Brevet FR2694567A1 — publié le 19940211

i "Procédé pour la gestion de déchets solides et liqui- des selon un processus de gazéification sous pression sur lit solide " L' invention concerne le domaine de la gazéi- fication et notamment la gazéification sous pression sur lit solide ainsi que le domaine de la gestion des déchets. La gazéification sur lit solide est exploi- tée en mettant en oeuvre les matières les plus diver- ses, telles que du lignite brut, des briquettes de li- gnite, du lignite ligneux et de la houille La qualité de ces matières mises en oeuvre, en ce qui concerne la teneur en cendres et en eau, peut fluctuer dans de larges limites La dépense de préparation pour la ma- 15 tière de gazéification est faible Cette facilité re- lativement élevée avec laquelle la gazéification sous pression sur lit solide s'accommode de la matière de gazéification, et la possibilité d'une utilisation des produits en tant que matériaux, ont abouti entre au-20 tres, également, à enfourner des déchets. L'inconvénient fondamental de la gazéifica- tion sous pression sur lit solide réside en ce que de la poussière, des hydrocarbures à point d'ébullition élevé et à point d'ébullition bas, et des combinaisons organiques et inorganiques solubles dans l'eau, sont contenus dans le gaz brut et que des installations an- nexes coûteuses sont nécessaires pour extraire et ré- cupérer les différents produits ainsi que pour éviter des risques pour l'environnement. Par le document DD 259 875, on connaît une proposition d'après laquelle, pour éviter ces produits de dégagement, la hauteur du déversement du combusti- ble dans le gazéificateur sous pression sur lit solide est extrêmement abaissée et du fait des températures ainsi obtenues d'environ 1 000 C dans la chambre des gaz, les goudrons, les huiles et les particules de poussière contenus dans le gaz brut sont convertis en gaz brut dans la chambre des gaz Ce procédé n'est pas maîtrisable du point de vue de la technique de sécuri- té, car du fait du déversement extrêmement bas du lit solide, il est provoqué des irruptions d'oxygène qui peuvent avoir pour conséquence des explosions de gaz dans les installations branchées à la suite. On connaît en outre une proposition selon le document DD-PS 43 253, dans laquelle les constituants liquides et solides contenus dans le gaz, doivent être convertis en gàz par auto-oxydation avec apport de moyens de gazéification Ce procédé n'est pas judi- cieux du point de vue économique car une partie du gaz produit est brûlée Une conversion certaine définie des constituants liquides et solides n'est pas garan- tie lors de la mise en oeuvre de ce procédé Comme, en outre, la proposition ne contient pas de mesures de sécurité complémentaires, il y a lieu de craindre avec le procédé décrit, des explosions de gaz. Dans le document DD 150 475, il est indiqué une solution d'après laquelle en mettant en oeuvre un catalyseur d'hydrogénation lors d'une post- gazéification de gaz brut de gazéification sous pres- sion sur lit solide, des hydrocarbures très élevés doivent être convertis par hydrocraquage Ce procédé présente l'inconvénient que la température d'entrée du gaz brut dans le post-gazéificateur doit être réglée sur la température de fonctionnement du catalyseur. Ceci dans le cas de la mise en oeuvre de lignite dans le processus de gazéification, ne peut être réalisé qu'avec une technique complexe de commande et de pro- cessus Un autre inconvénient du procédé est la souil- lure rapide du catalyseur par la poussière de charbon et les particules de cendres qui sont entraînées par le gaz brut et les coûts d'exploitation élevés qui en résultent. Il est en outre indiqué dans les documents DE-OS 253 219 7 et 253 219 8, des propositions selon lesquelles, pour la post-gazéification d'hydrocarbures en provenance du gaz brut de gazéification sous pres- sion sur lit solide, ce gaz brut, avec adjonction d'oxygène, est introduit dans un post-gazéificateur qui contient un lit solide en matériaux inertes ou bien en matériaux catalysateurs, grâce à quoi, du fait des élévations de température, des réactions de gazéi- fication et de craquage doivent se produire. Ce procédé est désavantageux en ce que, dans ce cas, un contrôle de la composition du gaz brut ain- si que de la quantité de gaz brut dans le post- gazéificateur, n'est pas possible, et le déversement du lit solide dans le post-gazéificateur peut aboutir, du fait de la pollution par suite