Brevet FR2720479A1 — publié le 19951201

La présente invention concerne le domaine du traitement thermique de matériaux solides, et plus particulièrement des fours de pyrolyse (ou thermolyse) destinés à traiter des solides tels que des déchets industriels et/ou ménagers. La plupart des fours ou installations connus sont constitués d'un four, fixe ou tournant, équipé de moyens de chauffage la plupart du temps situés à l'extérieur du four. La demande de brevet français FR 2 668 774 décrit un four cylindrique qui tourne autour d'un axe horizontal et qui est chauffé par des brûleurs situés dans un espace annulaire autour du four. Ce type d'installation se révèle à l'usage gros consommateur d'énergie puisqu'il est nécessaire de porter à des température allant jusqu'à 800 C une masse très importante de solides. La présente invention vise à améliorer notamment mais non exclusivement ce type de four tournant, en diminuant essentiellement les besoins énergétiques, les coûts, et en simplifiant la conception générale de l'installation. De façon spécifique, la présente invention permet une auto- épuration des gaz de pyrolyse, comme il sera expliqué plus loin. La présente invention permet avantageusement de traiter des déchets de nature et d'humidité très variables. Une souplesse et une modularité dans le fonctionnement sont en outre obtenues selon l'invention. Pour atteindre les buts et avantages énoncés ci-dessus, la présente invention a pour objet une installation destinée à la pyrolyse de solides comprenant un four tournant à l'intérieur duquel est réalisée la pyrolyse et un moyen de chauffage du four tournant. 3 0 Selon l'invention, l'installation comprend en outre un moyen de préchauffage des solides disposé en amont dudit four, ledit moyen comprend au moins deux zones dans lesquelles les solides sont préchauffés à des températures différentes, et un dispositif d'extraction des gaz dans lequel les gaz de pyrolyse sont amenés après avoir traversé l'une au moins desdites zones de préchauffage, une liaison étanche étant par ailleurs prévue entre ledit four tournant et ledit moyen de préchauffage Avantageusement, l'installation comprend en outre un moyen destiné à régler individuellement la température dans chaque zone de préchauffage et dans ledit four tournant. Préférentiellement, la température à l'intérieur dudit moyen de préchauffage est réglée de façon à être toujours inférieure à une température donnée TO. Sans sortir du cadre de l'invention, le dispositif d'extraction 1 0 des gaz de pyrolyse est disposé entre deux zones de préchauffage, relativement au sens de propagation des solides dans l'installation. Selon un mode de réalisation de l'invention, le dispositif d'extraction permet en outre la séparation et/ou l'évacuation de 1 5 certains solides. Plus précisément, le moyen de préchauffage peut être tubulaire, d'axe sensiblement horizontal et comporter à son extrémité associée à la liaison avec le four, un rétrécissement. L'installation selon l'invention peut en outre comprendre un moyen placé en amont dudit four tournant, destiné à injecter un élément basique dans les solides. Conformément à l'invention, un dispositif destiné à évacuer les gaz de pyrolyse en cas d'urgence peut aussi être prévu. La présente invention vise en outre le procédé de pyrolyse associé à l'installation. L'application à la pyrolyse de déchets industriels et/ou ménagers est plus particulièrement visée par l'invention. D'autres caractéristiques, avantages et améliorations apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, faite à 3 0 titre illustratif et nullement limitatif d'un mode de réalisation de l'invention, en référence à l'unique figure annexée. Cette figure montre en effet schématiquement, par une coupe longitudinale, une installation selon l'invention. L'installation comprend une partie tournante 1, précédée d'un moyen de préchauffage des déchets, de forme allongée et 3 2720479 sensiblement cylindrique 2, ledit moyen 2 étant alimenté en déchets à partir d'une trémie 3 via une ligne de transfert 4. Les déchets issus de la trémie 3 sont dosés, compactes puis poussés dans la ligne de transfert 4 par un poussoir 5 ou tout autre dispositif connu de l'homme de l'art pouvant assurer la même fonction. Les déchets entrent dans une première zone 2a du moyen de préchauffage 2. Le chauffage des déchets peut y être assuré de manière indirecte par une enveloppe chauffante 6a balayée par un fluide chaud apporté par une ligne 7a ou par la combustion d'un combustible approprié à l'intérieur de ladite enveloppe. La première zone 2a du moyen de préchauffage sert à éliminer une bonne partie de l'humidité contenue dans les i 5 déchets, et à les préchauffer jusqu'à une température comprise entre 50 et 150 C, et de préférence entre 60 et 90 C. Préférentiellement la température des déchets en sortie de la zone 2a est mesurée à l'aide d'une sonde 8a, et l'information obtenue sert à réguler l'apport thermique à l'enveloppe de chauffage 6a. Le chauffage des déchets se poursuit ensuite dans une deuxième zone 2b du moyen de préchauffage 2 selon un processus sensiblement équivalent à celui de la première zone 2a, c'est-à-dire avec une enveloppe chauffante 6b alimentée en