Brevet FR2718984A1 — publié le 19951027

INSTALLATION DE VALORISATION PAR COMBINAISON DE DECHETS INDUSTRIELS ET/OU MENAGERS ET/OU URBAINS NON TRIES PAR THERMOLYSE 1 L'invention est relative à un procédé de traitement de déchets industriels et/ou ménagers et/ou urbains et/ou hospitaliers non triés au moyen de convertisseurs d'énergie montés en série. Elle trouvera son application dans la valorisation des déchets industriels et/ou ménagers et/ou urbains et/ou hospitaliers ainsi que dans la valorisation des matériaux hétérogènes à pouvoir calorifique disséminé dans du matériau sans pouvoir calorifique. Depuis l'aube de l'humanité, l'homme a fabriqué du charbon de bois. Plus tard, il s'est rendu compte que ce charbon de bois était particulièrement actif dans de nombreux domaines: métallurgie, explosifs, traitement des liquides puis des gaz. La fabrication de charbon de bois est en fait une opération de thermolyse, c'est à dire une distillation en milieu réducteur, c'est à dire encore une distillation en l'absence d'oxygène. Une des propriétés du charbon de bois est d'être un anti-polluant très actif pour les liquides et les gaz. 1 L'invention repose sur cette propriété bien connue, par la création de charbon naissant issu de déchets industriels et/ou ménagers et/ou urbains- et/ou hospita- liers. On appelle souvent ces charbons, coke de thermolyse. La thermolyse (également appelée pyrolyse) sur des déchets industriels et/ou ménagers et/ou urbains et/ou hospitaliers ainsi que sur des matériaux hétérogènes à pouvoir calorifique disséminé produit en général trois phases: la première gazeuse, la deuxième liquide et la troisième solide. Pour être crédible, une installation basée sur notre invention doit être non polluante pour l'environnement, sûre vis à vis du fonctionnement, rentable sur le plan économique. Trois des buts de la présente invention sont d'être non polluante, d'être sûre, d'être rentable. Un des but de la présente invention est de proposer un procédé d'installation de traitement qui permette un traitement semi-continu des déchets ou matériaux, en régulant électriquement les plages de fonctionnement, de façon à avoir un fonctionnement sûr en température et en pression. Un des buts de la présente invention est de n'avoir que deux phases dans les produits obtenus: une phase gazeuse et une phase solide. Un des buts de l'invention est de supprimer la phase liquide, le plus souvent des huiles ou goudrons, qui ont 1 été responsables d'accidents par le passé par obstruction d'orifices ou tuyaux d'évacuation. Un autre but de l'invention est d'utiliser immédia- tement la phase gazeuse dans un moteur thermique ou dans une turbine à gaz de façon à produire de l'électricité. Un des but de l'invention est de vendre une partie de l'électricité pour rentabiliser le système tandis que l'autre est utilisée dans un premier groupe de convertis- seurs thermo-électriques destinés à assurer la pyrolise. Un des buts de l'invention est de pouvoir stocker la partie solide, de façon que celle-ci, formée de matériaux carbonés ou non, puisse être utilisée à posteriori sans dommage pour l'environnement. Un des buts du procédé décrit dans l'invention est de ne rejeter dans l'atmosphère que des produits gazeux épu- rés par percolation au travers des produits carbonés naissants ou stockés. Un des buts du procédé est de ne pas dépasser la tem- pérature au delà de laquelle on crée des composés pollu- ants ou stables. D'autres avantages seront mis en évidence au cours de la description qui n'est fournie que comme indication sans avoir pour but de limiter l'invention. Selon la présente invention, le procédé ou installa- tion de traitement des déchets industriels et/ou urbains et/ou ménagers et/ou horspitaliers et/ou des matériaux à pouvoir calorifique disséminé est caractérisé par les faits: 1 - les produits à traiter ne sont pas deshydrates de façon à ne rien perdre de leur phase gazeuse; - les produits sont systématiquement broyés sauf s'il s'agit de produits industriels possédant un axe de symé- trie tels que les pneumatiques; - les produits broyés sont alors compactés sous forme de parallélépipèdes; s'ils sont associés à des pneumati- ques, ces derniers sont remplis de produits broyés et empilés les uns sur les autres; les produits broyés à l'intérieur et à l'extérieur des pneumatiques empilés, complétant la charge de façon à donner un parallélépipède compressé. - Les produits à traiter sont avantageusement com- binés de façon à ce que les polluants produit par chacun donnent après combinaison un produit non nocif mais éner- gétique. Ainsi le surplus en hydrogène donné par les