Brevet FR2769319A1 — publié le 19990409

PROCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT ET DE VALORISATION EN CONTINU DE RESIDUS ORGANIQUES CONTENANT DES METAUX LOURDS, NOTAMMENT DES RESIDUS DE TANNERIE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de traitement en continu par la chaleur de résidus organiques notamment de résidus de tannerie à des fins de recyclage et de valorisation énergétique. On sait que des résidus de peaux sont issus des tanneries elles-mêmes et des industries de transformation du cuir, plus particulièrement les rognures des traitements mécaniques. Or ces résidus comprennent essentiellement des matières organiques et des pigments dont des métaux lourds, I'un d'entre eux le chrome trivalent. Ce chrome trivalent est susceptible de se transformer en chrome hexavalent qui est particulièrement polluant. Une solution consiste à se débarrasser de ces résidus dans des décharges dites contrôlées. On comprend que le problème soit déplacé mais non résolu, ceci avec des coûts très élevés car l'accès à de tels sites est très cher. De plus, il convient de trouver une solution plus adaptée puisque très certainement, les législations qui seront en vigueur dans quelques années interdiront ce type de stockage pour rendre obligatoire le traitement physicochimique de ces résidus. Une solution consiste à incinérer les résidus puisqu'ils sont composés d'une partie de matière organique mais le même obstacle se fait jour car le chrome trivalent se transforme sous la chaleur en présence d'oxygène en chrome hexavalent qui est particulièrement toxique. De plus, les cendres d'une incinération simple dans un four nécessitent un traitement très complexe des fumées par récupération des poussières les plus grosses puis par lavage des fumées dans des bains de sels fondus pour affinage du traitement de dépoussiérage. On peut aussi envisager des séparations sur électrofiltres ou filtres à manches si la température est suffisamment basse. On note aussi que l'incinération se fait avec un excès d'air important si bien que le volume des fumées à traiter est important. Une autre solution connue consiste à recourir à l'incinération en lit fluidisé avec un brûleur annexe et des moyens de dépoussiérage sophistiqués. La transformation du chrome trivalent en chrome hexavalent lors d'une incinération à haute température en présence d'oxygène est inévitable. La présente invention permet de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant de brûler les matières organiques tout en conservant le chrome avec sa trivalence pour permettre le recyclage dudit chrome par séparation du carbone et à permettre une récupération des calories générées. A cet effet, I'invention concerne un procédé de traitement en continu et de valorisation de résidus organiques contenant des métaux lourds, notamment des résidus de tanneries, qui se caractérise en ce qu'il comprend la succession des étapes suivantes - alimentation à l'abri de l'air en résidus de moyens de chauffage de ces résidus, - chauffage au moins à la température de pyrolyse en l'absence d'oxygène de ces résidus avec production de gaz combustibles et de cendres, - traitement des gaz issus de la pyrolyse et des cendres. Plus particulièrement, le traitement des gaz de combustion consiste à les enflammer et à faire éventuellement subir aux fumées issues de cette combustion un lavage simple. De plus, les cendres sont traitées pour séparer les métaux lourds d'une part et le noir de carbone d'autre part. L'invention a aussi pour objet le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui comprend - des moyens d'alimentation en résidus, - des moyens de transfert à l'abri de l'air de ces résidus, - des moyens de chauffage à l'abri de l'air des résidus pendant leur déplacement par ces moyens de transfert à une température au moins égale à la température de pyrolyse, en sorte de générer des gaz combustibles et des cendres, - des moyens de traitement des cendres et des gaz ainsi produits. Selon un mode de réalisation particulier, les moyens d'alimentation en résidus comprennent une trémie et des moyens de dévoûtage des résidus dans cette trémie. Quant aux moyens de transfert, ils comprennent un fourreau traversant, une vis montée à rotation dans ledit fourreau et entraînée en rotation par un moteur, cette vis traversant les moyens d'alimentation, les moyens de chauffage et débouchant dans les moyens de traitement des cendres et des gaz. Selon un mode préférentiel, les moyens de chauffage comprennent des broches