Brevet FR2701223A1 — publié le 19940812

L'invention concerne un procédé de traitement des résidus issus de l'épuration des fumées émises lors de l'incinération des déchets ménagers et/ou industriels et une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé. Elle vise également les produits issus de ce procédé. Les déchets ménagers et/ou industriels contiennent des polymères chlorés qui, lors de l'incinération de ces déchets, libèrent des gaz acides tels que l'acide chlorhydrique. La neutralisation de cet acide chlorhydrique se fait naturellement lors du refroidissement des gaz de combustion par réaction avec des produits basiques tels que l'oxyde de sodium, de potassium et/ou de calcium. Les produits de ces réactions de neutralisation sont les chlorures métalliques correspondants. Le traitement des fumées émises lors de cette incinération a pour objet de compléter ce début de neutralisation par ajout d'une des bases précédemment citées qui réagit avec l'acide chlorhydrique pour former les chlorures métalliques correspondants. Ainsi, en incinération classique, les résidus issus de l'épuration des fumées émises lors de l'incinération des déchets ménagers et/ou industriels sont un mélange des cendres volantes entraînées par les gaz de combustion et des produits des réactions de neutralisation des gaz acides ainsi que des réactifs en excès. Ces résidus peuvent contenir jusqu'à 50 % de chlorures métalliques. Cette fraction importante de chlorures métalliques, alcalins ou alcalino terreux accompagnée d'une fraction plus faible mais plus polluante de chlorures de métaux lourds pose un problème important de stockage de ces résidus car lorsque ces résidus sont soumis aux eaux de pluie, ces chlorures peuvent passer en solution et polluer l'environnement. Une des techniques utilisée actuellement consiste à placer ces résidus dans des enveloppes étanches qui sont déposées sur des sites de stockage appropriés. Mais la protection contre la pollution de l'environnement assurée par ce type de technique est étroitement liée à la résistance dans le temps de l'enveloppe étanche. Une autre technique consiste à laver ces résidus de façon à dissoudre les chlorures polluants, le solide résultant étant alors exempt de polluants. Mais dans ce cas, le problème n'est que déplacé et réside alors dans le traitement des liquides pollués résultant de ce lavage. L'invention a pour but de pallier les inconvénients précédents en proposant un procédé qui permet de décomposer les chlorures métalliques et les chlorures de métaux lourds. A cet effet, le procédé selon l'invention se caractérise en ce que les chlorures métalliques et les chlorures de métaux lourds contenus dans les résidus de l'épuration des fumées émises lors de l'incinération des déchets ménagers et/ou industriels sont hydrolysés par de la vapeur d'eau. Selon une caractéristique du procédé, les résidus sont intimement mélangés avec de la vapeur d'eau dont la température est comprise entre environ 300"C et environ 800"C. Selon une autre caractéristique du procédé, la température de la vapeur d'eau est comprise entre environ 400"C et environ 6000C. Selon encore une autre caractéristique du procédé, le mélange entre la vapeur d'eau et les résidus à traiter est réalisé par fluidisation à la vapeur ou par percolation de la vapeur à travers les résidus. Selon une particularité du procédé, la réaction d'hydrolyse est réalisée en présence de silice etlou d'alumine. Selon une autre particularité du procédé, on distille le mercure éventuellement contenu dans ces résidus avant de réaliser l'hydrolyse des chlorures contenus également dans ces résidus, cette distillation s'effectuant à une température d'environ 200"C. L'hydrolyse des résidus est mise en oeuvre notamment dans une installation comprenant un silo relié à un système de dosage lui-même relié à un réacteur comportant une grille de fluidisation, un moyen de chauffage du résidu fluidisé et un orifice situé à sa partie inférieure, ce réacteur étant de plus relié à un conteneur par un sas d'évacuation des produits solides et à un dépoussiéreur, la sortie de ce dépoussiéreur étant reliée par l'intermédiaire d'un sas de recyclage des solides au réacteur d'une part