Brevet FR2734343A1 — publié le 19961122

L'invention concerne un procédé et un dispositif de traitement par pyrolyse des ordures ménagères et des déchets. Il est connu de recourir à la combustion pour le traitement des ordures ménagères et des déchets. Les installations correspondantes prennent, le plus souvent, la forme d'une centrale thermique, alimentée en combustible par les entreprises de collecte des ordures ménagères ; lesquelles ordures sont grossièrement triées, en vue de la récupération de certains éléments, avant leur introduction dans le foyer de la chaudière. La chaleur dégagée par cette combustion est généralement transmise, par l'intermédiaire d'échangeurs, à un fluide caloporteur (eau, air). Il est tout aussi connu de recourir à la décomposition chimique de matériaux, notamment des matériaux d'origine végétale, sous l'action d'une température élevée, en l'absence d'oxygène, pour obtenir une phase solide résiduelle et des gaz chauds réutilisables pour entretenir le processus. Le charbon de bois est produit de cette manière. Enfin, certaines industries utilisent, pour la transformation par élévation de température de certaines matières, au cours d'un processus automatisé, des fours rotatifs, équipés d'échangeurs de chaleur et d'un système d'entraînement longitudinal hélicoïdal. Les procédés de traitement des ordures ménagères par voie thermique, proposés actuellement, exigent que la récupération sélective de certains matériaux non combustibles soit effectuée avant introduction dans I'incinérateur, ce qui pose un important problème, tant au niveau du tri, qu'à celui de la réutilisation. En effet, à ce stade, le volume à traiter est considérable et très hétéroclite et les conditionnements métalliques, ou en verre, sont généralement accompagnés d'accessoires revêtus d'étiquette, de peinture, ou d'un verni, qu'il est ensuite difficile d'éliminer. I1 faut ajouter à cela que ce traitement par combustion, avec apport d'oxygène, génère des gaz provenant, en particulier, de la transformation des matières hydrocarbonées, soufrées, chlorées, etc.., qui, lors de leur rejet dans l'atmosphère, polluent notablement celle-ci. La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients. Cette invention, telle qu'elle est caractérisée, résout le problème consistant à définir un procédé et à créer un dispositif permettant d'assurer, en continu, le traitement d'une grande diversité de déchets, tant urbains qu'industriels, voire agricoles, en réduisant considérablement les rejets nocifs dans l'atmosphère, sans nécessiter de tri préalable, puisque celui-ci peut être effectué au niveau des résidus pyrolysés sur des éléments débarrassés de tout accessoire ou revêtement indésirable, ceci sans exclure la récupération de chaleur dans les gaz issus de la transformation, ni dans les résidus de la pyrolyse qui, à un très fort pourcentage, conservent un pouvoir calorifique important. Le procédé de traitement de déchets par pyrolyse selon l'invention, consistant à maintenir ceux-ci à température élevée pendant un temps suffisant à leur décomposition chimique, se caractérise en ce qu'il consiste à a) faire monter progressivement les déchets en température par conductivité, à l'abri de l'air, jusqu'à obtention d'une température finale, prédéterminée en fonction de la nature des déchets, b) utiliser les gaz chauds résultant de la décomposition chimique des déchets pour le chauffage, à contre-courant de ceux-ci. Lors de la transformation par pyrolyse, les déchets sont maintenus sous dépression par rapport à la pression atmosphérique. Le processus de pyrolyse est appliqué en continu sur des déchets en mouvement, de l'entrée vers la sortie du dispositif de mise en oeuvre. Le débit est réglable en fonction de la nature des déchets à traiter. Le dispositif d'application du procédé selon l'invention est caractérisé en ce que la montée progressive des déchets en température par conductivité, à l'abri de l'air, est obtenue par l'intermédiaire d'un four rotatif, muni intérieurement d'échangeurs thermiques et de plaques d'entraînement et de dilatation, en