Brevet FR2234920A1 — publié le 19750124

La présente invention se rapporte d'une manière générale à un procédé de traitement des produits solides en milieu fluidisé ainsi qu'à une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Plus précisément, l'invention vise le traitement de produits plus ou moins visqueux , humides, compacts ou non, et ayant généralement tendance à s agglomérer, tels que par exemple les boues provenant des eaux usées urbaines et industrielles. De tels produits doivent évidemment parvenir au sein du milieu fluidisé où ils sont traités dans des conditions idéales de granulométrie, ce afin de rendre ledit milieu fluidisé parfaitement homogène et par conséquent apte à traite#es produits avec des résultats qui soient les meilleurs possibles. Tel est donc le but essentiel de la présente invention. En effet, jusqu'à présent, il n'a pas été proposé de procédé permettant dlatteindre ce butivec des produits du type défini ci-dessus. L'utilisation de systèmes fluidisés pour le traitement de produits divers est déjà connue depuis un certain temps. C'est ainsi que lorsqu'il s'agit de produits relativement fluides ou de solides contenant une quantité suffisante de liquide pour pouvoir être véhiculés par pompe , comme c'est le cas des boues huileuses, il a déjà été proposé d'injecter directement de tels produits à la base du litfindisé danshe réacteur ou ils seront traités. Toutefois, il a été constaté que la distribution au sein du lit fluidisé devient très difficile sinon impossible , lorsque les produits à traiter sont des solides humides et compacts qui ont une tendance naturelle à s'agglomérer et dont la viscosité est telle que l'alimentation par pompe n'est plus réalisable. Par ailleurs, dans les réacteurs de faible volume où un seul point d'introduction de produit à traiter est par conséquent suffisant, l'alimentation se fait généralement directement au moyen d'une vis sans fin par exemple. Un tel système présente toutefois l'inconvénient de comprimer et d'agglomérer les produits qui ainsi ne pourront pas se répartir uniformément au sein du lit fluidisé dans le réacteur. Le traitement de ces produits sera donc loin de donner les résultats voulus. D'un autre côté, pour les réacteurs de grand volume qui, toujours dans le but d'obtenir un lit fluidisé parfaitement homogène et donc un traitement satisfaisant des produits, nécessitent autant de points d'introduction et de vis sans fin, il s'est avéré que cette solution était fort onéreuse et de toutes façon impraticable. Plus précisément, il a été constaté dans ce cas que des zones froides subsissimt dans le lit fluidisé du réacteur, et en particulier dans la partie centrale, ce qui prouve qu'une telle installation est définitirement inacceptable. On a aussi préconisé de traiter des produits solides divers en les répartissant dans des étages de fluidisation superposés pour réaliser un certain nombre d'opérations, telles que par exemple le séchage de produits solides humides, le préchauffage de produits solides ou la transformation desdits produits par étapes ou réactions successives. Toutefois, il a été constaté qu'on se heurtait aux mêmes difficultés,que l'on uffilise un réacteur à lit fluidisé superposé ou un réacteur à lit fluidisé unique. Autrement dit, le problème de l'alimentation uniforme des produits à traiter au sein d'un milieu fluidisé po#ur le rendre homogène et efficace, reste entier. La présente invention a précisément pour but de résoudre ce problème et de pallier tous les inconvénient précités en proposant un procédé pour traiter efficacement des produits solides en milieu fluidisé grace à une distribution uniforme de ces produits à la base dudit milieu fluidisé. Plus précisément, l'invention a pour objet un procédé pour le traitement des produits solides en milieu fluidisé, tels que par exemple des boues provenant des eaux usées urbaines et industrielles et du type consistant essentiellement à alimenter en lesdits produits un réacteur dans lequel on forme un lit fluidisé de ces produits pour qu'ils y subissent un traitement approprié, tel que par exemple une combustion, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'avant de faire parvenir les produits au réacteur on les mélange avec des particules en cours de traitement que l'on prélève dans le milieu fluidisé ,- ce afin de prétraiter les produits initiaux pour qu'ils puissent ensuite se répartir uniformément dans le milieu fluidisé dès leur introduction dans le réacteur. Ainsi , lorsqu'il s'agit de traiter des produits plus ou moins vxqWeus tels que des boues, on comprend que ceuxci seront déjà séchés et transformés en produits pulvérulents avant introduction au sein du lit fluidisé