Brevet FR2138173A1 — publié le 19721229

L'invention concerne un perfectionnement aux procédés et aux dispositifs de récupération des produits utiles à partir des déchets solides. Les estimations provenant d'études courantes montrent qu'environ 5 190 millions de tonnes d'ordure:; solides r,ont ramas-'es, chaque année, aux Etats-Unis. La manière de se débarasser de ces déchets devient un problème de plus en plus critique au fil des années. La seule solution satisfaisante à long terme eat la récupération, à partir de ces déchets, de produits valables pour une récupération ultérieure. Il est, 10 de ce fait, impératif que des dispositifs et des procédés soient développés en vue de récupérer le plus de matière possible à partir des ordures ménagères et industrielles. Dans le passé, il a déjà été proposé un certain nombre de solutions iour récupérer des produits utiles à partir des ordures solides. Par 15 exemple, les brevets américains 3-236.601* et 3.52^.594 proposent des systèmes qui mettent en jeu la putrescibilité des déchets organiques normalement présents dans les ordures municipales, afin de fournir du compost ou de l'humus brut. Avant la putréfaction, les ordures municipales sont soumises à un certain nombre de traitements qui visent soit 20 à séparer les matériaux imputrescibles des déchets, soit à leur faire subir une onération, par exemple de broyage, afin de les préparer pour la putréfaction. Il est, par exemple, connu de séparer les métaux ferreux et non ferreux, les produits récupérables qui oeuvent être prélevés à la main, ainsi que le verre. Il est, en outre, décrit dans les 25 deux brevets ci-dessus mentionnés de séparer les produits légers, tels que le papier et les élastiques. Le brevet américain 3-236. 60i* décrit, en outre, la pyrolyse et la distillation de quelques produits organiques avec récupération de matières premières telles que le charbon de bois, le méthane et des goudrons. 30 L'un des buts de la présente invention est donc de fournir un pro cédé et un dispositif perfectionné de récupération de produits utiles à partir d'ordures solides, procédé et dispositif qui sont efficaces et pratiques dans leur mise en oeuvre. La Présente invention fournit donc un procédé de récupération de 35 produits utiles à partir d'ordures solides comprenant un mélange de déchets putrescibles et non putrescibles par voie aérobie, les dites ordures solides comprenant du papier et des produits organiques à la fois putrescibles et imputrescibles. Le procédé selon l'invention comprend les étapes suivantes : dé-40 chiquètement des ordures - séparation des métaux ferreux - putréfaction BAD ORIGINAL 72 18379 2 2138173 aérobie, avec addition d'eau - éventuellement sous forme de boue d'é-gouts -, des matières organiques putrescibles, - récupération de l'humus brut ainsi formé - pyrolyse des déchets organiques imputrescibles et récupération de un ou plusieurs produits tels que gaz combustible, 5 hydrocarbures liquides, huiles, goudrons et charbon. Le procédé se caractérise d'abord nar le fait que le stade de la putréfaction intervient avant celui de la pyrolyse et que, à ce stade, les matières déchiquetées arrivant vers l'appareil où est réalisée la putréfaction (désigné ci-après par "putréfacteur") comprend du papier, 10 des matériaux organiques putrescibles et imputrescibles ; il se caractérise, ensuite, par un stade de séparation dans lequel l'humus brut est séparé du produit sortant du putréfacteur ; il se caractérise, enfin, par un stade de pyrolyse dans lequel cette opération est effectuée sur les résidus des produits du putréfacteur après séparation de 15 l'humus. Le dispositif selon l'invention comprend un appareil de déchiquè-tement des ordures, un appareil de réduction en pâte de ces mêmes ordures, un appareil de séparation des métaux ferreux, un appareil réalisant la putréfaction aérobie, un four de pyrolyse et des moyens de 20 transport reliant entre eux ces différents appareils.