WO2005066315A1 - Procede de traitement et de valorisation de dechets - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to the treatment and recovery of household and / or industrial waste and / or biomass alone or in mixture.
  • the present invention relates to a process for treatment and economic, ecological and efficient recovery of this waste.
  • the main recovery consists in producing a combustible gas with a high content of carbon monoxide and hydrogen usable in particular for the generation of energy (production of combustible synthesis gas, liquid fuel, hydrogen, electricity..).
  • Different methods of treatment and recovery of waste are known, namely: - Mechanical-biological treatment which combines mechanical sorting by screening, visual control on tape, densimetric table, with a biological treatment carried out in one or more stages. This treatment is generally not considered to be an optimal recovery of waste. In fact, only poor quality compost is valued.
  • thermolysis consists of decomposition of organic matter by heat in the absence of oxygen.
  • thermolysis and pyrolysis designate the same phenomenon of decomposition, but obtained at different temperatures: at low temperature for thermolysis (450 to 650 ° C generally), at higher temperature for pyrolysis (650 to 900 ° C generally).
  • pyrolysis is used, as generally designating a process of decomposition at high temperature, in the absence of oxygen, both at low and at high temperature.
  • a pyrolysis oven generally comprises an airtight cavity surrounded by an envelope in which flue gases circulate at high temperature.
  • the materials to be treated are brought into the cavity which is maintained in slight depression.
  • the flow of combustion fumes circulating in the envelope causes a temperature rise in the cavity, which allows the decomposition of the materials organic matter contained in the waste residing in the cavity in carbonaceous solids (or pyrolysis cokes) and in a mixture of combustible gases called pyrolysis gas.
  • the carbonaceous solids from such an oven are a heterogeneous mixture of solids consisting of metals, minerals, coke and various pollutants adsorbed on the surface of the coke grains. For these reasons, these materials are difficult to recover.
  • the gas can be recovered, either internally by incineration in the process to produce heat, or externally after a thorough purification intended to rid it of its tars, dust and acid gases, for the production of thermal energy in burners , or boilers.
  • - Gasification with superheated steam which is a process for recovering fuels from waste, biomass and more particularly forest biomass, combustible waste from forestry or the primary wood processing industry, bark or sawdust , residual slash, cuts of thinning wood or biomass from dedicated forest operations of the short or very short rotation coppice type (poplar, eucalyptus, willow), ...
  • This gasification process uses gasification reactors and combustion in fluidized and / or entrained beds.
  • the gasification reaction being endothermic and the combustion reaction being exothermic, the heat necessary for gasification is brought about by the combustion of recycled gas and residual gasification cokes via a flow of circulating hot sand.
  • Gasification with superheated steam essentially produces process gas, ash, landfilled, and smoke, discharged into the atmosphere after treatment.
  • the quality of the process gas thus produced varies according to the quality of the materials treated, in particular their composition and their moisture content.
  • the gasification plants are relatively large considering the amount of gas produced.
  • An object of the invention is a process for processing and recovering waste and / or biomass, which incorporates the recovery techniques presented above while making it possible to significantly reduce the residual quantity to be landfilled.
  • An object of the invention is to replace the raw materials treated in the gasification process, pyrolysis cokes and / or pyrolysis gas (preferably previously cracked), so as to allow, for installations of the same size, a consequent increase in the amount of gas produced.
  • An object of the invention is to ensure a constant quality of the input supply to the gasification process with superheated steam, in order to supply a process gas of substantially constant quality.
  • the invention therefore relates to a process for the treatment and recovery of a waste stream by gasification, capable of treating biomass alone or in mixture, comprising a step of pyrolysis of the waste stream, supplying raw pyrolysis gases at the outlet.
  • a gasification phase comprising the following stages: a stage of steam cracking of the raw pyrolysis gases in an indirect cracking device, in order to provide a flow of cracked gases, a step of gasification by vapor of carbonaceous solids in a dense fluidized bed oven, heated by a bed of hot sand, using said stream of cracked gases as fluidization medium, and supplying at the outlet a gas of process, and residues comprising sand, -a step of stepwise combustion of carbonaceous residues from the process comprising residues from the dense fluidized bed furnace, the said e combustion step comprising a step of gasification in air of said residues in an oven, delivering a flow of hot sand to the dense fluidized bed oven, and gases at high temperature, and a post-combustion step of the air of said gases at high temperature in a post-combustion chamber, supplying high temperature smoke at the outlet, and a filtering and purification phase of the process gas supplying at
  • the high temperature fumes produced in the staged combustion phase of the process residues are advantageously used as a heating flux for the pyrolysis step and for the indirect cracking step and for reheating the air for the gasification step to the air.
  • the steam consumed in said process is obtained by recovering energy from the process gas, in the filtering and purification phase.
  • the post-combustion chamber receives other fuels supplied by the process, in particular purified gas or polluting gases from the step of filtering and purifying the process gas. Provision may also be made to inject the raw pyrolysis gases or the cracked gas stream as fuel into this afterburner and / or into the air gasification furnace. This provision is useful when the purified gas is to be used to produce a synthetic fuel.
  • the treatment and recovery process comprises a prior stage of mechanical-biological treatment and composting of household and / or industrial waste and / or biomass capable of providing combustible materials derived from waste, comprising stages of separation of fermentable materials, refining of compost obtained from said fermentable materials, screening and sorting of recovered metals, inert and unburnable materials, so as to build up a stock of combustible materials derived from waste, of substantially constant quality, said stock forming the waste stream entering the pyrolysis step.
  • the invention also relates to a waste treatment and recovery plant implementing a method according to the invention, particularly suitable for directly treating different categories of waste and / or biomass.
  • FIG. 1 is a diagram in principle of a waste treatment and recovery process according to the invention
  • FIG. 2 is a flow diagram of the first phase of a treatment and recovery process according to the invention, corresponding to the mechanical-biological treatment and composting phase, with the output of a fuel derived from waste intended for feeding of the second phase;
  • - Figure 3 is a block diagram of a device for treatment and recovery of fuel derived from waste noted CDD supplied at the output of the first phase, implementing the second phase of a treatment and recovery process according to the invention
  • - Figure 4 is a flow diagram of the second phase of a treatment and recovery process according to the invention, corresponding to the gasification phase with superheated steam.
  • An installation according to the invention makes it possible to treat different categories of waste and / or biomass and to optimize them optimally, by implementing different treatment phases, namely, a first phase of mechanical-biological treatment and composting, a second phase of gasification with superheated steam, and a third phase of energy production.
  • different treatment phases namely, a first phase of mechanical-biological treatment and composting, a second phase of gasification with superheated steam, and a third phase of energy production.
  • the categories of waste treated include in particular: - Residual household waste (ie excluding that collected through selective sorting), denoted OMR , introduced exclusively in the first phase, - Ordinary combustible industrial waste, denoted DIB, which includes, for example, demolition wood, cardboard, pallets, etc., excluding organic or fermentable materials, which can be introduced either first phase or second phase - Green waste and waste from the food industry, rated DVA, introduced exclusively in the first phase, - Biomass of forest origin and waste from the primary wood processing industry, which can be introduced either in the first phase or in the second phase - Sludge from treatment plants, unpolluted, marked STEPnp, introduced exclusively in the first phase, - Sludge from treatment plants, polluted, dry, noted STEPp, introduced exclusively in the second phase.
  • OMR Ordinary combustible industrial waste
  • DIB which includes, for example, demolition wood, cardboard, pallets, etc., excluding organic or fermentable materials
  • DIB which can be introduced either
  • the three treatment phases are implemented as follows CD First phase Mechano-biological treatment and composting, with integrated recovery, which treats all the above-mentioned classes of waste, and provides as output: - compost, - recovered ferrous metals , - inert materials (glass, gravel, minerals ...) landfilled or recovered, - unburnable materials landfilled, and - a fuel derived from waste, noted CDD which feeds the next treatment phase ⁇ .
  • This CDD fuel comes in the form of solid blocks (cubes), and may be stored in silos on site, if necessary, depending on the flow.
  • Second phase Treatment by gasification with superheated steam, incorporating a preliminary pyrolysis step.
  • This treatment phase is supplied by the stock of CDD fuel, and also possibly by ordinary industrial waste DIB fuel or suitably prepared biomass (dry forest chips, crushed wood, wood pellets ). It is also possible to treat STEPp dry polluted sludge from a wastewater treatment plant. Smoke, ash, and a purified combustible gas with high calorific value with high content of carbon monoxide and hydrogen are obtained at the outlet.
  • This energy production can be obtained in different ways, by using one or more gas engines, or one or more gas turbines. You can also have a combined gas engine - turbine cycle steam, or gas turbine-steam turbine. In these combined cycles, it is also possible to have an organic Rankine cycle, in place of the steam turbine.
  • These various methods of producing electricity from a purified process gas and high temperature combustion fumes are well known to those skilled in the art. It is also possible after adjusting the hydrogen content of the purified gas, in particular by gas permeation, to supply a fuel cell. It is also possible, from the purified gas, to supply liquid fuel synthesis devices (Fischer-Tropsch synthesis, Methanol synthesis, Dymethyl Ester ).
  • the mechanical-biological treatment and composting phase mainly comprises the following steps: a). Coarse screening of residual household waste OR, to remove coarse waste. This operation typically uses a bag-opening trommel 1, with a mesh of 200 millimeters for example, from which emerge in the lower part the fine OMR waste f intended to be treated in a bio-reactor with the green waste (start of fermentation) and in part high OMR coarse waste g , mostly non-fermentable.
  • the coarse OMR g waste is transported, ,, to a visual control station 2 on tape (carpet) allowing the unburnable to be extracted from the flow.
  • Uncrushable materials typically include metals and massive inert materials, for example bricks, large metal parts, etc. They feed a stock of unburnable I, intended to be landfilled in a class II technical landfill.
  • Coarse screening of ordinary industrial waste and / or biomass designated in the figures by the reference DIB. This screening is typically carried out by means of a trommel 3, with a mesh of 50 millimeters for example, from which there emerge on one side fine waste DIBf and on the other coarse waste DIB g .
  • the coarse waste DIB g is conveyed on tape to the visual control station 2 to extract the unburnable from the stream. From the visual control station 2, the Rf refusals from the screening stations 1 and 3, intended to be shredded. vs).
  • DVA waste is preferably ground beforehand, by means of a dedicated shredder 5.
  • the bioreactor consists mainly of a rotary drum with air and water injection pipes and in which the material is maintained for a stabilization period determined, typically 72 hours, to initiate fermentation.
  • DS stabilized waste is obtained, the degradation of the organic matter of which is typically around 30%.
  • the vapors and fumes which emanate from this process are typically treated by a biofilter 6 (condensation and washing) before discharge into the atmosphere.
  • the stabilized DS waste which leaves this bioreactor is routed to a screening station 7, typically using a trommel, with a mesh of 70 millimeters for example, which allows the coarse DSg (Refusing the screen) to be removed from the stream.
  • coarse waste consisting mainly of plastic, glass, wood and non-fermentable waste.
  • the grinding device 8 used will typically be a rotary shear.
  • a biofilter 12 is provided for treating the air in the building and the fumes generated by the handling of the compost. Air and water make-up are necessary to feed the composting process.
