Brevet FR2720487A1 — publié le 19951201

La présente invention concerne le domaine des fours de traitement thermique de matériaux solides, et plus particulièrement des fours de pyrolyse (ou thermolyse) destinés à traiter des solides tels que des déchets de toute nature. Les fours visés sont généralement cylindriques et tournent autour de leur axe de symétrie. L'apport calorifique nécessaire à la pyrolyse peut être constitué par des solides ou bien des gaz en contact ou non avec les solides à traiter. Ainsi la demande de brevet FR 2 668 774 montre un four de pyrolyse dans lequel le chauffage peut être réalisé à l'extérieur du four par des brûleurs alimentés par des gaz de pyrolyse; selon un autre mode de réalisation, des solides caloporteurs sont amenés en contact avec les déchets à pyrolyser dans le four lui-même. Un réacteur additionnel est alors nécessaire pour réchauffer les solides 1 5 caloporteurs. Ce type d'installation est d'une mise en oeuvre complexe, et se révèle à l'usage gros consommateur d'énergie. De plus les nombreux raccordements rendent l'installation plus coûteuse, moins fiable et surtout abaissent son rendement thermique. Une façon de résoudre en partie ces problèmes consiste par exemple à rendre le four plus compact. Le document DE 29 03 280 révèle un four rotatif compact dans lequel les déchets à traiter traversent successivement un premier cylindre tournant puis un anneau tournant coaxial au cylindre. Les déchets sont chauffés par des gaz caloporteurs circulant autour des cylindres. Une enveloppe rotative externe délimite la zone de chauffage. S'il permet, notamment par sa compacité, d'obtenir un 3 0 meilleur rendement thermique, ce type d'installation reste complexe notamment au niveau de la forme des cylindres; de plus les moyens de chauffage et d'évacuation des fumées n'étant pas fixes, des problèmes risquent de se poser au niveau des raccordements. Ce type d'installation, comme la plupart des fours 2 2720487 tournants connus, doivent être considérés comme des fours tournants à chauffage indirect externe. La présente invention représente une amélioration des fours tournants de pyrolyse connus; Elle présente des avantages au niveau de la construction puisque le cylindre tournant est simple. De plus seul un élément est rotatif, ce qui simplifie les raccordements. Par ailleurs au niveau du fonctionnement, la présente invention évite les problèmes d'obstruction par des solides de grosse taille, inertes ou non encore dégradés thermiquement; les risques d'accrochages sont quasi-inexistants, très nettement diminués par rapport aux systèmes connus. Selon la présente invention, l'accès et le démontage sont particulièrement facilités; ce qui est très important et très apprécié des opérateurs. Enfin le rendement thermique est nettement amélioré de par la compacité extrême du dispositif selon l'invention. Le rendement thermique est encore amélioré par le fait que les températures les plus élevées sont nettement localisées au centre du système. Dans le document DE 2 903 280 par exemple, la zone la plus chaude est située en périphérie ce qui est pénalisant au plan des pertes thermiques. Les objectifs, avantages et améliorations qui viennent d'être énoncés sont donc atteints selon la présente invention grâce à un four de traitement thermique de matériaux solides comprenant un élément tournant dans lequel circulent longitudinalement lesdits matériaux solides, et un moyen de chauffage pour lesdits 3 0 matériaux, qui s'étend longitudinalement dans le four, les matériaux solides progressant selon environ deux longueurs à l'intérieur de l'élément tournant. Selon l'invention, le moyen de chauffage est fixe, destiné à canaliser les matériaux solides et à assurer leur préchauffage et/ou leur chauffage. 