et d'autre part à un condenseur dont la sortie est reliée à un second conteneur. Lorsqu'on réalise la distillation du mercure et l'hydrolyse des chlorures, on intercale entre le système de dosage et le réacteur d'hydrolyse un second réacteur comportant une grille de fluidisation et un système de chauffage du résidu fluidisé, ce second réacteur étant relié dans sa partie supérieure à un second dépoussiéreur lui-meme relié d'une part par un sas de recyclage des produits solides au second réacteur lui-même et d'autre part à un condenseur relié à un conteneur, le condenseur étant de plus relié à la partie inférieure du second réacteur par l'intermédiaire d'un ventilateur, ce second réacteur ayant également un sas d'évacuation des produits solides reliés au réacteur d'hydrolyse. Les produits issus de ce procédé sont d'une part de l'acide chlorhydrique exempt de métaux lourds et d'autre part un solide inerte non polluant pour l'environnement. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui suit et qui est faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: - la figure 1 illustre schématiquement une installation permettant l'hydrolyse des chlorures métalliques et des chlorures de métaux lourds contenus dans les résidus de l'épuration des fumées émises lors de l'incinération des déchets ménagers etZou industriels ; et - la figure 2 illustre schématiquement une installation permettant la distillation du mercure contenu dans les résidus issus de l'épuration des fumées émises lors de l'incinération des déchets ménagers etlou industriels ainsi que l'hydrolyse des chlorures métalliques et de métaux lourds qu'ils contiennent. Le procédé de traitement des résidus issus de l'épuration des fumées émises lors de I'incinération des déchets ménagers et/ou industriels consiste à hydrolyser les chlorures métalliques tels que les chlorures de sodium, de potassium, de calcium et les chlorures de métaux lourds, contenus dans ces résidus par de la vapeur d'eau pour former d'une part les oxydes métalliques correspondants et d'autre part de l'acide chlorhydrique. Dans une première étape, les résidus sont mélangés intimement avec de la vapeur d'eau, ce mélange pouvant être réalisé dans un réacteur de traitement en lit fluidisé ou dans une aéroglissière ou dans un four tournant ou dans un réacteur muni d'un système autorisant la percolation de la vapeur à travers les résidus ou par tout autre moyen approprié. La réaction d'hydrolyse des chlorures est catalysée par la silice et/ou l'alumine, présentes dans les résidus à traiter et, ces composés peuvent même participer à la réaction d'hydrolyse. On obtient alors en partie les silicates métalliques correspondants, qui forment une matrice inerte dans laquelle les métaux lourds sont confinés. On peut éventuellement ajouter de la silice etlou de l'alumine en complément. La température minimale de la vapeur d'eau est d'environ 300"C car il faut atteindre une température suffisante pour que la réaction d'hydrolyse puisse avoir lieu. La température maximale de la vapeur d'eau est d'environ 800"C car pour des températures supérieures, le sulfate de calcium contenu dans les résidus se transforme en chaux et en oxyde de soufre polluant. Préférentiellement la température de la vapeur sera comprise entre environ 400"C et environ 6000C. La vapeur doit avoir une pression suffisante pour assurer la fluidisation du lit constitué des résidus et dépendra donc de la taille de grains qui constituent ce résidu et de la hauteur du lit de résidus à traiter. La quantité de vapeur d'eau utilisée pour effectuer cette hydrolyse sera comprise entre environ 1 fois et environ 3 fois la stoechiométrie nécessaire à la décomposition complète des chlorures métalliques et des chlorures de métaux lourds en oxydes et en acide chlorhydrique. Le temps de contact de la vapeur d'eau avec les résidus sera inférieur à environ 2heures. Au cours de cette hydrolyse, la vapeur se charge d'acide chlorhydrique que l'on récupère, après refroidissement, sous forme d'une solution concentrée. Une étape préalable à l'hydrolyse peut s'avérer nécessaire : afin d'éviter de souiller l'acide chlorhydrique formé, le mercure éventuellement contenu dans les résidus à