Brevet FR2732008A1 — publié le 19960927

Procédé de traitement de scorie liquide qui se produit lors de la combustion ou de la gazéification de déchets L'invention concerne un procédé de traitement thermique de déchets contenant des constituants combustibles, de la scorie liquide et un gaz de fumée chaud se créant à une température comprise entre 1200 et 1800 C, directement lors du traitement thermique ou lors de la combustion ou encore lors de la gazéification d'un effluent gazeux formé lors du traitement thermique et contenant des constituants combustibles, le gaz de fumée chaud étant refroidi et dépoussiéré et des chlorures et des composés soufrés étant éliminés au moins en partie du gaz de fumée par contact direct avec au moins un liquide de lavage et une suspension, qui contient des chlorures et des composés soufrés et que l'on déshydrate en un mélange de matière solide, étant formée. i 5 II est décrit dans le DE-A42 35 412 et le DE-A-44 12 004 le traitement thermique de déchets en lit fluidisé circulant, un gaz de fumée chaud, qui est brûlé ou gazéifié en formant de la scorie liquide, étant formé. Lors de la combustion, on s'assure d'une amenée d'oxygène hyper-stoechiométrique, tandis que, lors de la gazéification, on opère avec une amenée d'oxygène presque hypo-stoechiométrique. Dans le procédé suivant le DE-A-44 24 583 et le 44 24 707, on charge les déchets dans un bain de scories, dans un réacteur, on peut dans ce cas également opérer avec une amenée d'oxygène qui peut être un peu hypo- stoechiométrique et qui peut aller jusqu'à être stoechiométrique, ou aussi avec une amenée d'oxygène hyper- stoechiométrique. Le bain de scories est constitué de 50 à 100 % en poids de résidus des déchets et il est formé un gaz de fumée chaud qui est éliminé du réacteur à bain de scories. - 2732008 Dans les procédés mentionnés de gazéification ou de combustion de déchets, le gaz de fumée chaud contient des composés chlorés, des composés fluorés et des composés soufrés. Lors de l'épuration du gaz de fumée, ces substances apparaissent sous forme sèche, et aussi lors de I'épuration nécessaire en voie humide, en suspensions ou en boues. L'invention vise à fixer les substances polluantes qui sont formées lors de l'épuration du gaz dans une scorie liquide également formée. Il doit être formé de la scorie qui, après la solidification, est si neutre du point de vue de l'environnement qu'elle peut être réutilisée ou aussi mise à la décharge sans l0 difficultés. On y parvient suivant l'invention, dans le procédé décrit au début du présent mémoire par le fait que, dans une zone de mélange, on mélange à des températures de 1200 à 1500 C la scorie liquide au mélange déshydraté de substances solides contenant des chlorures et des composés soufrés et que l'on retire de la zone de mélange de la scorie liquide à teneur en oxyde de fer qui a un rapport molaire CaO: SiO2 de 0,4 à 1,2 et une teneur en FeO de 5 à % en poids, que l'on refroidit et solidifie. Des essais pour éluer de la scorie ayant ces critères ont donné qu'elle peut être considérée pratiquement comme neutre en ce qui concerne l'environnement. De préférence, le traitement thermique des déchets s'effectue par gazéification ou par combustion dans un réacteur à lit fluidisé et l'effluent gazeux qui y est formé est brûlé ou gazéifié dans un réacteur de décomposition à des températures comprises entre 1200 et 1800 C, avec formation de la scorie liquide et le gaz de fumée chaud. De préférence, les déchets sont mis pour le traitement thermique dans un bain de scories, la scorie étant constituée de 50 à 100 % en poids de résidus des déchets et ayant des températures comprises entre 1200 et 1800 C, et l'on retire le gaz de fumée chaud formé au-dessus du bain de scories à des températures comprises entre 1200 et 1800 C. De préférence, on insuffle dans la scorie liquide, dans la zone de mélange, du gaz combustible et du gaz à teneur en 02. De préférence, on fait passer le gaz de fumée refroidi d'abord dans un lavage en voie humide pour éliminer des chlorures et des fluorures et ensuite dans un lavage à gaz pour éliminer des composés soufrés au moyen d'une solution de lavage. 