3 2720487 Plus précisément, le moyen de chauffage est fixe, disposé coaxialement et à l'intérieur de l'élément tournant de telle sorte que dans la zone axiale délimitée par le moyen de chauffage, les matériaux solides présentent les températures les plus élevées. Avantageusement, le moyen de chauffage comprend au moins un élément tubulaire dont la ou les branches sont parallèles à l'axe longitudinal du four, la ou les branches sont reliées par des membranes, l'ensemble ayant une forme générale cylindrique. Cet agencement autorise un rendement thermique très 1 O intéressant. Sans sortir du cadre de l'invention, un fluide caloporteur circule dans le moyen de chauffage à co-courant et/ou à contre-courant des matériaux solides. Préférentiellement, le four selon l'invention peut comprendre des éléments tubulaires qui sont alimentés indépendamment les uns des autres. Par l'utilisation d'un système de chauffage fixe, le four selon l'invention permet une réutilisation des fluides chauds plus facile que dans le cas d'un système à chauffage tournant; ceci est encore une façon d'augmenter la performance énergétique de l'installation, puisque l'on peut récupérer de façon efficace la chaleur sensible des fumées produites. Sans sortir du cadre de l'invention, le moyen de chauffage peut constituer un élément de forme générale cylindrique autour ou à l'intérieur duquel sont disposés des éléments résistifs. D'autres détails, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés selon lesquels: - La figure 1 représente une coupe longitudinale simplifiée de l'installation selon l'invention; et - La figure 2 montre l'installation selon la coupe AA de la figure 1. Le type de four illustré par la figure 1 comporte un cylindre tournant 1 d'axe horizontal ou légèrement incliné suivant les nécessités d'inventaire et d'écoulement des solides. Ce cylindre 4 2720487 tournant est monté par exemple sur des galets 2, eux-mêmes fixés sur une base 3 qui supporte l'essentiel des équipements du four. Ledit cylindre tournant est équipé d'un ensemble 4 qui assure sa rotation à une vitesse comprise préférentiellement entre 0,1 et 20 tr/minutes. Le cylindre est relié à une partie fixe 5, par l'intermédiaire d'une liaison 6 qui assure une étanchéité complète entre l'ambiance dans le four et l'extérieur. Cette liaison 6 peut être ce que l'homme de l'art appelle communément un joint tournant. Ladite partie fixe 1 0 5 comporte une sortie 7 pour les gaz produits dans le cylindre tournant et une sortie 8 pour les solides résultant du traitement. Cette même partie fixe supporte un élément fixe 9, de forme sensiblement cylindrique ayant une extrémité ou "sortie' 9a. L'élément 9 s'étend préférentiellement sur presque toute la 1 5 longueur du cylindre 1. Le dispositif 9 sert à assurer le chauffage de l'intérieur du four et à canaliser les déchets jusqu'à l'extrémité du cylindre tournant 1 opposée à celle o sont introduits lesdits déchets à traiter. Les déchets proviennent d'une trémie ou d'un quelconque dispositif de stockage 10. Ils sont introduits dans le four à un débit contrôlé grâce à un dispositif à poussoir 11 tel qu'indiqué sur la figure 1, ou grâce à tout autre dispositif connu de l'homme de l'art (vis sans fin par exemple). Le transfert de la trémie vers le four se fait dans une ligne 12, dans laquelle les déchets sont plus ou moins compactés s'ils se présentent sous une forme foisonnante à l'état brut. Les déchets progressent dans le dispositif 9 suivant un écoulement piston plus ou moins compact, tout en étant préchauffés. A l'extrémité 9a de l'élément chauffant 9, les déchets tombent gravitairement dans le cylindre tournant, et s'écoulent progressivement longitudinalement 3 0 vers la sortie 8. Les déchets effectuent donc un aller et retour dans le four. Comme le montre la figure 2, le dispositif de chauffage 9 peut être constitué d'un ensemble d'éléments tubulaires 20 reliés entre eux par des membranes 21, assurant une continuité sur l'ensemble du dispositif qui présente une forme générale cylindrique. Les éléments tubulaires sont préférentiellement regroupés par 2, 4, 6, etc. sous forme d'épingles dans lesquelles circulent un fluide chaud ou dans lesquelles on réalise une opération de combustion. Ces épingles sont raccordées à un collecteur 13 fixé sur la partie fixe 5 ou placé à proximité de cette partie fixe 5. Le