traiter est distillé à une température d'environ 200"C et récupéré ensuite par condensation. Le solide obtenu à l'issue de ces deux traitements (extraction du mercure par distillation et extraction de l'acide chlorhydrique par hydrolyse des chlorures métalliques et des chlorures de métaux lourds) peut être recyclé en partie dans le traitement des fumées issues de l'incinération des déchets ménagers et/ou industriels car il contient des bases telles que l'oxyde de sodium, l'oxyde de potassium et l'oxyde et/ou l'hydroxyde de calcium bases habituellement utilisées pour la neutralisation des gaz acides contenus dans ces fumées. Les métaux lourds contenus au départ dans les résidus à traiter sont, après hydrolyse, sous forme de composé chimique insoluble. Le résidu solide final est donc un solide inerte non polluant pour l'environnement. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire dans ce qui suit, à titre d'exemples purement illustratifs, et non limitatifs plusieurs modes de mise en oeuvre. EXEMPLE 1 Comme illustré sur la figure 1, les résidus à traiter 7 sont stockés dans un silo 2 et introduits dans un réacteur 1 de traitement en lit fluidisé par un système de dosage 3. La température du réacteur 1 est maintenue à 5000C par un moyen de chauffage 4. La vapeur d'eau est introduite à une température identique à la température à laquelle le réacteur 1 est maintenu et à une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique par un orifice 5 situé à la partie inférieure du réacteur I. La vapeur traverse une grille de fluidisation 6 et entre en contact avec les résidus 7 qui sont ainsi fluidisés. La réaction d'hydrolyse se produit alors dans le réacteur 1. Les gaz produits sont filtrés dans un dépoussiéreur 8 puis condensés dans un condenseur 9 refroidi à l'eau. Les cendres retenues dans le dépoussiéreur 8 sont réintroduites dans le réacteur 1 au moyen d'un sas 10. Le liquide condensé dans le condenseur 9 est stocké dans un réservoir 11, ce liquide étant une solution concentrée d'acide chlorhydrique. Les résidus traités quittent le réacteur 1 par un sas 12 situé dans la partie supérieure du réacteur 1, traversent un sas 13 et sont stockés dans un conteneur 14. EXEMPLE 2 L'installation illustrée en figure 2 comprend deux réacteurs 21 et 1 installés en série, le réacteur 21 permettant de réaliser la distillation du mercure contenu dans les résidus à traiter tandis que le réacteur 1 permet de réaliser l'hydrolyse proprement dite de ces résidus. Les résidus 7 sont stockés dans un silo 2 et introduits dans le réacteur 21 par un système de dosage 3. Le réacteur 21 est maintenu à une température d'environ 200"C par un moyen de chauffage 24 afin d'extraire le mercure contenu dans les résidus 7. De l'air est introduit par l'orifice 25 situé à la partie inférieure du réacteur 21 et passe au travers une grille de fluidisation 26 afin de fluidiser les résidus 7 et favoriser ainsi l'extraction du mercure. Les gaz produits sont filtrés dans un dépoussiéreur 28 et le mercure gazeux entraîné est condensé dans le condenseur 29 refroidi à l'eau glacée. Le mercure est récupéré dans le réservoir 211. L'air de fluidisation est récupéré, après passage dans le condenseur 29 et recyclé par l'orifice 25 à l'aide d'un ventilateur 22. On peut éventuellement intercaler, sur la ligne de recyclage de cet air, un piège à mercure c'est-à-dire un récipient contenant une solution d'iode ou contenant du charbon actif imprégné ou non. Les cendres retenues dans le dépoussiéreur 28 sont réintroduites dans le réacteur 21 par l'intermédiaire d'un sas 210. Les résidus, dont le mercure a été extrait, quittent alors le réacteur 21 par un orifice 212 et un sas 213 et sont placés dans le réacteur 1 où aura lieu l'hydrolyse des chlorures métalliques et des chlorures de métaux lourds qu'ils contiennent. Pour cela, le réacteur 1 est maintenu à une température d'environ 500"C par un moyen de chauffage 4. La vapeur d'eau est introduite par un orifice 5 situé à la partie inférieure du réacteur 1. Cette vapeur d'eau a une température d'environ 500"C et une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique. Elle traverse la grille de fluidisation 6 et entre en contact avec