Brevet FR2785835A1 — publié le 20000519

REACTEUR DE THERMOLYSE Domaine Technique L'invention se rattache au domaine de l'industrie des traitements des déchets, et plus précisément au traitement des déchets par thermolyse. Elle vise plus particulièrement la structure d'un réacteur de thermolyse permettant l'optimisation de la thermolyse des déchets à traiter. Techniques Antérieures Comme on le sait, la thermolyse consiste à traiter des déchets comportant une fraction organique en les exposant à une température très élevée de l'ordre de 500 C ou supérieure. Le Demandeur a notamment décrit dans le document FR 2 725 643 une installation de thermolyse incluant notamment un réacteur de à l'intérieur duquel a lieu la décomposition à haute température. Il existe plusieurs familles de réacteurs de thermolyse fonctionnant chacune sur des principes différents. Ainsi, dans une première famille de réacteurs appelées couramment"semi batch", les déchets sont introduits et restent immobiles à l'intérieur du réacteur pendant toute la durée du traitement. Ce genre de réacteur, s'il est de conception très simple, présente en revanche l'inconvénient majeur de ne pas assurer une dissociation à coeur des déchets et de n'assurer qu'une thermolyse partielle des déchets. Un problème que se propose de résoudre l'invention est donc celui de la thermolyse complète des déchets, en assurant une élimination totale de la fraction organique contenue dans les déchets à traiter. Par ailleurs, on connaît une seconde famille de réacteurs de thermolyse constituée d'une enceinte tournante à l'intérieur de laquelle sont déposés les déchets. Lorsque 1'enceinte est mise en rotation, à l'instar d'un tambour, les déchets sont brassés grossièrement et chauffés. Ce genre d'installation présente de multiples inconvénients, notamment la génération de poussières qui sont entraînées par les gaz formés lors de la thermolyse, et qui polluent donc la phase gazeuse issue du réacteur. En outre, l'utilisation des enceintes tournantes nécessite des aménagements particuliers en termes d'étanchéité, qui rendent une telle installation complexe. Enfin, avec ce genre d'installation, il est extrmement difficile de traiter des déchets de consistance collante, car ces derniers se figent sur la paroi du réacteur, empchant tout brassage et donc une thermolyse complète. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est celui de l'entraînement des poussières de déchets par les gaz produits lors du processus de thermolyse. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est celui de l'adaptabilité d'un réacteur à de nombreux types de déchets, et notamment les produits collants ou colmatants. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est celui de la simplicité d'une installation à thermolyse. On connaît également une autre famille de réacteurs, telle que notamment celle décrite dans le document du Demandeur WO 96/11742. Un tel réacteur inclut une pluralité de vis sans fin assurant un cheminement des déchets selon un parcours permettant une thermolyse quasi complète. Bien que satisfaisant, un tel réacteur ne permet pas de traiter des déchets de taille hétérogène, et en outre, présente certains risques de blocage du système d'entraînement dans le cas où une trop grande quantité de déchets s'est accumulée dans une zone localisée d'une vis d'entraînement. Un autre problème que se propose de résoudre l'invention est celui de l'adaptabilité d'un réacteur à des déchets de tailles diverses. Exposé de l'invention L'invention concerne donc un réacteur de thermolyse des déchets, comportant -des orifices d'entrée et de sortie des déchets ; -un dispositif d'extraction des gaz produits lors de la thermolyse. Ce réacteur se caractérise en ce qu'il comporte en : au moins deux plateaux fixes sur lesquels cheminent les déchets, les plateaux étant décalés les uns par rapport aux autres de telle manière que lorsque les déchets parviennent à une extrémité d'un plateau, ils tombent par gravité sur le plateau inférieur ; un dispositif d'entraînement des déchets sur les plateaux comportant au moins un convoyeur à chaîne entraînant une pluralité de racles, frottant sur lesdits plateaux ; un dispositif de chauffage indirect disposé en-dessus et au-dessous desdits plateaux, pour assurer le chauffage des déchets. De la sorte, le cheminement des déchets, en cours de thermolyse, s'effectue avec un minimum de perturbations, ce qui limite fortement les risques de voir des poussières de déchets entraînées par les gaz produits lors de la thermolyse. En outre, 1'utilisation d'un convoyeur à chaîne associé à des racles permet de faire avancer les déchets selon une vitesse très facilement réglable, tout en assurant, grâce à la forme des racles un brassage du produit et concomitamment un autonettoyage des plateaux sur lesquels cheminent les déchets. Cela permet donc d'assurer la thermolyse de produits d'une grande variété dimensionnelle, uniquement limitée par la largeur des plateaux. L'utilisation d'un racle permet également le traitement de déchets présentant de grandes variétés de consistance, ce qui rend le réacteur notamment adapté au traitement de déchets colmatants ou collants. En outre, tout au long du cheminement des déchets sur les plateaux, le chauffage est assuré par une source de chaleur provoquant réchauffement du produit par rayonnement et par conduction. En outre, compte tenu du parcours des déchets, les gaz de thermolyse chauds assurent par convection un chauffage complémentaire des matières à thermolyser. Dans une forme particulière de réalisation, les plateaux