d'alimentation électrique disposées sur une section du fourreau en sorte de soumettre ladite section à l'effet Joule, cette section étant isolée thermiquement par une enceinte. Quant aux moyens de traitement des gaz et des cendres, ils comprennent une chambre d'injection d'air autour du fourreau en sorte de confiner les gaz combustibles émis en sortie de fourreau et des moyens pour enflammer ces gaz et des moyens de récupération des cendres. Selon une variante, les moyens de récupération des cendres comprennent une ouverture ménagée dans le fourreau et reliée à une trémie étanche aux gaz. L'invention est maintenant décrite en regard des dessins annexés sur lesquels les différentes figures représentent - Figure 1, une vue schématique d'une installation permettant la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, - Figure 2, une vue de détail de la partie aval de ladite installation selon l'agencement principal de la figure 1, - Figure 3, une vue d'une variante de réalisation de la partie aval, - Figure 4, une vue simplifiée faisant apparaître le montage électrique et ses contraintes, et - Figure 5, une vue d'une courbe de la température en fonction de la longueur de vis montrant les phases endo et exothermique. Dans le mode de réalisation selon l'invention, le procédé consiste à traiter les résidus contenant des métaux lourds notamment les déchets de tannerie, en les décomposant à haute température en absence d'oxygène en sorte de conserver au chrome sa trivalence puis en brûlant les volumes de gaz combustibles libérés par la pyrolyse des matières organiques en l'absence d'oxygène et à traiter les cendres en vue de la récupération et du recyclage des métaux lourds d'une part et du noir de carbone d'autre part. En se reportant à la figure 1, on peut trouver les éléments d'un dispositif permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé avec un fonctionnement en continu. De l'amont vers l'aval, ce dispositif comprend des moyens 10 d'alimentation en résidus 1 1 en continu à l'abri de l'oxygène, des moyens 1 2 de transfert de ces résidus, des moyens 14 de chauffage à haute température de ces résidus en absence d'oxygène pendant leur transfert, des moyens 1 6 de récupération des cendres et des moyens 1 8 de traitement des gaz émis lors de la pyrolyse des matières organiques. Les moyens 10 d'alimentation en résidus comprennent une trémie 20 dont la chambre inférieure est gavée de résidus avec des moyens de dévoûtage des résidus dans cette chambre, de tels moyens bien connus ne sont pas représentés pour la clarté du dessin. On note que le gavage des résidus interdit la présence de volumes d'air importants. Les moyens 1 2 de transfert comprennent un fourreau 22 et une vis 24 sans fin tournant à l'intérieur, ladite vis étant entraînée en rotation par son extrémité amont au moyen d'un moteur 26 électrique, piloté à l'aide d'un variateur symbolisé en 28. Le moteur est en amont de la trémie 20 et la vis 24 traverse cette trémie pour pousser et transférer les résidus 1 1 de la trémie dans le fourreau 22, vers l'aval. Le fourreau pénètre ensuite dans une enceinte 30, isolée thermiquement, qui est sensiblement coaxiale au fourreau. Cette enceinte fait partie des moyens 1 4 de chauffage qui comprennent en outre des moyens 32 pour générer des calories à savoir un chauffage par effet Joule. Ce chauffage par effet Joule comprend deux broches 34, 36 de connexion amont et aval de l'enceinte 30 respectivement, permettant de transférer un courant de très fort ampérage et de faible voltage de préférence. On a ainsi déterminé que la plage inférieure à 40 V et mieux comprise entre 2 et 10 V était satisfaisante. En effet, ceci permet d'éviter l'amorçage d'arcs électriques entre la vis et le fourreau puisque tous les deux sont métalliques et que les points de contact sont inévitables, le fourreau portant la vis. Les deux éléments vis et fourreau sont en quelque sorte montés en parallèle comme le schématise la figure 4. Dans la partie du fourreau traversant l'enceinte, entre les deux broches, le fourreau est porté à haute température et des capteurs 38, répartis suivant l'axe longitudinal de l'enceinte et permettant de suivre le profil de température le long du tube. L'intérêt de ce suivi sera explicité ultérieurement dans la description. Les moyens 1 6 de récupération des cendres sont décrits suivant deux modes de réalisation montrés en détail sur les figures 2 et 3. Sur la figure 2, le fourreau 22, traversant, sort de l'enceinte 30 et se prolonge dans une chambre 