  • This platform can also treat non-polluted STEPnp sludge from treatment plants. Polluted sludge cannot be treated in this process because it would prevent the production of compost of agronomic quality, and therefore hinder the external recovery of the compost produced. g).
  • Refining of the compost typically using a screen and 5 a densimetric table. The refining of the compost will advantageously be carried out after a stabilization period without the addition of moisture of a duration of the order of 20 days.
  • the compost refining screen typically a 30-millimeter mesh trommel for example, makes it possible to remove the coarse parts of the compost, among which non-ferrous metals are typically found.
  • the ferrous metals are extracted, which will supply the stock 11 of the valorized ferrous materials.
  • the rest of the flow constitutes "the spent fuel”.
  • Extraction of the heavy constituents from the stream of de-fueled fuel typically by means of a ballistic separator 14.
  • a ballistic separator is a high-speed conveyor which makes it possible to eject the various constituents of the stream according to their density.
  • This ballistic separator is more particularly used for removing massive constituents, such as non-ferrous metals and massive minerals, from the flow. These constituents which are ejected constitute a stock 15 of inert materials, intended to be landfilled, typically in a class III technical landfill.
  • the flow leaving the ballistic separator 14 is in the form of a ground fuel derived from CDD waste. j). Densification of the ground fuel, typically by means of a briquetting press device 16: these briquettes of fuel derived from CDD waste can be easily stored, without particular storage problems, since they are solid, relatively dry materials, the cube or briquette form allows handling and storage that can be automated easily. Thus, this densification optimizes handling and storage for gasification.
  • briquettes are cubes 30 to 35 millimeters in side.
  • the density of the CDD fuel thus obtained with a process according to the invention is of the order of 700 Kg / m 3
  • a storage of CDD fuel of 2800 m 3 allows for example a month of shutdown of a processing unit of 80 000 t / year of household waste (step ® of the treatment and recovery process according to the invention), without requiring the use of landfill.
  • step ® of the treatment and recovery process according to the invention is one of the advantageous aspects of the treatment and recovery process according to the invention, because it saves the costs of landfilling during the annual cessation of gasification. It allows flexibility in the operation of the treatment plant, because the easy storage of fuel allows an independent valuation of waste or biomass supplies.
  • This CDD stock of fuel in briquettes represents from 30 to 35% of the flow entering phase ⁇ .
  • the screening chain at various points in the process makes it possible to ensure a constant quality of this CDD fuel at the outlet in particular, for the moisture content and ash content.
  • This stock of CDD fuel supplies the gasification process with superheated steam according to the invention.
  • FIG. 3 represents a flowchart illustrating the phase ⁇ of gasification with superheated steam, implemented in a waste treatment and recovery process according to the invention.
  • the incoming flow of FxE waste to be treated and upgraded to purified gas in this ⁇ phase mainly includes the CDD stock from the ⁇ phase of mechanical-biological waste treatment. It can also include ordinary industrial waste: packaging paper, mixed plastics, shredded tires ... (excluding organic, fermentable materials) collected by manufacturers and previously shredded DIBb.
  • the device for implementing this phase ⁇ for treating and upgrading the stream of incoming waste FxE into purified gas schematically comprises, and as shown in FIG. 3, a pyrolysis device 100, a calciner 200 to reduce the portion of ash coarse solids from pyrolysis, a gasification device 300, a device 400 for energy recovery and treatment of fumes from pyrolysis and gasification devices and a device 500 for filtering and purifying process gases.
  • ash is obtained, intended for landfill (class II technical landfill) and process gas, recoverable internally, for the pyrolysis and gasification processes, and external for the production of energy after filtration and purification of process gases by a suitable treatment device 500.
  • the incoming flow FxE feeds the pyrolysis device 100, to obtain by decomposition at high temperature (thermal cracking of organic matter), in the absence of oxygen, carbonaceous solids and pyrolysis gases.
  • the carbonaceous solid materials are screened, the refusals of screening being conveyed to the calciner 200, which reduces them to ashes, intended for the discharge (class II technical landfill center).
  • the fumes emitted by the pyrolysis and gasification devices 100 are brought in a suitable manner, by sealed conduits, to the device 400 for recovering energy and treating the fumes, from which emerge clean fumes, discharged at the atmosphere and dust intended for landfill (class I technical landfill center).
  • the pyrolysis device comprises a pyrolysis oven 110 into which the incoming flow of waste FxE is introduced. It is also possible to directly introduce crushed industrial waste DIB, biomass, or dry polluted sludge Step p .
  • the pyrolysis oven is typically a rotary double jacket oven. It is heated by high temperature fumes supplied by the installation, more specifically, by the gasification device 300.
  • the pyrolysis oven 110 is provided at the outlet with an internal screen (not shown), so as to separating the coarse fraction 101 from the fine carbonaceous solids. This coarse fraction 101 is sent to a calcination device 200.
  • the resulting ash 201 is intended to be landfilled (Class III technical landfill center).
  • the screen rejects 103 are crushed, sorted and the carbon fraction reinjected at the inlet of the pyrolysis oven 110.
  • the fine fraction 102 of the carbonaceous solid materials resulting from the pyrolysis and possibly the pyrolysis gases 103 constitute the elements gas gasification process with superheated steam.
  • the pyrolysis oven 110 is maintained in slight depression to prevent leaks of pyrolysis gas 103 to the outside.
  • the screening of the coarse 103 at the outlet of pyrolysis, with extraction and / or reprocessing, advantageously allows the use of a steam flow as pneumatic means of transporting the fine fraction 102 of the carbonaceous solids resulting from the pyrolysis, up to dense fluidized bed oven 301 of the device 300 for gasification with superheated steam.
  • the vapor flow V is produced by the device 500 for treatment and filtering (purification), by energy recovery from the process gases. This vapor flow thus serves as an inert transport fluid (that is to say one which does not react in terms of combustion) with respect to fine carbonaceous solids 106.
  • fine carbonaceous solids 102 of pyrolysis which have passed the screen and possibly the raw pyrolysis gases 103 are transported in the flow Fv of steam to the inlet of the gasification device 300 while maintaining them at a determined temperature T1 to prevent condensation of the tars contained in the gases of pyrolysis.
  • the fine carbonaceous solids 102 from pyrolysis and optionally the pyrolysis gases previously cracked with steam, are then injected into the dense fluidized bed oven 301.
  • the cracking of the steam pyrolysis gases, at high temperature, is obtained in a indirect cracking device 303.
  • the raw pyrolysis gases 103 are sucked in by a steam ejector 104, so as to form a flow 105 of vapor V and of raw pyrolysis gases 103, in a tight pipe.
  • a rotary valve 106 which receives the fine fraction 102 of carbonaceous solids makes it possible to inject this fine fraction into the flow 105 of vapor and gas.
  • the vapor flow V is supplied at a temperature Tv which makes it possible to maintain the temperature of the stream 105 above a sufficient temperature T1, typically greater than or equal to 350 ° C., so as to prevent the condensation of the tars and condensable hydrocarbons contained in the gases.
  • Tv will be of the order of 400 ° C.
  • the pipes are kept at a sufficient temperature, greater than or equal to the flow temperature Tv, by electrical tracing and suitable insulation.
  • Valves v1, v2 are provided upstream of the ejector 104, to regulate the gas flow 103 and the vapor flow V.
  • the gasification device 300 comprises a separator 302 (cyclonic enclosure) capable of separating the solid products S from the GV gaseous products of the flow Fv which it receives from the pyrolysis device 100.
  • the separator 302 thus receives at the input the flow Fv of vapor and of pyrolysis gas with the carbonaceous solid matter in suspension, and delivers at the output, on the one hand the solids S and on the other hand a stream of GV gas, comprising the pyrolysis gases 103, the vapor V and particles of ultra fine coke.
  • the solids S thus separated are introduced into the enclosure of a dense fluidized bed furnace 301.
  • the pipe which includes the suction of the pyrolysis gases, the transport of the carbonaceous solids (pyrolysis coke), the separation of the flow Fv , carbonaceous solids, must be cleaned regularly, to prevent it from becoming blocked by the condensation of tars and condensed hydrocarbons.
  • This cleaning is typically done by injecting superheated pure steam.
  • provision is advantageously made to double this pipe (not shown) with a maintenance pipe which is used during the cleaning of the main pipe.
  • the GV flow of steam and pyrolysis gas at the outlet of the separator 302, maintained at the temperature Tv, is brought into an indirect cracking device 303 (also called “cracker" according to the current Anglo-Saxon terminology), by a maintained pipe at a temperature greater than or equal to the flow temperature Tv (electrical tracing, insulation).
  • the device for indirectly cracking tars with steam may for example be a gas gas exchanger 303.ll comprises a tube side, which receives the heated flow, that is to say the GV gas flow, and a shell side which receives a heating flux.
  • the heating flow is a high temperature FF smoke flow, typically between 1000 ° and 1300 ° C, provided by a post-combustion chamber 304, the role of which will be detailed below.
  • This heating flow FF makes it possible to bring the flow of gas GV to high temperature by radiative exchange, allowing the oxidation of hydrocarbons (C 2 -C10, ultra fine coke and tars) and their transformation into stable gases at the reaction temperature. Carbon oxides (CO, CO 2 ), excess steam and hydrogen are found in particular.
  • the steam which was used for the pneumatic transport of the carbonaceous solid materials of pyrolysis to the first fluidized bed furnace 301 has another function which is to allow the cracking of the tars and the ultra fine coke contained in the pyrolysis gases 103 from of pyrolysis and transported in the GV stream.
  • a high temperature gas flow 305 is obtained (around 850 ° C. for example).
  • the superheated steam used for cleaning the main pipe is also treated by the device 303.
  • This high-temperature outgoing stream 305 is used as the fluidization medium 305 in the dense fluidized bed oven 301.
  • the raw pyrolysis gases 103, or the flow 305 of steam cracked gases are preferably brought into the air gasification furnace 306, to be used as fuel there, in particular in the case of the production of a purified gas intended for a process for generating synthetic fuel.
  • the fluidization medium used in the oven 301 is steam coming directly from the boiler 501
  • the dense fluidized bed oven 301 is a vertical type oven in the example. It includes a heated sand bed, supplied directly by the air gasification oven 306.
  • the fluidization medium 305 injected into the furnace 301 makes it possible to circulate the flow of hot sand inside the furnace.
  • the carbonaceous solids S injected into the furnace mix with this flow.
  • Such an oven allows, in a known manner, the gasification of the carbon contained in the organic materials by steam in an atmosphere maintained at high temperature by the flow of circulating hot sand.
  • the sand bed is a stabilizing element of the process.
  • sand from the class of silicates is used, such as olivine.
  • This sand can be doped, with Nickel for example, to increase the performance of cracking tars. It serves as a catalyst for the transformation of the heavy elements of tars present in the solid flow S.
  • the permitted tar content is a few g / Nm 3 of gas; in the second, it must be less than 10 mg / Nm 3 .
  • a specific entry Es makes it possible to supply the sand at the start of the installation, and as a backup, if necessary, to maintain a sufficient granular bed.
  • an outlet SP for sand purging is provided, to remove sand when the level of the granular bed is too high.
  • This purge sand can be directly landfilled (class technical landfill center), or recycled into bed feed, if its particle size allows.
  • the process gas GP that is to say the gas resulting from the process, emerges upwards, and at the bottom, a mixture SI of sand, ash and non-carbonated coke.