dans le réacteur, puisqu'ils auront été préalablement mélangés avec des particules chaudes et en cours de traitement prélevées dans le milieu fluidisé du réacteur Suivant une autre caractéristique de l'invention, on réalise en amont du réacteur un lit fluidisé des produits préalablement traités ou pulvérulents avant de les introduire à la partie inférieure du milieu fluidisé proprement dit de ce réacteur. On comprénd qu'il s'agit là en quelque sorte d'une préfluidisation des produits ss vérulents , ce qui améliore encore leur répartition au sein du milieu fluidisé dans le réacteur. Il convient encore de noter que, suivant l'invention, le contact direct des produits avec les particules prélevées du milieu fluidisé dans le réacteur peut etre évité en remplaçant l'opération de mélange précitéepar un simple réchauffage des produits initiaux en utilisant par exemple la chaleur dégagée par lesdites particules L'invention vise également une installatinn pour la mise en oeuvre du procédé précité, et comprenant essentiellement des moyens de mélange ,par exemple du type attriteur recevant les produits avant introduction dans le réacteur, -r-dee moyens assurant l'acheminement de particules prélevées du milieu fluidisé du réacteur vers lesdits moyens de mélange , et des moyens assurant la distribution homogène des produits sortant des moyens de mélange précité dans le milieu fluidisé du réacteur. Suivant encore une autre caractéristique de l'inventiony les moyes précités qui assurent la distribution homogène desfproduits dans le réacteur sont constitués par une couronne de fluidisation entourant le réacteur et reliée au fond de celui-ci par une pluralité de canalisaticns. Il faut encore noter que les produits sortant des moyens de mélange sont acheminés vers la couronne de#fluidisation au moyen d'un élévateur mécanique ou pneumatique et d'une goulotte débouchant dans cette couronne. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, les moyens...véhiculant'les particules prélevées du milieu flui- disé du réactèur vers les moyens de mélange précit#sont constituésparun conduit débouchant dans le réacteur au niveau supérieur du milieu fluidisé et relié à une vis sans fin par l'intermédiaire d'un sas rotatif. La couronne de fluidisation est munie d'une grille ou analogue qui reçoit les produits de la goulotte, et sous laquelle est envoyé de l'air sous pression émanant d'un surpresseur. Il convient encore de remarquer qu'un ventilateur.extracteur assure l'aspiration des gaz se dégageant des moyens de mélange précités et/ou de ltélevateur précité et les refoule au-dessus du milieu fluidisé du réacteur et/ou dans un dispositif laveur de fumées. On comprend ainsi que seuls, les produits pulvérulents sortiront du -mélangeur . C'est dire que ces produits pulvérulents parviendront au réacteur en étant dépourv"sde gaz puisque ceuxci sont extraits par le ventilateur précité pour être évacués et éventwElement réutilisés au-dessus du milieu fluidisé. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention appa raieront mieux-dans la descriptiondétaillée qui suit et se référe à la figure unique annexée, donnée uniquement à titre d'exemple, et représentant schématiquement une installation conforme à l'invention En se reportant à cette figure, on voit un exemple. de réalisation d'une installation conforme à l'invention q~est particuliè- rement adaptée au traitement par incinération des boues d'eaux résiduaires urbaines et industrielles.Ce problème est évidem- ment d'actualité et l'installation qui sera décrite permet l'élimination quasi-totale des matières organiques contenues dans ces boues pour finalement obtenir un résidu non polluant et absolument stérile dont le v~ume sera réduit au minimum. Les boues humides à traiter et provenant par exemple directement d'un appareil de filtration, de centrifugation ou d'un système de stockage quelconque sont mises, suivant la flèche A > sur un transporteur t , par exemple du type à bande, et parviennent , comme indiqué par la flèche 3, à un mélangeur 2 Le mélangeur 2 peut être de tout type approprié, par exemple un mélangeur attriteur , un broyeur ventilé, ou tout appareil ayant des fonctions similaires. les boues introduites dans le mélangeur 2 sont brassées avec des particules à haute température du lit fluidisé 3 d'un réacteur, tel que par exemple le réacteur repéré en 4 sur la figure. Plus précisément, les particules à haute température sont acheminées au mélangeur 2 grâce à un conduit 5 débouchant en 4a au niveau supérieur du milieu fluidisé 3 et relié à une vis sans fin 6 par l'intermédiaire d'un sas rotatif représenté schématiquement en 7. On comprend ainsi que les calories apportées par les