Brevet FR2792926A1 — publié le 20001103

] La présente invention concerne la valorisation d'un gaz issu d'un procédé de traitement de déchets. Elle concerne plus particulièrement la production d'un gaz à débit régulé contenant essentiellement de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone. Le gaz peut provenir d'un procédé de traitement de déchets tel que décrit en particulier dans le brevet US-A- 5 282 431 (Thermoselect Aktiengesel lschaft). Ce procédé consiste à traiter en continu des déchets de toute origine, c'est-à-dire des déchets domestiques et/ou industriels non triés contenant des matières polluantes liquides et/ou solides de toute nature fragmentées en pièces relativement larges ou non. On rappelle brièvement ci-après les étapes essentielles de ce procédé en référence à la figure 1 o est schématisée une unité de traitement 1s de déchets 1. La masse de déchets est tout d'abord compactée sous pression en 2 pour évacuer au maximum l'air qu'elle renferme. Cette masse compactee est alors introduite dans un tunnel 3 chauffé à une température supérieure à 100 C, qui est en général comprise entre 400 C et 800 C, tout en maintenant la pression initiale. On opère ainsi un dégazage des déchets, les matières liquides étant vaporisées alors que les matières solides sont pressées contre la paroi intérieure du tunnel. Il en résulte une agglomération de ces matières solides. L'agglomérat 4 est ensuite soumis à une combustion en présence d'oxygène dans un réacteur 5 à haute température, supérieure à 1000 C. Les matières les plus lourdes 6 (telles que substances minérales et métaux) sont fondues dans la partie inférieure du réacteur puis évacuées en cuve. Un gaz de synthèse brut 7 à haute température est recueilli en tête du réacteur 5 et contient principalement de l'eau, de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone. Il est ensuite brutalement refroidi en 8 puis soumis a des opérations successives de lavages à l'eau 9 et d'épurations 10 afin d'éliminer la majorité des impuretés 12 en particulier les produits soufrés, les métaux, les sels. L'eau usagée est évacuée en 14. On obtient ainsi un gaz de synthèse 15 (appelé aussi "syngas") à une pression un peu supérieure à la pression atmosphérique (10 à 20 mbar au s dessus) et à une température voisine de 10 C. Ce gaz est saturé en eau dans les conditions opératoires du dernier lavage et contient essentiellement de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone comme indiqué précédemment. Le gaz de synthèse 15 est habituellement utilisé en premier lieu pour io assurer les besoins calorifiques de l'unité de traitement des déchets en particulier comme gaz de chauffage du tunnel de dégazage, pour la fusion des matières solides dans le réacteur o il est alors injecté en partie basse et pour les opérations d'évaporation ainsi que pour compenser les pertes thermiques de l'unité. Il se trouve ainsi autoconsommé en partie, le surplus servant à _s produire de l'énergie électrique par exemple pour alimenter les moteurs, turbines, etc. de l'installation. On a proposé dans la demande EP 839 890 (Thermoselect Aktiengesellschaft) de convertir avec de la vapeur d'eau le gaz de synthèse provenant d'une telle unité de traitement de déchets, afin de convertir au moins en partie, le monoxyde de carbone présent en dioxyde de carbone et hydrogène. Pour cela, le gaz de synthèse issu de l'unité de traitement des déchets 1 est comprimé avant d'être traité dans une unité de conversation du monoxyde de carbone. Ce procédé permet ainsi d'enrichir le gaz de synthèse en hydrogène et de remplacer, au moins en partie, le monoxyde de carbone par du dioxyde de carbone plus facile à séparer de l'hydrogène, ce gaz ne contenant plus qu'une faible quantité de monoxyde de carbone résiduel. Le gaz de synthèse ainsi enrichi peut ensuite faire l'objet d'un traitement aval dans différentes unités permettant de produire, selon les cas, de l'hydrogène par exemple à l'aide d'une unité PSA ("Pressure Swing Adsorption" ou adsorption à pression modulée), du dioxyde de carbone ou encore des produits de synthèse tels