-alternateur à vapeur à pression/contre- pression, et des réseaux de vapeur haute et basse pression pour les besoins du procédé de recyclage thermique selon l' invention. La totalité de la chaleur résiduelle, après cogénération, est utilisée par le procédé, les caractéristiques techniques du système est définies (entre autres) sur ce critère. L'électricité produite par le turbo-alternateur est utilisée par le procédé de recyclage thermique selon l'invention, l'excédent pouvant être commercialisé.
Les qualités de la vapeur résultant du procédé de recyclage thermique sont exceptionnelles, compte tenu de la capacité thermique dégagée par ce procédé, et du fait du niveau élevé des températures atteintes dans le système selon l'invention.
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de 1 ' invention.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système (1) pour recycler thermiquement des déchets, comprenant : -des moyens (2) de thermo-pyrolyse des déchets,
- des moyens (20) de combustion des solides non gazéifiés,
- des moyens (3) de combustion de gaz de thermo-pyrolyse,
- des moyens (4) d'épuration thermique et de craquage moléculaire, - des moyens (5) d'échange thermique comportant des moyens de condensation et des moyens de concentration d'éléments,
- des moyens (6) de condensation du gaz carbonique C02,
- des moyens (8) de refroidissement de parties chaudes dudit système, et - des moyens (9) de cogénération.
2, Système (1) selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (7) de déshydratation des déchets humides .
3. Système selon l'une des revendications, caractérisé en ce qu' il est maintenu en dépression contrôlée pour éviter toute concentration gazeuse.
4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de thermo-pyrolyse (2) comprennent :
- un foyer à combustible solide (20) , à flux ascendant, composé d'une grille recevant le combustible et d' injecteurs de comburant,
- une colonne de thermolyse / pyrolyse (21) , pour une acquisition thermique de gazéification des volatiles contenus dans les déchets, et - une chambre (22) d'homogénéisation des gaz brûlés et volatiles combustibles.
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que le combustible solide comprend des déchets de bois en fin de vie,
6. Système selon l'une des revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le combustible solide comprend du bois traité pollué des éléments ou composés chimiques.
7. Système selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que le comburant injecté dans le foyer est de l'oxygène.
8. Système selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le comburant injecté dans le foyer est de l'air atmosphérique,
9. Système selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que le foyer à combustible solide (20) comporte une cendrier disposé sous. la grille, pour recevoir des cendres et des métaux lourds non gazéifiables .
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce qu' il comprend en outre des moyens pour refroidir hydrauliquement les parois du four, sa grille et les parois du cendrier.
11. Système selon l'une des revendications 4 à 10, caractérisé en ce qu' il - comprend en outre des moyens etanches à l'air pour alimenter le foyer en combustible solide.
12. Système selon l'une des revendications 4 à 11, caractérisé en ce que la colonne de thermolyse/pyrolyse comporte des tubes inclinés vers le four et contrôlés thermiquement .
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'inclinaison des tubes est déterminée en fonction d'une vitesse d'écoulement souhaitée et de la densité des matières à incinérer.
14. Système selon l'une des revendications 4 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens pour contrôler l'atmosphère à l'intérieur de la colonne de thermolyse/pyrolyse.
15. Système selon l'une des revendications 4 à 14, caractérisé en ce que la colonne de thermolyse/pyrolyse est pourvue d'une goulotte d'alimentation en déchets disposée au dessus des grilles de ladite colonne.
16. Système selon la revendication 15, caractérisé en ce que la goulotte d' alimentation en déchets est étanche à l'air et contrôlée par un flux forcé de gaz carbonique C02.
17. Système selon la revendication 16, caractérisé en ce que la goulotte d' alimentation est en outre prévue pour recevoir au moins en partie du combustible solide.
18. Système selon l'une des revendications 4 à 17, caractérisé en ce que la chambre d'homogénéisation est terminée par une tuyère proportionnée aux débits requis, dont l'extrémité débouche dans une chambre de combustion des gaz de thermo-pyrolyse.