ce que les gaz chauds, résultant de la décomposition chimique des déchets, sont injectés dans les échangeurs thermiques avant leur évacuation, en ce que l'étanchéité du four, vis-à-vis de l'air extérieur, est obtenue par injection d'un gaz neutre au niveau des joints situés à l'entrée et à la sortie de la partie rotative du four, et en ce que le débit de la transformation se règle par variation de la vitesse de rotation de la partie rotative du four. Le four est constitué de parties fixes, en arc de cercle, supportées par des piliers, et d'une partie rotative, reposant sur les parties fixes par l'intermédiaire de galets. Les échangeurs thermiques sont constitués de faisceaux de tubes en arc de cercle, reliés deux à deux par des collecteurs longitudinaux et collectivement aux conduits d'arrivée et d'évacuation par des collecteurs radiaux. La partie rotative du four est réalisée en double enveloppe, avec interposition d'un isolant thermique. Préférentiellement, la partie rotative du four est réalisée en éléments juxtaposables linéairement. Les avantages obtenus, grâce au procédé et au dispositif selon l'invention, consistent essentiellement en ceci que le traitement par pyrolyse des déchets, par conséquent sans aucun apport d'oxygène, permet d'obtenir des produits de décomposition propres et purs. Des sous-produits, tels que le charbon, les métaux et le verre, peuvent être ainsi facilement récupérés pour être recyclés, puisque ceux-ci sortent propres et non calcinés, ce qui augmente leur valeur marchande. Différentes sortes de déchets peuvent être ainsi traitées ordures ménagères, déchets industriels et agricoles, peintures, batteries, pneumatiques, voire même les déchets hospitaliers ; cela sans distinction. Le four peut être adapté au tonnage journalier à traiter, compte-tenu de sa conception modulaire (100 kg à 5 tonnes/heure ou plus). D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans la description qui va suivre d'une installation de traitement de déchets, réalisée selon l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif au regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue de côté, en coupe longitudinale, du four, - la figure 2 représente une vue de face, en coupe selon le plan XX indiqué sur la figure 1, - la figure 3 représente une vue de face du dispositif d'alimentation, - la figure 4 représente une vue de face du dispositif d'évacuation, - la figure 5 représente une vue en coupe longitudinale partielle du système d'injection de gaz neutre dans les joints d'extrémité de la partie rotative du four, - la figure 6 représente une vue en coupe longitudinale partielle du système d'injection de gaz neutre dans les manchons de raccordement des tuyaux d'alimentation en gaz chauds. Les figures représentent une installation de traitement de déchets par pyrolyse dans un four constitué, pour l'essentiel, de piliers métalliques 11, surmontés chacun d'une partie fixe en arc de cercle 12, sur laquelle repose, par l'intermédiaire de galets 13, l'enveloppe extérieure 21 de la partie rotative 20 du four, séparée de l'enveloppe intérieure 22 par un isolant thermique 23, laquelle enveloppe intérieure 22 est tapissée de faisceaux d'échangeurs en arc de cercle 31, reliés deux à deux par des collecteurs longitudinaux 32 et collectivement aux conduits d'arrivée 33 et d'évacuation 34 des gaz chauds par des collecteurs radiaux 35 et 36 ; les déchets étant introduits par une conduite 41, alimentée par trémies 42, munie intérieurement d'une vis transporteuse 43, et étant évacués par une trémie de sortie 51. En examinant, tout d'abord, les figures 1 et 2, on remarque que la partie rotative 20 du four est soutenue par les piliers 11, par l'intermédiaire des parties fixes en arc de cercle 12 et des galets 13, dont certains sont motorisés pour assurer l'entraînement en rotation de la dite partie rotative 20, laquelle est maintenue longitudinalement par des dispositifs d'alimentation 40 et d'évacuation 50 ;; la jonction des collecteurs d'échangeurs avec les conduits d'arrivée 33 et d'évacuation 34 des gaz chauds étant assurée