que du méthanol ou de l'ammoniac par adjonction d'azote. Cette valorisation nécessite l'utilisation de plusieurs unités de traitement de gaz dans lesquelles s'effectuent des réactions chimiques et/ou des opérations de séparation de gaz telles que par exemple des réacteurs de conversion, de synthèse, des unités cryogéniques, des unités d'adsorption, de perméation. De telles unités sont coûteuses en investissement et seul un degré d'utilisation élevé peut permettre de les rentabiliser. Or, le procédé antérieur ne tient pas compte du fait que la composition du gaz de synthèse brut est variable selon la quantité et la qualité des matières premières traitées. Son débit peut également subir d'importantes variations selon le pouvoir calorifiques des déchets. Ces variations de débit peuvent dépasser 50 %. De plus, le fonctionnement de l'unité de traitement nécessitant un appoint thermique, il y a autoconsommation d'une partie du gaz produit, s'agissant directement du gaz de synthèse et/ou de résiduaires d'unités de séparation en aval de la conversion du monoxyde de carbone. Une partie du gaz produit est parallèlement autoconsommé du fait des déperditions thermiques de l'installation. Cette partie est sensiblement constante et affecte de manière importante la quantité de gaz effectivement disponible en particulier quant l'unité de traitement des déchets fonctionne à production de gaz de synthèse réduite. Cette autoconsommation peut s'élever de 30 % à plus de %. Enfin, I'approvisionnement en déchets peut elle aussi subir des variations importantes et devenir temporairement insuffisante (par exemple en période de vacances) pour justifier le fonctionnement en continu de l'unité de traitement. Dans ce cas, la production de gaz de synthèse est elle-même intermittente. Il ressort de tous ces aspects le besoin d'un procédé de valorisation du gaz de synthèse provenant d'une unité de traitement de déchets telle que précitée qui soit adapté au fonctionnement de ladite unité tel qu'il est réalisé en pratique c'est-à-dire aux variations affectant ledit gaz de synthèse. L'objectif de la présente invention est donc de répondre à ce besoin. L'objectif de l'invention est ainsi de fournir un procédé permettant de valoriser économiquement le gaz de synthèse provenant d'une unité de traitement de déchets. L'objectif de l'invention est encore de fournir un procédé de production d'un gaz de synthèse à débit régulé, adapté au fonctionnement d'une telle unité et capable de compenser les variations de débit dudit gaz de synthèse liées à la qualité et à la quantité des déchets traités. Pour satisfaire à ces objectifs, I'invention a pour objet un procédé pour la production d'un gaz de synthèse à débit régulé, ledit gaz contenant io essentiellement de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone, dans une unité de traitement de déchets domestiques et/ou industriels non triés contenant des matières polluantes liquides et/ou solides, du type comprenant le compactage des déchets et le dégazage des déchets compactés dans un tunnel chauffé à au moins 100 C, puis la gazéification-fusion des is déchets agglomérés résultants, en présence d'oxygène, dans un réacteur à haute température, supérieure à 1 000 C, le refroidissement brutal du gaz de synthèse brut recueilli puis l'élimination d'impuretés par lavages à l'eau et épurations successives pour fournir ledit gaz de synthèse, caractérisé en ce que, au moins temporairement, le gaz de synthèse produit est maintenu à un débit déterminé par introduction, dans l'unité de traitement, de matière de régulation, fluide ou solide, autre que des déchets, ladite matière étant susceptible de produire du gaz de synthèse sous l'effet de la température et de l'oxygène, la quantité de matière de régulation étant déterminée selon le débit du gaz de synthèse, et en ce que l'apport en matière de régulation représente au moins 10 % de la puissance calorifique totale de l'unité. Le procédé selon l'invention, qui est mis en oeuvre dans l'unité de traitement des déchets, va être décrit plus en détail en référence à la figure 1. Le gaz de