fluide chaud par une ligne 7b. Dans la deuxième zone 2b, l'humidité restant après la première zone 2a est éliminée, et les déchets sont portés à une température comprise entre 100 et 500 C, de préférence entre 140 et 200 C. La température en sortie de la deuxième zone 2b est 3 0 avantageusement contrôlée au moyen d'une sonde 8b et l'information obtenue sert à réguler le moyen de chauffage 6b. L'extrémité 9 de la deuxième zone de préchauffage 2b est connectée à la partie tournante 1 par l'intermédiaire d'un joint d'étanchéité 10. L'extrémité 9 peut être munie d'un 3 5 rétrécissement 11, destiné à maintenir un écoulement de déchets compact à l'intérieur de la ligne de transfert 4 et dans la tubulure de préchauffage 2. Entre les zones 2a et 2b, au niveau d'une zone référencée 2c se trouve un dispositif d'extraction de gaz 12, a priori non chauffé, mais isolé thermiquement. Ce dispositif d'extraction 12 reçoit la vapeur d'eau produite par les déchets dans les parties 2a et 2b et les gaz de pyrolyse produits dans le cylindre tournant 1, après que ceux-ci aient traversé à contre-courant le lit de déchets présent dans la zone 2b. Pour assurer cette fonction le dispositif d'extraction 12 comporte des moyens 13 comme des surfaces poreuses, des orifices, des grilles, ou encore tout autre moyen équivalent, permettant le passage des gaz de la partie 2c de la tubulure de 1 5 préchauffage vers ledit dispositif d'extraction, sans entrainer de quantités notables de matières solides. Les gaz de pyrolyse et la vapeur d'eau sont ensuite évacués du dispositif 12, au moyen d'une ligne 14, tandis que les éventuels solides accompagnant les gaz, peuvent être séparés des gaz par sédimentation dans le dispositif 12 ou par tout autre moyen connu de l'homme de l'art, puis évacués par une ligne 15. Après avoir quitté le moyen de préchauffage 2, les déchets tombent gravitairement dans le cylindre tournant 1 pour y constituer un lit 20. Le cylindre tournant 1 est plus ou moins incliné, en fonction de l'inventaire et du débit de solides souhaité. Ce cylindre tournant 1 peut être chauffé par des moyens placés à l'extérieur comme des brûleurs utilisant par exemple des gaz de pyrolyse, ou par des moyens 21 placés directement à l'intérieur du cylindre tournant comme illustré sur l'unique 3 0 figure annexée. Dans ce cas, les moyens de chauffage 21, montés sur une partie fixe 22 peuvent être constitués par exemple, par un faisceau tubulaire dans lequel on réalise une combustion d'un combustible comme du gaz naturel ou des gaz de pyrolyse débarrassés de l'essentiel des goudrons et des particules. Le 3 5 faisceau tubulaire peut aussi être alimenté avec un fluide chaud 2720479 obtenu par exemple par chauffage d'air dans la chaudière qui brûle les gaz de pyrolyse. La partie fixe 22 est connectée à la partie tournante 1 par l'intermédiaire d'un joint 23 qui assure une étanchéité aux gaz parfaite entre l'ambiance régnant dans ledit cylindre 1 et l'extérieur. Avantageusement, la partie fixe 22 peut être équipée d'un dispositif 24 destiné à l'évacuation d'urgence des gaz de pyrolyse, au cas o l'écoulement des gaz de pyrolyse serait fortement freiné ou bien ne pourrait plus se faire dans la tubulure 2b ou encore dans le dispositif d'extraction 12. Dans le cylindre tournant 1, les déchets sont traités à des températures comprises entre 150 et 900 C, et de préférence entre 400 et 600 C. Les déchets progressent depuis l'entrée la vers la partie fixe 22. La phase solide résultante est concentrée 1 5 dans la partie 22a, puis évacuée par une ligne 25. Une trémie 26 destinée à injecter un élément basique (absorbant) dans les déchets peut en outre être montée sur le moyen de préchauffage 2, préférentiellement dans la zone 2a. On aura compris que l'intérêt de la tubulure (ou moyen) de préchauffage est de sécher les déchets, puis de les chauffer jusqu'à une température voisine mais inférieure à la température TO à partir de laquelle les déchets émettent des substances toxiques comme des produits chlorés, susbtances qu'il faut impérativement piéger dans la phase solide présente dans la partie tournante. Il est important que la phase gazeuse dans le four tournant 1 soit homogène, et il pourrait être avantageux d'employer des moyens connus de l'homme de l'art pour intensifier la circulation des gaz dans ladite partie tournante et pour améliorer le brassage 3 0 des gaz et des solides. Par ailleurs il est important de noter que lorsque les gaz de pyrolyse percolent au travers des déchets dans la partie 2b de la tubulure de préchauffage, ils participent au chauffage des déchets. L'abaissement de la température des gaz de pyrolyse dans cette partie entraine la condensation des goudrons et le 6 2720479 piégeage de certains composés acides comme l'acide chlorhydrique par les substances basiques ajoutées volontairement aux déchets ou qui, plus généralement, accompagnent la plupart des déchets industriels et ménagers. Il se produit aussi une rétention des particules les plus fines dans le lit de déchets. Le résultat de cette phase de "filtration" par le lit de déchets, est un gaz, débarrassé de ses éléments polluants, des goudrons et des poussières, gaz qui peut par exemple être réemployé immédiatement