ordu- res ménagères associé au carbone en surplus dans les vieux pneus donne avantageusement du méthane et divers hydrocar- bures. Le prédicat du résultat étant calculé par un sys- thème expert simulateur lors du chargement des parallélé- pipèdes compresses. Le présent procédé d'installation a l'avantage de réaliser une réaction de thermolyse entre 450 C et 650 C, dans une enceinte chauffée électriquement, isolée thermi- quement et controlée en pression et température. Selon la présente invention, on ne sépare pas les produits gazeux; on laisse ceux-ci percoler dans les char- bons actifs naissants qui piègent les éléments polluants 1 afin de les utiliser dans un convertisseur thermo-électri- que (moteur ou turbine). L'installation permettant la mise en oeuvre de l'in- vention comprend au moins: - un broyeur afin de lacérer ou déchiqueter tout ce qui n'est pas pneumatiques, - un compacteur d'entrée qui fait des bouchons paral- lélépipédiques, - un sas d'entrée dans lequel chaque bouchon est poussé, un réacteur fixe de thermolyse, composé d'une enceinte chauffée électriquement, isolée thermiquement, contrôlée en température et pression, qui constitue le premier convertisseur thermo-électrique, - un second convertisseur alimenté par les gaz épurés de thermolyse, qui est une turbine à gaz ou un moteur thermique entrainant un générateur électrique, - un sas de sortie permettant l'extraction des pro- duits carbonés, - une fosse de sortie de produits carbonés dans laquelle ils sont déshalogénés par lavage à l'eau, - une aire de stockage et d'expédition des produits carbonés, - un équipement de recyclage des eaux chargées en halogénes, - un ensemble hardware et logiciel servant de système expert simulateur du réacteur de thermolyse, permettant d'anticiper sur les réglages et la conduite des deux con- 1 vertisseurs thermo-électriques inverses montés en série. Les figures 1, 2 illustrent et détaillent l'inven- tion. Dans la figure 1: (1) représente les déchets, (2) le broyeur, (3) les broyats, (4) les pneumatiques (s'il y a lieu), (5) les pneumatiques et les broyats compactes, (6) le premier convertisseur électrique/thermique, (7) la sortie des gaz épurés, (8) les sas d'entrée/sortie, (9) les charbons de déchets, (10) le ballast de gaz épuré, (11) le second convertisseur thermique/électrique, (12) le réseau électrique, (13) le système expert simulateur, Dans la figure 2: (21) représente le premier convertisseur électrique thermique, (22) le sas d'entrée de l'enceinte de thermolyse, (23) le sas de sortie de l'enceinte de thermolyse, (25) les résistances électriques, (26) l'isolant, (27) les sondes de température, (28) les sondes de pression, (29) la partie basse et le vérin du sas de sortie, (30) la partie haute et le vérin du sas de sortie, (34) un vérin de compactage, (35) un second vérin de compactage, (36) un vérin de sas, (37) le broyeur, (41) l'ensemble hardware et logiciel, (42) le clavier du simulateur, (43) l'écran du simulateur, (44) le système expert simulateur, (45) le système de pilotage de l'enceinte du simula- teur. L'invention constitue un procédé de valorisation de déchets de façon non polluante et économique car la réduc- tion à deux phases, l'une gazeuse directement et immédia- tement utilisée pour produire de l'électricité dont une faible partie est consommée pour produire la réaction de thermolyse tandis que le reste est vendu, l'autre solide, formée de solides carbonés aisément valorisables pour être brulés en four et rémunérés suivant la valeur de leur pou- voir calorifique, permet de tirer le meilleur parti de chacun des composants. Après broyage des déchets non triés (2), (37), les déchets broyés sont compactés avec des pneumatiques en- tiers puis introduit par l'intermédiaire d'un sas (8), dans l'entrée du premier convertisseur thermique élec- trique. Cette enceinte est chauffée par les résistances (25). La thermolyse est déclenchée dans ce cas-là par l'élévation de température. La thermolyse est entretenue 2718984 8 1 par chauffage de résistance (25). La température est régulée entre 450 C et 650 C (45). La pression est très légèrement supérieure à la pression athmosphérique de façon à contrebalancer uniquement les pertes de charges des canalisations ou sas (8) conduisant aux générateurs d'électricité (12). Avant chaque introduction dans le sas, le système expert simulateur (44) évolue en fonction du poids, du PCI des nouvelles charges l'instant optimal d'introduction d'un nouvel arrivage de déchets dans le convertisseur (21). Ce système expert simulateur régule par anticipation la production d'énergie électrique en sortie. Si les gaz