Brevet FR2648128A1 — publié le 19901214

La présente invention concerne la valorisation des composts provenant essentiellement du traitement des ordures ménagères, et d'autres déchets tels que des boues d'épuration et des effluents produits par les digesteurs de fermentation. On peut définir ces composts et ces déchets comme étant un mélange de produits solides, en milieu plus ou moins humide, auquel on a fait subir, c'est notamment le cas pour les ordures ménagères, des opérations mécaniques de broyage et de triage, et dans tous les cas, des opérations de transformation biologique de la matière organique par fermentation, échauffement et bio-dégradation aérobie ou anaérobie. A titre indicatif, un compost urbain peut avoir la composition suivante - Eléments fertilisants N : 0,6 à 1,5E P205 : :'0,5 à 2,55 K20 : 0,2 à 2e. - Matières organiques 20 à 309 - Eau 30 à 35eus - Eléments minéraux et oligo-éléments Ces éléments tels que Mg, S, Cu, Na, Ca, Mo, B peuvent etre en quantité très variable mais sont très intéressants par leur valeur agronomique. - Eléments gênants Verre, plastique, caoutchouc, métaux. Ces éléments gênants se trouvent en quantité variable et sous une forme plus ou moins bien broyée, suivant le procédé employé et la qualité et l'effica- cité des équipements des ateliers de traitement et de triage. Ces composts ainsi que les boues sont utilises en agriculture car ils permettent de réaliser un amendement organique et d'effectuer un apport d'oligoéléments ainsi que d'éléments fertilisants. Une telle utilisation offre cependant des inconvénients notables, à savoir - Manutention et transport de tonnages et volumes importants de matière pour un apport faible en éléments fertilisants; - Assimilation lente et incomplète par les plantes des éléments fertilisants qui se trouvent dans les composts et les boues sous forme de combinaisons chimiques non solubles et peu assimilables; - Risque de salir les terres par des composts trop riches en verre, en plastique, en caoutchouc et matériaux non bio-dégradables. Il est par ailleurs connu dans la technique de dissoudre certaines matières organiques relativement nobles, telles que des suints ou des cuirs, dans de l'acide sulfurique relativement concentré et chaud. L'acide sulfurique contenant .ces matières dissoutes peut être utilisé pour fabriquer du superphosphate simple ou phosphate monocalcique, dans la mesure où il présente une concentration supérieure à 70-s, par exemple comprise entre 70 et 75. A cet effet, on mélange l'acide et du phosphate tricalcique pour obtenir une bouillie fluide qui est introduite dans un appareil appelé "cave" dans lequel s'effectue la réaction exothermique de transformation du phosphate tricalcique en phosphate monocalcique, avec production de sulfate de chaux, d'oû résulte un passage du mélange de l'état fluide à l'état solide ainsi qu'une évaporation d'eau. A la sortie de la cave, le superphosphate peut être stocké avant granulation ou bien granulé immédiatement. Un tel procédé ne peut etre transposé aux composts ou aux boues, car la bouillie qui serait obtenue par dissolution des composts dans de l'acide sulfurique se trouverait très fortement diluée en raison de l'eau apportée par le compost et n'aurait plus la concentration optimale suffisante pour neutraliser rapidement le phosphate, selon le procédé connu. C'est précisément I'objectif que se fixe l'invention, que de proposer un procédé et une installatin permettant de valoriser dans des conditions industrielles et économiques intéressantes des produits tels que les composts provenant du traitement des ordures ménagères et les autres déchets analogues. A cet effet l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'engrais à partir d'un produit résiduaire tel qu'un compost, des boues ou d'autres déchets, caractérisé en ce qu'on traite le produit résiduaire par de l'acide sulfurique pour dissoudre les matières organiques, on filtre le produit de dissolution ainsi obtenu pour éliminer les matériaux indésirables non dissous par l'acide sulfurique, on mélange le produit de dissolution filtré avec agent neutralisant choisi parmi du phosphate tricalcique et/ou de la dolomie ou toute autre matière première contenant un ou plusieurs éléments fertilisants susceptibles