par des joints tournants 37 et 38, et l'étanchéité entre les extrémités 24 et 25 de l'enveloppe extérieure 21 de la partie rotative 20 et les dispositifs d'alimentation 40 et d'évacuation 50 étant assurée par injection d'un gaz neutre, tel que de l'azote, dans un espace annulaire 44, 54 ménagé entre les éléments fixes et rotatifs respectifs et dans les joints tournants 37 et 38 reliant les conduits fixes 33, 34 des gaz chauds avec l'extrémité des collecteurs longitudinaux 32 d'alimentation des échangeurs 31. On remarquera que la partie rotative 20 du four est réalisée en deux parties, reliées par des brides d'union 26, ce qui permet d'adapter la longueur du four selon le besoin, en rajoutant un ou plusieurs tronçons intermédiaires. En examinant maintenant les figures 3 et 4, à la lumière de la figure 1, on remarque que les dispositifs d'alimentation 40 et d'évacuation 50 viennent coiffer, chacun, l'une des extrémités de l'enveloppe extérieure 21 de la partie rotative 20 du four à pyrolyse ; l'étanchéité au niveau des encastrements et des conduits d'arrivée et d'évacuation des gaz chauds 33, 34 étant assurée par injection permanente d'un gaz neutre, comme cela a déjà été mentionné cidessus. On remarque que chacun des dispositifs d'alimentation 40 et d'évacuation 50 est doté de tuyauteries 45 et 55 de recyclage des gaz pyrolytiques permettant d'augmenter l'efficacité de l'échange ; la sortie des gaz pyrolytiques s'effectuant par les tuyauteries 55 du dispositif d'évacuation 50 et leur recyclage par les tuyauteries 45 raccordées au dispositif d'alimentation 40. Chacun des dispositifs d'alimentation 40 et d'évacuation 50 comporte, à sa base, une trémie 46, 56, dont l'une 46, située sur le dispositif d'alimentation 40, munie d'un clapet de sécurité 461 éliminant tout risque d'entrée d'air, est prévue pour permettre un éventuel débourrage, et dont l'autre 56, située de l'autre côté, munie, elle aussi, d'un clapet 561, est normalement utilisée pour assurer l'évacuation des sous-produits solides résultant de la pyrolyse des déchets. Chacun des dispositifs 40, 50 est muni, à sa partie supérieure, d'une bouche d'accès 47, 57. Un diaphragme 27, situé à l'extrémité amont de la partie rotative 20 du four pyrolytique, contrôle le remplissage de celui-ci. En se rapportant maintenant aux figures 5 et 6, on remarque que l'étanchéité à l'air est assurée par injection directe d'un gaz neutre, tel que l'azote, dans l'interstice ménagé à cet effet entre les parties fixes et rotatives, de façon à privilégier l'entrée d'azote dans le four, plutôt que l'air. Ainsi, comme on le voit, les déchets sont introduits en continu dans la partie rotative 20 du four par un système 41, 42, 43 approprié au tonnage. Aussitôt que les déchets rentrent dans le four, ils sont en contact avec les échangeurs 31, ils montent progressivement en température par conductivité, ce qui a pour effet de changer la composition chimique de ceux-ci en fonction des températures programmées suivant les produits à traiter ; on obtient le processus de pyrolyse, ce qui permet de décomposer les déchets : une partie gazeuse, une partie solide. La température finale des produits pyrolysés est d'environ 600"C. Les déchets sont pyrolysés par un échange indirect de chaleur, ce qui permet de les traiter sans aucune présence d'oxygène, tout en observant les températures choisies ; on obtient des produits de décomposition propres et purs, sans aucune trace d'oxydation. Les échangeurs 31 peuvent être de différents formats et de différents assemblages, en fonction du four à réaliser et des produits à traiter. A l'intérieur des échangeurs 31, les gaz chauds passent à contre-courant ; ces gaz chauds étant produits dans un foyer annexe au four (non représenté), alimenté par une partie des gaz obtenue par la pyrolyse des déchets. La température des gaz à l'entrée des échangeurs 31 peut atteindre 1 000 à 1 300"C, pour ressortir à 300"C environ ceux-ci peuvent donc encore être utilisés pour la production d'énergie. Pour la sécurité, le four est équipé de plusieurs clapets, permettant la sortie des