sont exploités immédiatement, les solides carbonés sont ensuite valorisés après deshalogénation tandis que les métaux sont triés par magnétisme pour les ferreux, par courant de Foucault pour les non ferreux. A leur tour, les solides carbonés peuvent être inci- nérés dans un four à cendres fondues, ce qui permet de piéger les éléments polluant soit par filtration soit par inclusion dans les matrices vitreuses des résidus fondus solidifiés, tout en produisant chaleur et électricité. Il faut noter que dans le cas de composants libérant des acides lors de la thermolyse, il suffit d'ajouter aux broyats d'entrée du monoxyde de calcium pulvérulent (CaO). Le masse d'élément basique à rajouter est calculée automa- tiquement par le sytème expert simulateur. Il faut également remarquer que les gaz d'échappement du second convertisseur voient leur énergie servir à sécher les solides carbonés tandis que l'eau de condensa- tion de ces gaz est utilisée pour deshalogéner les solides carbonés (F, CI, BR, I). 2718984 40 REVENDICATIONS 1 1) Installation de valorisation par combinaison des déchets industriels et/ou ménagers et/ou urbains et/ou hospitaliers non triés caractérisée par deux convertisseurs d'énergie montés en tandem: l'un est un thermolyseur fixe à chauffage électrique tandis que l'autre peut-être soit un générateur de vapeur, soit un générateur électrique, les deux étant pilotés par un système expert qui optimise les combinaison de déchets. 2) Installation selon revendication 1, caractérisée par le craquage des molécules constituant les déchets entre 450 C et 650 C dans un premier convertisseur électrique thermique au moyen d'un dispositif de chauffage électrique sans opération de séchage préalable, après un simple broyage des déchets à l'exception des pneumatiques qui restent entiers pourfavoriser la mise en température. 3) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que l'on obtient deux phases, l'une solide aisément valorisable (les métaux étant triés magnétiquement pour les ferrailles, par courant de Foucault pour les non ferreux) et les solides carbonés deshalogénés avant leur mise à disposition du marché (cimenteries ou briquettes ou boulets) ou stockage, l'autre gazeuse immédiatement utilisable pour produire de l'électricité ou de la vapeur. 2718984 A 1 4) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que les gaz de thermolyse après avoir percolé dans le charbon naissant pour y abandonner halogènes et les métaux lourds et être ainsi épurés, alimentent un second convertisseur thermique et/ou électrique (turbine à gaz et/ou moteur à gaz / générateur électrique), ou générateur de vapeur dont l'énergie fournie est commercialisée. ) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par un four fixe de thermolyse associe des sas soigneusement calorifugés qui permettent d'exploiter totalement l'ensemble des constituants des déchets contenant du pouvoir calorifique sans qu'il y ait jamais de polluants rejetés à l'atmosphère. 6) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que le mélange ou combinaison déchets/pneumatiques entiers introduit dans le procédé un excédent d'hydrogène des déchets qui est neutralisé pa l'excédent de carbone du aux pneumatiques, tandis que l'hydrogène sulfuré des pneumatiques est détruit par les éléments basiques des déchets. 7) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par un système expert simulateur qui contrôle et régule l'ensemble des deux convertisseurs au moyen de chaînes d'asservissement qui contrôlent la température, la pression et le rendement de l'installation en anticipant sur la conduite de l'installation, rendant 1 ainsi grâce au pilotage tout électrique de l'installation le fonctionnement particulièrement sûr; les gaz passant le temps minimum entre leur création, leur purification concomitante à leur création dans le coke de thermolyse et leur utilisation. 8) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que les gaz brûlés du second convertisseur sont également utilisés pour participer au chauffage séchage des produits carbonés tandis que l'eau de ces derniers set après condensation à deshalogéner (F, Cl, Br, I) les cokes de thermolyse. 9) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par le fait que les solides carbones triés peuvent être avantageusement incinérés dans un four à cendres fondues, les éléments polluants étant alors soit filtrés, soit inclus dans les matrices de résidus fondus et vitrifiés tout en produisant encore chaleur et électricité. ) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qui les pneumatiques sont introduits entiers posés à plat et empilés.