  • this mixture SI is conveyed to an air gasification furnace 306.
  • This second oven can be of the circulating fluidized bed type (also called co-current moving bed), vertical. It is preferably a driven bed oven, which has the advantage over the previous one, that no particles will remain in the bed.
  • this furnace 306 is temperature-controlled in a suitable manner, so as to obtain gasification with complete air of the process residues, without risk of melting the sand (melting temperature above 950 ° C.).
  • the sand 308 is then entrained at the outlet with the gases 309, at high temperature.
  • a modulation of the gasification air flow injected under the bed makes it possible to measure the sand flow.
  • This flow of high-temperature sand 308 contains the make-up energy delivered to the dense fluidized bed furnace 301. In this way, the sand of the mixture SI can be dosed in order to re-inject it into the dense fluidized bed furnace 301 which thus operates in almost closed cycle for supplying hot sand, at least between the different maintenance and servicing purge operations.
  • the driven bed furnace 306 In practice, it regulates the operation of the driven bed furnace 306 to obtain gas outlet 309 at a temperature of 900 ° C, typically below 950 C 309 C.
  • gases with entrained sand 308 are directed by means of a suitable pipe (insulation), to a separator 307 (cyclonic enclosure) to separate the gas from the sand.
  • the gas is injected at the inlet Fu of the post-combustion chamber 304, while the high temperature sand 308 coming from the cyclonic enclosure 307 is reintroduced into the first dense fluidized bed oven 301.
  • the driven bed oven 306 has a diameter much smaller than the first oven 301.
  • the combustion air more precisely, the gasification air, AIR-c is supplied to the driven bed oven 306 by the device 400 for recovering energy from the fumes. It is at a temperature above 400 ° C in practice. If necessary, to improve gasification in air, by controlling the temperature in the oven, provision is preferably made for another inlet of hot air AIR-h in the upper part of the oven 306, also supplied by the device 400 energy recovery from smoke.
  • An AIR-f gas inlet is also provided in the lower part above the fluidized bed, for injecting gas used as fuel.
  • This AIR-f gas inlet is preferably supplied by the purified gas GE (which in one example is at a temperature of the order of 50 ° C. or less) supplied at the outlet of the device 500 for fiitration and purification of the gas process. It can also be supplied by pyrolysis gases, raw 103, or cracked 305. Thus, pyrolysis gases, raw 103 or cracked 305 can advantageously be used as fuel in this oven 306. This arrangement is used in particular when the purified gas must be used for the production of synthetic fuel.
  • the regulation of the gasification with air is obtained by means of valves v3, v4, v5 making it possible to regulate the inlet of combustion air AIR-c, the inlet of hot air AIR-h in the upper part and l AIR-f gas inlet at the bottom.
  • the fluidized bed furnace 306 includes a purge outlet, which allows, in operation or in maintenance, to evacuate the excess ash. These ashes are intended for landfill (Class II technical landfill center).
  • the gasification device 300 according to the invention further comprises a post-combustion chamber 304.
  • This chamber has the function of ensuring complete combustion: raw pyrolysis gases 103 or cracked 305, in the start-up phase or in particular mode operating, when these gases are very polluted for example; various POL pollutants from the fiitration and purification phase of the GP process gas; FCAL fumes from the calciner 200, Fu gases from the driven bed oven 306, after passing through the separator 307.
  • An emergency entry is provided, controlled by a valve v6, allowing the process gas to be evacuated through this GP generated by the oven 301, in the event of a failure of the device 500 for fiitration and purification of this process gas.
  • a supply of AIR-PC hot air typically supplied by the smoke energy recovery device 400, ensures the oxygen content required by the regulations.
  • the temperature of the fumes is regulated by injecting purified gas GE or raw pyrolysis gases 103 or previously cracked 305 in the chamber 304. These are the usual methods for regulating the post-combustion chambers of gaseous effluents.
  • This chamber 304 supplies FF fumes at high temperature, typically between 1000 ° C and 1300 ° C. These FF fumes are used in particular, as we saw above as the secondary heating flow of the indirect cracking device 303. They are also used in the pyrolysis oven, as a source of heat necessary for pyrolysis, ie say as a heating medium in the double jacket of the oven. As a reminder, a pyrolysis oven in practice comprises two zones, a first zone for drying the waste and a second pyrolysis zone proper. FF high temperature fumes (1000 ° C to
  • pyrolysis can be described as autothermal: the heat necessary for the reaction is generated internally by the staged combustion process, in the air gasification furnace 306 and the post-combustion chamber 304, non-carbonated cokes , RES-F residues and possibly raw 103 or cracked pyrolysis gases 305.
  • an autonomous standby steam production device (not shown) is provided for the start-up phases and degraded operating phases, to provide the steam necessary for pneumatic transport, indirect cracking and gasification (ovens 301 and 306).
  • the 400 receives the fumes from the post-combustion chamber 304, after their passage in the pyrolysis device (outputs S1, S2), and in the indirect cracking device 303. These are fumes at high temperature FHT, from around 800 ° C for the heating fumes from the pyrolysis device, and around 700 ° C for those from the indirect cracking device 303.
  • the temperature of these fumes is lowered by means of an air / smoke exchanger 401 , which receives ambient air (typically 20 ° C) at the secondary, tube side, and high temperature FHT fumes at the primary, grille side. At the outlet, one obtains a flow of heated air and cooled fumes.
  • This exchanger advantageously allows the supply to the driven bed oven 306, gasification air AIR-c and AIR-h, from the heated air flow.
  • a water injection spray (not shown) makes it possible to bring the temperature of the flue gases below 200 ° C., in the event of failure of the cold air supply (ie, the ambient air used to cool the flow of smoke in exchanger 401).
  • the cooled flue gases have a temperature below 200 ° C. They are then routed to conventional filtration and purification circuits: typically a contact reactor 402, using activated carbon and lime as reagents, a bag filter 403, which makes it possible to capture dust and reaction products, to be landfilled (class I technical landfill center).
  • a suction fan 404 brings the fumes thus filtered into a chimney 405, for discharge into the atmosphere.
  • the step of treating the fumes coming from the post-combustion chamber 304 comprises regulating the flow of the fumes capable of controlling the thermal energy delivered to the pyrolysis oven.
  • the FHT fumes are not mixed in the exchanger 401. There is therefore an outlet corresponding to each FHT smoke source, with control valves v7, v8, v9 of the fumes leaving the exchanger 401, one per smoke inlet.
  • valve v7 for the fumes from the outlet S1 of the pyrolysis oven 110
  • valve v8 for the fumes from the outlet S2 of the pyrolysis oven 110
  • valve v9 for the fumes at the outlet of the exchanger 303 of the gasification device 300.
  • air gasification (furnace 306) produces the hot sand 308 necessary for the gasification in the furnace 301 of carbonaceous solid materials of pyrolysis S;
  • -the post-combustion 304 produces the heating flow FF for pyrolysis in the pyrolysis oven 110, for the cracking of tars in the indirect cracking device 303, and for the heating of the gasification air AIR-c and AIR- h from oven 306 via device 401.
  • the prior pyrolysis of the waste before gasification makes it possible to significantly reduce the size of the equipment intended for gasification. This saves the costs of structure and maintenance of the structure.
  • the integration of a mechanical-biological and composting treatment allows, in addition to the recovery of the compost, to supply the gasification process with a CDD fuel of almost constant quality, regardless of the quality of the waste delivered to the facility. In particular, we are able to guarantee reduced humidity and ash levels at the pyrolysis inlet.
  • the integration of a prior pyrolysis stage upstream of the gasification supplies the oven 301 with a completely dry fuel of fine particle size. The quality of the gas produced and the reaction kinetics are significantly improved.
  • the process gas treatment and fiitration device thus conventionally comprises: - a smoke tube boiler 501, the function of which is to cool the process gas GP which leaves the oven 301 to a temperature of l 'of the order of 800 to 900 ° C, to bring it to a temperature of the order of 200 ° C.
  • An air condenser 505 is provided in parallel, which allows the excess heat to be removed, in particular in degraded operating modes of the structure, for example, at the end of the operating cycle.
  • the vapor generated is used mainly to supply the vapor V used as a fluid for transporting carbonaceous solids and possibly pyrolysis gases. It is also used as a backup in the oven 301, as required, for example via the maintenance pipe provided for cleaning the main pipe for transporting carbonaceous solids and gases to the oven 301.
  • the cooled process gases GP ⁇ which emerge from the boiler 501 enter a dedusting device, or bag filter 502, which eliminates carbonaceous dust carried by the process gas.
  • the CAR carbon residues thus recovered form part of the Res-F residues brought into the furnace 306, to be gasified in air.
  • the cooled process gases filtered Gprf at the outlet of the dedusting device 502 are brought into an oil washer 503, which has the function of condensing the tars by oil spraying (vegetable oil, animal fat, liquid fuel ...) and to complete the cooling of the Gprf process gases, to bring them to a temperature close to ambient temperature ( ⁇ 50 ° C). More specifically, the circulation of cooled oil ensures the condensation of residual tars.
  • the excess oil H feeds the stream of Res-F residues brought into the furnace 306, to be gasified in air.
  • the carbon dioxide and various gaseous pollutants POL are extracted from these filtered process gases, washed and cooled, by a suitable device 504. They are brought into the post-combustion chamber 304.
  • the purified gas GE is obtained. This gas is partially recycled internally, in the post-combustion chamber 304 (to ensure temperature regulation), and in the fluidized bed furnace 306 (during the start-up phases). It can be advantageously valued externally.
  • washing in pressurized water is conventionally provided (washer with ejectors) to put the purified residual gas GE UNDER pressure, typically 10 bars.
  • This gas can be stored at room temperature, typically in a metallic spherical gasometer.
  • the gas thus stored can then be used in particular for producing electricity, by thermal machines, for example machines implementing one or more gas engines, or one or more gas turbines, or any other known technique.
  • the purified gas GE can also be used in a liquid fuel synthesis unit (Fischer-Tropsh liquid, methanol, ). Alternatively, electrical heating of the pyrolysis oven, indirect cracking and / or sand can be provided.
  • the post-combustion chamber 304 and the oven 306 are always used to remove the residues from the device 500 and the non-carbonated cokes. They are also used to produce fumes corresponding to the discharge standards imposed by regulations.
  • the advantage of heating the pyrolysis oven, the indirect cracking device and / or the sand with electricity is to reduce the amount of fuel (coke, purified gas, oils) used for heating and therefore increase the gas production in relation to the treated waste stream.
  • Another advantage is to reduce the quantity of smoke discharged and therefore the cost of the equipment of the device 400.
  • this option makes it possible to maximize the amount of biofuel produced per tonne of biomass consumed and minimize the amount of smoke.
  • This option is particularly advantageous when the quantity of available biomass is limited and when there is a significant surplus of electricity. This arrangement limits greenhouse gas emissions from the installation.
  • the invention allows it on the one hand, by combining pyrolysis and gasification with superheated steam, to provide a gas of very good quality at a lower cost: autothermal operation (except at start-up), smoke recycling, steam to transport the flow Fv between the pyrolysis unit and that of gasification, efficient removal of tars, etc.
  • the invention is particularly suitable for the treatment of biomass, alone or as a mixture.