synthèse 15 produit dans l'unité de traitement de déchets 1 contient essentiellement de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone ainsi que de l'eau. La composition de ce gaz est variable comme indiquée précédemment. Sur une base sèche, le gaz de synthèse comprend généralement une teneur en hydrogène comprise entre 34 et 41 % en volume, une teneur en monoxyde de carbone comprise entre 35 et 41 % en volume, une teneur en dioxyde de carbone comprise entre 23 et 41 % en volume ainsi qu'éventuellement de l'azote à raison de 2 à 6 % en volume. Le gaz 15 comprend par exemple 35 % en volume d'hydrogène, 35 % en volume de monoxyde de carbone, 27 % en volume de dioxyde de carbone et 3 % en volume d'azote. Lorsque le débit de syngas produit par l'unité de traitement 1 à partir des déchets devient insuffisant pour assurer la ou les productions requises, la matière de régulation est introduite de manière contrôlée dans ladite unité de 1o traitement afin d'augmenter par décomposition de ladite matière, le débit de syngas produit. Par "matière de régulation", on entend toute matière solide ou fluide, autre que les déchets généralement traités dans l'unité, capable de se décomposer, dans les conditions de température et de pression de l'unité, en les constituants essentiels du gaz de synthèse produit lors du traitement des déchets dans l'unité. Il peut s'agir en particulier d'un fluide notamment riche en hydrocarbures et on utilise préférentiellement du fioul ou du gaz naturel. Il peut s'agir également d'une matière solide combustible telle que charbon, bois, etc. S'il s'agit d'un fluide tel que du fioul ou du gaz naturel, référencé en 11 sur la figure 1, celui-ci est de préférence injecté au niveau du réacteur haute température 5. Lorsqu'il s'agit d'une matière solide, celle-ci est de préférence introduite au niveau de l'alimentation en déchets. L'apport en oxygène est contrôlé pour assurer la gazéification complète des substances carbonées, avec une teneur en oxygène résiduel inférieure à 0,5 % et de préférence inférieure à 0,1 %. Dans les procédés connus, de telles injections peuvent avoir lieu durant les phases transitoires, en particulier lors du démarrage ou éventuellement en régime établi à titre de contrôle de la température du réacteur. De telles injections sont naturellement minimisées car elles constituent une dépense supplémentaire dans le bilan des unités de traitement des déchets. Elles ne représentent que quelques % (4 à 5) de la puissance calorifique totale et sont interrompues dès que les paramètres opératoires nominaux sont atteints. Dans le cas de la présente invention, l'apport en matière est régulé en fonction du débit du gaz de synthèse désiré et des déchets traités. Ces apports ne sont plus négligeables et représentent au moins 10 % de la puissance calorifique totale (matière de régulation et déchets) et préférentiellement plus de 15 %. La puissance calorifique apportée est encore plus préférentiellement comprise entre 15 et 30 %. De tels apports ne sont io rendus économiquement possibles que par la valorisation du gaz de synthèse sous forme de ses constituants (H2, CO, CO2 ou produits de synthèse). Une fraction de l'apport de "matière de régulation" peut être effectuée en utilisant les circuits de démarrage ou de régulation de température en phase transitoire cités précédemment permettant ainsi de minimiser l'investissement lié à cet apport complémentaire de "matière de régulation". Le procédé selon l'invention peut ainsi être mis en oeuvre dans le cadre d'un procédé de production de l'un au moins des constituants du gaz de synthèse 15, notamment d'hydrogène, de monoxyde de carbone ou de dioxyde de carbone. L'invention est donc également relative à un tel procédé dans lequel le débit du gaz de synthèse servant de gaz d'alimentation pour la production desdits constituants, est régulé à l'aide d'un apport en matière de régulation dans l'unité de traitement des déchets comme décrit précédemment. Lors de tels procédés de valorisation, le gaz 15 en sortie de l'unité de traitement 1, peut être éventuellement comprimé et