Brevet FR2694566A1 — publié le 19940211

"Procédé combiné pour la gazéification de matières ré- siduelles et/ou de matières de rejet solides, pâteu- ses et liquides" Du point de vue historique, le procédé le moins coûteux pour se débarrasser des matières de déchets solides, était un dépôt dans des décharges ouvertes ou bien dans des décharges souterraines Des décharges pour des déchets non traités, soulèvent tou- tefois de sérieux problèmes Du fait des lixiviations,10 il se produit facilement une pollution de l'eau souterraine De précieuses surfaces de terrains sont per- dues Des incendies peuvent se produire. Un procédé plus avantageux qui réduit ces problèmes, consiste en un épandage sanitaire par com- postage et recouvrement des déchets avec de la terre. En dépit de cela, cette façon de procéder est devenue, d'une façon croissante, sans intérêt dans des zones urbaines importantes, car des emplacements appropriés sont de moins en moins disponibles Les20 deux procédés précités ont été complétés par une com- bustion des ordures avant l'épandage La combustion classique des déchets assure certes, une diminution notable du volume des matières de rejet et réduit la pollution causée par les lixiviations, mais elle25 apporte de nouveaux problèmes d'environnement, par exemple une pollution de l'air et une production plus élevée de matières résiduaires chargées telles que des poussières de filtration et des boues salines Bien que des réductions de volume de 80 à 90 % soient pos- sibles, le résidu ou la cendre n'est pas biologique- ment inactif dans tous les cas, de sorte qu'en outre, un épandage est nécessaire Par ailleurs, dans le cas de la combustion classique, la récupération de valeurs utiles est, en général, minimale. Le procédé Anderson (US-A-3 729 298) indique une proposition de solution pour la gazéification de déchets Dans ce cas, les matières de déchets sont introduites dans la partie supérieure d'un four à cuve vertical et l'oxygène dans la partie inférieure Pen- dant la mise en oeuvre du procédé, des ordures déchi- quetées et non comprimées sont introduites Les sco- ries liquides se formant dans la partie inférieure sont soutirées en continu Ce procédé avait l'inconvé- nient que les ordures déchiquetées se comprimaient dans le réacteur et avaient pour conséquence, des obs- tructions des canaux avec les inconvénients connus d'une diminution du rendement et de risques d'explo- sion. Selon le document DE-OS 26 19 302, il a été proposé de gazéifier, dans des fours à cuves, des matières de déchets sous la forme de boulettes défi- nies en ordures déchiquetées Ce procédé est suscepti- ble d'être appliqué d'une façon limitée, à une gazéi- fication de boulettes définies sous pression normale avec extraction de scories liquides. Dans le document DE-AS 23 23 654, est décrit un procédé dans lequel des matières de déchets solides provenant d'ordures ménagères sont introduites dans la partie supérieure du réacteur, tandis que des conden- sats liquides contenant des hydrocarbures en provenan- ce de la purification de gaz, ainsi que des matières de déchets liquides, sont introduits dans la partie inférieure du réacteur Ce procédé présente l'inconvé- nient qu'une fixation ou une élimination rationnelle des substances nuisibles organiques et inorganiques, ne s'effectue pas Lors du refroidissement proposé du gaz à 300 C, une synthèse Denovo de dioxine et de furannes n'est pas exclue. D'après une proposition selon le document DE-OS 33 42 383, dans un gazéificateur sous pression combiné à débit volant et à lit fixe, une suspension est gazéifiée dans un processus primaire et dans un processus secondaire, le produit de gazéification en morceaux est gazéifié, tandis que les scories produi- tes sont captées dans un bain fondu de carbonate de sodium. Ce procédé est utilisé pour éviter des réac- tions de métaux lourds, notamment de vanadium avec la chemise du four. Ce procédé présente l'inconvénient que des limites étroites sont imposées à la mise en oeuvre de matières de déchets solides et liquides et que, notam- ment, une destruction des hydrocarbures et/ou de la dioxine dans le réacteur secondaire, ne peut se pro- duire qu'incomplètement. Le but et le problème de l'invention consis- tent à récupérer économiquement et en ménageant l'environnement, par le processus de la gazéification sous pression, des matières résiduaires et/ou des dé- chets liquides, pâteux et solides, qui sont chargées de substances nuisibles, inorganiques et/ou organi- ques Conformément à l'invention, on exploite simulta- nément un gazéificateur sous pression à lit solide et un gazéificateur à débit volant, 1 à 80 % de matières résiduelles et/ou de déchets solides contenant du car- bone et chargées de substances nuisibles organiques et/ou inorganiques, ou bien 