de l'apport de pous- sière et de cendres, à un effondrement du rendement, ou bien à l'arrêt du processus de gazéification. Pour des déchets comportant des substances organiques nuisibles, telles que dioxine et furanne, ainsi que des métaux lourds, il est proposé des solu- tions consistant à traiter les résidus contenant des métaux lourds, par intégration dans des matériaux ar- gileux (DE 391 825 9, DE 371 348 2, DE 391 901 1 ou DE 350 221 5) pour obtenir des produits solides sus- ceptibles d'être mis en décharge, et qui peuvent être ensuite partiellement déposés, avec une dépense très élevée, dans des décharges souterraines. D'autres solutions prévoient des fusions De telles solutions sont décrites dans les documents DE- 393 934 4, DE 320 698 4 Ces installations nécessi- tent une dépense d'énergie très élevée Elles se trou- vent actuellement principalement au stade d'ins- tallations de laboratoires et d'installations pilotes et ont encore besoin, pour être transférées dans la pratique, de beaucoup de temps et d'efforts considéra- bles de développement. Dans la technique de la gazéification, on connaît par le document DD 267 880, une proposition selon laquelle un combustible liquide contenant des cendres est amené avec de la vapeur d'eau à la chambre de réaction, par l'intermédiaire d'une canalisation d'alimentation, séparément et indépendamment d'un brû- leur qui est alimenté avec un combustible sous forme de poussière, et l'oxygène nécessaire pour l'oxydation autotherme partielle du combustible liquide contenant des cendres, est amené au réacteur de gazéification par l'intermédiaire du brûleur de poussière de char- bon. La gazéification de résidus liquides exige, selon ce procédé, une mise en oeuvre importante de poussière de charbon, dont l'utilisation entraîne des coûts de production de gaz élevés La quantité de ré- sidus liquides mis en oeuvre est très limitée dans le cas de ce procédé. D'autres brevets pris en considération pour cette analyse dans le domaine de la gazéification sous pression sur lit solide, tels que les DE 261 930 2, DE 334 238 3 et DE 332 720 3, qui proposent pour la fu- sion des substances nuisibles inorganiques, une extra- ction de scories liquides, n'indiquent pas de solu- tions pour empêcher une absorption de vapeur de métaux lourds du gaz brut. Le problème et l'objet de l'invention cons- istent à compléter les procédés pour la gestion de dé- chets solides et liquides de façon à pouvoir obtenir, avec un taux de rendement élevé, une élimination amé- liorée des substances nuisibles inorganiques ou égale- ment des substances nuisibles organiques à point d'é- bullition élevé. Cet objet est atteint, conformément à l'in- vention, grâce au fait que 1 à 80 % de déchets et si- multanément 20 à 99 % de lignite en morceaux, sont amenés dans un gazéificateur sous pression sur lit so- lide. Le pourcentage du lignite alimenté est adap- té au pourcentage de substances nuisibles ainsi qu'au pouvoir calorifique des déchets. Ce pourcentage est réglé proportionnellement à la teneur en sels, en métaux lourds, en dioxine et en furanne, et est inversement proportionnel au pou- voir calorifique des déchets Dans le gazéificateur sous pression sur lit solide, par la formation d'un profil de températures défini dans le foisonnement du combustible, le lignite est converti à une température de 300 à 800 'C et pendant un temps de séjour supérieur à 1 heure en un activateur avec une surface spécifique d'environ 400 m 2/g, qui avec le gaz de gazéification en provenance des déchets, adsorbe les vapeurs de métaux lourds, de sels, de dioxine et de furanne, et les transporte dans des zones plus profondes du foisonne- ment avec des températures d'environ 1 2000 C A ces températures, les combinaisons de substances organi- ques nuisibles sont détruites et les combinaisons inorganiques sont, de façon prépondérante, intégrées dans les scories prenant naissance. L'établissement du profil de températures précité, la température maximale dans le foisonnement et le temps de séjour du lignite à des températures de 300 à 8000 C pour la formation de l'activateur, est ré- alisé comme suit dans le cas d'un gazéificateur sous pression sur lit solide avec un volume d'environ 80 m 3: le temps de séjour du lignite supérieur à 1 heure dans une étendue de température de 300 à 8000 C est obtenu par le réglage d'une charge d'oxygène d'envi- ron 3400 m 3 02/h Des charges d'oxygène plus basses entraînent des temps