Brevet FR2635170A1 — publié le 19900209

APPAREIL ET PROCEDE POUR LA DESTRUCTION DES DECHETS PAR INCINERATION OU PYROLYSE La présente invention concerne un appareil et un procédé destinés à un incinérateur ou pyrolyseur de déchets et elle a trait, en particu- lier, à l'utilisation d'un fourneau rotatif fonctionnant à des tempéra- tures élevées produite par un four alimenté par un gaz, un fuel ou un plasma, afin de traiter thermiquement les déchets. Les besoins actuels d'élimination des déchets, comme les déchets industriels ou urbains, ont présenté de nombreux problèmes. D'une part, il est souhaitable de procéder à l'élimination des déchets de la façon la plus économique possible. D'autre part, ces façons de faire ont soulevé d'autres problèmes comme l'émission de gaz et de particules solides dangereux dans l'atmosphère. On a tenté diversement d'incinérer des déchets de façon économique et sans polluer l'atmosphère. Le pro- blème est particulièrement important dans le cas de déchets dangereux et toxiques. Il est évident que de telle matières ne doivent pas être disséminés dans l'atmosphère. La présente invention comprend un incinérateur ou pyrolyseur pour traiter thermiquement, de façon continue, des déchets et comportant un four isolant enfermant un chambre de post-combustion ayant une arri- vée d'introduction de gaz dans le four et une sortie d'évacuation de gaz A l'extérieur du four, des moyens de chauffage de la chambre à des tempé- ratures supérieures à 982'C, un fourneau rotatif de forme tubulaire ins- tallé à l'intérieur du four, le four ayant une paroi de fond en-dessous du fourneau et la paroi de fond étant équipée d'une bouche d'évacuation des déchets, des moyens d'admission pour introduire les déchets dans une des extrémités du fourneau, des moyens d'évacuation pour décharger les déchets solides à l'autre extrémité du fourneau sur la paroi de fond du four, des moyens pour déplacer les déchets solides sur la paroi de fond du four vers la bouche d'évacuation des déchets, et des moyens pour permettre aux produits gazeux des réactions de s'échapper du fourneau et d'entrer dans l'arrivée des gaz de la chambre de post-combustion. L'invention comprend également un procédé pour traiter thermique- ment, de façon continue, des déchets, ce procédé comportant les étapes de chauffage d'une chambre de post-combustion à l'intérieur du four jusqu'à une température surpérieure à 982 C, de rotation d'un fourneau à l'intérieur du four, d'introduction des déchets à l'une des extrémités du fourneau et de déchargement des déchets solides traités à l'aut-re extrémité du fourneau sur la paroi de fond du four, de déplacement des déchets solides déchargés le long de la paroi de fond du four jusqu'à une bouche d'évacuation des déchets, et d'alimentation de la chambre de de post-combustion en produits gazeux résultant des réactions- et en pro- venance du fourneau. De façon approprié, l'incinérateur ou pyrolyseur comprend: un fourneau tubulaire monté de façon rotative à l'intérieur d'un four, ce four ayant une paroi de fond en-dessous du fourneau et la paroi de fond étant équipée d'une bouche d'évacuation des déchets; des moyens d'admission pour délivrer des déchets à une des extrémités du fourneau et des moyens de déchargement des déchets solides brûlés à l'autre extré- mité du fourneau sur la paroi de fond du four; des moyens pour intro- duire un réactif à l'intérieur du fourneau; une sortie des gaz à tra- vers la chambre de post-combustion; et des moyens pour déplacer les déchets brûlés le long de la paroi de fond du four jusqu'à une bouche d'évacuation des déchets brûlés. Avantageusement le procédé comprend les étapes de chauffage du fourneau à une température supérieure à 982'C; de rotation du four- neau à l'intérieur du four; d'introduction des déchets dans une des extrémités du fourneau et de déchargement des déchets brûlés de l'autre extrémité du fourneau sur la paroi de fond du four; et de déplacement des déchets déchargés le long de la paroi de fond du four jusqu'à une bouche d'évacuation des déchets pratiquée dans la paroi. Un objectif de cette invention réside dans le fait que les com- posés aromatiques chlorés risquent moins de se former s'ils sont réduits par craquage thermique en molécules plus petites comme le méthane, l'éthylène, HC1, le benzène, les radicaux libresetc...avant d'être brûlés. Enfin, le fourneau peut fonctionner dans une atmosphère oxydante ou réductrice et la production de dioxines et de furanes est évitée. Un autre objectif réside dans le fait que les fuites d'air et les pertes de chaleur sont minimales permettant en conséquence un meilleur contrôlé et un meillleur rendement énergétique. L'invention est maintenant décrite, au moyen d'exemples, en fai- sant référence aux schémas annexés dans lesquels: La Figure 1 est une vue en plan d'un incinérateur, La Figure 2 est une vue verticale en coupe selon la ligne II-II de la Figure 3; La Figure 3 est une vue verticale en