- Le dispositif se caractérise, en outre, par un appareil de séparation capable de séparer les produits sortant du putréfacteur en une fraction d'humus brut et une fraction imputrescible. Les moyens de transport relient l'appareil de déchiquetage à celui de réduction en pâte, ce dernier au pu-25 tréfacteur, le putréfacteur à l'appareil de séparation et l'appareil de séparation au four de pyrolyse. Le procédé selon l'invention fournit une nouvelle méthode de récupération presque totale des matières solides résiduaires dérivant des ordures ménagères et industrielles. Dans le procédé selon l'invention, 30 le principal produit obtenu est l'humus. Afin de maximiser la quantité et la qualité d'humus produit, il est essentiel qu'il n'y ait pas de séparation du papier présent dans les ordures ménagères avant la putréfaction aérobie de ces dernières. Il a été trouvé que des ordures putrescibles en vue de produire de l'humus devaient avoir un rapport 35 optimum carbone/azote d'environ 30 à 50 pour produire le meilleur produit utilisable pour l'amélioration oui'enrichissement du sol. La plupart des ordures ménagères des Etats-Unis ont un rapport C/N élevé en raison des grandes quantités de papier qu'elles contiennent. Les eaux d'égouts ayant un rapport C/N d'environ 12 à 15 conviennent tout ifO partlculièrenent comme addition aux ordures solides afin de. réduire le 72 18379 3 2138173 rapport C/N du produit arrivant au putréfacteur aérobie, pour amener le dit rapport à un taux optimum. L'addition d'eaux d'égouts, bien qu'elle soit préférable, ne représente, cependant, qu'une possibilité. . On a constaté que la séparation du papier, avant la putréfaction aé-5 robie, était une opération difficile et que, la plupart du temps, le papier en résultant n'était pas d'une qualité satisfaisante pour de nouvelles utilisations ou entraînait des réclamations en raison de phénomènes de contamination. Ce problème est éliminé en récupérant les déchets solides conformément au procédé selon l'invention. Dans 10 la mise en oeuvre du procédé de l'invention, la teneur en eau des ordures solides amenées au putréfacteur devrait représenter environ entre 50/é et 65%- L'eau peut être mélangée aux ordures soit dans !T'appareil à broyer soit dans l'appareil de réduction en pâte avant la putréfaction, soit simultanément à ces deux stades du processus, si on 15 le désire. On ajoute à l'eau de la boue d'égout de façon à ajuster la teneur totale en eau des ordures solides arrivant au putréfacteur. Le produit récupéré à la sortie du putréfacteur aérobie comprend un mélange d'humus, de produits organiques non putrescibles et de ^ produits non organiques. La séparation de ce mélange en fractions 20 telles qu'une fraction d'humus et une fraction non putrescible peut être réalisée au moyen d'une série de tamis, de tables à secousse, broyeurs et autres dispositifs appropriés. On a trouvé.que la séparation des matériaux non putrescibles à partir de l'humus brut obtenu après la putréfaction aérobie était par-25 faitement réalisable et apportait à la mise en oeuvre selon l'invention un avantage important. Les produits non putrescibles qui sont séparés de l'humus sont soumis à une pyrolyse où des produits supplémentaires utilisables, tels que le carbone partieulaire, hydrocarbures condensés et gaz combustible sont récupérés. Les hydrocarbures conden-30 sés peuvent, si on le désire, être raffinés et récupérés. D'autres huiles et goudrons utilisables sont également récupérés. Outre ces produits, le verrez les métaux ferreux et non-ferreux sont séparés du mélange humifère brut. Chacun de ces produits a une valeur de récupération. Ainsi, le procédé selon l'invention fournit, à partir des 35 ordures ménagères, une récupération optiwa de produits solides. Dans le procédé décrit, on peut utiliser différents types de pu-tréfacteurs, de fours à pyrolyse et d'autres équipements appropriés. Ainsi, par exemple, la pyrolyse peut être effectuée dans un four à bras ratisseur à plusieurs foyers aussi bien que dans un four à lit %0 fluid® tel que décrit ci-après. 72 18379 2138173 Quelques modes de réalisation de l'invention seront, à présent, décrits au moyen d'un seul exemple faisant référence aux dessins ci-annexés, dans lesquels - la figure 1 est un schéma du procédé,selon l'invention, de ré-5 cupération des ordures solides domestiques et industrielles. - la figure 2 est un schéma de la section pyrolyse pouvant être utilisée dans le procédé selon l'invention. - la figure 3 est une vue en coupe partielle d'un four de pyrolyse à lit fluide. 10 Dans les différents dessins, les mêmes numéros font référence aux mêmes parties toutes les fois que cela est possible. Un bilan-matière des produits en circulation est donné dans les tableaux 1À et 1B. Ce bilan est basé sur une estimation moyenne quotidienne des ordures solides récupérées par le procédé selon l'invention. 