particules du lit 3 permettent l'évaporation immédiate dans le mélangeur 2 de 11 eau comprise dans les boues qui se trouvent pas conséquent transformées en matière sèche pulvérulente. Ce changement d'état rend par conséquent possible la répartition régulière au sein du milieu fluidisé 71 3 > corme il sera décrit en détail ultérieurement. A ce stade, il convient de noter qutil#peut être désirable d'éviter le contact direct des particules du milieu fluidisé 3 avec les produits initiaux dans le mélangeur 2. Pour ce faire, on peut tout simplement réchauffer les solides humides et compacts dans un mélangeur-échangeur de température (non représenté ) en utilisant la chaleur dégagée par les particules provenant du lit fluidisé 3 ou encore par les gaz de combustion. Dans ce cas, les calories transmises à travers les parois du mélangeur permettront ltévaporation de l'eau et la transformation des solides humides en solides pulvérulents. Il est à noter qu'un tel mélangeur-échangeur peut être placé à l'intérieur ou audessus du lit fluidisé 3. Comme matérialisé par la flèche C, les matières séches et pulvérulentes sortant du mélangeur 2 tombent au pied d'un élévateur mécanique ou pneumatique, tel que par exemple l'élévateur à godets 8 montré schématiquement sur la figure. Cet élévateur 8 fait remonter les produits secs pour les déverser ensuite dans une goulotte verticale 9 qui est, suivant ltexemple de réalisation représenté, montée adjacente à la paroi du réacteur 4. les produits secs et pulvérulents provenant de la goulotte 9 tombent sur la grille 10 d'une couronne de fluidisation 1-f agencée autour du réacteur ou four 4.Une pluralité de canalisations telles que 12 relie la couronne 11 à la base du four ou réacteur 4 de manière à assurer une répartition homogène des produits pulvérulents et secs provenant de la goulotte 9 à la base du lit fluidisé 3. On a ainsi avantageusement réalisé, grâce à la couronne 11, une pré-fluidisation des produits pulvénlents sortant du mélangeur 2. Cette pré-fluidisation dans la couronne 11 est réalisée au moyen d'un surpresseur 13 qui reçoit de l'air atmosphérique envoyé par un ventilateur tel que 14. On a montré en 15 un ventilateur- extracteur qui, comme il apparait clairement sur la figure, aspire les gaz se dégageant du mélangeur 2 et de l'élévateur 8 et les refoule, comme matérialisé par la flèche D, au-desaus du lit fluidisé 3 (ce qui permet la désodorisation éventuelle desdits gaz) ou les envoie à l'entrée d'un laveur de fumées 17 avant leur évacuation par une cheminée 18. les produits dans le mélangeur 2 sont ainsi avantageusement débarrassés de tous gaz grâce à ce ventilateur 15. Suivant l'exemple de réalisation représenté, les fumées sortant par l'ouverture 49 du four 4 passent dans un échangeur 20 pour réchauffer l'air passant par la conduite 21 afin de permettre une fluidisation des produits dans la couronne 11 et dans le four 4 comme montré respectivement en 23 et 22.Cette conduite 21 est par ailleurs éventuellement reliée par la canalisation 24 à un brûleur 25 pour assurer le préchauffage Bien en tendu, l'échangeur 20 peut être supprimé si le-bilan calorifique de l'opération d'incinération est positif. C'est ainsi #':iipet Aere remplacé, sans sortir du cadre-de l'invention, par une chaudière dans le cas où la récupération d'énergie est rentable. les cendres provenant de l'incinération des matières combustibles et s; échappant avec les fumées du four 4 par la conduite 26 sont recueillies au fond du laveur de fumées 17 pour être évacuées ensuite par une pompe 27 sous forme par exemple de boues humides et stériles qui sont faciles à concentrer. On a montré schématiquement en 28 un circuit d'eau de refroidissement et de lavage,- et' permettant éventuellement d'effectuer une pulvérisation d'eau en 29 dans le four 4. De ce côté là , toutes les variantes sont possibles sans sortir du cadre de l'invention. le fonctionnement de 1'installation se déduit aisément de la description qui préèéde et sera brièvement expliqué ci-après en insistant sur certains points particuliers. Les particules à haute température constituant le tropplein du lit-fluidisé 3 s'écoulentprle conduit 5, parviennent dans la vis sans fin 6 puis dans le mélangeur 2, le sas rotatif 7 permettant auxdites particules sous pression de passer aisément dans la vis sans fin qui se trouve à la pression atmosphérique. Ensuite, les produits pulvérulents et-secs sortant du mélangeur 2 et acheminés dans la goulotte 9 tombent dans la couronne Il ou ils subissent une première fluidisation pour parvenir ensuite par les-canalisations 12 dans le lit fluidisé 3 du réacteur où ils s'enflamment immédiatement. On a donc réalisé suivant l'invention