Brevet FR2119987A1 — publié le 19720811

On connaît des procédés de pyrolyse et d1hydrogénation pour transformer chimiquement des matières organiques en d'autres produits chimiques utiles. Par exemple, des produits cellulosiques tels que le "bois et des matières à forte teneur en 5 carbone, telles que la houille, ont été pyrolyses dans le passé pour obtenir des matières telles que des gaz, des huiles et des produits de carbonisation. En dehors de la pyrolyse ou de l'hydrogénation de matières brutes telles que le bois et la houille, qui ont un intérêt à l'état non transformé, on s'est 10 intéressé plus récemment à la transformation chimique de déchets organiques solides. Par exemple, dans un document intitulé "Pyrolysis, Hydrogénation and Incinération of Municipal Refuse -A Progress Report" de Richard C. Corey, directeur de recherche au "Pittsburg Coal Research Center, Bureau of Mines, 4800 Porbes 15 Avenue, Pittsburg, Pennsylvanie, présenté au "Proceedings of The Second Minerai Waste Utilization Symposium" également parrainé par ÏÏnited States Bureau of Mines et HT Research Institute de Chicago, Illinois les 18 et 19 mars 1970, il est décrit des essais dans lesquels des déchets organiques solides 20 ont été traités par pyrolyse et hydrogénation. Toutefois, une difficulté rencontrée en essayant de pyrolyser ou d'hydrogéner des déchets solides est due au fait que ces déchets contiennent habituellement une forte proportion de matières qui ne sont ni pyrolysables,ni transformables par hydro-25 génation. le "Solid Waste Disposai Act" titre 18 ÏÏSCA, chapitre 39, définit les "déchets solides" comme étant une combinaison d'ordures, de détritus et autres matières solides jetées. Par conséquent, des déchets solides types contiennent des matières telles que du verre, des métaux, de la pierre et des matières 30 céramiques en plus de matières organiques telles que des restes d'aliments, des matières plastiques et du papier, ces dernières, qui sont des matières organiques,étant naturellement susceptibles d'être soumises à une pyrolyse et une hydrogénation,tandis que les premières, qui sont des matières minérales,ne le sont 35 pas. Dans les essais antérieurs impliquant une pyrolyse ou une hydrogénation de déchets solides, on évitait cette difficulté 71 45600 2 2119987 en utilisant des déchets qui contenaient peu ou pas de matières minérales telles que le verre et le métal. Dans un exemple, les déchets traités étaient un humus digéré par voie aérobie. L'humus était obtenu par transformation de détritus ménagers 5 organiques, les ménagères devant dans ce cas séparer les détritus en verre et en métal des restes d'aliments, du papier, des matières plastiques et des chiffons. Dans un autre exemple, la matière traitée était la matière plastique enlevée de l'humus susmentionné,tandis que dans un autre exemple, les déchets 10 transportés au laboratoire étaient débarrassés des matières métalliques avant leur transport. Par conséquent, bien que la pyrolyse ou l'hydrogénation de déchets solides donne lieu à certaines conjectures, les déchets solides dans le sens admis du terme contiennent des composants 15 inacceptables qu'il fallait enlever précédemment par triage manuel ou analogue. Etant donné que la plupart des collectivités n'exigent pas que les ménagères trient .les détritus et qu'un triage manuel par l'entreprise de nettoiement n'est généralement pas possible, les techniques de pyrolyse ou 20 d'hydrogénation n'ont pas pu être appliquées industriellement aux déchets solides hétérogènes. Selon la présente invention, on obtient des produits organiques intéressants par pyrolyse ou hydrogénation en utilisant un procédé qui produit tout d'abord une matière brute pouvant 25 être soumise à une pyrolyse ou hydrogénation à partir de déchets solides tels que des déchets de collectivités ou des résidus industriels. On le réalise en mélangeant les déchets solides avec un liquide, puis en soumettant le mélange résultant à des forces de cisaillement d'une intensité suffisante pour 30 réduire ces parties relativement fragiles à au moins une certaine dimension particulaire prédéterminée. la suspension résultante dans le liquide des matières solides de plus petite gra-nulométrie est ensuite évacuée du récipient de traitement, les matières solides minérales sont séparées de la suspension, une 35 partie importante du liquide de la suspension est éliminée et la matière résultante est débarrassée du liquide et chauffée en l'absence d'oxygène gazeux dans le cas de la pyrolyse ou 71 4560Ô 3 2119987 est chauffée sous pression soit en présence d'hydrogène, soit en présence d'oxyde de carbone et d'eau dans le cas de l'hydrogénation. Les déchets solides traités contiennent non seulement des 5 matières organiques telles que des matières résineuses synthétiques et