1 à 60 % de ces matières solides et/ou 1 à 20 % de ces matières pâteuses, étant convertis en gaz utilisable dans le gazéificateur sous pression à lit solide, tandis que le temps d'échauffe- ment des matières résiduaires et/ou des déchets en at- mosphère réductrice, supérieur à 3500 C et inférieur à 4000 C, ainsi que le temps de séjour de ces matières résiduaires et/ou des déchets dans le gazéificateur sous pression à lit solide jusqu'à contact direct avec le courant de gaz brut produit, qui a une température supérieure à 3500 C et qui, après avoir quitté le ga- zéificateur sous pression à lit solide, est brusque- ment refroidi à moins de 2000 C, est de plus d'une heu- re. L'invention est caractérisée en ce que les condensats déshydratés à une teneur en eau inférieure à 25 % produits lors du refroidissement du gaz brut, et accompagnés ou non de matières résiduaires et de déchets liquides, contenant du carbone, et qui sont chargés de substances nuisibles organiques et/ou inor- ganiques, sont convertis en gaz utilisable dans un ga- zéificateur à débit volant, tandis que les résidus, notamment de la gazéification en débit volant conte- nant de la suie, des métaux lourds et des sels et se produisant dans les étapes de préparation de gaz et d'eau, sont ramenés dans le gazéificateur sous pres- sion sur lit solide et les parties constitutives de cendres à grains fins du gazéificateur sous pression sur lit solide, dans lesquelles des métaux lourds élués peuvent être décelables, sont malaxées avec les matières résiduaires liquides et dans une teneur de 1 à 30 % dans le produit mis en oeuvre du gazéificateur à débit volant, une scarification des parties rési- duelles de cendres à grains fins du gazéificateur sous pression sur lit solide est provoquée avec en outre, une intégration de teneurs en métaux lourds des matiè- res liquides résiduaires et/ou de déchets. Les matières résiduaires et/ou les déchets solides, et/ou pâteux, peuvent, par exemple, être de la terre contaminée, des déchets de matières plasti- ques, du bois, des produits en caoutchouc, des déchets solides contenant de l'huile, des résidus de produits médicaux, des résidus de goudron, des boues colorées, des boues claires, sous forme de grains fins, de gros morceaux, de pâtes ou sous forme agglomérés, et peu- vent, dans ce cas, par exemple, être chargés d'hydro- carbures aliphatiques, aromatiques ou bien chlorés, de biphénylène polychloré, de dioxine, de furannes, de combinaisons soufrées et de métaux lourds. Dans le gazéificateur sous pression à lit solide, s'effectue une séparation de combinaisons or- ganiques volatiles, qui lors du refroidissement du gaz brut dans le système fermé, se produisent sous la for- me de fractions d'hydrocarbures. PCB's, dioxine et furanne sont complètement détruits lors de l'échauffement dans le gazéificateur sous pression à lit solide, en atmosphère réductrice à 1 200 C. Dans le cas o de faibles fractions sont en- traînées par le gaz brut, ces substances, du fait de leur caractère huileux et de leur solubilité dans l'huile, arrivent dans des hydrocarbures liquides dé- posés lors de la condensation. Avec ou sans les matières résiduelles et/ou les déchets qui sont chargés de substances organiques nuisibles, ces hydrocarbures sont convertis en gaz utilisables dans le gazéificateur à débit volant, à une température supérieure à 1 300 'C et avec un temps de séjour supérieur à 3 secondes, et ce gaz utilisable est brusquement refroidi à une température inférieure à 2000 C après avoir quitté le gazéificateur à débit volant. Les matières résiduaires ou les déchets li- quides susceptibles d'être pompés peuvent être par exemple de l'huile usée, des solvants, des boues de laque et de teinture et des suspensions de matières colorantes qui contiennent des groupes de substances nuisibles analogues à ceux précités. Dans la partie inférieure du gazéificateur sous pression à lit solide, s'effectue à une tempéra- ture supérieure à 1 200 C, une granulation adéquate de la cendre prenant naissance, pour former des assembla- ges non susceptibles d'élution et dans lesquels les métaux lourds contenus dans le produit mis en oeuvre, sont intégrés de façon prioritaire. Les parties constitutives à grains fins de la cendre, susceptibles d'élution, sont mélangées aux matières résiduaires et/ou aux déchets liquides dans une proportion de 1 à 30 % et sont vitrifiées à une température supérieure à 1 3000 C dans le gazéificateur à débit volant Dans ce cas, il s'effectue en même temps une intégration des métaux lourds non volatils des substances liquides mises en oeuvre. Les métaux lourds volatils arrivent dans la phase humide et sont prioritairement déposés sous for- me de sulfures, d'hydroxydes, d'oxydes et de carbona- tes. Cette fraction est maintenue avec