40. La vis 24 est d'une longueur supérieure à celle du fourreau 22 si bien que les cendres 42 tombent par effet gravitaire dans une trémie 44 de récupération pour être convoyées par tout moyen adapté vers un poste de traitement de ces cendres n'intéressant pas directement l'invention. Dans la variante de la figure 3, les cendres 42 sont récupérées légèrement en amont à travers un sas 46 étanche pour éviter la sortie intempestive des gaz combustibles générés lors de la pyrolyse des matières organiques et qui se trouvent emprisonnés avec les cendres. Les moyens 1 8 de traitement des gaz générés consiste en une combustion de ces gaz avec le problème de conférer à cette combustion une certaine pérennité. En effet, ces moyens de traitement comprennent l'enceinte étanche 40 dont une partie amont 46 est sensiblement cylindrique, coaxiale au fourreau 22 et la partie avale 48 est de forme conique, ceci dans les deux modes de réalisation des moyens de récupération des cendres. La jonction des deux parties se situe sensiblement au droit de l'extrémité du fourreau. Une alimentation en air sous pression est prévue en amont de la partie amont avec un angle a d'injection donné. Cet angle permet de générer une circulation spiralée de cet air, ce qui améliore l'échange thermique entre l'air et le fourreau, ce qui assure un réchauffement de l'air et un refroidissement dudit fourreau. La partie conique provoque une circulation avec un courant de retour qui permet l'accrochage de la flamme et qui assure ainsi l'entretien de la combustion, une fois celle-ci amorcée au moyen d'un allumeur 50 schématiquement représenté. Les moyens 1 8 de traitement des gaz comprennent de plus un échangeur 52 de chaleur permettant la récupération des calories produites par la combustion des gaz combustibles. Une cheminée 54 assurent l'évacuation des gaz de combustion avec éventuellement passage à travers des moyens simplifiés de lavage de ces gaz, connus en eux-mêmes et ne faisant pas partie de la présente invention, ceci avant l'évacuation dans l'atmosphère. Le fonctionnement du dispositif est maintenant décrit en détail. Les résidus sont déversés en continu dans la trémie 20 pour la saturer et permettre le gavage de la vis 24 sans fin. Les résidus sont conduits à travers le fourreau 22 en subissant une compression par les seuls frottements contre la paroi intérieure dudit fourreau. Le bouchon ainsi formé évite d'une part la sortie des gaz de pyrolyse et d'autre part l'entrée d'air et donc d'oxygène. Les résidus arrivent dans le fourreau 22 au niveau de l'enceinte 30 si bien qu'ils subissent un apport important de calories dans la zone e. Ces calories chauffent dans un premier temps les résidus comme le montre la figure 5 pour les faire monter en température mais ceci sans réaction exothermique des résidus, si bien qu'il y a absorption de calories alors que le tube est porté, en l'absence de résidus en son sein à la même température sur toute sa longueur. Ceci explique que la courbe des températures démarre en un point bas du diagramme puis au fur et à mesure de l'augmentation de la température, on arrive au point E Au point E , la réaction exothermique débute et il se produit un dégagement de chaleur sous l'effet de la réaction de pyrolyse. Ce point de mesure, situé entre ce point E et la sortie du tube permet de déterminer la puissance électrique à faire passer pour atteindre les températures nécessaires et suffisantes pour provoquer la pyrolyse et élever la température du gaz à un niveau plus élevé que la température t de régulation. La température de sortie doit être telle que les gaz mélangés avec un débit d'air comburant adapté puisse s'enflammer. On mesure donc la température à tour de rôle avec les différents capteurs le long du fourreau dans l'enceinte en sorte de déterminer le profil puis on régule au moyen d'un des capteurs uniquement, celui du point correspondant au point de température maximale. Le réglage de la température maximale est obtenu en jouant sur la vitesse de transfert des résidus dans le tube et la puissance de chauffe. Dans le cas des résidus de tannerie, la fourchette de températures est comprise entre 2700C et 10000C, plus particulièrement 7000C. En sortie du fourreau, les cendres sont récupérées suivant les modes de réalisation à travers le fourreau ou à l'extrémité de ce fourreau. Dans les deux cas, les gaz issus de la pyrolyse sortent à l'extrémité car ils sont poussés et entraînés par les cendres. Ces gaz sont enflammés initialement par les moyens 50 et