15 Comme le montre le schéma de la figure 1, les ordures qui arrivent sont dirigées vers une station de pesage. Les ordures domestiques 1 sont transportées vers une aire de réception où elles sont déchargées des cannions puis versées dans des trémies de réception pour être convoyées vers un broyeur à fléau ou à chaîne. Le broyeur à fléau ou à 20 chaîne est utilisé pour ouvrir les sacs, cartons ou autres produits similaires ; une fois ouvertes, les ordures sont conduites vers un transporteur à vibration où elles sont soumises à une trépidation et nivelées ; elles passent ensuite à travers un appareil de séparation magnétique dans lequel les métaux ferreux 2 sont séparés des ordures 25 domestiques et récupérés. Après élimination des métaux ferreux 2, les ordures domestiques restantes 3 sont dirigées vers une station de ramassage à la main où les produits ayant valeur de récupération sont prélevés. Après cette récupération manuelle, le reste des ordures domestiques if est envoyé dans un broyeur d'ordures dans lequel ces 30 ordures k sont pilées et humidifiées avec de l'eau en quantités contrôlées. Les ordures broyées humidifiées 6 sont placées dans une trémie de réception et, de là, transportées vers un dispositif de réduction en pâte dans lequel s'opère le mélange des dites ordures humides 6 avec de la boue d'égout putréfiée 7 ; les ordures sont réduites en 35 pâte et le mélange qui en résulte constitue l'alimentation 8 du putréfacteur aérobie, ces dits déchets 8 contenant environ de 50& à 6556 d'eau. L'alipentation 8 arrive en continu au putréfacteur. Un type de putréfacteur parfaitement approprié est décrit en détail dans le brevet américain 3- H^. 622 auquel il est fait ici référence. Le produit ^0 sortant du putréfacteur comprend des gaz. 9 et de l'humus brut 10 72 18379 5 2138173 comportant on mélange intime de compost et d'ordures non putrescibles telles que les plastiques, les métaux ferreux, les métaux le caoutchouc non ferreux pas séparés,/ie cuir et autres produits similaires. On fait passer cet humus brut 10 à travers un séchoir et le pro-5 duit qui en résulte 11 est séparé en produits humifères 12, amendements 13 et déchets imputrescibles 14. Ces derniers sont ensuite triés en passant à travers de nombreux appareils de séparation et dispositifs de triage dans lesquels les métaux ferreux, les métaux non-ferreux et le verre - qui n'avaient pas été prèle-10 vêa auparavant - sont séparés des ordures solides imputrescibles 14. Le produit restant 15 des ordures comprenant, principalement, des matières organiques imputrescibles est alors placé, si nécessaire, dans un broyeur et, ensuite, dans un four à pyrolyse où s'opère la pyrolyse des produits organiques imputrescibles 15* 15 La section dans laquelle s'effectue la pyrolyse est décrite avec plus de précision dans la figure 2. Dans la figure 1, un deuxième schéma du procédé de récupération des produits à partir des ordures industrielles est montré dans la ligne discontinue. Le terme "ordures industrielles" est 20 employé ici dans le sens suivant : il concerne toutes les ordures qui ne contiennent pas une quantité importante de matières organiques putrescibles. Les ordures industrielles sont transportées vers une station de pesage et, de là, vers une aire de réception des ordures industrielles. Ces ordures industrielles 16 sont 25 chargées dans des trémies puis transportées dans un broyeur.Après cette opération de broyage, les ordures 16 passent dans un appareil de séparation magnétique dans lequel les métaux ferreux sont séparés de l'ensemble des ordures industrielles 16. Débarrassées des métaux ferreux, les ordures 17 sont alors transportées vers 30 le secteur de la pyrolyse. La composition de ces ordures 17 est basée sur la moyenne des opérations quotidiennes. Généralement cependant, ces ordures sont pré-séparées, par exemple, en lots contenant tous les papiers, ou tous les plastiques et caoutchoucs. Si la composition des ordures 17 est essentiellement à base de 35 papiers, ceux-ci sont alors orientés vers un appareil de mise en balles 18. Si par contre, cette composition est surtout à base de plastiques et de caoutchoucs 19,les ordures sont dirigées vers une cuve de pyrolyse. Le schéma d'utilisation des ordures industrielles tel que 40 présenté par les lignes discontinues de la figure 1 est entièrement facultatif. Le procédé de l'invention peut être réalisé seulement avec des ordures domestiques