3' 2732008 Les déchets qui conviennent au procédé sont par exemple des ordures municipales ou industrielles ou aussi des boues de déchets. Si la teneur en fer des déchets est trop petite, des déchets à teneur en fer peuvent être ajoutés. De même, la teneur en calcium ou en SiO2 peut être réglée notamment lors de la formation de la scorie liquide. Si l'on traite les déchets dans le réacteur à bain de scories, il est formé aussi bien de la scorie liquide qu'un gaz de fumée chaud à des températures comprises entre 1200 et 1800 C. Ce gaz de fumée est refroidi et dépoussiéré et, afin d'éliminer des chlorures, des fluorures et des composés soufrés, io soumis à au moins un lavage en voie humide. Il est ainsi formé un mélange à teneur en substances polluantes que l'on fixe dans la scorie. A cet effet, on retire en continu ou en discontinu de la scorie liquide du réacteur à bain de scories et on la charge dans une zone de mélange à laquelle on fournit également le mélange de matières solides à teneur en substances polluantes issu de l'épuration du gaz de fumée. On s'assure alors, de la manière déjà mentionnée, qu'il est formé de la scorie liquide qui a un rapport molaire CaO: SiO2 de 0,4 à 1,2 et une teneur en FeO de 5 à 20 % en poids. De préférence, le rapport molaire CaO: SiO2 est compris entre 0,4 et 0,8 et la teneur en FeO est d'au moins 10 % en poids. Généralement, des cendres issues de la gazéification ou de la combustion d'ordures contiennent relativement beaucoup de SiO2, si bien que la basicité est habituellement bien inférieure à 0,4. Dans la scorie provenant d'une cendre de ce genre, les substances polluantes issues de l'épuration du gaz de fumée ne sont fixées qu'insuffisamment. La teneur en FeO ne doit pas être trop grande, surtout parce que sinon la fixation des substances polluantes est également rendue mauvaise et parce que l'agressivité de la scorie vis-à- vis d'une maçonnerie réfractaire augmente. D'autres possibilités de réalisation du procédé sont explicités à l'aide du dessin. Le dessin est un schéma de déroulement du procédé, les déchets étant traités thermiquement en lit fluidisé circulant. Il est envoyé à un réacteur (1) à lit fluidisé, par le conduit (2), des déchets, et par le conduit (3) du gaz à teneur en 02, c'est-à-dire de l'air, de l'air enrichi en oxygène ou de l'oxygène techniquement pur. Si cela est nécessaire, du gaz à teneur en oxygène peut aussi être envoyé dans le réacteur (1) par l'entrée (3a) secondaire. A des températures comprises entre 4 2732008 750 et 1000 C, les déchets brûlent ou sont gazéifiés dans le réacteur (1) et un effluent gazeux à teneur en matières solides est envoyé par la manche (5) au cyclone (6). Des matières solides séparées sont renvoyées au moins partiellement par le conduit (7) à la région inférieure du réacteur (1). On retire de la cendre par la manche (8) qui part de la grille (9) et qui va vers le bas au conduit (10). Dans une installation (11) de criblage, on sépare du grain grossier, que l'on évacue par le conduit (12), des fines, que l'on envoient par le conduit (13) à une installation (14) de broyage éventuellement nécessaire qui peut être aussi couplée de plus à un séparation magnétique. De la cendre à grain fin, qui a encore une teneur en carbone, est fournie sur la voie (15) de transport à un réacteur (16) de décomposition. On envoie aussi à ce réacteur de décomposition l'effluent gazeux poussiéreux qui quitte le cyclone (6) par le conduit (17). Il est de plus possible, de dériver une partie des substances solides du conduit (17) au conduit (7a) et de faire passer ces substances solides également dans le réacteur (16). Du gaz à teneur en oxygène, notamment de l'air enrichi en oxygène ou de l'oxygène techniquement pur, est envoyé au réacteur (16) de décomposition par le conduit (19). Il est possible de doser l'apport d'oxygène dans le réacteur (16) de manière à respecter soit des conditions de gazéification, c'est-à-dire un fonctionnement hypo- stoechiométrique, soit des conditions de combustion pour un apport d'O2 hyper-stoechiométrique. Dans chacun des cas, on s'assure de températures comprises entre 1200 et 1800 C dans le réacteur (16), si bien qu'il est formé de la scorie liquide. On peut envoyer dans le réacteur (16), par le conduit (20), du combustible supplémentaire et/ou des granulats qui sont souhaités dans la scorie formée. Ces granulats peuvent être par exemple des composés du calcium ou du fer. Il se forme dans le réacteur (16) de décomposition un gaz de fumée chaud qui