Brevet FR2249287A1 — publié le 19750523

La présente invention a pour objet un procédé pour l'élimination de déchets solides ; plus particulièrement, l'invention a pour objet un procédé pyrolytique pour l'élimin8tion de déchets solides, donnant des substances gazeuses et liquides utiles. Précédemmenta les substances résiduaires solides comme celles contenant des boues produites par le traitement des produits d'égouts, les déchets domestiques et industriels et les substances résiduaires industrielles étaient le plus souvent enfoujls dans la terre ou incinérées avec difficultés. De cette façon, les sowposants utiles de ces substances résiduaires solides neétaient pas utilisés et devenaient une source de probation de l'environnement b cause, notamment, des dégagements d'odeurs et de fumées poussiéreuses. Un objet de l'invention est, par conséquent, de fournir un procédé pyrolytique pour l'élimination de substances résiduaires solides qui évite la porte de substances utiles et la pollution de l'environnement qui elle provoque. Un autre objet de l'invention est de fournir un procédé pyrolytique pour Itélimination de substances résiduaires solides,selon lequel on chauffe d'une façon efficace et économique lesdites substances résiduaires solides pour obtenir des substances utiles gazeuses et liquides utilisables comme combustibles ou comme matières premières. Le procédé pyrolytique pour l'élimination de substances résiduaires solides, selon l'invention, comprend la circulation d'un milieu chauffant de taille prédéterminée dans un réacteur et un régénérateur montés en parallèle, la pyrolyse des substances résidus ires solides introduites subséquemment dans le réacteur, et la formation d'un lit fluidisé dans le réacteur et le régénérateur dont les hauteurs sont ajustées de façon qu'elles soient plis grandes que trois fois le diamètre maximal du reacteur et du régénérateur quand le produit pyrolysé ainsi obtenu est broyé dans le régénérateur. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention apparattront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre en se référant au dessin ci-annexé. Le mode de réalisation préféré et ceux qui en dérivent sont illustrés par la figure qui est une vue schématique en élévation d'un mode de réalisation de l'appareil pour la pyrolyse pour éliminer les substances résiduaires solides selon l'invention. I - èresremières tes matières premières et les substances rés idua ires solides è traiter selon le procédé de l'invention comprennent (1) des boues produites par le traitement des produits d1égouts, (2) les déchets industriels provenant des usines, (3) les substances résiduaires solides comme les déchets domestiques er général contenant de la matière organique, telle que des rydrocarbures rLnoma-res et polymères qui sont presque complètement séparés des composants non organiques comme le fer, l'aluminium, le verre,etc., après concassage et séchage. Ces substances résiduaires solides utilisées comme matières premières du procédé selon l'invention ont des diamètres moyens de 0,3 à 100 mm et sont sous forme de poudre, particules, flocons, agglomérats ou sous forme pulvérisée. Dans un autre mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, en plus des substances résiduaires solides, de l'huile hydrocarbonée lourde comprenant du carbone finement pulvérisé, séparée à partir de l'huile pyrolysée produite lors de l'étape de pyrolyse, peut étre introduite dans le lit fluidisé du réacteur de façon à pyrolyser l'huile pour augmenter le rendement en huile légère. Il - Milieu chauffant Le milieu chauffant en poudre et particulaire utilisé dans le procédé de l'invention est constitué de matière non organique et/ou de carbone et a un diamètre moyen de particule compris entre 0,2 et 4 mm. Ce milieu chauffant peut être un mélange de poudre et de particules mélé à du carbone et des substances non organique s produites par le traitement pyrolytique de substances solides inertes ou de substances résiduaires solides comme le sable, des particules réfractaires et des particules non organiques frittées. Le milieu chauffant en poudre ou particulaire sortant au bas du réacteur ou au bas du régénérateur est finement pulvérisé, afin de préparer des particules finement pulvérisées nécessairescomme milieu chauffant. La distribution du milieu chauffant selon les diamètres des particules peut atre contrôlée par des procédés appropriés tels que, par