les résidus qu'elle fluidise. Les gaz produits lors de la réaction d'hydrolyse sont filtrés dans un dépoussiéreur 8 et condensés dans le condenseur 9 refroidi à l'eau. Les cendres retenues dans le dépoussiéreur 8 sont réintroduites dans le réacteur 1 au moyen d'un sas 10. Et, le liquide condensé dans le condenseur 9, ce liquide étant une solution concentrée d'acide chlorhydrique, est stocké dans le réservoir 20. Les résidus qui ont alors subi une extraction du mercure et une hydrolyse des chlorures métalliques et des chlorures de métaux lourds quittent le réacteur 1 par l'orifice 12 et le sas 13 et sont stockés dans un conteneur 14. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. Ainsi, ce procédé peut s'appliquer au traitement de tous résidus solides contenant des chlorures alcalins, alcalino-terreux ou des chlorures de métaux lourds c'est-à-dire notamment aux résidus solides issus de la combustion de déchets ménagers ou de la combustion de déchets industriels chlorés tels que le PVC, des huiles chlorées etc.... Au contraire l'invention comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci sont effectuées suivant son esprit. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement des résidus issus de l'épuration des fumées émises lors de l'épuration des déchets ménagers et/ou industriels caractérisé en ce qu'on hydrolyse par de la vapeur d'eau les chlorures métalliques, alcalin ou alcalino - terreux et/ou les chlorures de métaux lourds contenus dans ces résidus. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrolyse est réalisée en mélangeant intimement les résidus à traiter avec de la vapeur d'eau, cette vapeur d'eau étant à une température comprise entre environ 300"C et environ 800"C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la température de la vapeur d'eau est comprise entre environ 4000C et environ 600"C. 4. Procédé selon Rune des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mélange entre la vapeur d'eau et les résidus à traiter est réalisé par fluidisation à la vapeur ou par percolation de la vapeur à travers les résidus. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce la réaction d'hydrolyse est réalisée en présence de silice et/ou d'alumine. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'avant de réaliser l'hydrolyse des chlorures métalliques ou des des chlorures de métaux lourds contenus dans les résidus, on distille le mercure qu'il contient, cette distillation s'effectuant à une température d'environ 200"C. 7. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comprend un silo (2) relié en sortie à un système de dosage (3) lui-meme relié à un réacteur (1) comportant une grille (6) de fluidisation, un moyen (4) de chauffage du résidu (7) fluidisé et un orifice (5) situé à sa partie inférieure, ce réacteur (1) étant relié par l'intermédiaire d'un orifice (12) et d'un sas (13) d'évacuation des produits solides obtenus après traitement à un conteneur (14) et à un dépoussiéreur (8), la sortie de ce dépoussiéreur (8) étant reliée d'une part par l'intermédiaire d'un sas (10) de recyclage des particules solides au réacteur (1) et d'autre part à un condenseur (9) dont la sortie est reliée à un conteneur (11). 8. Installation selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'entre le système de dosage (3) et le réacteur (1) est interposé un second réacteur (21) comportant une grille (26) de fluidisation et un système (24) de chauffage du résidu (7) fluidisé, ce réacteur étant relié dans sa partie supérieure à un dépoussiéreur (28) lui-même relié d'une part par un sas (210) de recyclage des produits solides au réacteur (21) et d'autre part à un condenseur (29) relié à un conteneur (211), le condenseur (29) étant de plus relié à la partie inférieure (25) du réacteur (21) par l'intermédiaire d'un ventilateur (22), le réacteur (21) comportant de plus un orifice (212) d'évacuation des produits solides à travers un sas (213) vers le réacteur (1). 9. Acide chlorhydrique exempt de métaux lourds obtenu par le procédé et/ou l'installation selon l'une des revendications 1 à 8. 10. Produit solide inerte non polluant obtenu par le procédé et/ou l'installation selon l'une des revendications 1 à 8.