de séjour plus élevés. la température maximale dans le foisonnement est ré- glée par le choix du rapport vapeur-oxygène Pour un réglage vapeuroxygène de 7 kg de vapeur /1 m 3 i N. 2, la température maximale est d'environ 1 2000 C. Avec l'abaissement du rapport vapeur-oxygène, la température maximale augmente de façon correspondan- te. la position et la conformation des zones de réac- tion, perceptibles sur le profil de température des mesures de température de zones à la périphérie du gazéificateur sur lit solide dans un ou plusieurs plans, sont maintenues au niveau nécessaire par une extraction continue des scories en tenant compte du rapport de la quantité de substances minérales in- troduite à la quantité de scories extraite Pour un réglage correct, la valeur moyenne du plan de tempé- rature au niveau de la pointe de la grille tournan- te, est d'environ 3500 C et dans le plan placé 2 mè- tres plus haut, d'environ 4500 C Mais la température maximale doit se situer constamment au voisinage de la température de fusion des cendres Une analyse de granulométrie des scories extraites, confirme la température maximale optimale lorsque la granulation inférieure à 5 mm ne dépasse pas 40 %. Comme autres paramètres de contrôle sur la position et la conformation des zones de réaction, on peut utiliser la teneur en C 02 du gaz de gazéification qui doit être inférieure à 40 % en volume, la tempéra- ture de sortie du gaz brut, qui doit avoir des valeurs se situant entre 250 et 3500 C, la température des sco- ries extraites qui doit se situer entre 250 et 350 'C et la pression différentielle du foisonnement du géné- rateur qui ne doit pas s'élever au-dessus de 10 k Pa. Une façon de procéder optimale est suscepti- ble d'être obtenue par une combinaison algorithmique de tous les paramètres énumérés. L'alimentation en déchets solides dans le gazéificateur sous pression sur lit solide, s'effectue en mélange avec du charbon par l'intermédiaire d'un sas Dans le cas d'une forme compacte, la granulation doit se situer entre 5 et 100 mm, tandis que la densi- té en vrac du mélange total ne doit pas être inférieu- re à 500 kg/m 3. Les déchets liquides avec une teneur en ma- tières solides de 1 à 40 % sont introduits à la partie supérieure et à un emplacement central du gazéifica- teur sous pression sur lit solide, avec une fraction de 1 à 20 % de matières de gazéification mises en oeu- vre directement dans le foisonnement. En tant que déchets, peuvent être traités des produits légers déchiquetés, des déchets de matiè- res plastiques, des déchets de textiles, des rognures de pneumatiques automobiles, des déchets de papier et de bois, du coke actif chargé, des terres contaminées, des boues de décantation et des boues de laque, ainsi que des mélanges d'huile et de goudron contenant des matières solides. L'évacuation des scories hors du gazéifica- teur sous pression sur lit solide, s'effectue en con- tinu à l'aide d'une grille tournante, et par l'inter- médiaire d'un sas Les scories ne comportent aucune substance nuisible pour l'environnement Elles peuvent être utilisées dans l'industrie des matériaux de cons- truction ou bien être mises en décharge. Le gaz brut quittant le gazéificateur sous pression sur lit solide est encore chargé de consti- tuants de substances nuisibles, qui, du fait de leur bas point d'ébullition, ne sont pas transportés dans les zones inférieures du foisonnement avec une tempé- rature élevée pour y être détruites ou bien rendues inoffensives On les traite dans des installations de préparation de gaz et dans des installations de con- densation de gaz et/ou dans des installations de ga- zéification à débit volant. L'avantage du procédé, selon l'invention, réside notamment dans le fait que des vapeurs de sub- stances nuisibles sont absorbées par l'activateur pro- duit à partir du charbon dans le gazéificateur sous pression sur lit solide et entraînées dans des zones de températures plus élevées o elles peuvent être rendues inoffensives, ainsi que dans la production de l'activateur utilisable dans le but précité dans ce même réacteur o a également lieu le traitement des déchets. