Brevet FR2543263A1 — publié le 19840928

Procédé de destruction de déchets La présente invention se rapporte à un procédé de destruction et de vaporisation de déchets, principalement des déchets domestiques, la matière étant amenée au sommet d'un four à cuve par un moyen de décharge étanche au gaz. Le problème de la vaporisation des déchets selon les procédés connus réside dans le fait que la température dans l'étape finale de vaporisation ainsi que dans le gaz produit dans le réacteur est trop faible Cela est partiellement dû au fait que les déchets ont une faible teneur en chaleur et une forte teneur en eau. De si basses températures de vaporisation provoquent plusieurs inconvénients comme: les composés hydrocarbures sont incomplètement désintégrés, ce qui donne lieu à une problématique "formation de goudron" dans le système du gaz et les constituants, qui ne peuvent être vaporisés, sont extraits sous forme d'une cendre solide o les constituants sont dissous ou ne sont pas liés, ce qui donne lieu à des problèmes de dépôt comme la formation de poussière et parce que des substances nuisibles peuvent facilement être retirées des cendres par lixiviation. 2 2543263 La présente invention a pour objet l'élimina- tion des inconvénients ci-dessus mentionnés en offrant un procédé sensiblement indépendant de la teneur en eau et de la composition de la matière reçue. La présente invention a pour autre objet d'effectuer un procédé consommant moins d'énergie que les procédés précédemment utilisés, ayant également pour résultat un gaz valable. Ces objets sont atteints par le procédé décrit dans l'introduction selon la présente invention, qui est caractérisé en ce que la matière est préséchée et prévaporisée tout en s'écoulant avec le gaz de traite- ment, et outre l'énergie thermique produite pendant la combustion, une quantité supplémentaire et contrôlée d'énergie thermique est ajoutée au moyen d'un gaz soufflé qui est partiellement ou totalement chauffé électriquement. Le chauffage du gaz soufflé peut être accompli par des générateurs de plasma, des éléments à résistance électrique et/ou indirectement dans des échangeurs de chaleur. Cependant, on utilise, de préférence, au moins un générateur de plasma, dans le procédé De cette façon, le gaz peut être fourni à une quantité extrêmement élevée d'énergie par unité de volume,-et cela permet de contrôler les températures de vaporisation et de scori fication avec une extrême précision. Le chauffage du gaz soufflé à l'aide de générateurs de plasma peut être accompli de différentes façons Ainsi, le gaz soufflé peut passer totalement ou partiellement à travers le générateur de plasma Par ailleurs, on peut mélanger plus ou moins du gaz soufflé en aval du générateur de plasma. Normalement, on utilise de l'air comme gaz soufflé Cependant, dans des conditions normales, il est essentiel de minimiser le risque de la formation de bioxyde d'azote, ce que l'on peut obtenir en chauffant de la vapeur dans le générateur de plasma, laquelle vapeur chauffée est alors utilisée pour chauffer le ait Il K b - r Eventuellement, des combustibles solides comme du charbcn, des déchets de caoutchouc et/ounde l'huile usée sont mélangés à la matière reçue, ce qui permet de contrôler l'équivalent thermique du gaz produit. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'énergie thermique supplémentaire est 4 2543263 matière reçue est préséchée et vaporisée tandis qu'elle s'écoule en même temps que le gaz de traitement L'un des avantages réside dans le fait que la plus grande partie de la teneur en eau n'a pas à être désintégrée et qu'une petite quantité du carbone reçu peut s'oxyder en gaz carbonique sans obtenir une-trop basse température dans le gaz sortant Cet enlèvement de l'eau et cette oxydation d'une partie du carbone réduisent considérablement la nécessité de l'énergie thermique supplémentaire. D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon la présente invention seront révélés dans la description détaillée qui suit en se référant au dessin joint dans lequel: La figure unique montre schématiquement un moyen pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. Ainsi, la figure montre schématiquement une installation pour accomplir le procédé selon la présente invention, le four à cuve o a lieu la destruction étant indiqué en 1. La matière reçue sous la forme de déchets, principalement des déchets domestiques, éventuellement en mélange avec un combustible solide comme de la houille et des déchets de caoutchouc, est introduite au sommet du four à cuve désigné en 2, par un moyen de décharge étanche au gaz, qui n'est pas représenté en détail. Le four à cuve 1 est pourvu d'un moyen d'alimentation en air soufflé à trois niveaux 2543263 différents, c'est-à-dire au-dessus du niveau de charge- ment 3, dans la région moyenne 4 de la cuve et au fond de la cuve Un tambour annulaire 6 est également agencé à peu près aux aeux tiers, en hauteur, de la cuve, par lequel le gaz produit peut quitter le four. Des générateurs de plasma 7 sont agencés pour chauffer l'air