Brevet FR2720753A1 — publié le 19951208

La présente invention concerne un procédé de transformation des déchets organiques produits par les habitants d'une municipalité ou les industriels. Elle concerne également un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé. Les déchets organiques municipaux sont jusqu'à présent stockés dans des décharges ou enfouis en terre en vue de transformation par voie bactérienne. Ces procédés exigent de grands espaces dont il n'est pas utile de rappeler leur caractère peu esthétique et peu hygiénique. Cependant, certains déchets tels que les bouteilles ou les flaconnages en matière plastique ou les vieux pneus envahissent les décharges sans pour autant se dégrader au fil du temps. Par ailleurs, en ce qui concerne les déchets industriels, les plastiques et caoutchoucs usagés, en particulier ceux qui ne peuvent pas être détruits correctement par incinération ont donné naissance à toute une série de produits dérivés dits de recyclage. Le recyclage consiste à mélanger dans des proportions variables un matériau usagé avec un matériau neuf. Ce recyclage demande de trier les matériaux usagés voire de les retraiter avant de les incorporer dans du matériau original. En outre, les caractéristiques de ces matériaux se dégradent au fil des cycles de recyclage si bien que le nombre de recyclages est limité. Il a donc fallu penser à transformer les matériaux qui ne sont plus recyclables afin de les décomposer pour parvenir à leurs éléments organiques de base, c'est-àdire aux hydrocarbures. Sous cette forme ils sont alors réutilisables dans les usines chimiques à l'entrée des processus de transformation. Les procédés qui permettent ce traitement consistent principalement à pyrolyser, à craquer et à distiller les déchets organiques. Dans les installations connues qui sont des installations lourdes du type pétrochimie, le craquage est réalisé soit sous hydrogène ou hydrogène sulfuré, soit sous catalyseur. La technique mise en oeuvre est compliquée et délicate, le rendement de conversion est faible et, comme ces installations sont fixes, les déchets à trier sont à apporter au site de transformation, ce transport renchérissant de manière importante l'opération. L'objet de la présente invention est de pallier ces inconvénients au moyen d'un procédé ne mettant en oeuvre ni hydrogène ni hydrogène sulfuré ni catalyseur, ce qui autorise l'emploi d'un matériel peu sophistiqué et de fonctionnement simple et autonome. A cet effet l'invention a donc pour premier objet un procédé de transformation de déchets organiques industriels ou domestiques en hydrocarbures et produits annexes selon lequel on procède à des opérations de pyrolyse, craquage et distillation des déchets qui comportent les étapes successives suivantes - plastification des déchets dans une première chambre de réacteur, - pyrolyse en présence d'eau et création d'un gaz de synthèse solvant dans une seconde chambre de réacteur alimenté par le produit plastifié, - craquage et première distillation sous pression réduite dans une troisième chambre de réacteur du résidu de la seconde chambre, - craquage dans une quatrième chambre du réacteur en présence du gaz solvant extrait de la seconde chambre et seconde distillation sous pression réduite dans une cinquième chambre du produit issu de la quatrième chambre, - les distillats des seconde et cinquième chambres formant la fraction légère d'hydrocarbures produits par la transformation des déchets, le résidu de la cin quième chambre formant la fraction lourde de ces derniers. Ainsi, pour mettre en oeuvre le procédé de l'in vention il suffit d'apporter de l'eau et de l'énergie. Cette disposition est particulièrement avantageuse car les produits à traiter n'ont pas à être séchés préalablement à leur introduction dans le réacteur. Le disposition selon l'invention pour mettre en oeuvre le procédé ci-dessus comporte un réacteur divisé en trois unités tubulaires à vis d'Archimède interne, la première unité comportant deux sections formant les deux premières chambres, la seconde unité comportant une section formant la troisième chambre et la troisième unité comportant deux sections formant les deux dernières chambres. De manière préférée, les deux sections des première et troisième unités sont séparées par une partie axiale pleine de la vis formant restriction de passage pour le produit, le pas de la vis d'Archimède en amont de cette partie étant plus petit que le pas en aval. Ainsi dans une même unité, on réalise une étanchéité entre deux chambres consécutives, ce qui permet par exemple de mettre en oeuvre des pressions de traitement différentes dans ces chambres. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description donnée ciaprès de l'un de ses modes possibles de réalisation. Il sera fait référence à la figure unique qui illustre par un schéma un réacteur conforme à celui mis en oeuvre dans l'invention. Le réacteur 1 représenté à cette figure comporte une première unité 2. Cette première unité 2 est essentiellement constituée par une enceinte tubulaire 3 dans laquelle une vis d'Archimède 4 peut tourner grâce à un moteur d'entraînement 5. La vis d'Archimède 3 est divisée en deux parties par une section pleine centrale 6 qui définit à l'intérieur de l'enceinte tubulaire 3 un passage annulaire 7 de section restreinte. A l'extrémité opposée au moteur 5 de la vis d'Archimède 3, il existe également une autre partie pleine 8 définissant avec l'enceinte tubulaire 3 un autre passage tubulaire 9 débouchant dans une chambre de sortie de l'unité 2 portant la référence 10 sur la figure - Le sens de rotation de la vis 4 est tel que le produit progresse dans le sens A.En amont de la section élargie 6, la vis d'Archimède 4 possède quelques spires 4b de pas plus court que le pas normal des spires 4a formant le reste de la première section de la vis d'Archimède. En aval de la partie élargie 6, les spires 4c sont implantées le long de la vis sur un pas plus important que le pas qui sépare les spires 4b et, à l'instar des spires 4b, la deuxième section de la vis possède en amont de la deuxième partie élargie 8 de celle-ci des spires 4d plus rapprochées que les spires 4c. Une trémie 11 permet d'alimenter l'unité 2 en produit à traiter. Elle est placée tout à fait en tête de la vis. Un conduit 12 permet d'introduire de l'eau en aval de la partie élargie 6 et un conduit 13 permet d'extraire une fraction gazeuse du produit circulant dans l'unité 2. La partie élargie 6 de la vis d'Archimède divise l'enceinte tubulaire 3 en deux chambres 14 et 15. La chambre 10 de l'enceinte 3 est reliée par une canalisation 16 à la chambre d'entrée 17 d'une enceinte tubulaire 18 semblable à l'enceinte 3. A l'intérieur de cette enceinte 18 une seconde vis d'Archimède 19 entraîne le produit depuis la chambre 17, dans le sens B, en direction d'une chambre de sortie 20 située à l'opposé de la chambre 17. L'enceinte 18 et la vis 19 constituent une unité 21 dans laquelle, comme on le verra par la suite, le produit subit un second traitement. La vis 19 possède à ses extrémités des parties élargies 22 et 23 qui isolent les chambres 17 et 20 d'une chambre centrale 24.En amont de chacune de ces parties élargies 22 et 23, la vis 19 possède des spires 19a 19b plus rapprochées les unes des autres que les spires normales de la vis pour créer une surpres sion en amont des passages annulaires définis par les parties élargies 22 et 23 et l'enceinte tubulaire 18. La vis 19 est entraînée par un moteur 25 dont le fonctionnement est synchronisé à celui du moteur 5. La chambre de sortie 20 de la deuxième unité 21 est reliée à une chambre d'entrée 26 d'une troisième unité 27 qui possède également une vis d'Archimède 28 dans une enceinte tubulaire 29. A l'instar de la vis d'Archimède 4, la vis d'Archimède 28 possède une partie élargie 30 qui la divise en deux sections et de ce fait divise la troisième unité 27 en deux chambres 31, 32, le chambre 31 étant isolée de la chambre d'entrée 26 par une autre partie élargie 33 de la vis 28, la chambre 32 étant isolée d'une chambre de sortie 34 par une partie élargie similaire 35 disposée à l'extrémité de la vis 28. Cette vis est entrai- née par un moteur 36 dans un sens permettant la progression du produit selon la flèche C.En amont des parties élargies 30, 33 et 35, la vis possède également des spires 28a, 28b et 28c rapprochées pour créer une augmentation de pression dans le produit et assurer l'étanchéité entre les différentes chambres 31, 32 et 34. Il est prévu dans la partie amont de la chambre 31, une canalisation 37 d'admission d'un solvant gazeux pour le produit parvenant dans cette chambre depuis la chambre 26. L'ensemble du réacteur ainsi représenté est en outre disposé dans une enceinte générale 40 calorifugée à l'intérieur de laquelle sont disposés des éléments de chauffage des différentes unités de 21 à 27 qui le constituent. On a représenté à titre d'exemple et schématiquement, pour l'unité 2 des moyens de chauffage constitués par des rampes de combustion 41, pour l'unité 21 des colliers chauffants 42 alimentés électriquement et pour l'unité 27 des moyens de chauffage symbolisés en 43 d'un type connu en eux-mêmes ce afin d'illustrer les différentes techniques qui peuvent être mises en oeuvre. Il est enfin prévu dans ce réacteur trois sites d'extraction des produits de transformation à