Brevet FR2660415A1 — publié le 19911004

Procédé et dispositif de traitement de déchets toxiques ou polluants solides ou liquides La présente invention concerne un traitement de déchets toxiques ou polluants, solides ou liquides, comportant une gazéification suivie d'une combustion. Ces déchets sont en général des déchets industriels qui ne peuvent être éliminés en même temps que les ordures ménagères. Ces déchets comprennnent notamment des solvants, des peintures et encres, des huiles, des goudrons et bitumes, des bains de décapage, des déchets chimiques, minéraux ou organiques, des déchets laitiers, des déchets d'abattoirs. Ils sont liquides, pâteux ou solides, et de pouvoir calorifique très variable. Ils ont été éliminés jusqu'ici par enfouissement dans des décharges, pouvant être sources de pollution de l'environnement, ou par incinération dans des fours. La présente invention a pour but de procurer un procédé et un dispositif de traitement de déchets toxiques ou polluants qui permette l'élimination de résidus de ces déchets sous une forme concentrée et facile à stocker. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce que l'on soumet les déchets dans un premier réacteur à une gazéification en lit fluidisé dense, à température peu élevée, de préférence inférieure à 9000 C, comportant un faible temps de séjour des matières volatiles dégagées, puis en ce que l'on soumet ces matières volatiles et des matières solides divisées séparées lors de la gazéification à une combustion dans un second réacteur séparé en lit entraîné à flux descendant avec fusion des résidus minéraux formés, de préférence à une température supérieure à 12000C. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - On soumet les fumées résultant de la combustion en lit entraîné à une trempe par passage à travers un bain de liquide, suivie d'une séparation des cendres recueillies. - La trempe des fumées est suffisamment poussée pour permettre de les évacuer à l'atmosphère sans refroidissement ultérieur. - On transmet au moins une partie de la chaleur de combustion à un fluide circulant dans les parois du réacteur de combustion. - Pour le traitement de déchets toxiques ou polluants de faible pouvoir calorifique, on introduit également dans le lit fluidisé dense de gazéification un matériau combustible solide divisé de pouvoir calorifique plus élevé. - On soumet les matières solides, extraites du lit fluidisé de gazéification, composées de cendres et de carbone imbrûlé, à une séparation granulométrique et à un broyage des particules les plus grossières, avant de les envoyer au réacteur de combustion. - On introduit également dans le réacteur de combustion un fondant abaissant la température de fusion des résidus minéraux de la combustion ou un combustible relevant la température dans ce réacteur. Le dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte a) un réacteur de gazéification à paroi interne en matériau réfractaire exempte d'organes d'échange de chaleur, et comprenant i) des moyens d'introduction de déchets toxiques ou polluants et d'un gaz de fluidisation, et ii) des moyens d'évacuation en tête d'un mélange de matières volatiles dégagées et de matières solides divisées séparées lors de la gazéification, b) un réacteur de combustion à flux de gaz descendant, comprenant i) des moyens d'introduction en tête du mélange de matières volatiles et de matières divisées en lit entraîné formé lors de la gazéification, ii) des moyens d'introduction en tête d'un gaz comburant, et iii) des moyens pour évacuer de sa base des fumées résultant de la combustion. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - Le réacteur de combustion comprend à sa base un bain de liquide de trempe des cendres entraînées avec les fumées, des moyens d'introduction des fumées chargées de matières solides divisées au sein de ce bain, et des moyens d'évacuation du bas de ce bain de cendres vitrifiées. - Le réacteur de combustion comprend dans sa paroi des moyens de transmission de chaleur à un fluide à réchauffer et/ou vaporiser. - Il comprend en outre des moyens d'introduction dans le réacteur de gazéification d'un matériau combustible de pouvoir calorifique plus élevé que celui des déchets toxiques ou polluants. - Le réacteur de combustion comprend également des moyens d'introduction d'un fondant abaissant la température de fusion des résidus minéraux de la combustion ou d'un combustible permettant de relever la température dans ce réacteur. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence à la figure schématique unique de dessin annexé, un procédé et une installation de traitement de déchets toxiques selon l'invention. L'installation comporte essentiellement un réacteur de gazéification 1 et un réacteur de combustion et d'élimination des résidus minéraux 2. Les déchets liquides ou solides sont introduits par des organes représentés schématiquement par un conduit 4 dans le réacteur de gazéification 1. Ils sont maintenus dans un lit fluidisé dense 5 à base de matériau pulvérulent inerte tel que du sable ou de l'alumine, par de l'air, éventuellement enrichi en oxygène, ou un mélange de vapeur d'eau et d'oxygène, introduits à la base du réacteur 1, sous la grille 6 par le conduit 7. On introduit par ailleurs dans le réacteur par un organe tel qu'un conduit 8 au niveau du lit fluidisé dense un combustible solide, tel que du charbon pulvérulent, afin d'assurer un dégagement de chaleur suffisant pour obtenir une gazéification autothermique des déchets. La température du lit fluidisé dense peut être de 5000C à 9000C. Les gaz et matières volatiles dégagés à partir des déchets, formés par exemple d'un mélange d'oxyde de carbone, d'anhydride carbonique, d'hydrogène, de vapeur d'eau, d'hydrocarbures et de composés carbonés, s'élèvent dans la partie supérieure du réacteur de combustion comme représenté par les flèches 9. La paroi 10 de ce réacteur est en matériau réfractaire et exempte de tubes d'échange de chaleur. Le temps de séjour des gaz et matières volatiles dans le haut du réacteur au-dessus du lit fluidisé est bref, de tordre de 5 secondes. L'opération de gazéification peut s'effectuer sous la pression atmosphérique ou sous une pression plus élevée, pouvant atteindre 20 bars. Les gaz et matières volatiles dégagés en tête du réacteur 1 sont introduits par le conduit 11 tangentiellement en tête du réacteur de combustion 2. Par ailleurs, des matériaux divisés, formés de cendres, de particules encore riches en carbone et de matières inertes, sont soutirés à la base du lit fluidisé 5 par le conduit 12 et soumis à une opération de préparation et de broyage représentée schématiquement par le rectangle 13. Celle-ci comporte par exemple une séparation granulométrique par centrifugation des particules les plus grossières, suivie de leur broyage. L'ensemble des particules fines et des particules broyées est alors envoyé par le conduit 14 en tête du réacteur de combustion. On y introduit par ailleurs par le conduit 15 un gaz comburant, tel que de l'air, de l'air enrichi en oxygène ou de l'oxygène, auquel on ajoute le cas échéant un fondant abaissant le point de fusion des cendres, de sorte que la chaleur dégagée par la combustion amène leur fusion, suivie de leur vitrification dans le bain de trempe 22.On peut le cas échéant introduire encore dans le réacteur de combustion par un conduit 20 un matériau combustible divisé, notamment liquide, si le pouvoir calorifique des gaz et matières volatiles est insuffisant pour que leur combustion propre les porte à une température assurant la fusion des cendres. La paroi 16 du réacteur de combustion est en matériau réfractaire, et elle est munie éventuellement à l'extérieur du réfractaire de tubes 17 de circulation d'un fluide à réchauffer et/ou vaporiser, par exemple d'eau, reliés à un collecteur d'entrée 18 et un collecteur d'évacuation de vapeur 19. La combustion des gaz et matières volatiles les porte à une température supérieure à 12O00C, de sorte que toutes les matières organiques dans les matériaux introduits sont détruites. Le temps de séjour des gaz de combustion dans le réacteur est également court, de l'ordre de 5 secondes. Les gaz de combustion passent alors par le conduit vertical plongeur 21 dans le bain d'eau de trempe 22, occupant la partie inférieure du réacteur de combustion 2. Les cendres entraînées par les fumées brutalement refroidies, s'y vitrifient et se rassemblent dans le fond du bain, d'où elle peuvent être extraites par une trappe 23. Les fumées épurées sont évacuées par le conduit 24 vers des organes de filtration et du purification, puis à la