de neutraliser l'acide sulfurique, pour obtenir une bouillie homogène, on met en contact cette bouillie avec des produits de recyclage et l'on forme des granulés, puis on effectue un séchage de façon à provoquer l'évaporation de l'eau et la concentration de l'acide, jusqu'à atteindre une concentration suffisante au sein des granulés pour permettre une réaction rapide de l'acide avec l'agent neutralisant, puis on poursuit le séchage des granulés jusqu'à atteindre un taux d'humidité déterminé et l'on sépare, comme connu en soi, le produit marchand des produits trop gros ou trop fins. Suivant une autre caractéristique, on introduit en même temps que les produits de recyclage des matières premières organiques ou chimiques constituant des additifs et choisies par exemple dans le groupe comprenant : les tourteaux, de la farine de viande, de poisson ou de cuir, des sels azotés, des sels contenant du P205 et des sels contenant du K20. L'invention a également pour objet une installation permettant la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus et comprenant une cuve de mélange du produit résiduaire et de l'acide sulfurique, au moins un poste de tamisage ou de filtration pour séparer de la bouillie obtenue dans la cuve de mélange les matériaux insolubles, des moyens de lavage de ces matériaux insolubles par de l'acide sulfurique, des moyens de lavage des matériaux insolubles par de l'eau, un malaxeur dans lequel est effectué le mélange de la bouillie acide filtrée avec l'agent neutralisant tel que du phosphate tricalcique et/ou de la dolomie, un malaxeur-granulateur muni de moyens d'alimentation en produit sec recyclé et dans lequel est introduite la bouillie en provenance du malaxeur, un appareil sécheur-réacteur dans lequel sont introduits les granulés provenant du malaxeur-granulateur, ainsi que des moyens de tamisage, de broyage et de recyclage des refus. L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant au dessin annexé dont'la figure unique est un schéma d'une installation selon l'invention. On a représenté sur ce schéma - un bac homogénéiseur 1 équipé d'un agitateur 2; - un dispositif de filtration ou de tamisage 3; - un poste 4 de lavage à l'acide sulfurique; - un poste 5 de lavage à l'eau; Le bac 1 est alimenté en compost ou autres déchets, en 20, ainsi qu'en acide sulfurique plus ou moins dilue, par des conduites schématisées en 21, 22, 23, provenant des postes de lavage 4 et 5. Une alimentation distincte en acide peut également etre prévue. Les postes de lavage 4 et 5 sont alimentés respectivement en acide et en eau par des canalisations 24, 25. - un premier malaxeur 6 qui peut être de construction classique et qui ne sera pas décrit en détail, dans lequel sont introduits, d'une part, la bouillie provenant du filtre 3 par une canalisation 26 et, d'autre part, l'agent neutralisant tel que du phosphate tricalcique ou de la dolomie, en 27. - un deuxième malaxeur 7 constituant également un granulateur, disposé en série avec le premier et dans lequel peuvent etre introduits en 28 des produits secs de recyclage ainsi qu'éventuellement, en 29, d'autres produits d'addition; ce granulateur malaxeur est également de préférence muni d'hélices 8 tournant à grande vitesse (1000 à 3000 tours/minute); - un sécheur 9 qui peut dans l'ensemble être de construction classique et dont on indiquera, simplement qu'il est constitué par un cylindre tournant, équipé dans une première zone d'entrée de spires 10 d'avance rapide, suivies d'une zone lisse 11 puis d'une troisième zone comportant des pelles releveuses 12. - l'installation est complétée par un dispositif de tamisage 13, 14 permettant de séparer le produit marchand des granulés trop fins ainsi que des granulés trop gros qui sont broyés dans un broyeur 15, les produits fins et les produits gros ainsi broyés étant ensuite recyclés vers le malaxeur granulateur. Le produit marchand est évacué en 30 pour etre stocké ou expédié. Le cyclindre sécheur est par ailleurs relié en 31 à un dispositif d'aspiration non représenté équipé de moyens d'épuration. Les différentes phases du procédé suivant l'invention sont les suivantes On dissout tout d'abord le compost ou les boues résiduaires contenant des produits organiques, dans de l'acide