contient de la poussière et des substances polluantes, notamment des chlorures, des fluorures et des composés soufrés. On envoie ce gaz de fumée chaud d'abord par le conduit (22) pour le refroidir dans une chaudière (23) de récupération dans laquelle également une partie de la poussière est séparée. Le gaz de fumée refroidi est ensuite envoyé pour continuer son épuration dans des lavages en voie humide de genre différent. Au dessin, il est d'abord représenté un lavage comportant de l'eau dans la colonne (24), dans laquelle le gaz entre par le conduit (25). De l'eau fraîche est amenée 2732008 dans le conduit (26), mélangée à un liquide, qui provient du conduit (27) et qui circule en circuit fermé, et projetée dans la colonne (24). Le lavage à l'eau sert de manière connue notamment à éliminer des chlorures et des fluorures du gaz de fumée. Un liquide à teneur en substances polluantes, qui se forme au bas de la colonne (24) est soutiré par le conduit (28), une partie en étant renvoyée par le conduit (27). Le liquide restant parvient à une installation (30) de déshydratation. Il y est d'abord formé d'une manière connue qui n'est pas illustrée une boue épaissie que l'on déshydrate ensuite par exemple dans un filtre-presse. Des substances solides déshydratées sont évacuées par le io conduit (31). A la différence de ce qui est représenté au dessin, le lavage à l'eau peut aussi être agencé en plusieurs étages. Le gaz de fumée, qui quitte la colonne (24) de lavage par le conduit (34), parvient ensuite à la colonne (35) de désulfuration. Une solution de lavage, qui contient par exemple de l'hydroxyde de calcium, y est projetée. De la solution de lavage usée est renvoyée en partie par le conduit (36), de la solution de lavage fraîche arrive du conduit (37) et du gaz épuré est soutiré par le conduit (39). La solution de lavage soutirée du bas de la colonne (35) par le conduit (38) parvient en partie à l'installation (40) de déshydratation, des substances solides déshydratées se formant aussi dans ce cas dans le conduit (41). A la différence de ce qui est représenté au dessin, la désulfuration peut aussi s'effectuer sur plusieurs étages. Dans la cuve (44) de mélange, il est produit de la scorie liquide qui, refroidie et solidifiée, est neutre du point de vue de l'environnement. Dans cette cuve, on envoie par le conduit (18) la scorie liquide qui se forme dans le réacteur (16) de décomposition et, en plus de cela, la poussière qui se forme dans la chaudière (23) de récupération et qui est amenée par le conduit (29). De plus, on envoie à la cuve (44) les substances solides déshydratées des conduits (31) et (41). La cuve (44) peut être chauffée d'une manière connue en soi qui n'est pas représentée, afin de conserver un bain (45) de scorie liquide. La scorie est déplacée dans le bain pour être mélangée, ce qui peut s'effectuer en envoyant du gaz par la lance (46). Le gaz peut être par exemple un gaz inerte (par exemple de l'azote) ou bien on envoie du gaz combustible conjointement avec de l'oxygène, la combustion maintenant de plus le bain (45) de scorie à la température souhaitée comprise entre 1200 et 1500 C et le plus souvent au plus à 1400 C. On retire de la cuve (44) par le conduit (48) de 6 2732008 la scorie liquide que l'on refroidit d'une manière connue en soi qui n'est pas représentée, par exemple en l'envoyant dans un bain d'eau. De l'effluent gazeux quitte la cuve (44) par le conduit (47) et peut être mélangé d'une manière qui n'est pas représentée au gaz de fumée du conduit (22). La scorie du conduit (48) a un rapport molaire CaO: SiO2 de 0,4 a 1,2 et de préférence au plus de 0,8. Sa teneur en FeO est comprise entre 5 et 20 % en poids, et de préférence proche d'au moins 10 % en poids. La scorie contient habituellement 0,5 à 2 % en poids de chlore, 1 à 3 % en poids de fluor et 0,5 à 3 % en poids de soufre. Afin de détecter si la scorie peut être réutilisée o0 ou aussi mise à la décharge sans problèmes, on soumet la scorie refroidie, granulée à un test d'élution. On agite 100 g de granulat de scorie dans 1 I d'eau distillée contenue dans un becher en verre d'une capacité de 2 I, à une température de 20 C, pendant 24 heures. L'eau ensuite séparée, filtrée a habituellement les données suivantes: - conductibilité électrique: 50 à 500 mS (10 000 mS étant admis suivant la norme industrielle