ainsi que le montre la fig.1. La fig.2 représente un schéma d'une unité de pyrolyse réali 72 18379 6 2138173 sant l-\ pyrolyse des produits organiques imputrescibles provenant des ordufes domestiques ou des ordures industrielles à oartir du procédé décrit précédemment et illustré par la figure 1. Les ordures parvenant à l'appareil à pyrolyse peuvent comporter seulement les produits 5 organiques imnutrencibles 15 récupérés à la sortie du putréfacteur aérobie, et d'où ont été séparés les métaux ferreux ; ou bien, ces ordures peuvent être un mélange comportant des produits organiques imputrescibles 15 et des ordures industrielles 19 comprenant plastiques et caoutchoucs. Il est bien entendu que l'appareil à pyrolyse 10 peut fonctionner avec l'une ou l'autre des ordures 15 ou 19, chacune constituant une source distincte d'ordures solides. Dans la mise en oeuvre de la pyrolyse illustrée dans la figure 2, un mélange d'ordures solides 20 est placé dans la cuve à pyrolyse 30 avant d'être dirigé vers le four à pyrolyse 32. Dans ce dernier, les 15 produits organiques imputrescibles sont transformés en produits variés résultant de la décomposition des dits produits organiques. Le four à pyrolyse 32 peut être un four à lit fluide dans lequel du sable ou un autre type quelconque de matériau inerte et granuleux est utilisé comme moyen de transfert de chaleur. Durant l'opération, les 20 ordures 20 présentes dans la cuve 3° sont entassées dans le fond du four à pyrolyse 32. Dans ce dernier, les ordures 20 subissent la pyrolyse et sont transformées en deux parties, à savoir : en haut du four, un produit 21 comprenant de l'eau, du charbon, du gaz, de l'huile et du goudron ; en bas du four, un produit 22 comprenant le 25 verre et les métaux non-ferreux qui n'avaient pas encore été prélevés des ordures 20, ainsi que du charbon et du sable. L^iroduit supérieur 21 est alors passé dans un séparateur cycloneToù len particules solides 23, constituées principalement de charbon particulaire, sont .séparées des gaz 2k- Le courant gazeux 24 est passé dans un disposi-30 tif de séparation gaz-liquide où les hydrocarbures condeusâbles ,les huiles et les goudrons sont récupérés. Les gaz qui sont séparés comprenant du méthane, de l'éthane et autres gaz similaires, peuvent être utilisés comme fuel servant à faire fonctionner des essoreuses, pour l'obtention de vapeur ou autres appareils semblables. 35 La figure 3 montre schématiquement un four à pyrolyse du type à lit fluide. Le four 32 consiste en un récipient à réaction 36 muni d'une plaque perforée J,Z séparant le dit récipient en deux parties : une partie supérieure 2*0 où s'effectue la réaction et une partie inférieure lf2. Le gaz fluidisant tel que l'azote qui est chauffé exté-40 rieurement au four est anené à la partie inférieure 42 du four 32 et 72 18379 7 2138173 passe à travers les orifices 2*2* de la plaque perforée 38. Le gaz fluidisant maintient l'agent de transfert de la chaleur, tel que le sable, dans un état fluide ainsi que représenté schématiquement dans la partie 2*0 du four. Les ordures organiques imputrescibles 20 peuvent 5 être apportées au moyen d'un transporteur à vis 2*6 (représenté en partie seulement) vers la partie supérieure 2*0 du four 32 directement au-dessus de la plaque perforée 38. Les produits solides lourds qui s'accumulent au-dessus de la plaque perforée 38 dans l'unité à pyrolyse sont prélevées périodiquement au moyen de la conduite de décharge 10 i*8. Le four à pyrolyse décrit travaille généralement à des températures d'environ 760° C à environ 1100° C (12*00° F à 2000° F) et à des pressions d'environ 0,35 kg/co2 à environ 1,75 kg/cm2 ( 5 à 25 p.s.i.). 15 20 25 30 35 Tableau 1A Composition No * 1 1 2 3 if 5 6 7 8 9 10 11 12 Poids des constituants Papier 206 206 206 206 206 XX XX Détritus 5 5 5 5 5 XX XX Rognures 22* 24 22* zk 22* XX XX Poussière 19 19 19 19 19 XX16 xx16 1 Chiffons 16 16 16 16 ~Ï9 16 16 16 Bois Plastiques 19 19 19 ~ 7 19 19 7 7 7 7 7 Cuir 2 2 2 2 2 2 2 Caoutchouc 7 7 kZ 7 7 kZ 7 7 7 Verre 42 42 kZ 42 42 Ferreux Non-ferreux 31 10" 3 10 £8 3 10 7k 3 10 171 207 18 3 10' 3 3 10 10 Eau 97 97 97 378 138 22*0 125 38 Boue d'égouts Humus brut xx 3az Liant, Matières nutritives 18 XX XX 171 171 158 85 k 72 18379 8 2138173 Tableau 1B Composition i ! i ! i i i ■ ; i 1 No 13 H : { j 15 16 17 18 19 20 21 22 23 2h : Poids des i r « 1 constituants 1 . Papier 5 5 ! 5 Poussière 1 4 4 4 Chiffons 16 16 16 Bois 19 ! 