  • the process is particularly advantageous combined with a mechanical-biological treatment and prior composting, by allowing on the one hand an advanced integrated recovery, and on the other hand providing a dry CDD fuel flow, particularly dense, which allows flexible management.
  • CDD stock between the two phases, the mechanical-biological treatment and composting phase and the gasification phase which contributes to the very good quality, continuously, of the purified gas.
  • Variants of the waste treatment and recovery process can be envisaged without departing from the scope of the invention: characteristics of the screening devices or ballistic separators, composting methods, use of pyrolysis or thermolysis ovens, vertical or horizontal, variants of treatment and fiitration of smoke, process gas ...

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Abstract

Dans un procédé de traitement et valorisation de déchets, une phase de gazéification à la vapeur surchauffée d’un flux de déchets FxE comprend une étape préalable de pyrolyse fournissant en sortie des gaz de pyrolyse (103) et des matières solides carbonées (101, 102), suivie d’une étape de craquage à la vapeur (303) des gaz de pyrolyse et d’une étape de gazéification des matières solides carbonées pour fournir en sortie un gaz épuré (GE) apte à être stocké en vue d’une valorisation. L’étape de gazéification comprend l’acheminement et l’injection des matières solides carbonées et des gaz pyrolyse crackés dans un four vertical à lit fluidisé dense (301), lesdits gaz étant utilisés comme média de fluidisation dans ledit four, les matières solides carbonées venant se mélanger au lit de sable du four. Les résidus carbonés sont gazéifiés à l’air dans un four de gazéification à l’air (306) qui alimentent le four (301) en sable chaud (308).

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT ET DE VALORISATION DE DECHETS
La présente invention concerne le traitement et la valorisation de déchets ménagers et/ou industriels et/ou de biomasse seuls ou en mélange. La présente invention concerne un procédé de traitement et de valorisation économique, écologique et performant de ces déchets. Dans la présente invention, la principale valorisation consiste à produire un gaz combustible à forte teneur en monoxyde de carbone et en hydrogène utilisable notamment pour la génération d'énergie (production de gaz de synthèse combustible, de carburant liquide, d'hydrogène, d'électricité..). Différents procédés de traitement et de valorisation de déchets sont connus, à savoir : - Le traitement mécano-biologique qui associe un tri mécanique par criblage, contrôle visuel sur bande, table densimétrique, à un traitement biologique réalisé en une ou plusieurs étapes. Ce traitement n'est généralement pas considéré comme une valorisation des déchets optimale. En effet seul un compost de qualité médiocre est valorisé. Les autres résidus de traitement sont évacués en décharge. Cela représente un volume important, qui subit en fait une élimination majoritaire (la mise en décharge) pénalisant les performances de valorisation. - Le traitement par pyrolyse ou thermolyse qui consiste en une décomposition des matières organiques par la chaleur en absence d'oxygène. Les termes thermolyse et pyrolyse désignent le même phénomène de décomposition, mais obtenu à des températures différentes : à basse température pour la thermolyse (450 à 650°C généralement), à plus haute température pour la pyrolyse (650 à 900°C généralement). Dans la suite, on utilise le terme pyrolyse, comme désignant de manière générale un procédé de décomposition à température élevée, en absence d'oxygène, aussi bien à basse qu'à haute température. Un four de pyrolyse comprend généralement une cavité étanche à l'air entourée d'une enveloppe dans laquelle circulent des fumées à haute température. Les matières à traiter sont amenés dans la cavité qui est maintenue en légère dépression. Le flux de fumées de combustion circulant dans l'enveloppe entraîne une élévation de température dans la cavité, ce qui permet la décomposition des matières organiques contenues dans les déchets résidant dans la cavité en matières solides carbonées (ou cokes de pyrolyse) et en un mélange de gaz combustibles appelé gaz de pyrolyse. Les matières solides carbonées issues d'un tel four sont un mélange hétérogène de solides constitué de métaux, de minéraux, de coke et de polluants divers adsorbés à la surface des grains de coke. Pour ces raisons, ces matières sont difficilement valorisables. Le gaz lui est valorisable, soit en interne par incinération dans le procédé pour produire de la chaleur, soit en externe après une épuration poussée destiné à le débarrasser de ses goudrons, poussières et gaz acides, pour la production d'énergie thermique dans des brûleurs, ou des chaudières. - La gazéification à la vapeur surchauffée, qui est un procédé de valorisation de combustibles issus de déchets, de biomasse et plus particulièrement biomasse forestière, de déchets combustibles de la sylviculture ou de l'industrie de première transformation du bois, écorces ou sciures de bois, rémanents forestiers, coupes de bois d'éclaircie ou de biomasse provenant d'exploitations forestières dédiées de type taillis à courte ou très courte rotation (peuplier, eucalyptus, saule), ... Ce procédé de gazéification utilise des réacteurs de gazéification et de combustion à lits fluidisés et/ou entraînés. La réaction de gazéification étant endothermique et la réaction de combustion étant exothermique, la chaleur nécessaire à la gazéification est amenée par la combustion de gaz recyclé et des cokes de gazéification résiduels via un flux de sable chaud circulant. La gazéification à la vapeur surchauffée produit essentiellement du gaz de process, des cendres, mises en décharge, et des fumées, évacuées dans l'atmosphère après traitement. La qualité du gaz de process ainsi produit varie en fonction de la qualité des matières traitées notamment leur composition et leur teneur en humidité. Les installations de gazéification sont relativement volumineuses eu égard à la quantité de gaz produite. Un objet de l'invention est un procédé de traitement et de valorisation de déchets et/ou de biomasse, qui intègre les techniques de valorisation présentées ci-dessus tout en permettant de diminuer de façon significative la quantité résiduelle à mettre en décharge. Un objet de l'invention est de substituer aux matières brutes traitées dans le procédé de gazéification, des cokes de pyrolyse et/ou du gaz de pyrolyse (de préférence préalablement cracké), de façon à permettre, pour des installations de même dimension, une augmentation conséquente de la quantité de gaz produite. Un objet de l'invention, est d'assurer une qualité constante de l'approvisionnement en entrée du processus de gazéification à la vapeur surchauffée, pour fournir un gaz de process de qualité sensiblement constante. L'invention concerne donc un procédé de traitement et de valorisation d'un flux de déchets par gazéification, apte à traiter de la biomasse seule ou en mélange, comprenant une étape de pyrolyse du flux de déchets, fournissant en sortie des gaz de pyrolyse bruts et des matières solides carbonées, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une phase de gazéification comprenant les étapes suivantes : -une étape de craquage à la vapeur des gaz de pyrolyse bruts dans un dispositif de craquage indirect, pour fournir en sortie un flux de gaz craqués, -une étape de gazéification à la vapeur des matières solides carbonées dans un four à lit fluidisé dense, chauffé par un lit de sable chaud, utilisant comme média de fluidisation ledit flux de gaz craqués, et fournissant en sortie un gaz de process, et des résidus comprenant du sable, -une étape de combustion étagée de résidus carbonés issus du procédé comprenant les résidus du four à lit fluidisé dense, ladite étape de combustion comprenant une étape de gazéification à l'air desdits résidus dans un four, délivrant en sortie un flux de sable chaud vers le four à lit fluidisé dense, et des gaz à haute température, et une étape de post-combustion à l'air desdits gaz à haute température dans une chambre de post-combustion, fournissant en sortie des fumées haute température, et une phase de filtrage et d'épuration du gaz de process fournissant en sortie un gaz épuré apte à être stocké en vue d'une valorisation énergétique. Les fumées haute température produites dans la phase de combustion étagée des résidus du procédé sont avantageusement utilisées comme flux chauffant pour l'étape de pyrolyse et pour l'étape de craquage indirect et pour le réchauffage de l'air pour l'étape de gazéification à l'air. La vapeur consommée dans ledit procédé est obtenue par récupération d'énergie sur le gaz de process, dans la phase de filtrage et d'épuration. La chambre de post-combustion reçoit d'autres combustibles fournis par le procédé, notamment du gaz épuré ou des gaz polluants issus de l'étape de filtrage et d'épuration du gaz de process. On peut aussi prévoir d'injecter comme combustible les gaz de pyrolyse bruts ou le flux de gaz craqué, dans cette chambre de postcombustion et/ou dans le four de gazéification à l'air. Cette disposition est utile lorsque le gaz épuré doit servir à produire un carburant de synthèse. Selon un autre aspect de l'invention, le procédé de traitement et valorisation comprend une étape préalable de traitement mécano-biologique et de compostage de déchets ménagers et/ou industriels et/ou de la biomasse apte à fournir des matériaux combustibles dérivés de déchets, comprenant des étapes de séparation des matières fermentescibles, affinage de compost obtenu à partir desdites matières fermentescibles, criblage et tri des métaux valorisâmes, des inertes et des imbroyables, de manière à constituer un stock de matériaux combustibles dérivés de déchets, de qualité sensiblement constante, ledit stock formant le flux de déchets entrant de l'étape de pyrolyse. L'invention concerne aussi une usine de traitement et valorisation de déchets mettant en œuvre un procédé selon l'invention, particulièrement adaptée pour traiter directement différentes catégories de déchets et/ou de biomasse. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre indicatif et non limitatif de l'invention et en référence aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 est un schéma de principe d'un procédé de traitement et valorisation de déchets selon l'invention ; - la figure 2 est un organigramme de la première phase d'un procédé de traitement et valorisation selon l'invention, correspondant à la phase de traitement mécano-biologique et de compostage, avec fourniture en sortie d'un combustible dérivé de déchets destiné à l'alimentation de la deuxième phase ; - la figure 3 est un schéma bloc d'un dispositif de traitement et de valorisation du combustible dérivé de déchets noté CDD fourni en sortie de la première phase, mettant en œuvre la deuxième phase d'un procédé de traitement et valorisation selon l'invention, et - la figure 4 est un organigramme de la deuxième phase d'un procédé de traitement et valorisation selon l'invention, correspondant à la phase de gazéification à la vapeur surchauffée.
Une installation selon l'invention permet de traiter différentes catégories de déchets et/ou de biomasse et de les valoriser de manière optimale, en mettant en œuvre différentes phases de traitement, à savoir, une première phase de traitement mécano-biologique et compostage, une deuxième phase de gazéification à la vapeur surchauffée, et une troisième phase de production d'énergie. Un schéma de principe d'une telle installation est représenté sur la figure 1. Les catégories de déchets traités comprennent notamment : - Les ordures ménagères résiduelles (c'est à dire hors celles collectées par le biais des filières de tri sélectif), notées OMR, introduites exclusivement en première phase, - Les déchets industriels banals combustibles, notés DIB, qui comprennent par exemple les bois de démolition, les papiers cartons, les palettes, ...etc, hors matières organiques ou fermentescibles, qui peuvent être introduits indifféremment en première phase ou en deuxième phase - Les déchets verts et déchets de l'industrie agroalimentaire, notés DVA, introduits exclusivement en première phase, - La biomasse d'origine forestière et les déchets de l'industrie de première transformation du bois, qui peuvent être introduits indifféremment en première phase ou en deuxième phase - Les boues de stations d'épuration, non polluées, notées STEPnp, introduites exclusivement en première phase, - Les boues de stations d'épuration, polluées, sèches, notées STEPp, introduites exclusivement en deuxième phase.