une installation très simple permettant de traiter en milieu fluidisé des produits solides humides et très compacts, et ce grâce au fait que les produits initiaux sont préalablement transformés en solides pulvérulents secs et soumis à une pré-fluidisation de façon à pouvoir être répartis uniformément à la base et au sein du milieu fluidisé d'un réacteur. Il convient encore d'insister sur la supériorité du procédé et de l'installation selon l'invention par rapport aux systèmes classiques en ce qui concerne l'évaporation de l'eau incluse dans les boues qui,selon l'invention n'est pas évaporée au sein du milieu fluidisé du réacteur , mais en amont de celui-ci. On réalise ainsi une répartition très régulière de particules exemptes d'eau dans le milieu fluidisé du réacteur et la combustion est par conséquent beaucoup plus rapide et complète pour une même hauteur de lit fluidisé. Dans cet ordre d'idées, il convient de noter également qu'on obtient des gains de surface de lit fluidisé qui sont considérables par le fait qu'il n'y a ni vapeur d'eau présente dans le lit, ni le besoin d'un apport de combustible d'appoint dans l'installation conforme aux. principes de l'invention Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V E g D I C A T I O N S. 1. Procédé pour le traitement des produits solides en milieu fluidisé, tels que par exemple des boues provenant des eaux usées urbaines et industrielles et du type consistant essentiellement à alimenter en lesdits produits un réacteur dans lequel O Srme un St fluidisé de ces produits pour qu'ils y Subissent un traitement approprié, tel que par exemple une combustion, caractérisé en ce qu'avant de faire parvenir lesdits produits au réacteur on les mélange avec des particules en cours de traitement que l'on prélève dudit milieu fluidisé, ce afin de prétraiter les produits initiaux pour qutils puissent ensuite se répartir uniformément dans ledit milieu fluidisé dès leur arrivée dans le réacteur#. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on réalise en amont du réacteur un lit fluidisé des produits prétraités avant de les introduire à la partie inférieure du milieu fluidisé proprement dit du réacteur. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le lit fluidisé en amont du réacteur est un lit fludisé annulaire. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que pour éviter éventuellement le contact direct des produits précités avec les particules prélevées du milieu fluidis dans le réacteur, on remplace le mélange précité par un simple réchauffage desdits produits en utilisant par exemple la chaleur dégagée par lesdites particules. 5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4 et du type comprenant un réacteur ainsi que des moyens d'alimentation en produits à fluidiser et à traiter dans ledit réacteur, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de mélange ,par exemple du type attriteurJ recevant lesdits produits avant leur introduction dans le réacteur, des moyens assurant l'acheminement de particules prélevées du milieu fluidisé du réacteur vers laits moyens de mélange et des moyens assurant la distribution homogène des produits sortant des moyens de mélange dans le milieu fluidisé du réacteur. 6. Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens précités assurant la distribution homogène des produits précités dans le réacteur sont constitués par une couronne de fluidioetion entourant ledit réacteur et reliée au fond de celui-ci par une pluralité de canalisations. 7. Installation suivant la revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que les produits sortant des moyens de mélange précités snt acheminssversla couronne précitée au moyen d'un élevateur mécanique ou pneumatique et d'une goulotte débouchant dans ladite couronne. 8. Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens précités véhiculant les particules prélevées du milieu fluidisé du réacteur vers les moyens de mélange précités sont constitués par un conduit débouchant dans le réacteur au niveau supérieur du milieu fluidisé et relié à une vis sans finir l'intermédiaire d'un sas rotatif. 9. Installation suivant I la revendication 6 ou 7 caractérisée en ce que la couronne précitée est munie d'une grille ou analogue, recevant les produits de la goulotte précitée et sous laquelle grille est envoyé de l'air sous pression provenant d'un surpresseur. 10. Installation suivant l'une des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'il est prévu un vantilateur- extract eur aspirant les gaz se dégageant des moyens de mélange précités et/ou de l'élévateur précités et les refoulant auZessus du milieu fluidisé du réacteur et/ou dans un dispositif laveur de fumées.