la boue biologique prenant naissance lors de la préparation de l'eau de suie, ainsi que lors de la préparation biolo- gique qui y fait suite de l'eau du processus, et elle est ramenée à la gazéification sous pression sur lit solide pour être intégrée dans les scories. Dans l'ensemble du procédé, les teneurs en soufre sont extraites du courant de gaz par le procédé connu et retenues comme matières valables. Avec le procédé ainsi proposé, une récupéra- tion complexe respectant l'environnement de matières résiduaires et/ou de déchets solides, pâteux et liqui- des, peut être garantie Les effets de synergie et de combinaison assurent une récupération à peu près sans résidu avec un taux de rendement élevé de la conver- sion des matières Le gaz de craquage ainsi produit peut être transporté, en tant que porteur d'énergie, ou bien être stocké, ou bien il permet une conversion directe en substances chimiques brutes. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté sur le dessin cijoint 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 introduits: tonnes de briques de linite 2 3 tonnes de terre contaminée 3 avec une teneur en hydrocarbure de 5 %, une charge en dioxine de 2 000 ng/kg et 800 mg de chrome par kilo, 800 mg de plomb par kilo, 600 mg de cuivre par kilo 3 tonnes de déchets de matières plastiques 3 3 tonnes de bois souillé d'huile 3 0,5 tonne de résidus de la préparation de l'eau du processus 34 Sur la grille tournante 4, sont introduits, sous forme de mélange 5, 2 400 m 3 à pression normale, d'oxygène à l'heure, et 15,6 tonnes de vapeur de ga- zéification à l'heure dans le gazéificateur sous pres- sion 1 sur lit solide Sur la grille rotative 4 est amené un mélange de cendres et de scories 6 d'un dis- positif de classification d'un type de construction connu. Dans ce cas, lors de la production de cendre à grains fins 25 susceptible d'élution, cette cendre peut être séparée et peut être amenée à un dispositif de mélange 24 pour la scarification dans le gazéifica- teur à débit volant Le granulat de scories 36 produit par le gazéificateur sous pression à lit solide et le gazéificateur à débit volant, peut être utilisé comme matériau de remplissage ou bien comme matériau d'ap- point pour la construction. Dans le gazéificateur sous pression à lit solide, les hydrocarbures contenus dans la terre con- taminée et dans le vieux bois, peuvent être crackés par distillation et partiellement convertis en gaz utilisables La dioxine contenue dans la terre conta- minée est détruite dans le gazéificateur sous pression à lit solide en atmosphère réductrice à une températu- re de 300 à 800 'C Si de faibles fractions parviennent dans les fractions d'hydrocarbures du condensat 17, il s'effectue une conversion ultime dans le gazéificateur à débit volant 23. Les déchets de matières plastiques 3 conte- nus dans le mélange de matières de gazéification du gazéificateur sous pression à lit solide, sont conver- tis pour 50 à 70 % en constituants gazeux et pour 20 à 50 % en hydrocarbures, tandis que 2 à 5 % vont dans la fraction cendres/scories 6 Les teneurs en hydrocarbu- res du vieux bois mis en oeuvre 3, ainsi que celles de la terre contaminée mise en oeuvre, sont distillées, crackées, ou bien converties en gaz Le vieux bois 3 est en soi gazéifié, les parties résiduaires de la terre avec des teneurs en métaux lourds deviennent des parties constituantes, non susceptibles d'élution, de la fraction cendres/scories 6. Les parties constituantes organiques des ré- sidus en provenance de la préparation de l'eau 3 du processus, sont converties en gaz utilisable, les par- ties constituantes non organiques sont fondues dans le mélange cendres/scories 6. Par l'intermédiaire de la chambre collectri- ce de gaz brut 7, 19 700 m 3 à la pression normale de gaz brut sec à l'heure, avec une teneur en parties constituantes d'huile et de goudron de 80 grammes par m 3 et 0,7 kilo de vapeur d'eau par m 3 sont amenés par l'intermédiaire de l'évacuation de gaz brut 8 dans le refroidisseur laveur 9 Là le gaz brut à 4200 C est refroidi à 1950 C par 20 m 3 d'eau injectée à l'heure. Le gaz brut 11 ainsi traité est refroidi indirectement à la température de l'environnement, au moyen d'eau de refroidissement 13 dans des refroidisseurs 12 branchés à la suite Le gaz brut refroidi 14 arrive à des installations conventionnelles d'épuration de gaz et est ensuite utilisé en tant que matériau ou du point de vue énergétique Les condensats 15 se produisant sont séparés dans un étage 16 de préparation de l'eau du processus en une fraction d'eau du processus 31 et une fraction d'hydrocarbures 17. Environ 1,58 tonne à l'heure d'hydrocarbures 17 sont amenés par l'intermédiaire d'une pompe 18, avec 12 tonnes d'huile usée 19 mélangée dans un dispo- sitif de mélange 24 