Brevet FR2706333A1 — publié le 19941223

PROCEDE ET INSTALLATION POUR LE TRAITEMENT ET LA RECUPERATION DE DECHETS INDUSTRIELS ET/OU MENAGERS La présente invention concerne un procédé et une installation pour le traitement, notamment en vue de leur récupération partielle à titre de combustible de coke de pyrolyse provenant de déchets industriels et/ou ménagers. Les déchets industriels et/ou ménagers, notamment d'orgine urbaine, sont soit accumulés dans des endroits particuliers (du type décharge) avec les nuisances et les risques de pollution de nappe phréatique qui en résultent, soit incinérés. L'incinération des déchets industriels soulève des problèmes du point de l'environnement. En effet, les déchets incluent de nombreux types de composés et des matériaux très différents, dont certains d'entre eux ne sont pas incinérables, et d'autres, une fois décomposés par incinération que ce soit pyrolyse ou thermolyse, s'échappent dans l'atmosphère avec les fumées ou les gaz. Pour éviter ces conséquences dommageables, on est obligé de recourir à des étapes de traitement onéreuses et complexes, qui alourdissent la rentabilité globale de l'installation. Le reste obtenu après traitement des déchets est constitué en général d'une partie de cendre (minérale incluant verre, métaux, sels)et d'une partie de matière combustible carbonée. En général, l'ordre de grandeur est un partage de moitié/moitié entre ces deux familles de constituants. La matière combustible n'est cependant pas réutilisable telle quelle. En effet, elle est comprend des résidus carbonés auxquels sont associés des constituants polluants, et notamment des métaux lourds qu'il est indispensable d'éliminer avant toute combustion. L'utilisation d'une telle matière à titre de combustible nécessite donc des traitements appropriés pour épurer et retenir lors de la combustion lesdits métaux lourds. Ces résidus carbonés sont donc à ce jour mis au rebus ou éventuellement mélangés avec d'autres combustibles à un taux de concentration faible, compte tenu des problèmes qu'ils soulèvent et mentionnés précédemment. Dans ce contexte, la présente invention propose un procédé et une installation pour sa mise en oeuvre, permettant de traiter des résidus solides issus d'un traitement pyrolytique de déchets industriels ou ménagers, en vue de leur utilisation à titre de combustible. Notamment, 1 invention est particulièrement avantageuse dans la mesure où elle propose de traiter les déchets en vue de récupérer une matière à l'état de combustible liquide, qui est préféré des utilisateurs, par opposition aux combustibles solides. A cette fin, selon l'invention, le procédé pour le traitement de déchets industriels et/ou ménagers, dans lequel on fait subir auxdits déchets une étape de séchage puis de dégazéification, de thermolyse ou pyrolyse, est caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de séparation de matières internes, des matières carbonées par différence de leur caractère hydrophobe. De préférence, la séparation est réalisée par la flottation à l'aide d'un gaz tel que de l'air. On prévoit également une étape d'agglomération sélective, suivant l'étape de flottation, à lraide d'un agent agglomérant tel qu'un liquide hydrophobe tel que de préférence un hydrocarbure. Selon une forme préférée de réalisation, après la thermolyse et préalablement à la flottation, on prévoit une étape de conditionnement par ajout d'un agent tensio-actif. L'étape d'agglomération sélective comporte une étape d'agitation à fort cisaillement destinée à disperser l'agent agglomérant et créer des flocs. Avantageusement, entre 1' étape de thermolyse/pyrolyse etdeconditionnement, on prévoit des étapes de tri (matériaux inertes lourds) de broyage humide, de criblage et de lavage en vue d'une déchloruration. Enfin, après l'étape d'agglomération, on prévoit une étape de criblage puis une étape de traitement pour mise en norme du produit final afin que ce dernier soit susceptible d'être utilisé à titre de combustible liquide. L'invention concerne également une installation pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit se référant à l'exemple illustratif et non limitatif de l'invention, en relation avec les dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est un schéma synoptique des différentes étapes du procédé de l'invention; et - la figure 2 est un schéma synoptique simplifié montrant les rendements et différents constituants obtenus après chaque étape. En référence à la figure 1, le procédé de l'invention et l'installation pour la mise en oeuvre dudit procédé est décrit ci-après dans le contexte du traitement de déchets du type ordure ménagère, d'origine urbaine. Plus particulièrement, le procédé comprend une première partie symbolisée par le bloc fonctionnel 10. Ce dernier inclut des étapes préliminaires, connues en elles-mêmes, telles que broyage, séchage et traitement thermique du type thermolyse, ou pyrolyse ou plus généralement, tout traitement visant à séparer les gaz de la matière solide (dégazéification). L'homme de l'art se réfèrera utilement par exemple à la demande de brevet nO 91 08718 pour plus amples informations concernant les étapes de traitement symbolisés par le bloc 10. A l'issue du bloc fonctionnel 10, les matières, principalement sous forme solides, partiellement sèches, contiennent un certain nombre de composants, tels que par exemple du carbone, du verre, de l'aluminium, des métaux et des cendres ou matériaux inertes, dans des proportions diverses en fonction de l'origine des déchets traités. Ces déchets traités sont acheminés (flèche f), après un tri densimétrique et magnétique (non représenté), à l'issue du bloc fonctionnel 10, vers un convoyeur 11 dont la sortie débouche sur un broyeur 12, du type humide et recevant par la ligne d'alimentation 13 de l'eau de lavage issue d'une source symbolisée par le bloc 14. Le broyage effectué a pour effet de séparer les inclusions en terme de granulométrie, de façon que les particules ainsi créées soient de l'ordre de grandeur des particules qu'il convient soit de conserver, soit d'éliminer. A la sortie du broyeur 12 se trouve un appareil de criblage 15 destiné à l'élimination de matériaux métalliques des emballages particulièrement, et notamment aluminium. Cette opération de criblage est optionnelle et est surtout appliquée dans l'exemple de traitement des ordures d'origine ménagère. La sortie du cribleur 15 est reliée à une pompe d'acheminement 16, elle-même délivrant la matière à une station de lavage 17 destinée à éliminer le chlore, éventuellement contenu dans les matériaux à traiter. Cette étape est connue en soi et on se réfèrera pour plus amples détails à la demande de brevet français rappelée ci-dessus. En variante, la station de lavage 17 peut être placée à la sortie de l'étage de dégazéification 10. Le produit une fois lavé aboutit à un dispositif dit de "conditionnement" et portant la référence 18, sous la forme d'une cuve 19 à l'intérieur de laquelle est entraîné en rotation un agitateur 20. La cuve 19 reçoit le matériau à traiter issu de la station de lavage 17, et par une ligne d'alimentation 21, de l'eau de lavage issue de la source d'eau 14. La cuve 19 reçoit également un produit agent tensioactif, du type de préférence méthyl isobutyl carbinol, à raison par exemple de 1 gramme par kilogramme de matériau traité. La cuve 19 de conditionnement reçoit également un produit agglomérant destiné à améliorer l'hydrophobie des particules de matière carbonée qu'il convient de séparer dans la masse de matériaux à traiter. Le produit agglomérant, tel que par exemple du butanol, est ajouté à raison par exemple de 3 grammes par kilogramme de matière traitée. L'opération réalisée dans la cuve 19, constitue une sorte de conditionnement de surface des particules recherchées, à savoir les parties carbonées et dont on veut augmenter le caractère hydrophobe. Les parties minérales, elles, sont déjà oxydées, sous forme par exemple SiO2, et présentent un caractère hydrophyle. La sortie du conditionneur 18 est reliée à un réservoir tampon portant la référence 22 et pourvu lui-même d'un agitateur 23. Le réservoir 22 agit, comme son nom l'indique, comme un tampon dans le processus de traitement en continu des matériaux. Une pompe 24 est associée au réservoir tampon 22 et à la cuve de conditionnement 19. La pompe 24 délivre la matière traitée à l'issue du conditionnement à un dispositif