Les trois phases de traitement sont mises en œuvre de la manière suivante CD Première phase Traitement mécano-biologique et compostage, avec valorisation intégrée, qui traite toutes les classes de déchets précités, et fournit en sortie : - du compost, - des métaux ferreux valorisâmes, - des matériaux inertes (verres, graviers, minéraux ...) mis en décharge ou valorisés, - des imbroyables mis en décharge, et - un combustible dérivé des déchets, noté CDD qui alimente la phase de traitement © suivante. Ce combustible CDD se présente sous la forme de blocs solides (cubes), et peut-être stocké dans des silos sur le site, si nécessaire, selon le flux.
,.© Deuxième phase : Traitement par gazéification à la vapeur surchauffée, intégrant une étape préalable de pyrolyse. Cette phase de traitement est alimentée par le stock de combustible CDD, et aussi éventuellement par les déchets industriels banals combustibles DIB ou de la biomasse convenablement préparée (plaquettes forestières sèches, broyât, granulés de bois...). Il est également possible de traiter des boues polluées sèches STEPp de station d'épuration. On obtient en sortie des fumées, des cendres, et un gaz combustible épuré à fort pouvoir calorifique à haute teneur en monoxyde de carbone et en hydrogène.
<D Troisième phase : Production d'énergie à partir du gaz épuré.
Cette production d'énergie peut être obtenue de différentes façons, en mettant en œuvre un ou plusieurs moteurs à gaz, ou une ou plusieurs turbines à gaz. On peut aussi avoir un cycle combiné moteur à gaz - turbine à vapeur, ou turbine à gaz-turbine à vapeur. Dans ces cycles combinés, on peut encore avoir un cycle organique de Rankine, à la place de la turbine à vapeur. Ces différents procédés de production d'électricité à partir d'un gaz de process épuré et de fumées de combustion à haute température sont bien connus de l'homme de l'art. Il est également possible après ajustement de la teneur en hydrogène du gaz épuré, notamment par perméation gazeuse, d'alimenter une pile à combustible. Il est également possible, à partir du gaz épuré, d'alimenter des dispositifs de synthèse de carburant liquides (synthèse Fischer-Tropsch, Synthèse de méthanol, Dyméthyl Ester...).
Un exemple de mise en œuvre de la phase de traitement mécano- biologique et de compostage selon l'invention est représenté sur la figure 2. La phase de traitement mécano-biologique et de compostage comprend principalement les étapes suivantes : a). Criblage grossier des ordures ménagères résiduelles O R, pour écarter les déchets grossiers. Cette opération utilise typiquement un trommel ouvre-sac 1, à maille de 200 millimètres par exemple, duquel ressortent en partie basse les déchets fins OMRf destinés à être traités en bio-réacteur avec les déchets verts (démarrage de la fermentation) et en partie haute des déchets grossiers OMRg, en majorité non fermentescibles. Les déchets grossiers OMRg sont acheminés,, vers un poste de contrôle visuel 2 sur bande (tapis) permettant d'extraire du flux les imbroyables. Les imbroyables comprennent typiquement les métaux et inertes massifs, par exemple les briques, les grosses pièces métalliques, etc. Ils alimentent un stock d'imbroyables I, destiné à être mis en décharge en centre d'enfouissement technique de classe II. b). Criblage grossier des déchets industriels banals et/ou de la biomasse, désignés sur les figures par la référence DIB. Ce criblage est typiquement réalisé au moyen d'un trommel 3, avec une maille de 50 millimètres par exemple, duquel ressortent d'un côté des déchets fins DIBf et de l'autre des déchets grossiers DIBg. Les déchets grossiers DIBg sont acheminés sur bande, vers le poste de contrôle visuel 2 pour extraire du flux les imbroyables. Du poste de contrôle visuel 2, les refus Rf des stations de criblage 1 et 3, destinés à être broyés. c). Stabilisation en bio-réacteur 4 des déchets fins OMRf et des déchets verts et/ou agroalimentaires fermentescibles DVA. Ces déchets DVA sont de préférence préalablement broyés, au moyen d'un déchiqueteur dédié 5. Le bioréacteur consiste principalement en un tambour rotatif avec tuyauteries d'injection d'air et d'eau et dans lequel la matière est maintenue pendant une période de stabilisation déterminée, typiquement de 72 heures, permettant d'amorcer la fermentation. En sortie, on obtient des déchets stabilisés DS, dont la dégradation de la matière organique est typiquement de l'ordre de 30% environ. Les vapeurs et buées qui se dégagent de ce processus sont typiquement traitées par un bio-filtre 6 (condensation et lavage) avant rejet à l'atmosphère. Les déchets stabilisés DS qui sortent de ce bioréacteur sont acheminés vers une station de criblage 7, utilisant typiquement un trommel, à maille de 70 millimètres par exemple, qui permet en écartant les grossiers DSg (Refus du crible), d'extraire du flux les déchets grossiers principalement constitués de plastique, de verre, de bois et de déchets non fermentescibles. En sortie, on obtient les déchets stabilisés fins DSf (passants du crible). d). Broyage des déchets non fermentescibles débarrassés des imbroyables, c'est à dire les refus Rf et DSg issus des différentes stations de criblage 1 , 3 et 7, après extraction des imbroyables (poste de contrôle visuel 2) le cas échéant. Le dispositif de broyage 8 utilisé sera typiquement une cisaille rotative. Il en ressort des déchets (en majorité non fermentescibles) broyés notés DB, sur une bande transporteuse. Ce flux est ensuite déferraillé (voir étape h). On notera que l'étape de broyage intervient seulement après que les déchets issus des ordures ménagères résiduelles aient été criblées avant (crible 1) et après (crible 7) stabilisation dans le bio-réacteur 4, ce qui permet de limiter de façon importante la présence de plastique ou de verre dans le compost. e). Déferraillage des déchets stabilisés fins DSf avant leur acheminement vers une plate-forme de traitement biologique 9. L'étape de déferraillage est typiquement réalisée au moyen d'une poulie magnétique 10a. Les métaux ferreux ainsi extraits alimentent un stock 11 de métaux ferreux pour valorisation externe. f). Compostage dans la plate-forme de traitement biologique 9. Dans l'exemple, cette plate-forme se présente comme un bâtiment fermé et met en œuvre un processus de compostage par aération contrôlée en andains, typiquement durant 90 jours, avec aération forcée, humidification et
5 retournement périodique mécanisé. Un biofiltre 12 est prévu pour le traitement de l'air du bâtiment et des buées générées par les manutentions du compost. Des appoints en air et en eau sont nécessaires pour alimenter le processus de compostage. Cette plate-forme peut également traiter des0 boues non polluées STEPnp de stations d'épuration. Les boues polluées ne peuvent être traitées dans ce processus car elles empêcheraient la production d'un compost de qualité agronomique, et donc gêneraient la valorisation externe du compost produit. g). Affinage du compost, typiquement au moyen d'un crible et5 d'une table densimétrique. L'affinage du compost sera avantageusement réalisé après une période de stabilisation sans apport d'humidité d'une durée de l'ordre de 20 jours. Le crible d'affinage du compost, typiquement un trommel à maille de 30 millimètres par exemple, permet d'écarter les parties grossières du0 compost parmi lesquelles on trouvera typiquement des métaux non ferreux
,., (les métaux ferreux ont déjà été éliminés, avant passage en phase de compostage), mais aussi des matières grossières non compostables : bois, plastiques, minéraux grossiers. Les passants du crible d'affinage du compost sont ensuite triés au5 moyen d'une table densimétrique 17, qui permet d'écarter la fraction lourde, typiquement les verres et les cailloux de faible granulométrie. Il en ressort un compost affiné 18 de grande qualité, prêt pour une valorisation externe. La fraction lourde écartée par la table densimétrique 17 vient alimenter un stock 15 de matériaux inertes.0 h). Extraction des ferreux restant dans les déchets acheminés par bande transporteuse vers le dispositif d'extraction des ferrailles 10b, constitué avantageusement d'un électro-aimant positionné au-dessus de la bande. Sont ainsi déferraillés: les refus (les grossiers) du crible de l'étape g) d'affinage du compost, les broyés DB de l'étape d) de broyage, et les5 passants DIBf de l'étape b) de criblage des déchets DIB (déchets industriels banals et/ou biomasse non fermentescible). A cette étape 10b du procédé, les ferreux sont extraits, qui vont alimenter le stock 11 des matériaux ferreux valorisâmes. Le reste du flux constitue "le combustible déferraillé". i). Extraction des constituants lourds du flux de combustible déferraillé, typiquement au moyen d'un séparateur balistique 14. Un séparateur balistique est un convoyeur à grande vitesse qui permet d'éjecter les différents constituants du flux selon leur densité. Ce séparateur balistique est plus particulièrement utilisé pour sortir du flux les constituants massifs, tels que les métaux non ferreux et les minéraux massifs. Ces constituants qui sont éjectés constituent un stock 15 de matériaux inertes, destiné à être mis en décharge, typiquement en centre d'enfouissement technique de classe III. Le flux sortant du séparateur balistique 14 se présente sous forme d'un broyât de combustible dérivé de déchets CDD. j). Densification du broyât de combustible, typiquement au moyen d'un dispositif 16 de presse à briquettes : ces briquettes de combustible dérivé de déchets CDD peuvent être aisément stockées, sans problèmes particuliers de stockage, car ce sont des matières solides, relativement sèches, dont la forme de cubes ou briquettes permet une manutention et un stockage automatisable aisément. Ainsi, cette densification permet d'optimiser la manutention et le stockage en vue de la gazéification. Par exemple,, les briquettes sont des cubes de 30 à 35 millimètres de côté. La densité du combustible CDD ainsi obtenu avec un procédé selon l'invention est de l'ordre de 700 Kg/m3 Un stockage de combustible CDD de 2800 m3 permet par exemple un mois d'arrêt d'une unité de traitement de 80 000 t/an de déchets ménagers (étape ® du procédé de traitement et valorisation selon l'invention), sans nécessiter le recours à une mise en décharge. C'est un des aspects avantageux du procédé de traitement et de valorisation selon l'invention, car il permet d'économiser les frais de mise en décharge lors de l'arrêt annuel de la gazéification. Il permet une souplesse de fonctionnement de l'usine de traitement, car le stockage aisé du combustible permet une valorisation indépendante des approvisionnements en déchets ou en biomasse. A l'issue de ce traitement mécano-biologique à valorisation intégrée, selon l'invention, on obtient les différents stocks suivants : - stock I des imbroyables, mis en décharge ; - stock 11 des ferreux, pour valorisation externe ; - stock 15 des inertes, pour mise en décharge ; - compost affiné 18, de qualité agronomique, pour valorisation externe ; et - stock CDD de combustible dérivé de déchets, en briquettes
(cubes). Ce stock CDD de combustible en briquettes représente de 30 à 35% du flux entrant en phase © . Quelle que soit la qualité des déchets en entrée de la phase Φ de traitement mécano-biologique selon l'invention, la chaîne de criblage en différents points du processus permet d'assurer une qualité constante de ce combustible CDD en sortie en particulier, pour la teneur en humidité et la teneur en cendres. Ce stock de combustible CDD alimente le processus de gazéification à la vapeur surchauffée selon l'invention.