avec 1,3 tonne de cendres fines à l'heure en provenance de la gazéification sous pres- sion sur lit solide 25, et en outre, 10 500 m 3 à pres- sion normale d'oxygène 20 à l'heure, et 6,8 tonnes de vapeur haute pression 21 à l'heure, par l'intermédiai- re du brûleur 22 dans le gazéificateur à débit volant 23 pour y être converti en gaz de cracking, à une pression allant jusqu'à 25 bars et à une température allant jusqu'à 1 3500 C. La quantité de gaz de cracking 26 de 45 000 m 3 à pression normale par heure, est refroidie à 1950 C par 60 tonnes/heure d'eau injectée 27, tandis que le gaz de cracking 29 refroidi est amené de la chambre de refroidissement par l'intermédiaire d'étages de re- froidissement et de purification, à une récupération sous forme de matériau ou d'énergie Le granulé de scories 36 prenant naissance contient des teneurs en métaux lourds non susceptibles d'élution de la cendre mise en oeuvre ainsi que de l'huile usée mise en oeu- vre, et il peut être utilisé dans l'industrie de la construction L'eau de suie produite 30 est introduite en commun avec l'eau de processus 31 dans une prépara- tion 32 d'eau de processus et d'eau de suie qui est constituée par différentes étapes du procédé, telles que la déphénolisation, la filtration de suie et une étape d'épuration biologique Le résidu de suie et de boue biologique 34 produit est ramené dans le gazéifi- cateur sous pression 1 à lit solide et l'eau de procé- dé épurée peut être à nouveau utilisée ou bien être évacuée dans un collecteur. il Liste des Références 1 gazéificateur sous pression sur lit solide (fixe) 2 briquettes de lignite 3 matière résiduaire et déchets solides 4 grille tournante mélange d'agents de gazéification 6 mélange cendres/scories 7 chambre collectrice de gaz brut 8 évacuation de gaz brut 9 refroidisseur laveur laveur Il gaz brut injecté 12 refroidisseur 13 fluide de refroidissement 14 gaz brut refroidi condensat de gaz 16 préparation d'eau de processus 17 fraction d'hydrocarbures 18 pompe centrifuge 19 huile usée oxygène 21 vapeur 22 brûleur 23 gazéificateur à débit volant (courant entraîné ou mobile) 24 dispositif de mélange cendres à grains fins 26 gaz de cracking (craquage) 27 eau injectée 28 chambre d'injection 29 gaz de cracking refroidi (craquage) eau de suie 31 eau de processus 32 préparation de l'eau de processus et de l'eau de suie 33 eau résiduaire épurée 34 résidu solide ou pâteux dispositif de classification 36 granulé de scories REVENDICATION Procédé combiné pour la gazéification de ma- tières résiduaires et de déchets solides, pâteux et liquides, par gazéification parallèle dans un gazéifi- cateur sous pression sur lit solide et dans un gazéi- ficateur à débit volant, procédé caractérisé en ce que 1 à 80 % de matières résiduaires et/ou de déchets solides ou bien 1 à 60 % de ces matières solides et/ou 1 à 20 % de ces matières pâteuses, contenant du carbo- ne avec des substances nuisibles organiques et/ou inorganiques, sont converties en gaz utilisable dans le gazéificateur sous pression sur lit solide, le temps d'échauffement des matières résiduaires et/ou des déchets en atmosphère réductrice à des températu- res supérieures à 3500 C et inférieures à 4000 C, ainsi que le temps de séjour de ces matières résiduaires et/ou de déchets dans le gazéificateur sous pression sur lit solide, jusqu'au contact direct avec le cou- rant de gaz brut produit, qui a une température supé- rieure à 3500 C et qui après avoir quitté le gazéifica- teur sous pression sur lit solide est brusquement re- froidi à des températures inférieures à 2000 C, est su- périeur à 1 heure et en ce que les condensats déshy- dratés à une teneur en eau inférieure à 25 % produits lors du refroidissement du gaz brut, et accompagnés ou non de matières résiduaires et de déchets liquides, contenant du carbone, et qui sont chargés de substan- ces nuisibles organiques et/ou inorganiques, sont con- vertis en gaz utilisable dans un gazéificateur à débit volant, tandis que les résidus, notamment de la gazéi- fication en débit volant contenant de la suie, des mé- taux lourds et des sels et se produisant dans les éta- pes de préparation de gaz et d'eau, sont ramenés dans le gazéificateur sous pression sur lit solide et les parties constitutives de cendres à grains fins du ga- a zéificateur sous pression sur lit solide, dans les- quelles des métaux lourds élués peuvent être décela- bles, sont malaxées avec les matières résiduaires liquides et dans une teneur de 1 à 30 % dans le pro- duit mis en oeuvre du gazéificateur à débit volant, une scarification des parties résiduelles de cendres à grains fins du gazéificateur sous pression sur lit so- lide est provoquée avec en outre, une intégration de teneurs en métaux lourds des matières liquides rési- duaires et/ou de déchets.