refroidi afin d'éliminer l'eau qu'il contient et quelques autres contaminants présents. La fraction gazeuse résultante peut ensuite être traitée, au moins en partie, dans une ou des unités aval permettant la valorisation d'une fraction des éléments contenus. Pour la production d'hydrogène, I'unité aval peut consister en une unité de séparation par perméation ou encore en une unité PSA. Il peut s'agir également d'unités de lavage permettant de retirer au moins partiellement le dioxyde de carbone, préférentiellement des unités de lavage aux amines, d'unités cryogéniques pour la séparation de l'hydrogène et/ou du monoxyde de carbone ou pour l'épuration et la liquéfaction du dioxyde de carbone. Le traitement aval de valorisation peut encore comprendre des réactions de conversion, par exemple CO en C02 ou CO en CH4, ou des réactions de synthèse pour la production de méthanol, d'ammoniac par adjonction d'azote, etc. L'installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend, outre les moyens et appareillages classiquement nécessaires dans io une unité de traitement de déchets 1, des moyens d'amenée de la matière de régulation 11 dans l'unité 1, des moyens de mesure du débit de gaz de synthèse 15 produit et des moyens de régulation de l'apport en matière en fonction dudit débit mesuré. Le procédé selon l'invention est économiquement avantageux, car il permet de rentabiliser les investissements aval pour la valorisation du gaz de synthèse telle que la production purifiée de ses divers constituants. REVENDICATIONS 1/ Procédé pour la production d'un gaz de synthèse (15) ou de l'un au moins de ses constituants, ledit gaz contenant essentiellement de l'hydrogène, du monoxyde de carbone et du dioxyde de carbone, dans une unité (1) de traitement de déchets domestiques et/ou industriels non triés contenant des matières polluantes liquides et/ou solides, du type comprenant le compactage (2) des déchets et le dégazage des déchets compactés dans un tunnel (3) chauffé à au moins 100 C, puis la gazéification-fusion des déchets agglomérés 1o résultants, en présence d'oxygène, dans un réacteur (5) à haute température, supérieure à 1 000 C, le refroidissement brutal du gaz de synthèse brut (7) recueilli puis l'élimination d'impuretés par lavages à l'eau et épurations successives pour fournir ledit gaz de synthèse (15), caractérisé en ce que, au moins temporairement, le gaz (15) produit est maintenu à un débit déterminé par introduction, dans l'unité de traitement, de matière de régulation (11), fluide ou solide, autre que des déchets, ladite matière (11) étant susceptible de produire du gaz de synthèse sous l'effet de la température et de l'oxygène, la quantité de matière de régulation (11) étant déterminée selon le débit du gaz (15), et en ce que l'apport en matière de régulation représente au moins 10 % de la puissance calorifique totale des matériaux traités dans l'unité. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de régulation consiste en un fluide, notamment riche en hydrocarbures, de préférence en du fioul ou gaz naturel. 3/ Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matière de régulation est introduite au niveau du réacteur haute température (5). 4/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de régulation est solide. / Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière de régulation est introduite au niveau de l'alimentation en déchets. 6/ Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'apport en matière de régulation représente plus de 15 % et est plus préférentiellement compris entre 15 et 30 % de la puissance calorifique totale des matériaux traités par l'unité. 7/ Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz de synthèse (15) contient 34 à 41 % en volume d'hydrogène, 35 à 41 % en volume de monoxyde de carbone, 23 à 41 % en volume de dioxyde de carbone et 2 à 6 % en volume d'azote. 8/ Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le gaz de synthèse (15) contient environ 35 % en volume d'hydrogène, 35 % en volume de monoxyde de carbone, 27 % en volume de dioxyde de carbone et 3 % en volume d'azote.