sulfurique, en mélangeant le compost et une solution d'acide dans le bac 1 équipé de l'agitateur 2. Le temps de rétention dans ce bac peut etre de l'ordre de 10 à 15 minutes, par exemple. L'alimentation en compost, en acide et en eau est continue et est controlée de façon connue par des dosimètres et des débitmètres (non représentés). La température de la bouillie dans cette cuve doit etre de l'ordre d'au moins 90 à 95"C. Si cette température n'est pas atteinte, par exemple en raison de l'emploi d'un acide trop dilué, il est nécessaire de réchauffer le mélange et d'équiper la cuve de moyens de réchauffage tels qu'un serpentin dans lequel circule un fluide chauffé. L'extraction hors de la cuve 1 est également effectuée en continu, par exemple par déversement par trop plein. La bouillie liquide sortant de la cuve d'homogénéisation est filtrée en 3, pour séparer de cette bouillie les matériaux insolubles (verre, plastique, métaux, etc ..) ayant une dimension par exemple supérieure à 1,5 mm. Les matériaux insolubles sont ensuite lavés successivement à l'acide sulfurique (en 4) et à l'eau (en 5), les solutions de lavage étant ensuite recyclées dans la cuve 1. Après filtration, la bouillie acide contenant des matières organiques dissoutes est introduite en continu dans le malaxeur 6, pour y etre mélangée avec du phosphate tricalcique sous forme pulvérulente, dans le but de fabriquer du phosphate monocalcique. En variante, dans ce malaxeur, la bouillie acide organique peut être mélangée avec de la dolomie, en vue de fabriquer un produit contenant du sulfate de magnésium. On peut également introduire dans le malaxeur un mélange de phosphate tricalcique et de dolomie. On obtient à la sortie du premier malaxeur une bouillie homogène épaissie qui est transférée dans le second malaxeur 7 pour y etre transformée en granulés humides et acides. A cet effet on ajoute dans le second malaxeur des produits de recyclage et le cas échéant des additifs constitués par des matières premières fertilisantes organiques ou minérales, afin de fabriquer éventuellement un engrais binaire ou ternaire. Suivant le taux d'humidité de la bouillie épaissie et la composition du produit à obtenir, le rapport entre le poids des matières solides introduites dans le malaxeur 7 et le poids de la bouillie, peut varier entre 1 et 3 environ. Dans ce second malaxeur, les matières en présence ne sont pas seulement mélangées pour obtenir un produit homogène, mais sont également mixées par les hélices 8 de façon à diviser la pate progressivement épaissie par des matières solides, en particules de diamètre compris entre 1 et 5 mm environ et pour les maintenir en suspension dans le malaxeur. Pour obtenir une bonne formation et une bonne tenue des particules granulées, la température dans le second malaxeur doit hêtre d'au moins 60'C environ. Si en raison d'emploi d'acide trop dilué ou d'incorporation de quantités trop importantes d'addit.ifs froids cette température n'est pas atteinte, il convient de réchauffer le mélange avec de la vapeur et/ou d'équiper le malaxeur d'une enveloppe chauffante. A la sortie de cet appareil, les particules granulées sont introduites de préférence par gravité dans le cylindre sécheur 9 agencé pour remplir les trois fonctions suivantes - arrondir les particules granulées sortant du malaxeur 7; - concentrer la solution acide imprégnant les granulés pour accélérer les réactions de neutrali- sation; - sécher les granulés pour leur conférer les caractéristiques de résistance mécanique et de non reprise en masse indispensables aux qualités demandées pour le produit marchand. Dans la première zone 10, les granulés avancent rapidement, puis dans la zone lisse 11 ces particules granulées s'arrondissent sur les parois du cylindre, se compactent et voient leur densité au menter en roulant les uns sur les autres. Dans la troisième zone 12, les granulés sont repris par les pelles releveuses agencées pour réaliser un brassage des granulés et surtout un remplissage total et homogène de la section du cylindre où les granulés retombent en pluie et sont mis en contact avec l'air chaud circulant dans le même sens que le produit, afin d'obtenir le meilleur rendement d'échange calorifique. A partir d'un certain niveau de séchage, l'acide