du papier, mais également des matières minérales telles que du verre, du métal, des matières céramiques, etc. Par conséquent, le procédé selon la présente invention envisage d'enlever ces matières minérales avant d'éliminer l'eau et avant 10 d'effectuer soit la pyrolyse, soit l'hydrogénation des composants organiques restants. On le réalise en enlevant les matières solides relativement fragiles du récipient de traitement séparément de la suspension et en séparant de la suspension les matières minérales relativement fragiles après avoir évacué la suspension 15 du récipient. Par conséquent, la présente invention concerne un procédé de transformation de déchets solides en composés chimiques utiles et intéressants et elle concerne également un produit qui convient en particulier pour être transformé en ces composés 20 soit par pyrolyse, soit par hydrogénation. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, une forme de réalisation de l'invention. 25 Sur ce dessin : la figure unique représente un schéma de principe du procédé de mise en oeuvre de la présente invention. A titre illustratif, la présente invention sera décrite en se référant au traitement de déchets solides du type corres-30 pondant aux déchets de collectivités tels que des ordures ménagères. Ces déchets peuvent contenir environ 75 7° de matières solides et 25 d'humidité et comprennent les composants différents suivants : Métal 8 fo Matières plastiques 2,0 % 35 Verre et matières céramiques 10 i° Textiles 1,0 i<> Saleté 2 i° Cuir, matière plastique ■n * i c/ et caoutchouc 2,0 % BOIS 1 7° „ , o c 0/ Détritus 5,8 % Herbe 2,5 7° Papier 4,0 /o 71 45600 2119987 Cette matière hétérogène A est déposée dans un récipient de traitement B, comme on le voit sur le dessin annexé, de préférence avec de l'eau ou autre liquide C, et on le soumet à des forces de cisaillement suffisamment intenses pour réduire les 5 parties relativement fragiles des déchets à une dimension parti-culaire prédéterminée ou plus petite. A cet égard, on peut se référer à la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique ÏT° 861 778 déposée le 29 septembre 1969 concernant un récipient de traitement qui convient pour réduire des déchets de ce type 10 et dont les parties fragiles réduites à une plus petite dimension peuvent être continuellement évacuées pour être soumises à un traitement supplémentaire dans l'installation. Avec un récipient de traitement de ce type, les matières relativement incassables D, qui sont formées principalement de matières miné-15 raies telles que des métaux, peuvent être évacuées séparément du récipient de traitement et soumises à des procédés de récupération ou autres procédés de traitement. Il convient également de noter que bien qu'un liquide soit indiqué comme étant ajouté séparément au récipient de traitement sur le dessin indiqué, 20 il est ajouté de préférence de manière qu'il s'écoule à contre-courant dans l'appareil pour enlever les matières relativement incassables à la fois pour les laver et pour empêcher l'échappement des fibres, de l'aluminium, etc. jusqu'à ce qu'elles aient été suffisamment réduites pour passer à travers la plaque 25 perforée formant le fond. Toutefois, quel que soit le récipient de traitement utilisé, les matières relativement fragiles E, comprenant à la fois les matières organiques et minérales, peuvent être séparées par centrifugation dans un séparateur de liquide Z du type cyclone 30 ou appareil analogue en une fraction principalement organique et en une fraction principalement minérale F. Cette fraction minérale P contient des matières telles que du verre, des matières céramiques, de la pierre, de la saleté, etc. et peut être soumise à des opérations convenables de récupération afin 35 d'isoler les composants intéressants ou de les éliminer par un autre procédé, par exemple comme remblai. Les matières organiques provenant du séparateur du type cyclone comprennent les composants 71 45600 s 2119987 types suivants ï Matière Formule Carbone j° Oxygène j" Cellulose CgH^O^ 44 49 Polyéthylène *"*5^10 ^ ® 5 Polypropylène CgH^ g 86 0 Polystyrène C16H16 ® Chlorure de polyvinyle C^HgCl^ 38 O Quels que soient les composants organiques particuliers restants,on se rend compte qu'à ce stade du procédé, essentiel-10 lement toutes les matières minérales telles que le verre, le métal et les matières céramiques qui inhiberaient la pyrolyse ou l'hydrogénation et auraient tendance à colmater l'installation, ont été éliminées. Les matières organiques restantes peuvent être alors traitées à ce stade de différentes manières avant de les 15 soumettre à la pyrolyse ou l'hydrogénation. Ainsi, il peut être souhaitable de séparer les résidus riches en matière plastique des matières organiques des composants cellulosiques qui,dans le présent exemple, peuvent constituer plus de 72 de la totalité des matières organiques. 