collecteur 13 comprend une zone 13a pour l'alimentation en fluide chaud ou pour l'alimentation en air et en combustible, et une zone 13b pour l'évacuation du fluide refroidi ou des fumées. En aucun cas, il n'y a contact entre le fluide ou les fumées utilisés pour 1 0 le chauffage des tubes 20 d'une part, et les gaz contenus dans le cylindre 1 et la partie fixe 5 d'autre part. Dans le cas de la figure 2, le dispositif 9 est constitué d'épingles simples ayant deux types de tubes 20: des tubes de type 22 dans lesquels le fluide circule à co-courant des déchets à l'intérieur du dispositif 9 et des tubes de type 23 intercalés entre les tubes 22 dans lesquels le fluide circule à contre-courant des déchets. Les tubes peuvent être chauffés par exemple par combustion d'un combustible gazeux. Le combustible gazeux peut être du gaz naturel ou même des gaz issus du traitement pyrolytique des déchets, lesdits gaz ayant été au préalable et de préférence traités pour éliminer les goudrons et les particules qui pourraient conduire à des phénomènes d'encrassement indésirés. La description qui vient d'être faite n'est bien entendu pas limitative, et le dispositif de chauffage 9 pourrait tout aussi bien être constitué d'un tube sensiblement cylindrique, équipé de moyens de chauffage électrique comme des résistances, enroulées autour ou à l'intérieur dudit tube, de manière hélicoïdale, avec des 3 0 connections reportées à l'extérieur au niveau d'un boîtier d'alimentation. Le four selon l'invention est préférentiellement destiné au traitement de déchets à des températures comprises entre 50 et 900 C, avec des températures finales des produits de pyrolyse en sortie de four comprises de préférence entre 400 et 600 C. Les 6 2720487 températures au niveau du dispositif de chauffage 9 sont comprises entre 100 et 2000 C et de préférence entre 600 et 1000 C. Les tubes 20, 21, 22 assurent un premier chauffage (ou préchauffage) des déchets par la face interne du dispositif 9, lors de la progression de ceux-ci à l'intérieur même du dispositif 9. L'apport calorifique aux déchets se poursuit lorsque ceux-ci ont quitté le dispositif 9, par l'intermédiaire de la face externe dudit dispositif 9. Le chauffage des déchets est alors réalisé par la face externe du dispositif 9 qui émet de l'énergie par rayonnement, soit directement sur les déchets, soit sur la paroi interne du cylindre 1 qui la renvoie ensuite sur les déchets. Une partie de la face interne ou de la face externe peut être cachée par un masque isolant 14, comme indiqué à la figure 1, pour contrôler et limiter l'apport de chaleur en tout point du système. i15 Le four selon la présente invention suppose, a priori, l'utilisation pour le chauffage, de fluides chauds ou de combustibles propres tels que le gaz naturel ou les gaz de pyrolyse débarassés de leurs goudrons et autres particules. Sans sortir du cadre de la présente invention, le fluide chaud peut être de l'air préchauffé par exemple à une température comprise entre 500 et 1000 C, dans une chaudière qui brûle des gaz de pyrolyse bruts. De ce qui précède il ressort que la présente invention présente un certain nombre d'avantages notamment vis-à-vis d'une installation classique comprenant un cylindre tournant chauffé extérieurement par des brûleurs ou un fluide caloporteur qui entoure le cylindre tournant. Plus précisément: -L'absence de moyens de chauffage externes réduit les coûts d'investissement, et d'une manière certaine, diminue les pertes thermiques pour au moins deux raisons: les points les plus chauds en température sont au centre du dispositif et non à la périphérie et la surface externe des parties chaudes est sensiblement réduite avec l'absence d'enveloppe entourant le 3 5 cylindre tournant. - La présente invention permet un accroissement très sensible de l'efficacité énergétique de l'installation, parce que les pertes thermiques sont considérablement réduites d'une part, et parce que les fumées ou le fluide chaud utilisés pour le chauffage, sont parfaitement canalisés et peuvent être réemployés sans difficulté en un autre point du procédé, alors qu'avec un système classique, la dilution des fumées par des entrées d'air parasites inévitables, obhèrent quelque peu les possibilités d'une utilisation optimale du contenu énergétique des déchets. 