exemple, en mélangeant les particules finement pulvérisées ainsi préparées avec les substances solides résiduaires, et ensuite en introduisant le mélange dans le réacteur. On va se référer maintenant au dessin représentant un mode de réalisation de l'appareillage pour mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. Les déchets solides sont introduits par des moyens d'alimen- tation appropriés3 tels que par exemple, un tamis d'alimentation 2,de la partie inférieure d'une hotte la à travers une entrée 3 située dans la partie supérieure d'un lit fluidisé 4 du milieu chauffant situé à l'intérieur du réacteur A. Le réacteur A a une partie supérieure cylindrique et une partie inférieure conique attenante à la partie supérieure cylindrique. l'intérieur du réacteur A est maintenu à une température comprise entre 400 C et 900 C avec de la vapeur d'eau cu un gaz de combustion introduit par la partie inférieure du réacteur A. Les décrets solides sont dispersés dans le lit fluidisé avec le gaz, de préférence de la vapeur d'eau introduite par le conduit 5. Plusieurs entrées 3 peuvent être ménagées au meme niveau ou à des niveaux différents pour permettre Itintroduction des des déchets dans le réacteur; les entrées 3 peuvent aussi etre situées non seulement au voisinage de la surface interne de la paroi du réacteur, mais aussi à ltntérieur meme du lit fluidisé 4 comme cela est représenté en 3' sur la figure. Le gaz hydrocarboné et la vapeur produits par la réaction pyrolytique des déchets solides entre 400 et 9000C dans le-lit fluidisé 4 à l'intérieur du réacteur A sont séparés du lit fluidisé 4, mélanges avec le gaz de fluidisation, de préférence de la vapeur d'eau, et sortent du réacteur A par la sortie 6 ; la fine poudre qui y est incorporée est de préférence séparée dans un-séparateur 7 et le gaz hydrocarboné est ensuite introduit lors des étapes suivantes comme, par exemple, les étapes d'épuration et de refroidissement. Un conduit 8 est relié par une de ses extrémités à la partie supérieure du lit fluidisé du réacteur A et par l'autre extrémité à la partie inférieure du régénérateur B ; il vert à introduire le milieu chauffant réduit à température comprise entre 400 et 9000C par apport d'énergie calorifique -à la réaction pyrolytique dans le lit fluidisé 4 dans le réacteur A et les substances carbonées produites par le traitement pyrolytique des déchets, principalement par gravité, dans la partie inférieure du régénérateur B. Le régénérateur B est de construction sensiblement identique a'celle du réacteur A. Il peut exister une valve de contrôle du flux du milieu chauffant telle que, par exemple, une valve coulissante 10 et aussi une entrée d'air Il, pour accélérer le flux du milieu chauffant, situées d'une façon appropiée dans la partie inférieure du conduit 8. A la partie inférieure du réacteur A est ménagée une entrée 23 servent à introduire de la vapeur d'eau ou le gaz de combustion dans le réacteur A Cette vapeur d'eau ou te ga: de combustion est utilisé pour introduire vers le haut le milieu chauffant régénéré fourni à la partie inférieure du réacteur A tout en format un lit fluidisé dense dans la réacteur A.L'entrée 23 peut aussi, par exemple, être utilisé avec des moyens de dispersion comme une plaque poreuse au lieu d'être une simple ouverture. Pour faciliter l'introduction de haut en bas du milieu chauffant, tout-en formant un lit fluidisé dense, des entrées 26 et 26' peuvent aussi être ménagées pour permettre l'introduction de vapeur d'eau ou de gaz de combustion dans le réacteur À à n'importe quel niveau du réacteur A et en n'importe quel nombre La réacteur A peut aussi comporter à sa partie inférieure une sortie 28 qui peut entre ménagée en tout endroit dans la partie inférieure du réacteur A et peut avoir n'importe quelle foree J elle n'est donc pas limitée à la seule représentation de la figure.Si une sortie est ménagée au bas du régénérateur B, comme il est décrit plus complètement cl-après, la sortie 28 peut ne pas exister au bas du réacteur A On peut avoir aussi un nombre quelconque d'entrées 27 de toute forme et situées en tout endroit approprié pour introduite de l'huile hydrocarbonés lourde dans le lit fluidisé du réacteur A, dans le but d'augmenter le rendement en fractions d'huile légère comme recherché. la partie inférieure du régénérateur B, une entrée 9 est ménagée pour introduire de la vapeur d'eau, de l'air ou du gaz de combustion