Brevet FR2796133A1 — publié le 20010112

La présente invention concerne le traitement thermique de déchets solides carbonés, par oxydation à haute température dans une torche à combustion fluidisée par de l'air pulsé et une flamme de combustion turbulente, qui assurent le maintient en suspension des particules de carbone jusqu'à combustion complète. Ce procédé se distingue des systèmes d'incinération à lit fluidisé par le fait qu'il n'utilise pas de particules minérales en suspension comme support de lit fluidisé, mais les particules carbonées elles-mêmes, qui, portées à incandescence en présence d'air, sont oxydées et transformées en oxyde de carbone. Il se distingue des autres procédés de traitement thermique, par la fluidisation du déchet lui-même dans la flamme de combustion produite par un combustible primaire liquide ou gazeux. On connaît divers types de fours de combustion du carbone, comme le four tournant constitué d'un cylindre légèrement incliné par rapport à l'horizontale, afin de faciliter le contact entre l'air de combustion et le déchet, l'efficacité de ce procédé étant directement Iléau temps de séjour du déchet dans le four pour avoir une combustion complète. On connaît également les fours à grilles mobiles, dans lesquels, contrairement au four tourant, le mouvement des grilles assure le nécessaire brassage des déchets garant d'une combustion complète, ainsi que les fours comportant des marches d'escaliers animées de mouvements de va et vient, des rouleaux de brassage, etc. Enfin, les lits fluidisés utilisent des particules de sable maintenues en suspension dans la chambre de combustion par de l'air de fluidisation, afin d'obtenir une surface maximum de contact entre les déchets à incinérer et la sable porté à la température de combustion. En opposition totale avec cet état de la technique, la présente invention engendre la fluidisation du déchet carboné, uniquement par les turbulences de l'air et de la flamme de combustion, qui maintiennent les particules carbonées en suspension dans la chambre de combustion. L'air de combustion et le carbone sont injectés, à titre d'exemple, par une turbine, le flux d'air entrainant la poudre de particules carbonées, ou par tout autre moyen, comme un broyeur permettant de réduire la taille des particules carbonées tout en insufflant de l'air par la rotation des pales, ou par l'introduction séparées des particules carbonées et de l'air ventilé ou comprimé. A cet effet, la poudre est préalablement broyée sous forme de fines particules, de volume et de poids faibles, afin de favoriser la fluidisation du mélange air de combustion et poudre. L'air et la poudre injectés dans la torche à combustion sont portés à une température de 1500'C par la flamme du ou des brûleurs, deviennent rapidement incandescents, et sont maintenus en lévitation dans le régime turbulant de la flamme de combustion. A ce stade de la combustion, les particules carbonées sont oxydées, et le mélange est constitué de gaz de combustion comprenant de l'air en excès, du dioxyde de carbone, et des cendres volantes incombustibles. Le passage de ce mélange dans une zone d'accélération engendrée par une rétrécissement de la sur-face du conduit de la torche, conduit à un mélange encore plus intime de l'air de combustion par l'oxygène présent avec les particules carbonées en fin d'oxydation, et un processus de séparation des gaz et des cendres volantes par grossissement des particules incombustibles et changement de vitesse dans l'espace turbulent. Les gaz de combustion et les particules d'incombustibles pénètrent ensuite dans une chambre de détente qui assure le piègeage des cendres volantes qui retombent de par leur densité apparente dans le fond de la torche par gravité, et sont recueillies au point bas de celle-ci par un orifice destiné à cet effet, et par lequel est introduit concentriquement, à titre d'exemplej'air de combustion. Les gaz de combustion sont dirigés, selon qu'ils contiennent ou non d'autres polluants à traiter, soit vers l'extérieur, soit vers une unité de traitement spécifique avant rej et. L'invention sera de toute façon mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence aux dessins schématiques annexés représentant, à titre d'exemple, une forme d'exécution de torche à combustion de déchets solides carbonés. Figure 1 est un schéma de principe d'une torche à combustion verticale. Figure 2 est un schéma de principe de l'alimentation en fluide de chauffe par deux brûleurs tangentiels à la chambre de combustion cylindrique.. Figure 3 est un schéma de principe de l'alimentation en air de combustion par le centre du point bas de la torche, ou tangentiellement à la chambre de combustion cylindrique. Le déchet carboné 9 est introduit dans une turbine à air 10, qui injecte tangentiellement 4 le mélange d'air de combustion et le déchet carboné par une tubulure 11 au point bas de la torche par l'orifice inferieur 12 , ou par une tubulure 3 tangentielle à la chambre de combustion 1. Le mélange traverse la flamme animée d'un mouvement giratoire engendrée par les brûleurs tangentiels 2 figures 1 et 2), produisant la combustion du carbone dans la chambre 1 (figure 3). Les gaz et les incombustibles traversent une zone d'accélération 6 engendrée par une rétrécissement de la surface du conduit de la torche, assurant un mélange encore plus intime de l'air de combustion, et un processus de séparation des gaz et des cendres volantes par grossissement des particules incombustibles et changement de vitesse dans l'espace turbulent. Les gaz de combustion et les particules d'incombustibles pénètrent ensuite dans une chambre de détente 7 qui assure le piégeage des cendres volantes qui retombent dans le fond de la torche par gravité, et sont recueillies au point bas de celle-ci par un orifice 12 dans un bac 5 destiné à cet effet, tandis que les gaz sont évacués par l'orifice superieur 8. L'invention précédemment décrite est applicable aux déchets carbonés issus de thermolyse (ou pyrolyse), ou de fours de combustion générant ce type de résidus. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d'exécution décrite ci-dessus; elle en embrasse au contraire toutes les variantes de réalisation et d'applications respectant le même principe. Ainsi, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en remplaçant l'injection d'air par une injection d'oxygène pur, en vue notamment de réduire l'émission d'oxydes d'azote pour le traitement ulterieur d'un composé extrayable et présent dans les gaz de combustion, ou en modifiant la température de combustion en adéquation avec le type de déchets carbonés à traiter. REVENDICATIONS 1-Procédé de traitement thermique de déchets carbonés broyés, caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement une chambre de combustion fluidisée par l'air de combustion pulsée, et un régime de flamme turbulent maintenant le mélange en suspension. 2-Procédé de traitement thermique de déchets carbonés broyés selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre d'accélération par réduction de section de passage des gaz et des incombustibles, pour la séparation des gaz de combustion et des cendres volantes. 3-Procédé de traitement thermique de déchets carbonés broyés selon la revendication 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre de détente du flux gazeux pour le piégeage des cendres volantes. 4-Procédé de traitement thermique de déchets carbonés broyés selon la revendication 1, 2, et 3, caractérisé en ce que la flamme de combustion est produite par un combustible primaire liquide ou gazeux.