cheminée. Du fait de la forme vitrifiée des cendres évacuées du réacteur de combution, celles-ci ne sont pas lixiviables et ne peuvent donc laisser échapper dans l'environnement des résidus toxiques tels que des sels de métaux lourds. REVENDICATIONS 1/ Procédé de traitement de déchets toxiques ou polluants, solides ou liquides, comportant une gazéification suivie d'une combustion, caractérisé en ce qu'on les soumet dans un premier réacteur (1) à une gazéification en lit fluidisé dense (5) à température peu élevée, de préférence inférieure à 9000C, comportant un faible temps de séjour des matières volatiles dégagées, puis en ce que l'on soumet les matières volatiles dégagées et des matières solides divisées séparées lors de la gazéification à une combustion (2) dans un second réacteur séparé en lit entraîné à flux descendant avec fusion des résidus minéraux formés, de préférence à une température supérieure à 12000C. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on soumet les fumées résultant de la combustion (2) en lit entraîné à une trempe par passage à travers un bain de liquide (22), suivie d'une séparation des cendres recueillies. 3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la trempe des fumées est suffisamment poussée pour permettre de les évacuer à l'atmosphère sans refroidissement ultérieur. 4/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'on transmet au moins une partie de la chaleur de combustion à un fluide circulant dans les parois du réacteur de combustion. 5/ Procédé selon l'une des revendication 1 à 4, pour le traitement de déchets toxiques ou polluants de faible pouvoir calorifique, caractérisé en ce que l'on introduit également dans le lit fluidisé dense de gazéification un matériau combustible solide divisé de pouvoir calorifique plus élevé. 6/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'on soumet les matières solides, extraites du lit fluidisé de gazéification, composées de cendres et de carbone imbrûlé, à une séparation granulométrique et à un broyage des particules les plus grossières, avant de les envoyer au réacteur de combustion. 7/ Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on introduit également (15 ; 20) dans le réacteur de combustion un fondant abaissant la température de fusion des résidus minéraux de la combustion ou un combustible relevant la température dans ce réacteur. 8/ Dispositif de mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte a) un réacteur de gazéification (1) à paroi interne (10) en matériau réfractaire exempte d'organes d'échange de chaleur, et comprenant i) des moyens d'introduction de déchets toxiques ou polluants et d'un gaz de fluidisation, et ii) des moyens d'évacuation en tête d'un mélange de matières volatiles dégagées et de matières solides divisées séparées lors de la gazéification, b) un réacteur de combustion (2) à flux de gaz descendant, comprenant i) des moyens (11) d'introduction en tête du mélange de matières volatiles et de matières divisées en lit entraîné formé lors de la gazéification, ii) des moyens (15) d'introduction en tête d'un gaz comburant, et iii) des moyens (24) pour évacuer de sa base des fumées résultant de la combustion. 9/ Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce le réacteur de combustion comprend à sa base un bain (22) de liquide de trempe des cendres entralnées avec les fumées des moyens (21) d'introduction des fumées chargées de matières solides divisées au sein de ce bain, et des moyens (23) d'évacuation du bas de ce bain de cendres vitrifiées. 10/ Dispositif selon les revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le réacteur de combustion comprend dans sa paroi des moyens (17) de transmission de chaleur à un fluide à réchauffer et/ou vaporiser. 11/ Dispositif selon l'une des revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (8) d'introduction dans le réacteur de gazéification (1) d'un matériau combustible de pouvoir calorifique plus élevé que celui des déchets toxiques ou polluants. 12/ Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que le réacteur de combustion (2) comprend également des moyens (15 ; 20) d'introduction dtun fondant abaissant la température de fusion des résidus minéraux de la combustion ou d'un combustible permettant de relever la température dans ce réacteur.