libre compris dans chaque granulé atteint la concentration optimale pour neutraliser rapidement le phosphate et/ou la dolomie entrant dans la composition du complexe à fabriquer. Après cette réaction de neutralisation, les granulés poursuivent dans la dernière partie du cylindre l'opération de séchage nécessaire à l'obtention d'un engrais de bonne qualité. A titre d'exemple, on peut donner ci-après les caractéristiques principales du cylindre sécheur, qui peuvent bien entendu varier en fonction de la composition des produits que l'on souhaite obtenir. - Temps de séjour dans le cylindre sécheur de 30 à 45 minutes environ. - Température des gaz - à l'entrée du cylindre : de 300 à 400' C - à la sortie du cylindre : de 80 à 100. C - Vitesse périphérique de rotation : de 25 à 32 m par minute environ, - Humidité des granulés à la sortie : de 1 à 4a suivant les compositions. A la sortie du cylindre sécheur 9, les granulés tout venant subissent les opérations classiques et bien connues de tamisage en 13 et 14, de recyclage et de refroidissement en ce qui concerne le produit marchand. Les granulés de dimension trop importante sont broyés en 15 et mélangés aux produits trop fins, pour alimenter le malaxeur 7. Bien entendu, si cela est nécessaire pour conserver un taux d'alimentation correct du malaxeur 7 en produit de recyclage, on peut prélever en 32 sur le produit marchand le complément indispensable. Le procédé et l'installation que l'on vient de décrire permettent d'utiliser des acides résiduaires de concentration inférieure à 70-s, qui à l'heure actuelle et dans les techniques connues doivent etre mélangés avec de l'acide noble à concentraction élevée. Le procédé selon l'invention est donc particulièrement avantageux au plan économique, car le cout de l'opération d'évaporation séchage effectué dans le cylindre sécheur 9 est inférieur au coût représenté par de l'acide à concentration élevée. Il est particulièrement intéressant en effet d'atteindre une concentration d'acide suffisante au cours de l'opération de séchage, par évaporation de l'eau en excès. Ce procédé permet de valoriser dans des conditions industrielles et économiques satisfaisantes des composts ou autres boues et résidus présentant une valeur certaine d'enrichissement des sols. Les exemples suivants illustrent la présente invention. EXEMPLE 1 Fabrication d'un superphoshate organique dosant 16 \ de P205. Matières premières mises en jeu pour la production de 1000 kg de produit fini - acide sulfurique de récupération 75 % . . 438 kg (acide résiduaire courant sur le marché) - compost à 33 % d'eau . . 300 kg - phosphate 33,5 P205 . 485 kg - eau de lavage . . .... 50 kg Total . . 1.273 kg Teneur en eau du mélange. - de l'acide 438 x 0,25 . +.,, ., 109,5 kg - du compost 300 x 0,33 . .... 99,0 kg 99,0 kg - du lavage . 50,0 kg 258,5 kg Teneur en acide sulfurique 100 s. 438 x 0,75 .. . . . 328,5 kg Concentration de l'acide dans le mélange .. 55,9 '. Les conditions opératoires sont rassemblées dans le Tableau I. EXEMPLE 2 Fabrication de magnésie organique dosant 9 % de MgO. Matières premières mises en jeu pour la production de 1000 kg de produit fini - acide sulfurique de récupération 75 % . 610 kg - compost 33 % d'eau . 407 kg - dolomie dosant 21 % de MgO . 429 kg - eau lavage . 50 kg 1.496 kg Teneur en eau du mélange - de l'acide 610 x 0,25 . 252,5kg - du compost 407 x 0,33 ... ....... 134,3 kg - de l'eau de lavage . .......... zoukg 336,8 kg Teneur en acide sulfurique 100 t 610 x 0,75 .. . . . 457,5 kg Concentration de l'acide dans le mélange 57,59 5. Les conditions opératoires sont rassemblées dans le Tableau I. EXEMPLE 3 Fabrication d'un engrais organochimique 2.7.10 + 3 MgO. Matières premières mises en jeu pour la production de 1000 kç de produit fini - acide sulfurique 75 % . 387 kg - compost 33 d'eau 263 kg - dolomie 21 5. MgO 143 kg - phosphate 33,5 . P205 . 212 kg - sulfate d'ammonium 21 t. 195 kg - chlorure de potassium 61 t 170 kg - eau de lavage 50 kg 1.420 kg Teneur en eau du mélange - de l'acide 387 x 0,25 96,75 kg - du.compost 263 x 0,33 86,75 kg - de l'eau de lavage 50,00 kg 233,54 kg Teneur en acide 100 % 387 x 0.75 . . - . . . . 290,25 kg Concentration de l'acide dans le mélange ... 