La figure 3 représente un organigramme illustrant la phase © de gazéification à la vapeur surchauffée, mise en œuvre dans un procédé de traitement et valorisation de déchets selon l'invention. Le flux entrant de déchets FxE à traiter et valoriser en gaz épuré dans cette phase © comprend principalement le stock CDD issu de la phase © de traitement mécano-biologique des déchets. Il peut aussi comprendre des déchets industriels banals : papiers d'emballage, plastiques mélangés, pneus broyés... (hors matières organiques, fermentescibles) collectés par les industriels et préalablement broyés DIBb. On peut encore prévoir de traiter à ce stade de la biomasse convenablement préparée (plaquettes forestières sèches, broyât, granulés de bois ...) et des boues polluées de stations d'épuration STEPp. Le dispositif de mise en œuvre de cette phase © pour traiter et valoriser en gaz épuré le flux de déchets entrant FxE, comprend schématiquement, et comme représenté sur la figure 3, un dispositif de pyrolyse 100, un calcinateur 200 pour réduire en cendre la partie grossière des matières solides issues de la pyrolyse, un dispositif de gazéification 300, un dispositif 400 de récupération d'énergie et traitement des fumées issues des dispositifs de pyrolyse et de gazéification et un dispositif 500 de filtrage et d'épuration des gaz de process. En sortie du dispositif de gazéification 300, on obtient des cendres, destinées à la mise en décharge (centre d'enfouissement technique de classe II) et le gaz de process, valorisable en interne, pour les processus de pyrolyse et de gazéification, et en externe pour la production d'énergie après filtration et épuration des gaz de process par un dispositif de traitement adapté 500. Le flux entrant FxE alimente le dispositif de pyrolyse 100, pour obtenir par décomposition à température élevée (craquage thermique de la matière organique), en absence d'oxygène, des matières solides carbonées et des gaz de pyrolyse. De préférence, les matières solides carbonées sont criblées, les refus de criblage étant acheminés vers le calcinateur 200, qui les réduit en cendres, destinées à la décharge (centre d'enfouissement technique de classe II). Les fumées émises par les dispositifs 100 de pyrolyse et 300 de gazéification sont amenées de manière adaptée, par des conduits étanches, jusqu'au dispositif 400 de récupération d'énergie et de traitement des fumées, d'où ressortent des fumées propres, rejetées à l'atmosphère et des poussières destinées à la mise en décharge (centre d'enfouissement technique de classe I). De manière plus détaillée, et en relation avec l'organigramme de la figure 4, le dispositif de pyrolyse comprend un four de pyrolyse 110 dans lequel est introduit le flux entrant de déchets FxE. On peut aussi introduire directement des déchets industriels broyés DIB , de la biomasse, ou des boues polluées sèches Stepp. Le four de pyrolyse est typiquement un four rotatif à double enveloppe. Il est chauffé par des fumées à haute température fournies par l'installation, plus précisément, par le dispositif de gazéification 300. De préférence, le four de pyrolyse 110 est muni en sortie d'un crible interne (non représenté), de manière à séparer la fraction grossière 101 des matières solides carbonées fines. Cette fraction grossière 101 est acheminée vers un dispositif de calcination 200. Les cendres résultantes 201 sont destinées à être mises en décharge (Centre d'enfouissement technique de classe III). Dans une variante non représentée, les refus de crible 103 sont broyés, triés et la fraction carbonée réinjectée en entrée du four de pyrolyse 110. La fraction fine 102 des matières solides carbonées issues de la pyrolyse et éventuellement les gaz de pyrolyse 103 constituent les éléments entrants du processus de gazéification à la vapeur surchauffée.
Le four de pyrolyse 110 est maintenu en légère dépression pour éviter des fuites de gaz de pyrolyse 103 vers l'extérieur. Le criblage des grossiers 103 en sortie de pyrolyse, avec extraction et/ou retraitement, permet avantageusement l'utilisation d'un flux de vapeur comme moyens de transport pneumatique de la fraction fine 102 des matières solides carbonées issues de la pyrolyse, jusqu'au four à lit fluidisé dense 301 du dispositif 300 de gazéification à la vapeur surchauffée. Le flux de vapeur V est produit par le dispositif 500 de traitement et filtrage (épuration), par récupération d'énergie sur les gaz de process. Ce flux de vapeur sert ainsi de fluide de transport inerte (c'est à dire ne réagissant pas en terme de combustion) vis à vis des matières solides carbonées fines 106. Selon une disposition de l'invention, les matières solides carbonées fines 102 de pyrolyse qui ont passé le crible et éventuellement les gaz bruts de pyrolyse 103 sont transportées dans le flux Fv de vapeur jusqu'en entrée du dispositif de gazéification 300 en les maintenant à une température déterminée T1 pour empêcher la condensation des goudrons contenus dans les gaz de pyrolyse. Les matières solides carbonées fines 102 de pyrolyse et éventuellement les gaz de pyrolyse préalablement craqués à la vapeur, sont alors injectés dans le four à lit fluidisé dense 301. Le craquage des gaz de pyrolyse à la vapeur, à haute température, est obtenu dans un dispositif de craquage indirect 303. Plus précisément, selon cette disposition de l'invention, les gaz bruts de pyrolyse 103 sont aspirés par un éjecteur à vapeur 104, en sorte de former un flux 105 de vapeur V et de gaz bruts de pyrolyse 103, dans une conduite étanche. Une écluse rotative 106 qui reçoit la fraction fine 102 des matières solides carbonées permet d'injecter cette fraction fine dans le flux 105 de vapeur et de gaz. Le flux de vapeur V est fourni à une température Tv qui permet de maintenir la température du flux 105 au-dessus d'une température suffisante T1, typiquement supérieure ou égale à 350°C, de manière à empêcher la condensation des goudrons et hydrocarbures condensables contenus dans les gaz. Par exemple Tv sera de l'ordre de 400°C. Les conduites sont maintenues à une température suffisante, supérieure ou égale à la température Tv du flux, par traçage électrique et isolation adaptée. Des vannes v1 , v2 sont prévues en amont de l'éjecteur 104, pour réguler le flux de gaz 103 et le flux de vapeur V. Le dispositif de gazéification 300 comprend un séparateur 302 (enceinte cyclonique) propre à séparer les produits solides S des produits gazeux GV du flux Fv qu'il reçoit du dispositif de pyrolyse 100. Le séparateur 302 reçoit ainsi en entrée le flux Fv de vapeur et de gaz de pyrolyse avec la matière solide carbonée en suspension, et délivre en sortie, d'une part les solides S et d'autre part un flux de gaz GV, comprenant les gaz de pyrolyse 103, la vapeur V et des particules de coke ultra fin. Les solides S ainsi séparés sont introduits dans l'enceinte d'un four à lit fluidisé dense 301. La conduite qui comprend l'aspiration des gaz de pyrolyse, le transport des matières solides carbonées (coke de pyrolyse), la séparation du flux Fv, des matières solides carbonées, doit être nettoyée régulièrement, pour l'empêcher de se boucher par la condensation des goudrons et hydrocarbures condensâmes. Ce nettoyage se fait typiquement par injection de vapeur pure surchauffée. Pour éviter l'arrêt de l'installation, on prévoit avantageusement de doubler cette conduite, ( non représentée), par une conduite de maintenance qui est utilisée pendant le nettoyage de la conduite principale. Le flux GV de vapeur et de gaz de pyrolyse en sortie du séparateur 302, maintenus à la température Tv, est amené dans un dispositif de craquage indirect 303 (encore appelé "cracker" selon la terminologie anglo-saxonne courante), par une conduite maintenue à une température supérieure ou égale à la température Tv du flux (traçage électrique, isolation). Ce craquage indirect du flux GV qui contient notamment des gaz incondensables, des goudrons, de la vapeur d'eau et du coke ultra fin, permet l'oxydation par la vapeur, des goudrons et du coke ultra fin, avant d'utiliser ce flux comme média de fluidisation 305 dans le four à lit fluidisé dense du processus de gazéification. Le dispositif de craquage indirect des goudrons à la vapeur, peut par exemple être un échangeur gaz gaz 303.ll comprend un côté tubes, qui reçoit le flux chauffé, c'est à dire le flux de gaz GV, et un côté calandre qui reçoit un flux chauffant. Dans l'application, le flux chauffant est un flux de fumées FF haute température, typiquement comprise entre 1000° et 1300°C, fourni par une chambre de post combustion 304 dont on détaillera le rôle plus loin. Ce flux chauffant FF permet d'amener le flux de gaz GV à haute température par échange radiatif, permettant l'oxydation des hydrocarbures (C2-C10, coke ultra fins et goudrons) et leur transformation en gaz stables à la température de réaction. On trouve notamment des oxydes de carbone (CO, CO2), de la vapeur en excès et de l'hydrogène. Ainsi la vapeur qui a servi au transport pneumatique des matières solides carbonées de pyrolyse jusqu'au premier four à lit fluidisé 301, a une autre fonction qui est de permettre le craquage des goudrons et du coke ultra fin contenus dans les gaz de pyrolyse 103 issus de la pyrolyse et transportés dans le flux GV. En sortie du dispositif de craquage indirect 303, on obtient un flux gazeux haute température 305 (autour de 850°C par exemple). On notera que la vapeur surchauffée utilisée pour le nettoyage de la conduite principale est également traitée par le dispositif 303. Ce flux sortant 305 haute température est utilisé comme média de fluidisation 305 dans le four à lit fluidisé dense 301. Dans une variante, on prévoit que les gaz bruts de pyrolyse 103, ou le flux 305 de gaz craqués à la vapeur sont de préférence amenés dans le four 306 de gazéification à l'air, pour y être utilisés comme combustible, notamment dans le cas de la production d'un gaz épuré destiné à un procédé de génération de carburant de synthèse. Dans ce cas le média de fluidisation utilisé dans le four 301 est de la vapeur provenant directement de la chaudière 501 Le four à lit fluidisé dense 301 est un four de type vertical dans l'exemple. Il comprend un lit de sable chauffé, fourni en direct par le four 306 de gazéification à l'air. Le média de fluidisation 305 injecté dans le four 301 permet de faire circuler le flux de sable chaud à l'intérieur du four. Les matières solides carbonées S injectées dans le four viennent se mélanger à ce flux. Un tel four permet de manière connue la gazéification du carbone contenu dans les matières organiques par de la vapeur dans une ambiance maintenue à haute température par le flux de sable chaud circulant. Le lit de sable est un élément stabilisateur du processus. En pratique, on utilise par exemple du sable de la classe des silicates, tel que l'olivine. Ce sable peut être dopé, avec du Nickel par exemple, pour augmenter la performance du craquage des goudrons. Il sert de catalyseur pour la transformation des éléments lourds de goudrons présents dans le flux solide S. Il est en effet important que tous les goudrons soient éliminés, notamment lorsque le gaz de process valorisé fourni par l'installation est ensuite utilisé pour alimenter des moteurs ou turbines à gaz, et surtout lors de la production de carburant par synthèse Fischer-Tropsch. Dans le premier cas, la teneur en goudrons admise est de quelques g/Nm3 de gaz ; dans le deuxième, elle doit être inférieure à 10 mg/Nm3. En pratique, une entrée spécifique Es permet de fournir le sable au démarrage de l'installation, et en appoint, si nécessaire, pour maintenir un lit granulaire suffisant. En général, une sortie SP de purge du sable est prévue, pour enlever du sable lorsque le niveau du lit granulaire est trop important. Ce sable de purge peut être directement mis en décharge (centre d'enfouissement technique de classe. Il), ou recyclé en alimentation du lit, si sa