coupe selon la ligne III- III de la Figure i; et La Figure 4 représente une pale montée longitudinalement et équipant le fourneau. En se référant aux schémas, on voit qu'un incinérateur ou pyro- lyseur 5 (Figure 1) comprend un four isolant 7, une trémie ou une machi- ne à déchiqueter 9, un transporteur 11 à vis sans fin (Figure 3), une source de chaleur ou torche à plasma 13, une sortie de gaz 15 et un fourneau 17. L'incinérateur 5 est installé sur un support 18. Le four 7 comprend une enveloppe réfractaire faite en un maté- riau approprié, et enferme une chambre de post-combustion 19 comportant des parois de toit et de fond 21, 23, des parois d'extrémité opposées , 27 et des parois latérales opposées 29, 30. La paroi de fond 23 est installée sur le support 18 et est équipée d'une bouche d'évacuation de déchets 31.Le fourneau 17 est installé selon un axe horizontal à l'in- térieur de la chambre de post-combustion 19. Les extrémités 25, 27 du fourneau sont montées sur des arbres rotatifs 39, 41 qui sont respecti- vement portés par les paliers 43, 45. L'arbre 39 est creux et est utili- sé comme une arrivée auxiliaire pour l'introduction d'air, de produits 2 635170 chimiques, comm.e l'oxyde de calcium ou l'acide chlorhydrique, ou comme point de prélèvement d'échantillons. Une roue d'engrenage 47 est soli- daire de l'arbre 39 et est reliée par une.courroie d'entraînement 49 à un moteur 51. Le transporteur à vis sans fin 11 s'étend depuis la partie inférieure de la trémie 9 o un joint d'étanchéité 53 est placé entre le transpDr- teur et la trémie. Des moyens d'entraînement comprenant une roue d'engre- nage 55 sont fixés sur un arbre d'entraînement pour faire tourner le transporteur 11 à vis sans fin à l'intérieur de l'arbre 41. Le fourneau 17 est de forme conique et présente une surface inclinée, depuis l'ex- trémité 37 jusqu'à l'extrémité 35, sur laquelle les déchets, provenant de la trémie 9 et transportés par le transporteur à vis sans fin à l'in- térieur de l'arbre 41, se déplacent en descendant vers la gauche lorsque e fourneau tourne dans le sens de la flèche 57. Des fentes de sortie 59 sont disposées près de l'extrémité gauche du fourneau 17 pour l'évacua- tion des résidus solides et des gaz. Le fourneau 17 a une structure tu- bulaire. Il est fabriqué avec un matériau ayant un fort coefficient de conductivité thermique, comme un métal, et de préférence un alliage, comme l'Hastelloy ou un équivalent. L'extérieur de la surface métallique peut également être calorifugé. La Figure 3 montre qu'une pluralité de pales 61 sont montées sur la surface conique intérieure du fourneau 17 et sont fixées sur cette sur- face de façon à tourner avec le fourneau. Les pales 61 sont plus parti- culièrement visibles sur le Figure 4 et sont fixées de façon rigide les unes aux autres au moyen de pièces-support de liaison 63 destinées à maintenir l'intervalle souhaité entre les pales 61. Chaque pale 61 est un élément de forme allongée s'étendant entre les extrémités opposées , 37 du fourneau et est fixée par ses extrémités au transporteur à vis sans fin 11 et à l'arbre 39 par un rayonnage intérieur 65. La Figure 3 montre une ailette hélicoïdale 67 fixée sur la surface extérieure du fourneau. En conséquence, quand les déchets provenant de la trémie 9 sont dé- livrés par le transporteur 11 à vis sans fin à travers l'arbre 41, ils tombent sur la surface intérieure du fourneau et s'y répartissent sous l'action des pales 61 et sous l'effet de la pente de la surface conique du fourneau. Les déchets arrivent enfin vers l'extrémité gauche du four- neau o ils tombent par les fentes de sortie 59 sur la paroi de fond 23 du four. Durant ce processus, le four peut fonctionner en atmosphère soit oxydant soit réductrice par injection d'un réactif dans le four- neau par l'intermédiaire de l'arbre 39 comme procédure optionnelle. Des produits chimiques, comme le CaCO3, peuvent être ajoutés facultativement si du chlore est présent dans les déchets, sous la forme par exemple de polychlorobiphényle ou de HCL, dans lequel le radical chlorure peut être éliminé sous forme d'un composé non-nuisible à la santé comme le CaCl2. De là, l'ailette hélicoidale 67 déplace les résidus vers la droite jus- qu'à ce qu'ils tombent du four par la bouche d'évacuation des déchets 31. Simultanément, tout gaz formé durant l'incinération et résultant des réactions s'échappe par les fentes de sortie 59 vers la chambre de post-combustion 19 pour enfin fuir par la sortie de gaz 15. La température à l'intérieur de la chambre de post-combustion est maintenue entre 982'C et 1204,5 C, tandis que la température dans le fourneau est maintenue dans le domaine de températures de 538 C à 871'C environ. Ces températures sont maintenues par une source d'énergie, com- me un brûleur à propane. L'incinérateur (ou pyrolyseur) détruit les terres, les boues ou les liquides organiquement contaminés par application de la technologie pyrolytique au processus