19. Système selon la revendication 18, caractérisé en ce qu' il comprend en outre des moyens pour faire varier le débit du gaz dans la tuyère.
20. Système (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (3) de combustion des gaz de thermo-pyrolyse comprennent :
- une chambre (30) de combustion cylindrique pourvue d'un fond sensiblement parabolique (300) dans lequel débouche la tuyère de gaz (220), ce fond comportant des moyens (301, 302) pour injecter de l'oxygène 02,
- une chambre (31) de post-combustion en aval de la chambre de combustion, terminée par un conduit pour transférer le gaz brûlé vers les moyens (4) d'épuration thermique et de craquage moléculaire.
21. Système selon la revendication 20, caractérisé en ce que le fond parabolique est muni d'un cône central (304).
22. Système selon l'une des revendications 20 à 21, caractérisé en ce qu' il comprend en outre des moyens pour contrôler la chambre de post-combustion en composition, température, pression et vitesse.
23. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (4) d'épuration thermique et de craquage moléculaire comprennent : - une première zone (40), dite de réacteur thermique, sous la forme d'une chambre comprenant deux parties divisées par une première grille inclinée recevant du combustible solide, la partie supérieure contenant un lit de braises incandescentes et des injecteurs d'oxygène 02 étant disposés sous ladite première grille, - une seconde zone (43), dite de stabilisation et de détente, sous la forme d'une chambre double comprenant deux compartiments distincts séparés par une cloison verticale non continue, un premier compartiment étant constitué par la partie supérieure située au-dessus de la première grille et communiquant avec le deuxième compartiment par l'ouverture libre au-dessus de la cloison, - une troisième zone (44) , dite de postcombustion, comportant une seconde grille inclinée en opposition à ladite première grille et en contrebas de celle-ci, sur laquelle le combustible à l'état de braises s'écoule.
24. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens d'échange thermique (5) sont agencés pour effectuer une condensation de l'eau contenue dans le gaz d' échappement issu des moyens d'épuration thermique, à basse température et à une pression inférieure à la pression atmosphérique.
25. Système selon la revendication 24, caractérisé en ce que les moyens d' échange thermique comprennent en outre des moyens depresseurs agencés pour maintenir l'eau contenue dans le gaz d'échappement, à l'état de vapeur sèche.
26. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de condensation du gaz carbonique comprennent un échangeur secondaire, en aval des moyens de récupération thermique, opérant comme évaporateur pour de l'oxygène liquide.
27. Système selon l'une des revendications précédentes et la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens (7) de déshydratation des déchets humides comprennent : - un réservoir fermé (70) pour recevoir les matières à déshydrater,
- des moyens (71) pour relever les matières humides, comportant un réservoir incliné, chauffé et maintenu en forte dépression par un aspirateur/compresseur pour aspirer les vapeurs et les insuffler dans les moyens de réacteur thermique,
- des moyens (72) pour transborder les matières humides vers une goulotte d'alimentation en déchets.
28. Système selon la revendication 27, caractérisé en ce que les moyens de déshydratation comprennent en outre une vis transbordeuse (702), disposée à la base du réservoir.
29. Système selon l'une des revendications 27 ou 28, caractérisé en ce que le réservoir incliné contient des moyens pour relever les matières humides, agencés de sorte que seules des matières pré-séchées arrivent au sommet dudit réservoir incliné.
30. Système selon la revendication 29, caractérisé en ce que les moyens de relevage comprennent un tapis prévu pour recevoir les matières pré-séchées, ce tapis étant micro- perforé pour permettre le passage de gaz chauds.
31. Système selon l'une des revendications 27 à 30, caractérisé en ce que les moyens de déshydratation comprennent en outre des moyens pour insuffler des gaz chauds de façon à chauffer les moyens de relevage et évaporer l'eau contenue dans les matières.
32. Système selon l'une des revendications 27 à 31, caractérisé en ce que les moyens de déshydratation comprennent en outre des moyens pour décolmater les matières sèches des moyens de relevage.
33. Système selon la revendication 32, caractérisé en ce que les moyens de décolmatage comprennent un racleur rotatif qui fragmente et projette les matières sèches.