dans le régénérateur B. Cette vapeur d'eau, cet air ou ce gaz de combustion est utilisé pour introduire de bas en haut le milieu chauffant et les substances carbonées apportés par le conduit 8 en formant le lit fluidisé dans le régénérateur B. L'entrée 9 peut aussi être utilisée, par exemple, avec des moyens de dispersion comme une plaque poreuse, au lieu d'être une simple ouverture. Une entrée 14 est ménagée dans le régénérateur à un niveau approprié pour introduire de l'air à température ambiante ou chauffé dans le lit fluidisé 13 du régénérateur B pour y brûler les substances carbonées. Le milieu chauffant est ici porté à une température comprise entre 300 et 1200 C. Quand la quantité de substance carbonée à brûler dans le lit fluidisé du régénérateur B est insuffisante, on introduit du gaz de combustion à haute température par l'entrée 14 dans le lit fluidisé 13 du régénérateur B. Une chambre de combustion 18 est prévue pour fournir le gaz de combustion. Plus particulièrement, la chambre de combustion 18 comprend une entrée 16 pour y introduire du combustible liquide ou gazeux et une entrée 17 pour permettre l'entrée d'air chauffé ou à température ambante, et une ouverture 14 pour permettre l'introduction du gaz de combustion à haute température dans le lit fluidisé du régénérateur B. Le gaz de ccmbustion qui chauffe le lit fluidise 13 du régénérateur B est mélangé à de a vapeur d'eau, de l'air ou du gaz de combustion pour introduire de haut en bas le milieu chauffant introduit en 9 au bas du régénérateur B et en 12 et 12', entrées qui sont décrites ci-après, et est ensuite séparé du lit fluidisé 13, puis sort du régénérateur B par l'ouverture 19 à la partie supérieure de B,et la fine poudre qui y est incorporée est séparée au moyen d'un séparateur 20 ; le gaz est ensuite introduit dans les étapes suivantes comme, par exemple, de récupération de chaleur.Des entrées 21 et 21' peuvent être ménagées dans la partie supérieure du régénérateur B pour permettre l'introduction d'air chauffé ou à température ambiante dans le lit fluidisé 13 pour briller les gaz combustibles dans le gaz de combustion sortant du lit fluidisé 13 (par exemple méthane, hydrogène et nonoxyde de carbone) Un conduit 22 est relié à une de ses extrémités à la partie supérieure du lit fluidisé 13 du régénérateur B et, à son autre extrémité, à la partie inférieure du réacteur A. Ce conduit permet l'introduction du milieu chauffant chauffé dans le lit fluidisé 13 dans le bas du réacteur A, principalement par gravité.Il peut titre équipé d'une valve de centrale du flux du milieu chauffant comme, par exemple, une valve coulissante 24, et aussi d'une entrée d'air 25 pour accélérer le flux du milieu chauffant, cette valve et cette entrée étant situées d'une façon appropriée dans la portion inférieure du conduit 22, De façon à faciliter l'introduction de haut en bas du milieu chauffant pour former le lit fluidisé dense, on peut aussi ménager des entrées 12 et 12' de vapeur eau, air ou gaz de combustion dans le régénérateur B situées à n'importe quel niveau et en un nombre quelconque. On peut aussi avoir une sortie 29 à la partie inférieure du régénérateur B ; cette sortie 29 peut se trouver n'importe où à la partie inférieure de B et peut être de n'importe quelle forme ; elle n'est donc pas limitée à la représentation de la figure. Si une sortie 28 est ménagée, somme décrit précédemment, au bas du reacteur A, la sortie 29 peut ne pas exister. On notera que les sorties 28 et 29 sont ménagées au bas, respects vement,du réacteur A et du régénérateur B. Ces sorties sont destinées à permettre l'obtention d'un lit fluidisé stable d'un milieu chauffant en poudre et particulaire ou la circulation régulière du milieu chauffant entre A et B. Plus particulièrement, puisque les déchets solides traSltés selon le procédé de l'invention comprennent généralement des substances non organiques, ces dernières sont accumulees dans le milieu chauff nt circulant entre A et B selon le schéma de la figure et gênent la stabilré du lit fluidisé ou la circulation régulière du celui-ci,entre le réacteur et le régénérateur et, en conséquence, pour éviter cette gent, on peut diurne façon continue ou intermittente faire sortir une certaine quantité du milieu chauffant par les sorties 28 et 29. On doit comprendre, d'après la description précédente, que la quantité de chaleur nécessaire au traitement pyrolytique des déchets