19 i 19 Plastiques 7 7 4 4 4 11 Cuir 2 2 2 Caoutchouc 7 7 3 3 3 10 Verre 2 ' i*0 ' 16 16 16 Terreux 3 1,5 TR TR Non-ferreux 10 2 0,5 0,5 0,5 3 3 Eau 1 29 29 1 ; i 1 TR 29 57 57 Humus 0 13 13 ! 13 Charbon 8 1 1 . 8 Sable i ' 8,1jl9,5 ! 8,1 ; s Gaz 1 85,3! 85,3 Huile et goudrons t i i 14,7 14,7 Grayiers i 1 i i i 1 i i i i i * ? i ■ U ■ ■■ 25 • TR = Trace Les compositions qualitative et quantitative des ordures domestiques et industrielles indiquées dans le tableau 1 le sont seulement à titre indicatif et doivent être interprétées non de manière limitative. Il est, en effet, évident que la composition des ordures do-30 mestiques et industrielles peut varier d'un jour à l'autre ou en fonction des saisons, ou de l'emplacement géographique des villes. BAD ORIGINAL 72 18379 9 2138173 Revendications 1 - Procédé de récupération de produits utiles à partir d'ordures solides constituées par un mélange de produits putrescibles et non putrescibleepar voie aérobie, les dites ordures contenant des 5 papiers et des matériaux organiques putrescibles et imputrescibles le dit procédé comprenant une étape de déchiquetage, une étape de séparation magnétique des métaux ferreux, une putréfaction aérobie des produits organiques putrescibles avec addition d'eau, éventuellement sous forme de bouesd'égout, une séparation de 10 l'humus brut produit, une pyrolyse des ordures organiques imputrescibles avec récupération de un ou plusieurs produits utiles tels que gaz combustibles, hydrocarbures liquides, huiles, goudrons et carbone, le procédé étant caractérisé en ce que : - l'étape deputréfaction est réalisée avant la pyrolyse, les 15 produits déchiquetés apportés au putréfacteur comprenant du papier, dep produits organiques putrescibles et imputrescibles. - l'humus brut est séparé à la sortie du putréfacteur. - la pyrolyse est réalisée sur les résidus sortant du putréfacteur après séparation de l'humus. 20 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que des ordures industrielles pratiquement exemptes de produits organiques putrescibles sont mélangées avec la fraction sortant du putréfacteur moins l'humus qui en a été séparé, les deux fractions étant «lors pyrolysées ensemble. 25 3 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'amendement est séparé £es produits sortant du putréfacteur avant la pyrolyse. 4 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3j caractérisé en ce que l'on sépare les métaux et le vefcre du pro- 30 duit sortant du putréfacteur après séparation de l'humus et avant la pyrolyse. 5 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le produit arrivant au putréfacteur a un rapport Carbone/Azote compris entre 30 et 50. 6 - Procédé selon la revendication 5 dans lequel les ordures 35 déchiquetées sont mélangées avec des boues d'égout, caractérisé en ce que l'on utilise une quantité de boues d'égout telle qu'elle permette d'obtenir un rapport Carbone/Azote compris entre 30 et 50. 7 - Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en eau du produit arrivant au putréfacteur est comprise entre 50 et 65% en poids. 8 - Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendica-™ tion 1 72 18379 10 2138173 comprenant un appareil de déchiquetage, un appareil de séparation des métaux ferreux, un appareil de réduction en pâte des ordures, un putréfacteur aérobie, un four de pyrolyse et des moyens de transport reliant entre eux ces différents appareils, caractérisé en ce qu'il com-5 prend un appareil permettant la séparation, à la sortie du putréfacteur, de la fraction d'humus brut et de la fraction non putrescible, et des moyens de transport allant de l'appareil de déchiquetage à l'appareil de réduction en pâte, de ce dernier au putréfacteur aérobie, du putréfacteur à l'appareil de séparation et de ce dernier au four de 10 pyrolyse. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que il comprend des moyens permettant le transport des ordures industrielles déchiquetées avec la fraction imputrescible vers le four de pyrolyse. 15 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'appareil de séparation est conçu pour séparer l'amendement à la sortie du putréfacteur. 11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8, 9 et 10, caractérisé en ce qu'il comprend un appareil permettant la sépara-20 tion des métaux et du verre du produit sortant du putréfacteur, cette séparation s'effectuant avant la pyrolyse.