soufflé L'air soufflé est amené au four à cuve par des tuyaux 9 et le gaz produit quitte le tambour annulaire 6 par le tuyau 10 Diverses unités d'échange de chaleur peuvent être agencées pour pré- chauffer l'air soufflé au moyen du gaz quittant le four, avant que l'air soufflé ne soit forcé à traverser les générateurs de plasma Cependant, celles-ci ont été omises afin de ne pas compliquer inutilement le dessin, en particulier parce que leur emplacement et leur construction n'a pas une importance décisive pour le concept inventif. Le procédé selon l'invention sera maintenant illustré en détail Il faut cependant noter que les données indiquées peuvent être modifiées et changées sans sortir du cadre de l'invention. La matière reçue est ainsi introduite par le moyen de décharge étanche au gaz qui a été précédemment mentionné, et la température augmente graduellement tandis que la matière descend à travers la cuve Au fond 11 de la cuve, des substances non combustibles sont converties en scories liquides que l'on retire par une sortie 12 de scories Le gaz produit est retiré par le tambour annulaire 6 qui, selon ce que l'on a indiqué cidessus, est agencé à peu près aux deux tiers, en hauteur, de la cuve L'air soufflé prétraité à environ 400 WC par échange de chaleur avec le gaz produit, est chauffé par le générateur de plasma 7 à environ 800 C puis est soufflé par le moyen d'alimentation en air 3, 4, 5 au-dessus de la surface de chargement, immédiatement au-dessus ou en-dessous de la bague annulaire 6 pour l'enlèvement du gaz et à la partie du fond de la cuve Ces trois écoulements d'air soufflé peuvent être contrôlés indépendamment les uns des autres, à la fois par rapport à la température et à la quantité. Le procédé peut être subdivisé en trois étapes, désignées en I, Il et III, qui ont lieu dans différentes zones du four à cuve, les limites approximatives de ces zones étant indiquées sur le dessin par des lignes en pointillés Le procédé n'est en aucun cas limité à ces trois zones, on peut utiliser quatre zones ou plus. A la zone I, la teneur en eau dans la matière reçue est évaporée et il se produit une vaporisation et une carbonisation initiales de la matière ainsi qu'une combustion partielle Comme la température finale n'atteint qu'environ 600 'C, l'eau ne peut se désintégrer de façon remarquable, et la matière vaporisée peut, de façon importante, être brûlée en gaz carbonique et eau. On admet que cela réduit l'équivalent thermique du gaz produit mais cela réduit également considérablement la chaleur requise dans le procédé continu de vaporisation. La vapeur d'eau dans le gaz à la sortie de la zone I aide également à la désintégration des hydrocarbures incomplètement désintégrés à la sortie de la zone II. Comme la composition, les dimensions des morceaux et la teneur en eau dans la matière reçue varient considérablement, il est impossible de spécifier des valeurs exactes pour le processus de réacticn dans la zone I Il est par conséquent essentiel que l'installation soit surdimensionnée par rapport à la quantité attendue de matière reçue, en particulier par rapport à la température et à la quantité de l'air soufflé qui est amené Le-procédé dans la zone I peut être contrôlé au moyen de la température du gaz sortant. Les données approximatives qui suivent donnent une idée de ce qui se produit dans la zone I 80 % de l'eau introduite s'évaporent % de la partie volatile des déchets se vaporisent % de la partie volatile de carbone se vaporisent 10 % du carbone lié se vaporisent le rapport CO 2/CO est de 2:1 et le rapport H 2 O/H 2 est de 3:1 dans le gaz sortant la température du gaz sortant est d'environ 6000 C. Dans la zone II, la température de la matière augmente de 600 'C à environ 1400 'C tandis que la température du gaz quittant la zone II est d'environ 1200 'C La partie volatile des déchets, le charbon et le caoutchouc se vaporise sensiblement totalement dans la zone II La chaleur requise dans la zone II est couverte par le gaz chaud provenant de la zone III, tandis qu'il y a un certain manque d'oxygène. De l'air soufflé supplémentaire doit par conséquent être fourni à la zone Il pour obtenir une désintégration ccmplète des hydrocarbures vaporisés. A la transition entre les zones I et II, le gaz chaud de la zone II est mélangé à un gaz quelque peu plus froid sortant de la zone I, donc la température du gaz s'écoulant vers le tambour annulaire est d'environ 2543 Z 63 1000 'C Cette relativement haute température, ainsi que la vapeur d'eau dans le gaz de la zone I a pour résultat que tous les hydrocarbures restants se désintègrent rapidement. Ce piccédé qui a lieu dans la zone II est contrôlé à l'aide de la température et du potentiel d'oxygène dans le gaz sortant. Dans la zone III, la température augmente d'environ 1200 'C à environ 15000 C Seule la matière carbonisée et inerte entre dans la zone III et les produits quittant la zone III sont par conséquent de l'oxyde de carbone et des scories liquides La chaleur nécessaire dans cette zone est couverte partiellement par la chaleur