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur le dessin ci-joint et va être décrit plus en détail ci-après. Dans un gazéificateur sous pression 1 sur lit solide, qui est exploité sous une pression de 25 bars, sont introduites environ 10,5 tonnes de déchets à l'heure. Les composants des déchets sont fixés dans le tableau ci-après: Métaux lourds point d'ébullition 6500 c mg/kg g/h pouvoir calorifique MJ/kg MJ/hx 103 granulation mm Débit massique % t/h Densité en vrac 400 kg/m 3 Densité Débit massique kg/m 3 t/h ( 2) 3 t/h de terre contaminée ( 3) 2 t/h de produits légers déchi- quetés ( 4) 2 t/h de déchets de bois conta- minés ( 5) 0,5 t/h de rognures de pneumatiques ( 6) 2 t/h de boue de deécantation ( 7) 1 t/h de mélange de créosote et de matières solides 1, 5 6,3 8,0 10500 28,0 4,0 25,1 4,5 12,6 16,0 14,0 8,0 ,1 2,1 0,1 0,1 2 0,01 0,2 0,2 ,5 t/h de déchets 830 g/h ,2 x 103 MJ/h 2,71 t/h 0,5 4,5 t/h KO on o% Le besoin en charbon est déterminé de façon correspondante aux valeurs limites prédéfinies, telles que la teneur en métaux lourds rapportée à la portion de charbon inférieure à 5 g/kg, le pouvoir calorifique supérieur à 12 MJ/kg de matières de gazéification, la portion de grains de moins de 10 mm inférieure à 20 % dans la matière de gazéification, et les composants de déchets avec une densité en vrac de moins de 400 kg/m 3 inférieurs à 50 % ou bien la densité totale en vrac supérieure à 500 kg/m 3 dans la matière de gazéifica- tion. Dans l'exemple de réalisation indiqué pour un débit quantitatif en métaux lourds de 40 830 g/h, on a un besoin en charbon de 8,166 t/h ( 40 830 g/h de métaux lourds /h: 5 g de métaux lourds /kg de ligni- te) Pour cette portion de charbon, les autres valeurs limites (pouvoir calorifique, granulation inférieure à mm, et densité en vrac inférieure à 400 kg/m 3) sont toutes respectées Une modification des composants n'est pas nécessaire La quantité de matières de ga- zéification par heure, qui est amenée au gazéificateur sous pression 1 sur lit solide, est donc de 10,5 t de déchets 4 + 8,166 t de lignite 8 = 18,666 t La quan- tité d'oxygène nécessaire pour la gazéification est de 0,0083 m 3 à la pression normale 02/MJ capacité calori- fique de la matière de gazéification Il en résulte une quantité d'oxygène de: ( 80,2 x 103 MJ/h + 16,8 x 103 MJ/h x 8,166 t/h) x 0,0083 m 3 i N /MJ = 1 800 m 3 i N /h Le temps de séjour pour l'activation du li- gnite résultant de ce réglage, se calcule comme suit: il Volume apparent du réacteur x portions entre 300 et 5000 C Débit quantitatif de matière de gazéification/densité en vrac de la matière de gazéification m 3 x 0,7 = 2,1 h 18,666 kg/h/700 kg/m 3 avec 2,1 h, le temps d'activation est suffisant. La quantité d'oxygène est introduite en mé- lange 10 avec 12,6 t de vapeur par heure au-dessus de la grille tournante 9 dans le gazéificateur sur lit solide Le rapport vapeur- oxygène ainsi réglé de 7 kg de vapeur/m 3 i N 02, assure dans le gazéificateur sur lit solide, dans la zone d'oxydation, une température de 1 2000 C Il en résulte un granulat de scories 12, dans lequel les métaux lourds sont fondus, en une quantité totale de 4 t/h, qui est éclusée en continu par l'intermédiaire de la grille tournante 9 en tenant compte du rapport de la quantité de matières minérales introduite à la quantité de scories extraite (rapport = 1,2: 1), et est amené à des moyens de récupération. Au moyen des mesures de températures 11 à la périphé- rie du réacteur, s'effectue le contrôle des niveaux de zones qui sont prépondérants pour la formation de l'activateur. Dans le gazéificateur sous pression sur lit solide, les hydrocarbures contenus dans la terre con- taminée sont distillés, craqués ou gazéifiés Les por- tions constituées de vieux pneumatiques et de produits légers déchiquetés, sont converties pour 40 à 70 % en constituants gazeux et pour 20 à 50 % en hydrocarbu- res 3 à 12 % vont, en fonction de la composition, dans la fraction cendres/scories Les parties consti- tutives résiduaires sont extraites sous la forme de mélange de cendres et de scories par l'intermédiaire de la grille tournante. Par l'intermédiaire de la chambre collectri- ce de gaz brut 13, 12 600 m 3 à pression normale de gaz brut sec et 8 400 m 3 à pression normale de vapeur d'eau par heure, à une température d'environ 450 C, sont envoyés par llintermédiaire de la canalisation collectrice de gaz brut 14 dans des installations de traitement de gaz, de condensat de gaz, et/ou dans des installations de gazéification à débit volant Ce gaz brut a la composition suivante C 02 33,5 % Co -15,0 % H 2 36,0 % CH 4 12,5 % N 2 09 % 02 0,1 % C 1 C 4 2,0 % En outre, ce gaz brut contient environ 90 g d'hydrocarbure cyclique et aliphatique/m 3 à pression normale et 10 g de poussière/m 3 à