55,41 . Les conditions opératoires sont rassemblées dans le Tableau I. TABLEAU I - CONDITIONS OPERATOIRES Mélange dans cuve 1 Exemple 1 Exemple 2 Exemple 3 - Température en C C 90 90 90 - Temps de séjour en minutes 10 10 15 Eau de lavage sur tamis 5 - Quantité en litres 50 50 50 Mélange malaxeur 6 - Température en C 90 90 95 - Temps de séjour en minutes 3 4 3 Mélange malaxeur 7 - Température en C 80 75 60 Sécheur 9 - Température gaz entrée en "C 320 350 300 - Température gaz sortie en C 90 90 90 - Température produit entrant "C 80 75 60 - Température produit sortant C 90 90 85 - Temps de séjour en minutes 30 30 84'0 Taux de recyclage nécessaire à la granulation 2 3 2 Humidité du produit marchand en a d'eau 3 à 4 3 à 4 4 Ces exemples illustrent la fabrication avec un acide résiduaire connu et disponible sur le marché. Ces mêmes fabrications peuvent être faites avec un acide plus dilué, la différence essentielle du point de vue mise en oeuvre consistant dans l'augmentation du taux de recyclage. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'engrais à partir d'un produit résiduaire tel qu'un compost, des boues ou d'autres déchets, caractérisé en ce qu'on traite le produit résiduaire par de l'acide sulfurique pour dissoudre les matières organiques, on filtre le produit de dissolution ainsi obtenu pour éliminer les matériaux indésirables non dissous par l'acide sulfurique, on mélange le produit de dissolution filtré avec un agent neutralisant choisi parmi du phosphate tricalcique et/ou de la dolomie ou toute autre matière première contenant un ou plusieurs éléments fertilisants susceptibles de neutraliser l'acide sulfurique, pour obtenir une bouillie homogène, on met en contact cette bouillie avec des produits de recyclage et l'on forme des granulés, puis on effectue un séchage de façon à provoquer l'évaporation de l'eau et la concentration de l'acide, jusqu'à atteindre une concentration suffisante au sein des granulés pour permettre une réaction rapide de l'acide avec l'agent neutralisant, puis on poursuit le séchage des granulés jusqu'a atteindre un taux d'humidité déterminé et l'on sépare, comme connu en soi, le produit marchand des produits trop gros ou trop fins. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on ajoute aux produits de recyclage au moins un additif comprenant au moins une matière première organique ou chimique ayant un pouvoir fertilisant ou d'amendement des sols. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'additif comprend au moins une matière choisie dans le groupe comprenant les tourteaux, la farine de viande, de poisson ou de cuir, des sels azotés, des sels contenant du P205 ou du K20. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise de l'acide sulfurique ayant une concentration inférieure à 70-.. 5. Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle comprend une cuve (1) de mélange du produit résiduaire et de l'acide sulfurique, au moins un poste de tamisage ou de filtration (3) pour séparer de la bouillie obtenue dans la cuve de mélange les matériaux insolubles, des moyens (4) de lavage de ces matériaux insolubles par de l'acide sulfurique, des moyens (5) de lavage des matériaux insolubles par de l'eau, un malaxeur (6) dans lequel est effectué le mélange de la bouillie acide filtrée avec l'agent neutralisant, un malaxeur granulateur (7) muni de moyens (26) d'alimentation en produit sec recyclé et dans lequel est introduite la bouillie en provenance du malaxeur, un appareil sécheur-réacteur (9) dans lequel sont introduits les granulés provenant du malaxeur-granulateur (7), ainsi que des moyens (13, 14, 15) de tamisage, de broyage et de recyclage des refus. 6. Installation suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (27) pour introduire dans le malaxeur-granulateur (7) au moins un additif comprenant au moins une matière organique ou chimique à pouvoir fertilisant ou d'amendement des sols. 7. Installation suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que le sécheur-réacteur (9) est un cylindre qui comprend au moins trois zones : une zone (10) d'avance rapide, une zone t11) sensiblement lisse où les granulés s'arro dissent et une zone où le cylindre comporte des pelles releveuses (12) et où se produit la réaction de neutralisation suivie d'un séchage complémentaire.