solides est fournie par la circulation du milieu chauffant enLre le réacteur et le régénérateur. Dans ce cas, le lit fluidisé dans le réacteur A et dans le régénérateur B doit être formé de façon à avoir une hauteur plus grande que trois fois le diamètre maximal du réacteur et du régénérateur, respecti ve ment. Les exemples suivants illustrent l'invention sans en limiter la portée. EXEMPLE I On utilise l'appareillage représenté sur la figure, Le réacteur A a une hauteur totale de 1500 mm et un diamètre interne maximal de 85 mm ; le régénérateur B a une hauteur totale de 1500 mm et un diamètre interne maximal de 105 mm ; des substances carbonées en poudre et particulaires ayant un diamètre moyen de particule de 0,4 mm,produites par le traitement pyrolytique des déchets solides obtenus en éliminant les substances non organiques comme le fer, l'aluminium et le verre des substances résiduaires globales d'origine domestique pulvérisées et séchées, circulent comme milieu chauffant entre le réacteur A et le régénérateur B ; les déchets solides précédents dont le diamètre moyen est de 1,0 mm, sont introduits, par étapes, dans le lit fluidisé du réacteur, et on effectue la pyrolyse et la réaction de vaporisation tout en évitant les pertes de chaleur par chauffage électrique externe. La quantité totale de substances carbonéesen poudre et particulaires présente dans l'appareil est de 5,8 kg. Les résultats suivants sont obtenus dans les conditions de températures définies ci-aprks. Quantité de déchets solides introduite 1.050 g/h Composition des déchets solides Carb-ne 39,8 % en poids Hydrogène 5,42 X en poids Oxygène 32,3 X en poids Azote 1,57 % en poids Soufre 0,83 % en poids Chlore 0,40 % en poids Substance non organiques 17,35 X en poids Teneur en eau 2,33% en poids Total 100,0 % en poids Température dans le réacteur ................. 5100C Température dans le régénérateur ............. 7800C Quantité de vapeur d'eau introduite dans le réacteur.............3.201 g/h Quantité de gaz sec dégagé...102 l (conditions standards) Pouvoir calorifique du gaz sec dégagé . 3.000 kcal/Nm3 Huile liquide ............................... 120 g/h Quantité d'air introduite dans le régénérateur................2.050 @/h (conditions standards) Quantité de vapeur d'eau introduite dans le régénérateur........230 g/h Quantité de poudre et particules. qui circule comme milieu chauffant ............... 25,5 kg/h Composition du gaz sec obtenu Hg 13,0 X en volume CH4 12,0 % en volume C2H6 3,0 % en volume C2H4 2,0 % en volume C3-C7 2,0 % en volume CO 15 % en volume C02 53,0 % en volume Exemple 2 On fait cireuler comme milieu chauffant entre le réacteur et le régénérateur des particules réfractaires de 0,3 mm de diamètre moyen; et on effectue la réaction pyrolytique à une tempéreture supérieure à celle de l'exemple 1. Les résultats suivents sont obtenus. Quantité de déchets solides introduite ayant la même composition que dans l'exemple 1...995 g/h Température dans le réacteur.....................700 C Température dans le régénérateur.................815 C Quantité de vapeur d'eau introduite dans le réacteur......................................305 g/h Quantité de gaz sec dégagé.......................530 l/h (conditions standards) Pouvoir calorifique du gaz sec dégagé............5.000 kcal/Nm Huile liquide....................................5 g/h Quantité dair introduite dans le l98Ot, régénérateur.....................................1.980 l/h (conditions standards) Quantité de vapeur d'eau dans le régénérateur.....................................220 g/h Quantité de poudre et de particules qui circule comme milieu chauffant..............34,0 kg/h Composition du gaz sec obtenu H2 4,76 % en volume CH4 19,05 % en volume C2H6 4,76 % en volume C2H4 14,3 % en volume CO 14,3 % en volume CO2 23,8 % en volume autres 19,03 % en volume Bien etendu, diverses modifications peuvent êtreapportées par l'homme de l'art aux procédés et dispositifs qui viennent d'être décrits à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour pyrolyser des déchets solides organiques utilisant un dispositif du type comprenant un réacteur et un rÉgénérateur, un premier conduit reliant la partie supérieure du réacteur la partie inférieure du régénérateur et un deuxième conduit reliant la partie supérieure du régénéra teur à la partie inférieure du réacteur; ledit procédé étant caractérisé en ce que l'on pyrolyle les déchets soldes