pression normale, qui contient à peu près 20 % de constituants de cen- dres. LISTE DES REFERENCES Gazéificateur sous pression sur lit solide terre contaminée produits légers déchiquetés déchets de bois contaminés rognures de pneumatiques boue de décantation mélange de créosote et de produits solides lignite grille tournante mélange d'agents de gazéification granulat de scories chambre collectrice de gaz brut canalisation collectrice de gaz brut 4 9 il REVENDICATIONS 1. Procédé pour la récupération de déchets solides et liquides, selon un processus de gazéifica- tion dans le cas de la gazéification sous pression sur lit solide, procédé caractérisé en ce qu'au gazéifica- teur sous pression sur lit solide sont amenés 1 à 80 % de déchets et 20 à 99 % de matières de gazéification, sous la forme de lignite en morceaux, la portion de charbon étant réglée de façon que le pouvoir calorifi- que de la matière de gazéification soit au moins de 12 MJ/kg, que les parties constitutives en métaux lourds des déchets ayant une zone d'ébullition au-dessus de 6500 C, rapportées à la portion de charbon, se situent au-dessous de 5 g/kg de charbon, que la granulation du mélange de gazéification se situant au-dessous de 10 mm ne soit pas supérieure à 20 %, et que la portion des composants de déchets ayant une densité en vrac inférieure à 400 kg/m 3 ne dépasse pas 50 % de la ma- tière de gazéification. 2 Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les déchets liquides ont une teneur en matières solides de 1 à 40 % et sont amenés direc- tement au gazéificateur de matières solides selon une portion de 1 à 20 % de la matière de gazéification mise en oeuvre. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que les déchets solides sont amenés au gazéificateur de matières solides sous une forme com- pacte en morceaux avec une grosseur de grains supé- rieure à 5 mm et inférieure à 100 mm, en mélange avec le charbon. 4. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il peut être mis en oeuvre simultané- ment dans le gazéificateur sous pression sur lit soli- de, des déchets différents dont le rapport de mélange s'effectue en fonction de leur charge en substances nuisibles, de leur densité ainsi que du spectre de leur granulation. 5. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 4, caractérisé en ce que la conduite du processus du gazéificateur sous pression sur lit solide est effectuée d'une manière telle qu'il résul- te, aussi bien du profil de la température qu'égale- ment du temps de séjour de la matière de gazéification et de la conformation des zones dans le gazéificateur sous pression sur lit solide, un charbon activé, qui adsorbe les substances nuisibles (de préférence PCB et/ou la dioxine ainsi que les métaux lourds et/ou les vapeurs salines) qui sont transportées dans les zones du gazéificateur sur lit solide ayant des températures supérieures à 12000 C, o s'effectue une destruction des substances nuisibles organiques ou bien une inté- gration par fusion des substances nuisibles inorgani- ques dans les particules de scories. 6 Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le temps de séjour nécessaire pour la formation de l'activateur dans la zone de température d'activation, est réglé à l'aide de la quantité horai- re d'oxygène amenée. 7 Procédé selon la revendication 5, carac- térisé en ce que la température d'intégration par fu- sion des substances nuisibles est réglée à l'aide du rapport vapeur-oxygène et est contrôlée par l'intermé- diaire de la structure des grains des scories. 8 Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 5 à 7, caractérisé en ce que la position et la conformation des zones de réaction sont mainte- nues au niveau nécessaire par une extraction en conti- nu des scories par l'intermédiaire de la grille tour- nante, en tenant compte du rapport entre la quantité de matières minérales introduites et la quantité de scories extraites, et un contrôle permanent est effec- tué au moyen de plusieurs mesures de température. 9. Procédé selon la revendication 8, carac- térisé en ce que les mesures de température sont ef- fectuées en étant réparties uniformément dans deux plans à la périphérie du réacteur. 10. Procédé selon l'une quelconque des re- vendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'un couplage du procédé est possible avec des installations de traitement de gaz et de condensat et/ou avec des ins- tallations de gazéification à débit volant.