de flottation portant la référence 25 et destiné à réaliser un premier décendrage, c'est-à-dire élimination des cendres ou parties inertes. Le dispositif 25 procède par flottation de la matière à traiter, par apport de gaz tel que de l'air, de préférence à la base de la cuve de flottation. On crée ainsi des trains de bulles ascendants aptes à entraîner la matière hydrophobe avec elles et de former ainsi à la surface une sorte de mousse ou écume formée par des bulles jointives et à l'intérieur desquelles se trouvent piégées les particules hydrophobes carbonées que l'on veut récupérer. I1 est entendu que le train de bulles de gaz peut être réalisé de toute manière appropriée et selon un exemple préféré à l'aide d'eau surpressée détendue (aéroflottation). On peut également utiliser des turbines au fond de la cuve de flottation 25. Dans cette dernière, se trouvent ainsi deux populations de particules différentes, à savoir d'une part, des particules hydrophobes carbonées qui sont piégées par les bulles et aboutissent à la surface sous forme d'écume, et des particules plus hydrophyles et constituées principalement de matériaux inertes ou stériles ou du type cendre. Les particules carbonées hydrophobes dans l'écume sont récupérées, par tout moyen approprié tel que aspiration ou raclage mécanique ou autre, ce qui a pour effet de casser (désaérer) l'écume, et acheminées dans un réservoir tampon 26 dont la sortie est reliée à une pompe 27, elle-même délivrant la suspension désaérée à une cellule dite "d'agglomération sélective" et portant la référence 28. Les parties stériles ou inertes, qu'il convient de rejeter, sont récupérées à la base de la cellule de flottation 25 par une vanne 29 associée à une pompe de refoulement 30. La sortie de la pompe 30 aboutit (voir l'astérisque 31) à un bloc fonctionnel 32 de lavage des cendres et produits inertes obtenus, qui sont envoyés au rebus (référence 33) tandis que l'eau ainsi obtenue et traitée est réinjectée dans le circuit par une ligne d'alimentation 34 sur la ligne d'alimentation 13 issue de la source d'eau de lavage 14. Le produit (sous forme d'écume) récupéré à la surface de la cellule d'aéroflottation 25 est de préférence, aspiré, ce qui permet de détruire et de casser la mousse ou l'écume, et donc acheminée comme décrit ci-dessus, dans une cellule d'agglomération sélective 28 comportant deux cuves en série portant les références 36 et 37 et pourvues chacune d'un agitateur respectivement 39 et 40 entraîné en rotation respectivement par des moteurs 41 et 42. L'agglomération sélective provoque une séparation solide/solide au sein de la suspension, les parties hydrophobes agglomérées par l'agent agglomérant et les parties hydrophiles restant en suspension dans l'eau. On mélange à la matière contenue dans la cuve 36 un liquide hydrophobe provenant d'une source 44 et acheminé par une pompe 45 dans la cuve 36 d'agglomération. A titre d'exemple, on utilise à titre de liquide hydrophobe, un hydrocarbure présentant des caractéristiques de fluidité acceptables à la température ambiante (fioul domestique par exemple). On provoque ainsi l'agglomération (par croissance de floc) de l'agglomérat hydrophobe (particules carbonées). Les agglomérats de ces particules forment ainsi une sorte de floc en suspension de 10 à 100 microns, voire 1 mm de -diamètre. Le temps de séjour dans les cuves d'agglomération est fonction de la taille des particules et également en fonction du taux de cisaillement obtenu par les agitateurs. Les particules carbonées sont ainsi appelées à s'agglomérer l'une à l'autre et à grossir en taille tandis que les particules minérales, en général plus fines, et qui n'ont pu être éliminées lors de la première étape de flottation, restent en suspension et ne s'agglomèrent pas. A titre d'exemple, les agitateurs sont entraînés à une vitesse de 2800 tours/minute. Le rapport de quantité de liquide hydrophobe (jouant le rôle d'agglomérant) par rapport à la quantité de matière sèche est de l'ordre de 30%. La sortie de l'agglomération sélective est reliée à un système de criblage sous la forme d'un filtre vibrant et portant la référence 50. Ce dernier reçoit de l'eau de lavage par la ligne d'alimentation 