34. Système selon l'une des revendications 27 à 33, caractérisé en ce que les moyens de transbordement des matières humides comprennent une .vis au sein d'un volume dans lequel du gaz chaud inerte (C02) est insufflé.
35. Système selon l'une des revendications 27 à 34, caractérisé en ce que les moyens de transbordement des matières humides sont agencés pour permettre un écoulement desdites matières par gravité.
36. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement sont installés dans l'espace intérieur d'une double paroi prévue pour le refroidissement de zones du système en contact avec les sources chaudes dudit système.
37. Système selon la revendication 36, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent un réseau de tubes véhiculant de l'eau sous pression.
38. Système selon la revendication 37, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent en outre des robinets traversant les tubes de place en place, et des moyens d'injection dirigés vers la paroi à refroidir et installés à l'extrémité desdits robinets.
39. Système selon l'une des revendications 36 à 38, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent en outre des moyens de sonde de température pour contrôler en continu la température de la paroi à réguler.
40. Système selon l'une des revendications 36 à 39, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement comprennent en outre des moyens pour maintenir en dépression le volume compris dans la double paroi.
41. Système selon l'une des revendications 36 à 40, caractérisé en ce qu' il comprend en outre une pluralité de réservoirs surpresseurs pour produire de la vapeur surchauffée, ces réservoirs étant successivement vidés de leur contenu par les moyens de cogénération et à nouveau remplis en vapeur à surpresser.
42. Procédé pour recycler thermiquement des déchets, mis en œuvre dans le système selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce procédé comprenant :
- une phase de thermo-pyrolyse des déchets,
- une phase de combustion des gaz de thermo-pyrolyse,
- une phase d' épuration thermique et un craquage moléculaire,
- une phase d' échange thermique comportant une phase de condensation et de concentration d' éléments
- une phase de condensation du gaz C02, et
- une phase de cogénération
43. Procédé selon la revendication 42, caractérisé en ce qu' il comprend en outre une phase préalable de déshydratation des déchets humides.
44. Application du système selon l'une des revendications 1 à 41, pour le traitement de déchets à forte teneur en eau.
45. Application du système selon l'une des revendications 1 à 41, pour le traitement de boues d'une station d'épuration d'eaux usées.
46. Application du système selon l' une des revendications 1 à 41, pour le traitement de lisiers d' élevage d' animaux.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100457657C (zh) * 2006-04-25 2009-02-04 大庆油田创业集团有限公司 一种含油污泥砂处理工艺

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7963048B2 (en) * 2005-05-23 2011-06-21 Pollard Levi A Dual path kiln
FR2917399A1 (fr) * 2007-06-15 2008-12-19 Bio 3D Applic Soc Par Actions Procede et systeme de traitement d'effluents gazeux pour produire independamment h2 et co
DE102009014884B4 (de) * 2009-03-25 2014-11-06 Ingeborg Klose Verfahren zur Eliminierung von Schadstoffen aus Klärschlamm und Verfahren zur Herstellung von Phosphaten und phosphathaltigen Verbindungen
US8201501B2 (en) 2009-09-04 2012-06-19 Tinsley Douglas M Dual path kiln improvement
RU2476638C2 (ru) * 2011-04-13 2013-02-27 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования Новочеркасская Государственная Мелиоративная Академия (ФГОУ ВПО НГМА) Устройство утилизации твердых атмосферных осадков