allemande), - valeur de pH: 8 à 10 (5,5 à 13 étant admis suivant la norme industrielle allemande), - teneur en fluor: 0,08 à 0,6 mg/I (5 mg/I étant admis suivant la norme industrielle allemande), - résidu de substance solide après ébullition de l'eau: admis au plus suivant la norme industrielle allemande). Exemple Dans une installation comme elle est représentée au dessin, mais sans le conduit (7a), on gazéifie 7500 kg à l'heure d'ordures ménagères triées. Les particularités de l'exemple ont été partiellement calculées. Les ordures ont la composition suivante: C 25,8 % en poids H 3,3 % en poids O 15,1% en poids S 0,2 % en poids Cl 0,5 % en poids F 0,1 % en poids cendre à teneur en SiO2 26,0 % en poids humidité 29,0 % en poids 7 2732008 Par séparation magnétique conjointement avec l'installation (14) de broyage, la teneur en fer de la cendre est réglée de manière à obtenir une teneur en FeO de la scorie du conduit (48) de 12 % en poids. La gazéification dans le réacteur (1) à lit fluidisé s'effectue à 900 C, la température dans le réacteur (16) de décomposition est d'environ 1450 C. On introduit dans le réacteur (16), par le conduit (20), 195 kg/h de CaO, on envoie par le conduit (19) de l'oxygène techniquement pur. On envoie une lessive de Ca(OH)2 à la colonne (35). On fournit à la cuve (44), par le conduit (18), 2150 kg/h de scorie à 1400 io C, il arrive par le conduit (29) 50 kg/h de poussière, on envoie par le conduit (31) de la poussière et 68 kg/h de chlorures et, par le conduit (41) 80 kg/h de composés soufrés. On envoie par la lance (46) 100 m3 dans les conditions normales de gaz provenant du conduit (39) et 20 m3 d'oxygène dans les conditions normales, si bien qu'il s'établit dans l'effluent gazeux du conduit (47) un rapport CO/CO2 de 2. Dans ces conditions, la formation de fer métallique dans la cuve (44) est empêchée. La scorie refroidie, qui provient du conduit (48) a les données caractéristiques suivantes: rapport molaire CaO: SiO2 = 0,6 teneur en FeO 12,0 % en poids teneur en CL 1,7 % en poids teneur en F 0,5 % en poids Teneur en S 0,7 % en poids Le test d'élution décrit précédemment donne une conductibilité électrique de l'eau filtrée de 230 mS et un résidu de matière solide après ébullition de l'eau de 0,6 g. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement thermique de déchets contenant des constituants combustibles, de la scorie liquide et un gaz de fumée chaud se créant à une température comprise entre 1200 et 1800 C, directement lors du traitement thermique ou lors de la combustion ou encore lors de la gazéification d'un effluent gazeux formé lors du traitement thermique et contenant des constituants combustibles, le gaz de fumée chaud étant refroidi et dépoussiéré et des chlorures et des composés soufrés étant éliminés au io moins en partie du gaz de fumée par contact direct avec au moins un liquide de lavage et une suspension, qui contient des chlorures et des composés soufrés et que l'on déshydrate en un mélange de matière solide, étant formée, caractérisé en ce que, dans une zone de mélange, on mélange à des températures de 1200 à 1500 C la scorie liquide au mélange déshydraté de substances solides contenant des chlorures et des composés soufrés et que l'on retire de la zone de mélange de la scorie liquide à teneur en oxyde de fer qui a un rapport molaire CaO: SiO2 de 0,4 à 1,2 et une teneur en FeO de 5 à % en poids, que l'on refroidit et solidifie. 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement thermique des déchets s'effectue par gazéification ou par combustion dans un réacteur à lit fluidisé et l'effluent gazeux qui y est formé est brûlé ou gazéifié dans un réacteur de décomposition à des températures comprises entre 1200 et 1800 C, avec formation de la scorie liquide et le gaz de fumée chaud. 4. Procédé suivant la revendication 1 ou une des revendications suivantes, caractérisé en ce que l'on insuffle dans la scorie liquide, dans la zone de mélange, du gaz combustible et du gaz à teneur en 02. 9 2732008 5. Procédé suivant la revendication 1 ou une des revendications suivantes, caractérisé en ce que l'on fait passer le gaz de fumée refroidi d'abord dans un lavage en voie humide pour éliminer des chlorures et des fluorures et ensuite dans un lavage à gaz pour éliminer des composés soufrés au moyen d'une solution de lavage.