savoir un premier conduit El situé dans la partie aval de la chambre 24, un second conduit E2 situé dans la partie aval de la chambre 32 et un conduit E3 issu de la chambre 34. Les moyens de chauffage 41, 42, 43 permettent d'entretenir des températures adaptées aux différentes réactions que l'on souhaite obtenir dans les différentes chambres du réacteur. Ainsi, la température de la chambre 14 sera maintenue entre 250 et 3200C, la température de la chambre 15 entre 350 et 4000C et la température des autres chambres entre 500 et 5500C, en fonction de la nature du matériau à traiter. En fonctionnement, les matériaux organiques à transformer sont introduits dans la trémie 11 après broyage et malaxage. Dans la chambre 14 ces matériaux se plastifient et fondent sous l'effet de la température et parviennent à la chambre 15 en passant par la zone de compression grâce à la diminution du pas d'hélice de la vis 4b et au travers du passage annulaire 7. A ce niveau on réalise une étanchéité du dispositif, étanchéité qui est importante car elle isole la zone de chargement du reste du réacteur où vont se produire les gaz combustibles, assurant ainsi la sécurité du chargement. Dans la chambre 15, le pas d'hélice de la vis 4 ayant retrouvé une valeur augmentée, on a créé une zone en dépression pour le produit et pour l'introduction d'eau par le conduit 12. Dans cette chambre 15, le mélange est convoyé à une température de 350-4000C, ce qui a pour effet d'en provoquer la pyrolyse avec dégagement d'hydrocarbures légers (hydrocarbures gazeux à température et pression normales) . Ces hydrocarbures légers se recombinent avec la vapeur d'eau présente à cet endroit pour créer des solvants léger qui sont extraits par la conduite 13 de sortie. Après cette conduite 13, la vis 4 du réacteur se termine par une nouvelle zone 4d de compression et d'étanchéité qui est destinée à assurer la sécurité de la chambre 15 en cas de démontage du canal chaud 16 de transfert destiné à faire passer les produits résiduels dans l'unité 21. Dans cette unité 21, la vis 19 comporte des zones 22 et 23 ainsi que des hélices à pas réduit 19a et 19b permettant d'assurer la compression et l'étanchéité aux deux extrémités de la chambre 24. La zone principale de cette chambre 24 est portée à la température de 500-550"C pour le craquage des résidus lourds issus de l'unité 2 et parvenant à l'unité 21 par le conduit 16. Cette opération s'accompagne d'une distillation sous pression réduite réalisée grâce au pas de la vis 19 important et grâce à un pompage au travers de l'orifice de sortie El. Le canal de transfert reliant la chambre de sortie 20 à la chambre d'entrée 26 de la troisième unité 27 est maintenu en température de sorte que le produit parvient à l'unité 27 à une température également de 500 à 5500C. Comme précédemment décrit, la vis 28 de cette troisième unité 27 comporte trois zones de pression et d'étanchéité au niveau de ses parties élargies 33, 30 et 35 précédées d'une partie de vis à pas de vis court. Ces zones de compression et d'étanchéité assurent la sécurité de l'ensemble en isolant les chambres 31 et 32. Des gaz légers et les solvants issus de la conduite 13 sont introduits dans la chambre 31 par la canalisation 37 et transforment les résidus lourds dans cette chambre 31 afin d'en améliorer le craquage. Dans la chambre 32 une distillation sous pression réduite, réalisée grâce au pas de la vis 28 de grande valeur, complète le dispositif de récupération des hydrocarbures qui sont extraits par la sortie E2.Enfin les ultimes résidus, c'est-à-dire les goudrons chargés de scories sont extraits du réacteur par la sortie E3 où ils sont récupérés pour être utilisés ultérieurement par exemple comme des revêtements routiers. Les produits hydrocarbures récupérés par les sorties El et E2 peuvent constituer à nouveau des matières premières destinées à l'entrée d'usines de transformation pétrochimique. Sous forme condensée leur transport est beaucoup moins onéreux que le transport des matières organiques de base. En outre, une fraction de ces produits peut être utilisée directement au chauffage du réacteur selon l'invention (comme illustré par la conduite 44 reliant la sortie El aux rampes de brûleur 41). Alors que dans l'exemple représenté les unités 2, 21 et 27 sont représentées en étant entraînées par trois moteurs séparés 5, 25, 36, ce n'est pas sortir du cadre de l'invention que de prévoir une unité formée d'une seule vis et entraînée par un seul moteur, ce réacteur étant divisé comme décrit ci-dessus en plusieurs chambres de transformation, craquage et distillation spécifiques. On comprend qu'une telle unité est parfaitement autonome en demandant