51. La sortie du cribleur 50 est reliée à une cuve de stockage temporaire 52, elle-même reliée à une unité de traitement terminale, destinée à mettre en forme les produits obtenus, et notamment la mise aux normes de ces derniers pour les rendre utilisables à titre de combustible liquide. L'unité de traitement porte la référence 53 et délivre des produits par une ligne d'alimentation symbolisée par la flèche 54. On a représenté sur la figure 2 un schéma synoptique montrant les différents produits obtenus et rejetés à la sortie de chacune des étapes. I1 est entendu que ceci ne constitue qu'un exemple illustratif. Le sigle OM signifie ordures ménagères, c'est-à-dire les déchets à traiter. PCI signifie pouvoir calorifique inférieur. Les initiales FOD signifie Fioul Oil Domestique. Sont indiqués les rendements de chaque étape de l'installation, et la quantité de matériaux inerte ou inutilisable éliminée (en partie droite de la figure 2). L'invention n'est bien entendu pas limitée au mode de réalisation décrit mais inclut toutes variantes telles que mentionnées dans les revendications. REVEND ICAT IONS 1 - Procédé pour le traitement de déchets industriels et/ou ménagers dans lequel on fait subir auxdits déchets une étape de thermolyse ou pyrolise, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de séparation des matières inertes minérales des matières carbonées (à récupérer) par différence de leur caractère hydrophobe. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on sépare lesdites matières respectives par flottation. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on utilise un gaz. 4 - Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on réalise un train de bulles susceptible de collecter en surface les particules hydrophobes. 5 - Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que préalablement à la flottation, on soumet les déchets à une étape de conditionnement par ajout d'un agent tensio-actif. 6 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape d'agglomération sélective (suivant l'étape de séparation) à l'aide d'un liquide hydrophobe. 7 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le liquide hydrophobe est un hydrocarbure. 8 - Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'étape d'agglomération sélective comporte une étape d'agitation. 9 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'immédiatement après la thermolyse/pyrolyse, on prévoit des étapes de broyage humide, de criblage et de lavage (déchloruration). 10 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, après l'étape d'agglomération, une étape de criblage puis une étape de traitement pour mise aux normes du produit final, utilisable à titre de combustible liquide. 11 - Installation pour le traitement de déchets industriels et/ou ménagers, comprenant des moyens de séchage et des moyens de dégazéification, caractérisée en ce qu'elle comporte en outre des moyens aptes à séparer les matières inertes des matières carbonées (à récupérer) par différence de leur caractère hydrophobe. 12 - Installation selon la revendication 11, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de flottation. 13 - Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que l'on utilise un gaz. 14 - Installation selon la revendication 13, caractérisée en ce que, lors de la flottation, on réalise un train de bulles susceptible de collecter en surface les particules hydrophobes. 15 - Installation selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de conditionnement par ajout d'un agent tensio-actif, préalablement à la flottation. 16 - Installation selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisée en ce qu'il comporte en outre une étape d'agglomération sélective (en aval des moyens de flottation) à l'aide d'un liquide hydrophobe. 17 - Installation selon l'une des revendications 11 à 16, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de broyage humide, de criblage et de lavage (déchloruration). 18 - Installation selon l'une des revendications 11 à 17, caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens de criblage, et des moyens de traitement pour mise aux formes du produit final, utilisable à titre de combustible liquide.