20 Les raisons de la séparation des composants cellulosiques et plastiques sont les suivantes : la cellulose peut être récupérée pour être revendue sous forme de fibres pour la fabrication du papier et, après avoir enlevé la cellulose, la matière plastique peut être traitée plus efficacement, soit par pyrolyse, 25 soit par hydrogénation car elle contient moins d'atomes d'oxygène qui ont pour effet de réduire le rendement par une réaction inefficace, et le pourcentage de carbone de la partie organique par rapport à l'ensemble est sensiblement accru par l'isolement de la partie cellulosique des matières organiques. Eh outre, l'éli-30 mination des fibres donne un mélange plus homogène qui convient mieux pour être soumis à l'hydrogénation. En conséquence, il peut être souhaitable de soumettre la matière organique provenant du cyclone à une ou plusieurs phases de traitement pour séparer en divers pourcentages les composants 35 plastiques et cellulosiques des matières organiques provenant du cycloneo Ainsi, la matière peut n'être soumise qu'à un tamisage grossier G pour enlever les grosses particules et le refus 71 45600 e 2119987 est ramené dans l'installation pour être soumis à un traitement supplémentaire,tandis que la partie tamisée peut être "brûlée, éliminée d'une autre manière ou soumise à un tamisage supplémentaire en H. En variante, la partie tamisée provenant du tamis 5 grossier peut être acheminée sur un tamis fin I, un dispositif de nettoyage J et un appareil d'élimination des fines E, le refus de chacune de ces opérations étant ramené dans l'installation pour y être soumis à une pyrolyse ou une hydrogénation. les parties tamisées de ces opérations peuvent être naturellement 10 acheminées vers un incinérateur ou autre dispositif d'élimination ou peuvent être distribuées en aval à un sélectionneur de fibres 1 pour effectuer un triage supplémentaire des composants cellulosiques des matières organiques en fibres de diverses longueurs dont seules les plus longues fibres sont acheminées vers un dispo-15 sitif de récupération M, la matière plus fine étant remise en circulation dans l'installation pour être soumise à la pyrolyse ou à l'hydrogénation avec les autres composants organiques. Indépendamment de ce qui précède, il est généralement souhaitable d'incorporer dans l'installation, en amont de l'ensemble 20 de pyrolyse ou d'hydrogénation, un dispositif M destiné à débarrasser la suspension des matières organiques de son liquide. Le dispositif d'élimination du liquide ou de l'eau peut avoir diverses formes telles que celle d'un appareil de concentration à vis ou de tout autre appareil capable de réduire sensiblement la 25 teneur en liquide de la suspension des matières organiques à ce stade du procédé. La suspension des matières organiques peut passer ensuite dans un ensemble de pyrolyse ou d'hydrogénation 0 à partir du dispositif d'élimination de l'eau. Si la suspension est traitée 30 par pyrolyse, les matières peuvent être chauffées d'une manière connue sensiblement en l'absence d'oxygène pour décomposer les matières organiques en des constituants tels que des gaz S, des huiles T, des produits de carbonisation W, des graisses, des cires et autres matières organiques et minérales X, etc., selon 35 les conditions particulières du traitement. A cet égard, il convient de noter qu'une partie ou,dans certains cas, même la totalité des produits combustibles P provenant de la réaction de 71 45600 7 2119987 pyrolyse peut être ramenée dans l'ensemble de pyrolyse à des fins de chauffage de manière à réduire ou supprimer le chauffage externe. En outre, indépendamment du fait que les produits combustibles sont réutilisés dans la réaction de pyrolyse ou sont uti-5 lisés d'une façon générale à des fins de chauffage, leur faible teneur en soufre les rend particulièrement intéressants étant donné que leur combustion ne produit pas d'anhydride sulfureux qui est une substance polluant l'atmosphère. Si les matières organiques doivent être hydrogénées, elles 10 sont traitées à température élevée et sous haute pression, soit-par l'hydrogène (Q), soit par une combinaison d'oxyde de carbone et d'eau (S). Les produits résultants de ce procédé comprennent un gaz S, une huile T et divers résidus U. Dans le cas de la pyrolyse, certains ou la totalité des produits combustibles d'hydro-15 génation peuvent être ramenés dans l'installation pour la chauffer afin de la rendre totalement ou partiellement indépendante ou bien ils peuvent être utilisés comme combustibles V d'une façon générale. On remarquera sur le dessin qu'il peut être souhaitable dans 20 certains cas de sécher en Y les produits organiques provenant de l'appareil d'élimination du liquide. Ainsi, dans,le cas de la pyrolyse, l'expérience a montré qu'on obtient une augmentation marquée du rendement en sous-produits intéressants de la pyrolyse lorsque la teneur en humidité de la matière traitée est réduite. 