granulométrie le permet. Du four 301 ressort vers le haut, le gaz "de process" GP, c'est à dire le gaz issu du procédé et en bas, un mélange SI de sable, de cendres et de coke non gazéifié. Avantageusement, ce mélange SI est acheminé vers un four 306 de gazéification à l'air. Ce deuxième four peut être du type à lit fluidisé circulant (appelé encore lit mobile à co-courant), vertical. C'est de préférence un four à lit entraîné, qui a l'avantage par rapport au précédent, qu'aucune particule ne va rester dans le lit. Dans l'invention, ce four 306 est régulé en température de manière adaptée, de manière à obtenir la gazéification à l'air complète des résidus de process, sans risque de fonte du sable (température de fusion supérieure à 950°C). Le sable 308 est alors entraîné en sortie avec les gaz 309, à haute température. Une modulation du débit d'air de gazéification injecté sous le lit permet de doser le débit de sable . Ce débit de sable à haute température 308 contient l'énergie d'appoint délivrée au four à lit fluidisé dense 301. De cette façon, on peut doser le sable du mélange SI pour le ré-injecter dans le four à lit fluidisé dense 301 qui fonctionne ainsi en cycle quasi fermé pour l'alimentation en sable chaud, du moins entre les différentes opérations de purge de maintenance et d'entretien. En pratique, on règle le fonctionnement du four à lit entraîné 306 pour obtenir en sortie des gaz 309 à une température voisine de 900°C, typiquement inférieure à 950 CC. Ces gaz 309 avec le sable entraîné 308 sont dirigés au moyen d'une conduite adaptée (isolation), vers un séparateur 307 (enceinte cyclonique) pour séparer le gaz, du sable. Le gaz est injecté en entrée Fu de la chambre de post combustion 304, tandis que le sable à haute température 308 provenant de l'enceinte cyclonique 307 est réintroduit dans le premier four à lit fluidisé dense 301. Le four à lit entraîné 306 a un diamètre beaucoup plus petit que le premier four 301. En pratique, il sert à brûler ou plutôt à gazéifier à l'air tous les résidus Res-F de la phase © : les résidus SI (sable + coke imbrûlé) du four 301 , mais aussi les résidus issus du dispositif 500 de fiitration et d'épuration du gaz de process, détaillée plus loin. L'air de combustion, plus précisément, l'air de gazéification, AIR-c est fourni au four à lit entraîné 306 par le dispositif 400 de récupération d'énergie des fumées. Il est à une température supérieure à 400°C en pratique. Au besoin, pour améliorer la gazéification à l'air, par contrôle de la température dans le four, on prévoit de préférence une autre entrée d'air chaud AIR-h dans la partie haute du four 306, également alimentée par le dispositif 400 de récupération d'énergie des fumées. On prévoit aussi une entrée de gaz AIR-f dans la partie basse au-dessus du lit fluidisé, pour injecter du gaz utilisé comme combustible. Cette entrée de gaz AIR-f est de préférence alimentée par le gaz épuré GE (qui est dans un exemple à une température de l'ordre de 50°C ou moins) fourni en sorti du dispositif 500 de fiitration et d'épuration du gaz de process. Elle peut aussi être alimentée par les gaz de pyrolyse, bruts 103, ou craqués 305. Ainsi, les gaz de pyrolyse, bruts 103 ou craqués 305 peuvent avantageusement être utilisés comme combustible dans ce four 306. Cette disposition est notamment utilisée lorsque le gaz épuré doit servir à la production de carburant de synthèse. La régulation de la gazéification à l'air est obtenue au moyen de vannes v3, v4, v5 permettant de réguler l'entrée d'air de combustion AIR-c , l'entrée d'air chaud AIR-h en partie haute et l'entrée de gaz AIR-f en partie basse. Enfin, le four à lit fluidisé 306 comprend une sortie de purge, qui permet, en opération ou en maintenance, d'évacuer les cendres en excès. Ces cendres sont destinées à la mise en décharge (Centre d'enfouissement technique de classe II). Le dispositif 300 de gazéification selon l'invention comprend en outre une chambre de post-combustion 304. Cette chambre a pour fonction d'assurer la combustion complète : des gaz de pyrolyse bruts 103 ou craqués 305, en phase de démarrage ou en mode particulier de fonctionnement, lorsque ces gaz sont très pollués par exemple ; des polluants divers POL issus de la phase de fiitration et d'épuration du gaz de process GP ; des fumées FCAL issues du calcinateur 200, des gaz Fu issues du four à lit entraîné 306, après passage dans le séparateur 307. On prévoit une entrée de secours, commandée par une vanne v6, permettant d'évacuer par ce biais le gaz de process GP généré par le four 301 , dans le cas d'une panne du dispositif 500 de fiitration et d'épuration de ce gaz de process. Un apport d'air chaud AIR-PC, typiquement-fourni par le dispositif 400 de récupération d'énergie des fumées permet d'assurer la teneur en oxygène requise par la réglementation. La température des fumées, est régulée par l'injection de gaz épuré GE ou des gaz de pyrolyse bruts 103 ou préalablement craqués 305 dans la chambre 304. Ce sont des méthodes habituelles de régulation des chambres de post combustion d'effluents gazeux. Cette chambre 304 fournit en sortie des fumées FF à haute température, typiquement comprises entre 1000°C et 1300°C. Ces fumées FF sont notamment utilisées, comme on l'a vu plus haut comme flux chauffant du secondaire du dispositif de craquage indirect 303. Elles sont aussi utilisées dans le four à pyrolyse, comme source de chaleur nécessaire à la pyrolyse, c'est à dire comme média chauffant dans la double enveloppe du four. Pour mémoire un four à pyrolyse comprend en pratique deux zones, une première zone de séchage des déchets et une deuxième zone de pyrolyse proprement dite. Les fumées haute température FF (1000°C à
1300°C) circulent autour de ces deux zones et ressortent par une sortie de fumée prévue dans chacune des deux zones (sorties S1 et S2). Ainsi, la pyrolyse peut être qualifiée d'autotherme : la chaleur nécessaire à la réaction est générée en interne par le processus de combustion étagée, dans le four 306 de gazéification à l'air et la chambre de post combustion 304, des cokes non gazéifiés, des résidus RES-F et éventuellement des gaz de pyrolyse bruts 103 ou craqués 305. En pratique il est prévu un dispositif de production de vapeur autonome de secours (non représenté) pour les phases de démarrage et des phases de fonctionnement dégradé, pour fournir la vapeur nécessaire pour le transport pneumatique, le craquage indirect et la gazéification (fours 301 et 306). Le dispositif de récupération d'énergie et traitement des fumées
400 reçoit les fumées provenant de la chambre de post-combustion 304, après leur passage dans le dispositif de pyrolyse (sorties S1 , S2), et dans le dispositif de craquage indirect 303. Ce sont des fumées à haute température FHT, de l'ordre de 800°C pour les fumées de chauffage du dispositif de pyrolyse, et de l'ordre de 700°C pour celles du dispositif de craquage indirect 303. La température de ces fumées est abaissée au moyen d'un échangeur air/fumées 401 , qui reçoit l'air ambiant (à 20°C typiquement) au secondaire, côté tubes, et les fumées haute température FHT au primaire, côté calandre. En sortie, on obtient un flux d'air réchauffé, et des fumées refroidies. Cet échangeur permet avantageusement la fourniture au four à lit entraîné 306, de l'air de gazéification AIR-c et AIR-h, à partir du flux d'air réchauffé. Un spray d'injection d'eau non représenté permet de ramener la température des fumées en dessous de 200°C, en cas de panne de l'alimentation en air froid (ie, l'air ambiant utilisé pour refroidir les flux de fumées dans l'échangeur 401 ). Les fumées refroidies ont une température inférieure à 200°C. Elles sont alors acheminées vers des circuits classiques de fiitration et épuration : typiquement un réacteur de contact 402, utilisant du charbon actif et de la chaux comme réactifs, un filtre à manche 403, qui permet de capter les poussières et produits de réaction, à mettre en décharge (centre d'enfouissement technique de classe I). Un ventilateur d'aspiration 404 amène les fumées ainsi filtrées dans une cheminée 405, pour évacuation dans l'atmosphère. Selon un aspect de l'invention, l'étape de traitement des fumées provenant de la chambre de post-combustion 304 comprend une régulation des flux des fumées apte à contrôler l'énergie thermique délivrée au four de pyrolyse. Dans un exemple de réalisation pratique, les fumées FHT ne sont pas mélangées dans l'échangeur 401. On a donc une sortie correspondant à chaque source de fumée FHT, avec des vannes de régulation v7, v8, v9 des fumées en sortie de l'échangeur 401, une par arrivée de fumée. Dans l'exemple, on a ainsi la vanne v7 pour les fumées de la sortie S1 du four de pyrolyse 110, la vanne v8, pour les fumées de la sortie S2 du four de pyrolyse 110 et la vanne v9 pour les fumées en sortie de l'échangeur 303 du dispositif de gazéification 300. Ces vannes de régulation vont permettre la modulation du flux d'énergie délivré aux dispositif de pyrolyse et de cracking, en fonction des besoins déterminés par l'opérateur de l'installation en fonction des performances recherchées, par exemple, en fonction de la qualité du gaz à produire. Elles vont en outre permettre d'interrompre la réaction de pyrolyse, par fermeture des vannes correspondantes v7 et v8, et ouverture de la vanne v9 correspondant à l'échangeur : ainsi, toute la fumée FF fournie par la chambre de post-combustion est "aspirée" par l'échangeur gaz/gaz 303. Ces vannes avantageusement placées dans le flux de fumée refroidies pourront être de fabrication courante. Un tel agencement permet d'utiliser l'énergie thermique produite par la combustion étagée des résidus du procédé: -la gazéification à l'air (four 306) produit le sable chaud 308 nécessaire à la gazéification dans le four 301 des matières solides carbonées de pyrolyse S ; -la post-combustion 304 produit le flux chauffant FF pour la pyrolyse dans le four de pyrolyse 110, pour le craquage des goudrons dans le dispositif de craquage indirect 303, et pour le rechauffage de l'air de gazéification AIR-c et AIR-h du four 306 via le dispositif 401. En outre, la pyrolyse préalable des déchets avant gazéification permet de réduire la taille des équipements destinés à la gazéification de façon sensible. On économise ainsi les coûts de structure et de maintenance de la structure. L'intégration d'un traitement mécano-biologique et de compostage permet outre la valorisation du compost, de fournir au processus de gazéification, un combustible CDD de qualité quasi-constante, indépendamment de la qualité des déchets délivrés en entrée de l'installation. En particulier, on est capable de garantir des taux d'humidité et de cendres réduit en entrée de pyrolyse. L'intégration d'une étape préalable de pyrolyse en amont de la gazéification fournit au four 301, un combustible complètement sec et de granulométrie fine. La qualité du gaz produit et les cinétiques de réaction s'en trouvent nettement améliorées. En outre, cette étape de pyrolyse contribue à réduire les coûts de structure et de maintenance, car cette teneur réduite en humidité et en cendres permet un traitement et une fiitration du gaz de process beaucoup moins coûteux en terme de durée de traitement, de quantité de réactifs nécessaire et de flux à traiter, que les installations de traitement et de fiitration nécessaire dans les structures de gazéification, qui traitent directement de la biomasse ou du CDD humide. En pratique, le dispositif de traitement et de fiitration du gaz de process comprend ainsi de manière classique : - une chaudière à tubes de fumée 501 , dont la fonction est de refroidir le gaz de process GP qui sort du four 301 à une température de l'ordre de 800 à 900°C, pour l'amener à une température de l'ordre de 200°C. On prévoit un aérocondenseur 505 en parallèle, qui permet d'évacuer l'excédent de chaleur notamment dans les modes de fonctionnement dégradé de la structure, par