de combustion quand le carbone s'oxyde en oxyde de carbone et partiellement par l'air soufflé chauffé Comme la température finale de vaporisation est maintenue à une valeur aussi élevée que 1500 'C, toute la matière ne pouvant se vaporiser est convertie en scories, et peut être prélevée sous la forme de scories liquides, o tous les constituants sont fermement liés en une phase de scories ressemblant à du verre, ce qui facilite ainsi considérablement un dépôt sans risque Le procédé dans la zone III est contrôlé principalement par la température des scories. -Le mélange d'un combustible solide dans les déchets avant de les soumettre au processus de vaporisation selon l'invention offre un certain nombre d'avantages Cela augmente l'équivalent thermique de la matière, réduisant ainsi la nécessité d'une énergie thermique amenée de l'extérieur Cela délie également la matière chargée, la-rendant plus uniforme En contrôlant la quantité de la proportion du combustible 9- ajouté, il est également possible de contrôler le volume de chaleur produite dans le gaz dans de larges limites, en suivant ainsi les variations de l'énergie thermique dont aura besoin le consommateur futur. L'addition-du combustible solide à un destructeur de déchets opérant selon les principes de l'invention en forme un fournisseur valable de gaz pour des installations de chauffage de quartiers et des stations génératrices de vapeur ayant des demandes thermiques variables, par exemple. Les avantages les plus remarquables du procédé selon l'invention peuvent être résumés comme suit: la vaporisation se produit à une haute température, ce qui donne un gaz pur et empêche la formation de goudron et de substances d'une odeur désagréable. Les substances ne pouvant être vaporisées sont liées en scories liquides se solidifiant lors du refroidissement, ce qui donne un produit sans odeur, cela facilite le dépôt et cela empêche les métaux lourds, par exemple, d'être lixiviés vers l'extérieur. La teneur en chaleur dans le gaz produit peut être contrôlée par addition de combustibles solides. r - REVENDICATIONS 1 Procédé de destruction et de vaporisation de déchets, principalement des déchets domestiques, la matière étant amenée au sommet d'un four à cuve( 1) par un moyen de décharge étanche au gaz, caractérisé en ce que la matière reçue est préséchée et prévaporisée tout en s'écoulant avec du gaz de traitement, et en ce qu'outre l'énergie thermique produite pendant la combustion, une quantité supplémentaire et contrôlée d'énergie thermique est ajoutée au moyen d'un gaz soufflé qui est totalement ou partiellement électriquement chauffé. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise au moins un générateur de plasma ( 7) pour chauffer le gaz soufflé. 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un combustible tel que de la houille, des déchets de caoutchouc, de l'huile usée,- est mélangé dans la matière reçue. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'énergie thermique dans le gaz produit est régulée en contrôlant la quantité ou la proportion du combustible, que l'on mélange à la matière reçue. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les températures de vaporisation et de scarification sont contrôlées en contrôlant la quantité d'énergie thermique fournie au gaz soufflé. 6 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz soufflé est amené à 1 1 plusieurs niveaux différents dans le four à cuve. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le gaz soufflé est amené au moins au sommet du four à cuve au-dessus du niveau de chargement, à la région médiane du four à cuve et en son fond, les températures et le potentiel d'oxygène des trois écoulements différents de gaz soufflé étant contrôlés indépendamment les uns des autres. 8 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le processus est accompli dans au moins trois zones différentes (l,11,III) du four à cuve ( 1) lesd:ites zones étant formées par l'alimentation en gaz soufflé à trois niveaux différents. 9 Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les températures dans les trois zones différentes 1, 2 et 3 du four à cuvé sont contrôlées à environ 600 'C, 1400 'C et 15000 C, respectivement. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz produit est retiré par un tambour annulaire ( 6) agencé à peu près aux deux tiers en hauteur, du four à cuve. 11 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz soufflé amené est pré- chauffé par échange de chaleur avec le gaz sortant produit. 12 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz soufflé est chauffé par un petit écoulement de gaz qui est chauffé à une extrêmement haute température dans un générateur de plasma, et celui-ci est alors utilisé pour chauffer la quantité principale du gaz au point souhaité. 13 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que lorsque le gaz soufflé est de l'air, la vapeur est chauffée dans un générateur de plasma afin de subséquemment chauffer-l'air soufflé, pour diminuer le risque de la formation d'oxyde. d'azote.