des apports extérieurs réduits (eau et énergie calorifique). Il est alors possible de réaliser de petites unités mobiles qui présentent l'avantage de pouvoir être facilement insérées sur un site de traitement de déchets qui comporterait à demeure des unités de tri et un incinérateur. L'énergie fournie par incinération et par exemple transformée en énergie électrique pourrait être fournie au réacteur de l'invention qui traiterait sur place les déchets organiques en évitant ainsi toutes opérations de compactage et de transport qui sont aujourd'hui nécessaires pour les traiter à l'extérieur des grandes centrales classiques d'incinération des ordures urbaines ou industrielles. Les hydrocarbures combustibles résultant du traitement des déchets organiques pourraient être utilisés sur place dans la centrale de traitement de ces ordures fournissant par exemple le combustible nécessaire à une production supplémentaire d'électricité, destinée par exemple à l'alimentation d'un four de fusion des déchets métalliques. Le réacteur de traitement selon l'invention peut également être associé à d'autres installations mobiles que l'on transporte sur le lieu de décharge publique afin de procéder rapidement à la réduction et à l'élimination de ces énormes tas d'ordures. Dans une variante de réalisation non décrite du réacteur en ligne, qui permet de supprimer les conduits de transfert de produit d'une unité à l'autre, les zones de compression et d'étanchéité sont diminuées en nombre puisque les chambres sont directement consécutives les unes des autres. REVENDICATIONS 1. Procédé de transformation des déchets organiques industriels ou domestiques en hydrocarbures et produits annexes selon lequel on procède à des opérations de pyrolyse, craquage et distillation des déchets, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes: - plastification des déchets dans une première chambre (14) de réacteur, - pyrolyse en présence d'eau et création d'un gaz de synthèse solvant dans une seconde chambre (15) de réacteur alimentée par le produit plastifié, - craquage et première distillation sous pression réduite dans une troisième chambre (24) de réacteur du résidu de la seconde chambre (15), - craquage dans une quatrième chambre (31) en présence du gaz solvant extrait de la seconde chambre (15) et seconde distillation sous pression réduite dans une cinquième chambre (32) du produit issu de la quatrième chambre, - les distillats des seconde et cinquième chambres formant la fraction légère d'hydrocarbures produits par la transformation des déchets, le résidu de la cinquième chambre formant la fraction lourde (goudrons, scories) de ces derniers. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première chambre est maintenue à une température comprise entre 250 et 3200C, la seconde chambre est maintenue à une température comprise entre 350 et 4000C, les autres chambres étant maintenues à une température comprise entre 500 et 5500C. 3. Dispositif de traitement pour mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un réacteur formé d'au moins une enceinte tubulaire (3, 18, 29) à l'intérieur de laquelle est montée tournante une vis d'Archimède (4, 19, 28), cette vis d'Archimède possédant des sections élargies (6, 8, 22, 23, 33, 30, 35) qui divisent l'enceinte tubulaire en différentes chambres successives, ces portions élargies délimitant un passage annulaire de transfert du produit traité d'une chambre à l'autre et la vis possédant en amont de chacune de ses parties élargie une hélice (4b 4d, 19a, 196, 28a 28b, 28c) à pas réduit formant zone de compression pour assurer l'isolement et l'étanchéité des chambres les unes par rapport aux autres. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la première chambre (14) est une chambre de plastification - fusion du produit, la deuxième chambre (15) une chambre de pyrolyse sous atmosphère de vapeur d'eau, la troisième chambre (24) est une chambre de craquage, distillation sous pression réduite, la quatrième chambre (31) est une chambre de craquage des produits issus de la troisième chambre additionnés d'un solvant, la cinquième chambre (32) est une chambre de distillation sous pression réduite des produits issus de la chambre de craquage précédente, et en ce que le solvant admis (37) dans la quatrième chambre (31) est issu (13) de la chambre de pyrolyse (15). 5. Dispositif selon la revendication 3 ou la revendication 4, caractérisé en ce que le réacteur est monté sur une unité mobile, les produits hydrocarbures légers extraits (El, E2) des chambres de craquage et distillation sous pression réduite, constituant au moins pour partie un combustible utilisé pour le chauffage du réacteur.