produits en cas de nécessité. La réalisation mécanique des échangeurs 31, ainsi que le système de joints, permettent de travailler en dépression, aussi bien dans le four que dans les échangeurs, et d'absorber les dilatations que la partie rotative 20 subit, ce qui offre une sécurité supplémentaire. Les échangeurs 31 sont fixés sur une plaque 39 qui peut glisser à l'intérieur de la partie rotative du four 20, ce qui absorbe les dilatations de ceux-ci. Les joints d'entrée et de sortie de la partie rotative 20 avec les dispositifs fixes 40, 50 permettent d'absorber la dilatation longitudinale de la partie rotative 20, puisqu'ils ne sont pas munis de roulement ni de coussinet, mais protégés par injection de gaz neutre ; leur longueur peut être variable, ce qui permet encore d'absorber la dilatation. Un autre avantage de cette invention est la possibilité de faire varier la longueur du four en fonction des besoins d'exploitation, en ajoutant ou retirant des tronçons intermédiaires. Ce four a aussi l'avantage de permettre un transport normal par route et un assemblage facile sur le site, puisqu'il est constitué d'éléments reliés par des brides. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement par pyrolyse de déchets urbains, industriels, hospitaliers et agricoles, consistant à maintenir ceux-ci à température élevée pendant un temps suffisant à leur décomposition chimique, caractérisé en ce qu'il consiste à a) faire monter progressivement les déchets en température par conductivité, à l'abri de l'air, jusqu'à obtention d'une température finale, prédéterminée en fonction de la nature des déchets, b) utiliser les gaz chauds résultant de la décomposition chimique des déchets pour le chauffage, à contre-courant des déchets. 2. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de la transformation par pyrolyse, les déchets sont maintenus en dépression par rapport à la pression atmosphérique. 3. Procédé de traitement selon l'une des revendications cidessus, caractérisé en ce qu'il est appliqué en continu sur des déchets en mouvement. 4. Procédé de traitement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le débit du traitement est réglable en fonction de la nature des déchets à traiter. 5. Dispositif d'application du procédé selon les revendications 1 à 4, prises dans leur ensemble, permettant la pyrolyse de déchets urbains, industriels, hospitaliers et agricoles, en maintenant ceux-ci à température élevée pendant le temps nécessaire à leur décomposition chimique, caractérisé en ce que la montée progressive des déchets en température par conductivité, à l'abri de l'air, est obtenue par l'intermédiaire d'un four rotatif, muni intérieurement d'échangeurs thermiques (31) et de plaques d'entraînement et de dilatation (39), en ce que les gaz chauds, résultant de la décomposition chimique des déchets, sont injectés dans les échangeurs thermiques (31) avant leur évacuation, en ce que l'étanchéité du four, vis-à-vis de l'air extérieur, est obtenue par injection d'un gaz neutre au niveau des joints situés à chaque extrémité de la partie rotative (20) du four, et en ce que le débit des déchets à traiter se règle par action sur la vitesse de rotation de la partie rotative (20) du four. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le four est constitué de parties fixes (12), en arc de cercle, supportées par des piliers (11), et d'une partie rotative (20), reposant sur les parties fixes (12) par l'intermédiaire de galets (13). 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que les échangeurs thermiques sont constitués de faisceaux de tubes en arc de cercle (31), reliés deux à deux par des collecteurs longitudinaux (32) et collectivement aux conduits d'arrivée (33) et d'évacuation (34) par des collecteurs radiaux (35, 36). 8. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie rotative (20) du four est réalisée en double enveloppe (21, 22), avec interposition d'un isolant thermique (23). 9. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie rotative (20) du four est réalisée en éléments juxtaposables linéairement.