25 D'autre part, il est habituellement souhaitable de régler avec soin la teneur en humidité des produits soumis à l'hydrogénation lorsque l'on utilise la combinaison d'oxyde de carbone et d'eau dans le processus d'hydrogénation,afin de permettre un réglage plus précis des éléments mis en réaction. A cet égard, il convient 30 de noter qu'une partie ou la totalité des produits combustibles, soit de la pyrolyse, soit de l'hydrogénation, peut être recyclée et brûlée pour effectuer le séchage. Quoi qu'il en soit, le procédé de la présente invention donne un produit qui convient parfaitement pour être traité par 35 pyrolyse et/ou hydrogénation afin d'obtenir des produits utiles tels que des huilest gaz, graisses, cires, divers produits chimiques If et des produits de carbonisation qui peuvent être transformés en 71 45600 2119987 carbone activé. Naturellement, l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation décrite et représentée et est susceptible de recevoir diverses variantes entrant dans la cadre et l'esprit de l'invention. 71 45600 2119987 REVENDICATIONS t. Procédé de transformation de déchets solides, caractérisé en ce qu'il consiste à déposer des déchets solides comprenant des matières solides organiques et minérales fragiles et incas-5 sables et un liquide dans un récipient de traitement, à soumettre les matières solides en présence du liquide dans le récipient de traitement à des forces d'une intensité suffisante pour réduire les matières solides organiques et minérales relativement fragiles à au moins une dimension particulaire prédéterminée, à évacuer' 10 les matières solides organiques et minérales relativement fragiles ainsi réduites à une plus petite dimension et une partie du liquide -du récipient de traitement sous forme de suspension, à enlever les matières solides relativement incassables du récipient de traitement séparément de la suspension, à isoler les constituants 15 minéraux de la suspension dans ledit liquide des matières solides minérales et organiques relativement fragiles, à enlever une partie importante du liquide de la suspension résultante des matières solides organiques dans ledit liquide et à transformer chimiquement la matière organique restant après concentration de 20 la suspension des matières organiques en chauffant lesdites matières organiques sensiblement en l'absence d'oxygène gazeux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la phase d'élimination du liquide consiste.à enlever mécaniquement une partie importante du liquide de la suspension pour obtenir 25 une fraction très consistante et à sécher ladite fraction avant de la soumettre à la transformation chimique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser au moins une partie des produits résultant de la phase de transformation chimique comme combustible 30 pour le séchage de ladite fraction. 4« Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les matières organiques comprennent des composants résineux cellulosiques et synthétiques et en ce que ledit procédé consiste à séparer lesdites matières organiques en lesdits composants •35 pour les soumettre à un traitement séparé. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit traitement séparé consiste à récupérer les composants 71 45600 10 2119987 cellulosiques des matières organiques et à ne transformer chimique-ment que les composants résineux synthétiques. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit traitement séparé consiste à transformer chimiquement chacun 5 des composants séparément de l'autre. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser au moins une partie des produits de la phase de transformation chimique comme combustible pour fournir la chaleur nécessaire à ladite phase de transformation chimique. 10 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite phase de transformation chimique des matières organiques consiste à soumettre lesdites matières organiques à une pyrolyse ou une hydrogénation. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que 15 l'hydrogénation consiste à chauffer les matières organiques en présence d'hydrogène à des pressions sensiblement supérieures à la pression atmosphérique. 10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite phase de transformation chimique des matières organiques 20 consiste à chauffer lesdites matières organiques en présence d'oxyde de carbone et d'eau. 11. Masse de particules organiques ayant une granulométrie moyenne tombant dans une plage prédéterminée, masse caractérisée en ce qu'elle est produite par un procédé selon l'une quelconque 25 des revendications 1 à 10.