l'injection d'air permet d'entretenir la combustion et de confiner les gaz pour que la densité de matière combustible soit suffisante et maintiennent la flamme. Les calories générées sont récupérées par un échangeur de chaleur, ceci, de facon connue. On note que le fait de disposer d'une vis traversante et débouchante permet d'éviter la formation d'un bouchon bloquant dans le fourreau susceptible de provoquer l'immobilisation de la vis et donc sa rupture. On note que les cendres sont amenées à être en contact avec de l'air mais alors la température est trop basse pour provoquer la transformation du chrome trivalent en chrome hexavalent. Le traitement des cendres n'est pas indiqué dans la présente invention car il est connu de l'homme de l'art de récupérer des métaux lourds dans des poudres de carbone. On peut ensuite recycler le chrome trivalent dans les tanneries et le noir de carbone est très recherché comme charge et peut être valorisé. Le procédé selon l'invention est très écologique tant par les rejets nuls qu'il engendre mais aussi par la valorisation des produits obtenus et de l'énergie produite. On note que le procédé de l'invention permet de réaliser un mélange stoechiométrique air/gaz combustibles générés si bien que les gaz qui sont émis en sortie sont d'une part en quantité réduite donc le traitement est simplifié d'autant et d'autre part parfaitement brûlés. Les installations de traitement sont plus réduites en taille, moins sophistiquées et donc moins chères. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement en continu et de valorisation de résidus organiques contenant des métaux lourds, notamment des résidus de tanneries, caractérisé en ce qu'il comprend la succession des étapes suivantes - alimentation à l'abri de l'air en résidus de moyens de chauffage de ces résidus, - chauffage au moins à la température de pyrolyse en l'absence d'oxygène de ces résidus avec production de gaz combustibles et de cendres, - traitement des gaz issus de la pyrolyse en l'absence d'oxygène et des cendres. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement des gaz de combustion consiste à les enflammer dans des conditions stoechiométriques et à faire éventuellement subir aux fumées issues de cette combustion un traitement simplifié. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cendres sont traitées pour séparer les métaux lourds d'une part et le noir de carbone d'autre part. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend - des moyens (10) d'alimentation en résidus, - des moyens (12) de transfert à l'abri de l'air de ces résidus, - des moyens (14, 32) de chauffage à l'abri de l'air des résidus pendant leur déplacement par ces moyens de transfert à une température au moins égale à la température de pyrolyse, en sorte de générer des gaz combustibles provenant de la pyrolyse et des cendres, - des moyens (18) de traitement des cendres et des gaz ainsi produits. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation en résidus comprennent une trémie (20) et des moyens de dévoûtage des résidus dans cette trémie. 6. Dispositif selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les moyens (12) de transfert comprennent un fourreau (22) traversant, une vis (24) montée à rotation dans ledit fourreau et entraînée en rotation par un moteur (26), cette vis traversant les moyens d'alimentation, les moyens de chauffage et débouchant dans les moyens de traitement des cendres et des gaz. 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que les moyens (32) de chauffage comprennent des broches (34, 36) d'alimentation électrique disposées sur une section du fourreau en sorte de soumettre ladite section à l'effet Joule, cette section étant isolée thermiquement par une enceinte. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'alimentation est à fort ampérage et faible tension, de préférence dans la plage 2 à 10 V. 9. Dispositif selon la revendication 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens (18) de traitement des gaz et des cendres comprennent une chambre (40) avec une injection d'air autour du fourreau en sorte de confiner les gaz combustibles émis en sortie de fourreau et des moyens (50) pour enflammer ces gaz. 10. Dispositif selon la revendication 5, 6, 7 ou 8, caractérisé en ce que les moyens (18) de traitement des gaz et des cendres comprennent des moyens de récupération des cendres, comme une ouverture ménagée dans le fourreau et reliée à une trémie étanche aux gaz ou simplement l'extrémité aval ouverte du fourreau