1 O -En outre la présente invention crée de plus grandes facilités pour contrôler et moduler le chauffage du cylindre tournant, grâce notamment à la possibilité d'alimenter de manière indépendante les différents tubes constitutifs du système de chauffage. -De surcroît, le four selon l'invention présente une moindre inertie 1 5 thermique de l'ensemble, ce qui autorise des démarrages beaucoup plus rapides, et accroît les conditions de sécurité dans les cas d'arrêts impromptus. Par exemple, lorsque un four classique doit être stoppé rapidement à la suite d'un incident sur l'incinérateur de gaz de pyrolyse, toute l'énergie accumulée dans le réfractaire continuant à chauffer le cylindre tournant, la pyrolyse se poursuit et génère des gaz qui ne peuvent plus être brûlés, pouvant ainsi créer une situation explosive. Selon l'invention, les moyens de chauffage ont une inertie beaucoup plus faible, et l'arrêt de l'alimentation en fluide chaud ou en combustible étant instantané, on peut stopper le processus de pyrolyse en des temps beaucoup plus brefs. -Par ailleurs des simplifications au plan de la conception et de la construction du four sont réalisées selon l'invention, parce que, pour une puissance donnée, la taille du cylindre tournant est plus 3 O petite qu'avec un four traditionnel. D'autre part, une seule étanchéité est à assurer au lieu de deux et enfin les problèmes de dilatation thermique sont simplifiés, le cylindre tournant étant relié à un seul point fixe, alors qu'avec les montages connus le cylindre tournant est généralement pris entre deux points fixes. 8 2720487 REVENDICATIONS 1) Four destiné au traitement thermique de matériaux solides comprenant un élément tournant (1) dans lequel circulent longitudinalement lesdits matériaux solides, et un moyen de chauffage (9) pour lesdits matériaux solides, qui s'étend longitudinalement dans le four, les matériaux solides progressant selon environ deux longueurs à l'intérieur de l'élément tournant (1), caractérisé en ce que le moyen de chauffage (9) est fixe, destiné à 1 O canaliser les matériaux solides et à assurer leur préchauffage et/ou leur chauffage. 2) Four selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de chauffage (9) est disposé coaxialement et à l'intérieur de l'élément tournant (1) de telle sorte que dans la zone axiale délimitée par le moyen de chauffage, les matériaux solides présentent les températures les plus élevées. 3) Four de traitement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit moyen de chauffage comprend au moins un élément tubulaire (22, 23) dont la ou les branches sont parallèles à l'axe longitudinal du four, en ce que la ou les branches sont reliées par des membranes (21), l'ensemble ayant une forme générale cylindrique. 4) Four selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un fluide caloporteur circule dans le moyen de chauffage (22, 23) à co- courant et/ou à contre-courant des matériaux solides. ) Four selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les éléments tubulaires (22, 23) sont alimentés indépendamment les uns des autres. 6) Four selon l'une quelconque des revendications 3 O précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier moyen (7), fixe, destiné à évacuer les gaz produits dans l'élément tournant (1) et un second moyen (8), fixe, pour évacuer les solides résultant du traitement thermique. 7) Four selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le moyen de chauffage (9) constitue un élément de forme 9 2720487 générale cylindrique autour duquel ou à l'intérieur duquel sont disposés des éléments résistifs. 8) Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément isolant (14) entourant ledit moyen de chauffage (9). 9) Application du four selon l'une quelconque des revendications précédentes à la pyrolyse de déchets.