CN102192514B (zh) * 2011-06-30 2012-08-15 天津市碧奥达思科技有限公司 一种欠氧热解环形污泥焚烧炉
CN102815852A (zh) * 2012-08-16 2012-12-12 昆明理工大学 一种污泥干化成套处理装置
CN102878566B (zh) * 2012-10-12 2015-01-07 大连理工大学 一种有机固体燃料干燥、热解焚烧一体化方法与装置
WO2015179199A1 (fr) * 2014-05-21 2015-11-26 Georgia-Pacific LLC Système de recyclage intégré et procédés d'utilisation de boues
CN104556619B (zh) * 2014-12-03 2016-04-06 嵊州领航信息科技有限公司 一种节能环保的粪便干燥系统
CN105217915A (zh) * 2015-10-28 2016-01-06 苏州柏沃环保科技有限公司 一种污泥废弃物能源综合利用工艺及其工艺系统
CN105423308A (zh) * 2015-11-08 2016-03-23 广东工业大学 微波烘干结合等离子气化的石油焦辅助垃圾处理系统
ITUA20163839A1 (it) * 2016-05-26 2017-11-26 Texa Spa Apparecchio di manutenzione di un impianto di condizionamento ad anidride carbonica di un veicolo a motore e relativo metodo di funzionamento
WO2018026747A1 (fr) 2016-08-05 2018-02-08 Rti International Système de traitement de déchets liquides
WO2018031280A1 (fr) 2016-08-08 2018-02-15 Rti International Système de traitement de déchets solides
RU2674125C1 (ru) * 2017-12-19 2018-12-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Устройство для термической обработки осадка сточных вод предприятий аграрно-промышленного комплекса
US10619921B2 (en) 2018-01-29 2020-04-14 Norev Dpk, Llc Dual path kiln and method of operating a dual path kiln to continuously dry lumber
CN113578921B (zh) * 2021-07-23 2023-12-26 四川广铭建设集团有限公司 一种城镇生活垃圾高温热裂解工艺
CN114031254A (zh) * 2021-10-13 2022-02-11 南方环境有限公司 热解废料加工预处理出料系统
CN117205838B (zh) * 2023-11-07 2024-01-23 通威微电子有限公司 碳化硅粉料合成装置及碳化硅粉料

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5622389A (en) * 1979-07-31 1981-03-02 Tsukishima Kikai Co Ltd Treatment of pyrolysis gas
US4361100A (en) * 1980-04-21 1982-11-30 Werner & Pfleiderer Procedure and installation for the incinerating of sludge
US4507127A (en) * 1981-12-21 1985-03-26 Nippon Furnace Kogyo Co., Ltd. System for recovering resources from sludge
US4557204A (en) * 1983-05-18 1985-12-10 Pka Pyrolyse Kraftanlagen Gmbh Process and apparatus for treating waste materials
US4890563A (en) * 1986-10-02 1990-01-02 Neutralysis Industries Pty. Ltd. Treatment of waste and rotary kiln therefor
US5917138A (en) * 1993-03-17 1999-06-29 Taylor; Leland T. Bottom feed--updraft gasification system
US6398921B1 (en) * 1995-03-15 2002-06-04 Microgas Corporation Process and system for wastewater solids gasification and vitrification

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4724776A (en) * 1982-08-03 1988-02-16 Sam Foresto Burning apparatus with means for heating and cleaning polluted products of combustion
US5554279A (en) * 1994-09-26 1996-09-10 Rdp Company Apparatus for treatment of sewage sludge

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5622389A (en) * 1979-07-31 1981-03-02 Tsukishima Kikai Co Ltd Treatment of pyrolysis gas
US4361100A (en) * 1980-04-21 1982-11-30 Werner & Pfleiderer Procedure and installation for the incinerating of sludge
US4507127A (en) * 1981-12-21 1985-03-26 Nippon Furnace Kogyo Co., Ltd. System for recovering resources from sludge
US4557204A (en) * 1983-05-18 1985-12-10 Pka Pyrolyse Kraftanlagen Gmbh Process and apparatus for treating waste materials
US4890563A (en) * 1986-10-02 1990-01-02 Neutralysis Industries Pty. Ltd. Treatment of waste and rotary kiln therefor
US5917138A (en) * 1993-03-17 1999-06-29 Taylor; Leland T. Bottom feed--updraft gasification system
US6398921B1 (en) * 1995-03-15 2002-06-04 Microgas Corporation Process and system for wastewater solids gasification and vitrification

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 005, no. 071 (C - 054) 13 May 1981 (1981-05-13) *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100457657C (zh) * 2006-04-25 2009-02-04 大庆油田创业集团有限公司 一种含油污泥砂处理工艺

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