dans le dispositif de chauffage 21. L'originalité du dispositif selon l'invention pourra être illustré par l'exemple suivant: On traite des déchets ménagers avec un dispositif identique à celui de la figure ci-annexée. Les déchets sont à 30% d'humidité. Les réglages des trois zones de chauffage sont tels que les températures sont respectivement de 100, 150 et 500 C en sortie des parties 2a, 2b et 1. Lorsque les déchets sont dans la partie 2c, ils ont approximativement perdu 50% de leur humidité. Abstraction faites des pertes thermiques, les apports énergétiques au niveau des dispositifs 6a, 6b et 21 sont respectivement de 0,523, 0,268 et 0,368MJ/kg de déchets traités. Dans le cas d'un four tournant classique sans tubulure de préchauffage, les besoins énergétiques seraient de 1,52 MJ/kg de déchets. On note donc, toujours abstraction faite des pertes thermiques, que le système proposé permet un gain énergétique global de 25%, et que la consommation énergétique au niveau de la partie tournante ne représente plus que 25% de ce qu'elle est avec le four tournant traditionnel. De ce qui précède il ressort que les avantages les plus significatifs du dispositif selon l'invention sont les suivants; 3 0 - une auto- épuration des gaz de pyrolyse par percolation de ceux-ci au travers du lit de déchets 2b présent dans le moyen de préchauffage avec notamment une élimination des goudrons par condensation (ceux-ci peuvent faire quelques aller et retour entre la partie tournante et la tubulure de préchauffage, mais ils finissent par être craqués thermiquement), avec fixation des composés acides résiduels non piégés au niveau de la partie tournante et avec élimination de l'essentiel des fines particules entrainées par le gaz, par filtration au travers du lit de déchets dans la tubulure de préchauffage; - un abaissement des besoins énergétiques de l'opération grâce à l'utilisation d'une bonne partie de la chaleur sensible des gaz de pyrolyse pour le chauffage des déchets d'une part, et grâce à une diminution sensible de la taille de la partie tournante du dispositif, principale source de pertes thermiques, d'autre part; - une diminution des coûts et une simplification des problèmes de construction réalisées notamment grâce à une diminution sensible des dimensions du cylindre tournant par rapport aux systèmes traditionnels; - une possibilité de traiter des déchets de nature et d'humidité très variables grâce à la présence de plusieurs zones de chauffage (2a, 2b, 1) réglées indépendamment les unes des autres. 8 2720479 REVENDICATIONS 1) Installation destinée à la pyrolyse de solides comprenant un four tournant (1) à l'intérieur duquel est réalisée la pyrolyse, un moyen (21) de chauffage du four tournant, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen (2) de préchauffage des solides disposé en amont dudit four, en ce que ledit moyen (2) comprend au moins deux zones (2a, 2b) dans lesquelles les solides sont préchauffés à des températures différentes et un dispositif (12) d'extraction des gaz dans lequel les gaz de pyrolyse sont amenés après avoir traversé l'une au moins desdites zones de préchauffage (2a, 2b), et en ce qu'une liaison étanche (10) est prévue entre ledit four tournant (1) et ledit 1 5 moyen de préchauffage (2). 2) Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen (8a, 8b) destiné à régler individuellement la température dans chaque zone de préchauffage (2a, 2b) et dans ledit four tournant (1). 3) Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la température à l'intérieur dudit moyen de préchauffage est réglée de façon à être toujours inférieure à une température donnée TO. 4) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif (12) d'extraction des gaz de pyrolyse est disposé entre deux zones de préchauffage (2a, 2b) relativement au sens de propagation des solides dans l'installation. ) Installation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif (12) d'extraction permet en outre la séparation et/ou l'évacuation de certains solides. 6) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyen (21) de chauffage du four tournant est disposé à l'intérieur dudit four (1). 9 2720479 7) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le moyen de préchauffage (2) est tubulaire, d'axe sensiblement horizontal et comporte à son extrémité (9) associée à la liaison (10) avec le four (1), un rétrécissement (11). 8) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un moyen (26) placé en amont dudit four tournant, destiné à injecter un élément basique dans les solides. 9) Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un dispositif (24) destiné à évacuer les gaz de pyrolyse en cas d'urgence. ) Procédé de pyrolyse de solides comprenant une étape i 5 de pyrolyse obtenue par chauffage desdits solides, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape préalable de préchauffage réalisée à plusieurs températures différentes, et une auto- épuration des gaz de pyrolyse réalisée par percolation desdits gaz relativement à l'étape de préchauffage. 11) Application du procédé selon la revendication 10 et de l'installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 à la pyrolyse de déchets industriels et/ou ménagers.