dans le lit fluidisé comprenant un gaz et de la poudre et des particules non organiques formant le milieu chauffé fant dans ledit réacteur on décharge le produit pyrolysé et on introduit le milieu chauffant mélangé avec les sous-produits carbonés de la partie supé- rieure dudit réacteur par ledit premier conduit dans la partie inférieure dudit régénérateur, on formeun lit fluidisé avec le milieu chauffant gazeux dans ledit régénérateur, on brûle les substances carbonées dans le lit fluidisé dudit régénérateur, et on recycle le milieu chauffant de la partie supérieure dudit régénérateur par ledit deuxième conduit dans la partie inférieure dudit réacteur, les déchets solides Entant des boues,résidus industriels ou domestques ayant un diamètre moyen de particules de 0,3 à 100 mm, le milieu chauffant étant formé de substances non organiques ou de substances carbonées ayant un diamètre moyen de particules compris entre 0,2 et 4 mm, le lit fluidisé dans le réacteur etlerégénérateur respectivement, étant alimenté pour avoir une hauteur trois fois plus grande que le diamètre maximal du réacteur et du régéné ratas respectivement, en vapeur d'eau ou en gaz de combustion pour le réacteur et en air ou en gaz de combustion pour le régénérateur, la température dudit régénérateur étant maintenue à une valeur comprise entre 58O0C et 1200 C. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en outre en ce que l'on introduit les déchets solides dans le réacteur à des niveaux différents ou au meme niveau au voisinage de la surface interne dudit réacteur ou à l'inté- rieur du lit fluidisé dudit réacteur. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en outre en ce que l'on accélère la circulation du milieu chauffant à travers ledit premier ou ledit second conduit dans la partie inférieure dudit conduit. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en outre en ce que I'on introduit de l'air chauffé ou à température ambiante à un niveau prédéterminé dudit régénérateur dans le lit fluidisé dudit régénérateur. pour briller les substances carbonées dans le lit fluidisé dudit régénérateur. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en outre en ce que l'on décharge en continu Ou en discontinu le milieu chauffant en poudre ou particulaire auquel sont mélangées des substances non organiques à la partie inférieure du dit réacteur et dudit régénérateur. 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon lune quel- conque des revendication précédentes, compren'tttntéacrArstun régénérateur une partie supérieure cylindrique et une partie inférieure conique, un premier conduit reliant la partie supérieure du lit fluidise formé dans le réacteur au bas dudit régénérateur et un deuxième onduit reliant la partie supérieure du lit fluidisé formé dans le régénérateur à la partie inférieure dudit réacteur, ledit dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs entrées, situées au même niveau ou à des niveaux différents, permettant l'introduction des déchets dans ledit réacteur à proximdté de la surface interne dudit réacteur ou à l'intérieur du lit fluidisé dudit réacteur. 7. Dispositif selon la revendlcation 69 caractérisé en ce qu'il comprend une vanne de réglage du débit du milieu chauffant et une entrée d'air pour accélérer le débit du milieu chauffant dans une position prédéter-minée à la partie inférieure dudit premier conduit. 8. Dispositif selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième entrée située à un niveau prédéterminé dudit régénérateur pour l'introduction d'air à température ambiante ou chauffé dans le lit fluidisé dudit régénérateur pour la combustion des substances carbonées dans le lit fluidisé dudit régénérateur, et une chambre de combustion pour fournir le gaz de combustion à travers la seconde entrée du lit fluidisé dans ledit régénérateur. 9. Dispositif selon ltune quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend une valve de contrôle du flux du milieu chauffant et une entrée d'air pour accélérer le débit du milieu chauffant, dans une position prédéterminée à la partie inférieure dudit deuxième conduit. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, carac térisé en ce qu'il comprend des sorties ménagées dans la partie inférieure dudit réacteur et dudit régénérateur pour déèharger de façon continue ou discontinue le milieu chauffant en poudre et particulaire auquel sont mélangées des substances non organiques.