d'incinération. Une caractéristique originale de cet incinérateur est qu'il n'y a pas de brûleur dans le fourneau. La forme conique du fourneau métallique, et les pales Qunervures inté- rieures améliorent le mélange des déchets à l'intérieur du fourneau. L'ailette hélicoïdale présente sur la surface extérieure du fourneau remue de nouveau les déchets incinérés, après leur évacuation du four- neau, sur la paroi de fond du four jusqu'à la bouche d'évacuation des déchets. Les déchets sent introduits par l'intermédiaire d'un système d'alimentation du type à vis/machine à déchiqueter à travers le trans- porteur creux 11 et dans le fourneau conique tournant. Les déchets sont remués et déplacés dans le fourneau, après quoi les résidus solides tombent sur la paroi de fond du four tandis que les matières organiques volatilisées et pyrolysées s'échappent sous forme de gaz par le haut du fourneau. L'ailette hélicoidale à l'extérieur du fourneau transporte les résidus solides jusqu'à la bouche d'évacuation des déchets d'o ils tombent dans une fosse à cendres. De plus, il n'existe qu'une fuite d'air minime par les joints, comme par exemple à l'endroit o les arbres traversent les parois d'extrémité du four, parce que les sections de ces arbres sont beaucoup plus petites que le diamètre du fourneau. Atten- du qu'il y a moins de gaz dans le fourneau quand il fonctionne par py- rolyse, le temps de rétention des gaz dans le fourneau est plus long que dans un incinérateur classique. En résumé, l'incinérateur de la présente invention a les avan- tages de compacité, d'économie de chaleur, de coût économique minimal, de palier froids, d'air contrôlé (oxydation, séchage, réduction, py- rolytiques), de maintenance simple, de poids faible, de temps de ré- tention longs pour les résidus solides (fourneau + chambre de post- combustion) et pour les gaz dans le fourneau. REVENDICATIONS 1. Incinérateur ou pyrolyseur (5) destiné à traiter thermique- ment, de façon continue, des déchets caractérisé par le fait qu'il com- prend un four de combustion isolant (7), enfermant une chambre de post- combustion (19) équipée d'une arrivée (13) de gaz dans le four et d'une sortie (15) de gaz à l'extérieur du four, des moyens pour chauffer la chambre à une température supérieure & 982'C, un fourneau (17) de for- me tubulaire monté de façon à pouvoir tourner dans Le four dont une paroi de fond (23) en dessous du fourneau est équipée d'une bouche (31) d'éva- cuation des déchets, des moyens (11) d'admission des déchets à une des extrémités du fourneau et des moyens de déchargement des déchets solides à l'autre extrémité du fourneau sur la paroi de fond du four, des moyens (67) pour déplacer les déchets solides sur la paroi de fond du four vers la bouche d'évacuatiQn des déchets, et des moyens permettant aux produits gazeux des réactions de s'échapper du fourneau vers la sortie (15) des gaz de la chambre de post-combustion (19). 2. Incinérateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens permettant d'introduire un réactif dans le fourneau. 3. Incinérateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le four présente une structure totalement étanche à l'air. 4. Incinérateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'intérieur du fourneau comprend un système de pales destiné à pousser les déchets depuis les moyens d'admission Jusqu'aux moyens de déchargement. 5. Incinérateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le fourneau tubulaire (17) comprend une extrémité de section réduite à son extrémité d'admission des déchets et une extrémité de section plus importante adjacente à son extrémité d'évacuation. 6. Incinérateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le système de pales comprend une pluralité de pales longitu- dinales (61) parallèles à l'axe du fourneau et fixées sur la surface intérieure de celui-ci. 7. Incinérateur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le fourneau comporte une paroi faite en métal, et que les moyens pour déplacer les déchets le long de la paroi du fond comprennent une ailette hélicoidale (67) montée sur la surface extérieure du fourneau. 8. Procédé pour traiter thermiquement de façon continue des déchets, caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes de chauffage d'une chambre de post-combustion (19) installée à l'intérieur d'un four (7) porté à une température supérieure à 982 C, de - rotation d'un fourneau (17) à l'intérieur du- four, d'introduction des déchets à une des extrémités du fourneau et de déchargement des déchets solides traités à son autre extrémité sur la paroi de fond (23) du-four, de déplacement de ces déchets solides déchargés sur la paroi de fond vers une bouche (31) d'évacuation des déchets pratiqués dans le four et d'alimentation de la chambre de post-combustion en produits gazeux provenant des réactions chimiques dans le fourneau. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'un réactif est introduit dans le fourneau;