exemple, en fin de cycle d'exploitation. La vapeur générée sert au principal à fournir la vapeur V utilisée comme fluide de transport des matières solides carbonées et éventuellement des gaz de pyrolyse. Elle est également utilisée en appoint dans le four 301, selon les besoins, par exemple via la conduite de maintenance prévue pour le nettoyage de la conduite principale de transport des matières solides carbonées et des gaz jusqu'au four 301. Les gaz de process refroidis GPΓ qui ressortent de la chaudière 501 entrent dans un dispositif de dépoussiérage, ou filtre à manche 502, qui permet d'éliminer les poussières carbonées emportées par le gaz de process. Les résidus carbonés CAR ainsi récupérés font partie des résidus Res-F amenés dans le four 306, pour être gazéifiés à l'air. Les gaz de process refroidis filtrés Gprf en sortie du dispositif de dépoussiérage 502 sont amenées dans un laveur à huile 503, qui a pour fonction de condenser les goudrons par aspersion d'huile (huile végétale, graisse animale, combustible liquide...) et d'achever le refroidissement des gaz de process Gprf, pour les amener à une température proche de la température ambiante (< 50°C). Plus précisément, la circulation d'huile refroidie assure la condensation des goudrons résiduels. L'excédent d'huile H vient alimenter le flot des résidus Res-F amenés dans le four 306, pour être gazéifiés à l'air. Enfin, le gaz carbonique et les polluants gazeux divers POL sont extraits de ces gaz de process filtrés, lavés et refroidis, par un dispositif adapté 504. Ils sont amenés dans la chambre de post combustion 304. On obtient le gaz épuré GE. Ce gaz est partiellement recyclé en interne, dans la chambre de post-combustion 304 (pour assurer la régulation de température), et dans le four à lit fluidisé 306 (lors des phases de démarrage). Il peut être avantageusement valorisé en externe. A cet effet on prévoit de manière classique un lavage , à eau sous pression (laveur à éjecteurs) pour mettre le gaz résiduel épuré GE SOUS pression, typiquement 10 bars. Ce gaz peut être stocké à température ambiante, typiquement dans un gazomètre sphérique métallique. Le gaz ainsi stocké peut alors être utilisé notamment pour produire de l'électricité, par des machines thermiques, par exemple des machines mettant en œuvre un ou plusieurs moteurs à gaz, ou une ou plusieurs turbines à gaz, ou toute autre technique connue. Le gaz épuré GE peut également être utilisé dans une unité de synthèse de carburant liquide (liquide Fischer-Tropsh, méthanol, ...). Dans une variante, on peut prévoir un chauffage électrique du four de pyrolyse, de craquage indirect et/ou du sable. La chambre de post combustion 304 et le four 306 sont toujours utilisés pour éliminer les résidus du dispositif 500 et les cokes non gazéifiés. Ils servent également à produire des fumées correspondant aux normes de rejets imposées par la réglementation. L'intérêt de chauffer le four de pyrolyse, le dispositif de craquage indirect et/ou le sable avec de l'électricité est de diminuer la quantité de combustible (coke, gaz épuré, huiles) utilisée pour le chauffage et donc d'augmenter la production de gaz par rapport au flux de déchet traité. Un autre intérêt est de diminuer la quantité de fumées rejetées et donc le coût des équipements du dispositif 400. Dans le cas où l'on traite de la biomasse dans l'objectif de produire des biocarburants par synthèse Fischer-Tropsch, cette option permet de maximiser la quantité de biocarburant produite par tonne de biomasse consommée et de minimiser la quantité de fumées. Cette option est particulièrement intéressante lorsque la quantité de biomasse disponible est limitée et lorsque l'on dispose d'excédents importants d'électricité. Cette disposition permet de limiter les émissions de gaz à effet de serre de l'installation. Ainsi, l'invention permet t-elle d'une part, en combinant la pyrolyse et la gazéification à la vapeur surchauffée, de fournir un gaz de très bonne qualité à moindre coût : fonctionnement autotherme (sauf au démarrage), recyclage des fumées, de la vapeur pour transporter le flux Fv entre l'unité de pyrolyse et celle de gazéification, élimination efficace des goudrons .... L'invention est particulièrement adaptée au traitement de la biomasse, seule ou en mélange. Le procédé est particulièrement avantageux combiné à un traitement mécano-biologique et de compostage préalable, en permettant d'une part une valorisation intégrée poussée, et d'autre part de fournir un flux de combustible CDD sec, particulièrement dense, qui permet une gestion souple du stock CDD entre les deux phases, la phase de traitement mécano- biologique et de compostage et la phase de gazéification, et qui contribue à la très bonne qualité, en continu, du gaz épuré. Des variantes du procédé de traitement et de valorisation des déchets peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention : caractéristiques des dispositifs de criblage ou des séparateurs balistiques, méthodes de compostage, utilisation de fours de pyrolyse ou de thermolyse, verticaux ou horizontaux, variantes de traitement et fiitration des fumées, du gaz de process...

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de traitement et valorisation d'un flux de déchets (FxE), par gazéification, apte à traiter de la biomasse seule ou en mélange, comprenant une étape de pyrolyse (100) du flux de déchets, fournissant en sortie des gaz de pyrolyse bruts (103) et des matières solides carbonées (101, 102), caractérisé en ce qu'il comprend une phase de gazéification comprenant : -une étape de craquage à la vapeur des gaz de pyrolyse bruts dans un dispositif de craquage indirect (103), pour fournir en sortie un flux (305) de gaz craqués, -une étape de gazéification à la vapeur des matières solides carbonées dans un four à lit fluidisé dense (301), chauffé par un lit de sable chaud, utilisant comme média de fluidisation ledit flux de gaz craqués (305), et fournissant en sortie un gaz de process (GP), et des résidus (Si) comprenant du sable, -une étape de combustion étagée de résidus carbonés issus du procédé comprenant les résidus (Si) du four à lit fluidisé dense (301), ladite étape de combustion comprenant une étape de gazéification à l'air desdits résidus dans un four (306), délivrant en sortie un flux de sable chaud vers le four à lit fluidisé dense, et des gaz à haute température, et une étape de post-combustion à l'air desdits gaz à haute température dans une chambre de post-combustion (304), fournissant en sortie des fumées haute température (FF), et une phase (500) de filtrage et d'épuration du gaz de process (GP) fournissant en sortie un gaz épuré (GE) apte à être stocké en vue d'une valorisation énergétique.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les fumées haute température (FF), sont utilisées comme flux chauffant pour l'étape de pyrolyse (100), pour l'étape de craquage indirect (303), et pour l'étape de gazéification à l'air (306).
3. Procédé de traitement et valorisation selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de refroidissement des fumées haute température (FF) de la chambre de post-combustion, au moyen d'un échangeur (401) utilisant l'air ambiant comme flux de refroidissement, l'air réchauffé fourni en sortie étant recyclé au moins en partie, comme air de gazéification (AIR-c) dans le four de gazéification à l'air (306).
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape de post-combustion reçoit d'autres combustibles fournis par le procédé, comprenant du gaz épuré (GE), les gaz de pyrolyse bruts (103) ou le flux de gaz craqué (305) sont injectés comme combustible dans le four de gazéification à l'air (306), ou des gaz polluants.
5. Procédé de traitement selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les gaz de pyrolyse bruts (103) et/ou le flux de gaz craqué (305) sont injectés comme combustible dans la chambre de post combustion (304).
6. Procédé de traitement et valorisation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une régulation de la température de gazéification dans le four de gazéification à l'air (306), et un dispositif de récupération du sable (307) en suspension.
7. Procédé de traitement et valorisation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de régulation (v7, v8, v9) du flux des fumées haute température (FF) fournies par la chambre de postcombustion (304) et des fumées de pyrolyse (S1 , S2) de manière à contrôler la pyrolyse.
8. Procédé de traitement et valorisation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de filtrage et d'épuration (500) comprend une étape de production d'un flux de vapeur (V) au moyen d'un dispositif de refroidissement (501) du gaz de process (GP) fourni en sortie du four à lit fluidisé dense (301), ledit flux de vapeur étant utilisé en interne.
9. Procédé de traitement et valorisation selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de criblage des matières solides carbonées en sortie de pyrolyse pour ne laisser passer que les matières solides carbonées fines (102) vers l'étape de gazéification et en ce que ledit flux de vapeur (V) est utilisé comme flux de transport pneumatique (105) des matières solides carbonées vers le four à lit fluidisé dense (301)..
10. Procédé de traitement et valorisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que les refus de crible (101) sont calcinés (200).
11. Procédé de traitement et valorisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que les refus de crible (101) sont broyés, triés et la fraction carbonée réinjectée en entrée de four de pyrolyse (110).
12. Procédé de traitement et valorisation selon l'une quelconque des revendications 9 à 11 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape dans laquelle les gaz de pyrolyse bruts (103) sont aspirés par un éjecteur à vapeur (104), en sorte de former un flux de vapeur et de gaz de pyrolyse (105) et en ce qu'une écluse rotative (106) est utilisée pour permettre le transport dans ce flux (105), desdites matières solides carbonées fines (102).
13. Procédé de traitement et valorisation selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de séparation dans laquelle les matières solides carbonées fines (S) sont séparées du flux (105) qui les transporte au moyen d'un dispositif cyclonique (302) pour être injectées dans ledit four à lit fluidisé dense de gazéification (301 ).
14. Procédé de traitement et valorisation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le flux chauffant nécessaire au four à pyrolyse (100), au dispositif de craquage indirect (303) et ou au four de gazéification à l'air (306) pour fournir le flux de sable chaud est fourni totalement ou partiellement par un dispositif électrique.
15. Procédé de traitement et valorisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il comprend une étape intégrée de traitement mécano-biologique et de compostage de déchets industriels et/ou ménagers et/ou de biomasse apte à fournir des matériaux combustibles dérivés de déchets (CDD), comprenant des étapes de séparation des matières fermentescibles, affinage de compost obtenu à partir desdites matières fermentescibles, criblage et tri des métaux valorisâmes, des inertes et des imbroyables, de manière à constituer un stock de matériaux combustibles dérivés de déchets (CDD), de qualité sensiblement constante, ledit stock formant le flux de déchets entrant (FxE) de l'étape de pyrolyse.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de mise en forme de briquettes par presse desdits matériaux combustibles dérivés de déchets (CDD).
17. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il reçoit directement en entrée de pyrolyse, de la biomasse, ou des déchets industriels banals broyés ou des boues polluées sèches de station d'épuration.,
18. Installation de traitement et valorisation de déchets selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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