fixes ont une forme d'auget, et présentent leurs extrémités latérales relevées et inclinées. De la sorte, le réacteur conforme à l'invention permet de traiter des déchets de consistance très variée, notamment les boues ou plus généralement les déchets présentant une consistance quasi liquide. En outre, le profil incliné des extrémités latérales des plateaux permet de protéger le mécanisme d'entraînement du convoyeur à chaîne et de minimiser ainsi les risques d'encrassement. Avantageusement en pratique, les racles du dispositif d'entraînement présentent un profil complémentaire à celui du plateau, et ce pour assurer un autonettoyage permanent, mme dans le cas où les déchets convoyés sont de consistance quasi liquide. Dans une forme avantageuse de réalisation, chaque convoyeur à chaîne assure l'entraînement des déchets sur deux plateaux adjacents. Autrement dit, les racles assurent le déplacement des déchets sur un plateau, par exemple le plateau supérieur, et dans leur parcours de retour, ils entraînent les déchets sur le plateau directement adjacent. De la sorte, on optimise la structure de l'installation en rendant les racles actifs, y compris dans leur chemin de retour. Avantageusement en pratique, le dispositif de chauffage est constitué par un ensemble de résistances électriques. Néanmoins, sans sortir du cadre de l'invention, on pourrait utiliser un dispositif de chauffage utilisant une autre source d'énergie, comme le gaz. Avantageusement, le dispositif de chauffage est fractionné en plusieurs zones réparties le long du cheminement des déchets. Autrement dit, grâce à cette disposition, il est possible de moduler la puissance de chauffage lors du cheminement des déchets pour optimiser le phénomène de thermolyse, et notamment assurer une thermolyse complète. Dans une forme de construction particulière, le réacteur selon l'invention est constitué par l'assemblage d'au moins trois modules, à savoir : un module d'entrée et de sortie, incluant les orifices d'entrée et de sortie des déchets, et comprenant une extrémité d'au moins un des convoyeurs à chaîne, ainsi qu'une partie des plateaux sur lesquels s'écoulent les déchets ; . au moins un module intermédiaire supportant une partie des plateaux fixes ; . un module de retournement, comportant l'extrémité opposée dudit convoyeur à chaîne, et la partie de plateaux d'écoulement associée. Autrement dit, conformément à l'invention, il est possible de réaliser des réacteurs de thermolyse de capacité variable en augmentant le nombre de modules intermédiaires assurant le chauffage proprement dit, tout en conservant, pour une mme gamme de réacteurs, des modules d'entrée/sortie et de retournement identiques. Autrement dit, grâce à une conception unique, il est extrmement aisé de faire varier la capacité de déchets à traiter en adaptant le nombre de modules au besoin en traitement de l'installation complète de thermolyse. Cette variation de capacité est également possible en adaptant la largeur des modules ainsi que la vitesse d'entraînement du convoyeur à chaînes. Avantageusement en pratique, le module de retournement comprend en outre des moyens d'entraînement du ou des convoyeurs à chaîne. Description sommaire des figures La manière de réaliser l'invention, ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien de la description des modes de réalisation qui suivent, à l'appui des figures annexées dans lesquelles : La figure 1 est une vue en perspective sommaire d'un réacteur conforme à l'invention, dans lequel la paroi latérale a été ôtée pour laisser l'intérieur du réacteur apparent. La figure 2 est une vue de côté du réacteur de la figure 1. La figure 3 est une coupe transversale médiane du réacteur de la figure 1. La figure 4 est une vue de côté schématique des plateaux et du convoyeur à chaîne. Manière de réaliser l'invention Comme déjà dit, l'invention concerne un réacteur de thermolyse destiné notamment à tre intégré dans une installation de traitement des déchets. Le réacteur conforme à l'invention peut tre réalisé comme illustré à la figure 1, dans laquelle il est représenté sans les capotages constituant la paroi latérale pour laisser apparent le mécanisme interne du réacteur (1). Ainsi, ce réacteur se compose essentiellement d'une enceinte (2) à l'intérieur de laquelle a lieu la réaction de thermolyse. Les déchets destinés à tre traités sont amenés dans l'enceinte (2) par l'orifice d'entrée (3) situé sur le dessus de l'enceinte (2). Les déchets, après leur thermolyse sont extraits de l'enceinte (2) par l'orifice de sortie (4) situé en bas de l'enceinte (2). L'enceinte (2) présente en partie haute une pluralité d'ouvertures (5,6,7,8) destinées à tre connectées avec un collecteur d'extraction (9) des gaz produits lors de la thermolyse. Ces ouvertures (5-8) destinées à l'extraction sont situées en partie haute de 1'enceinte pour assurer une extraction des gaz de thermolyse avec un minimum de poussières. De façon connue, le collecteur d'extraction (9) est relié à un dispositif d'aspiration qu'il n'est pas nécessaire de décrire plus avant. Le réacteur est conçu de manière à pouvoir travailler éventuellement sous pression réduite, et peut donc tre équipé, dans une forme avantageuse, de sas d'entrée et de sortie non représentés en amont et en aval des orifices d'entrée et de sortie (3,4) des déchets. Selon une caractéristique de l'invention, le réacteur comprend au moins deux plateaux fixes (10,11) sur lesquels cheminent les déchets. Ces plateaux (10,11) sont disposés de façon décalée l'un par rapport à l'autre de telle manière que lorsque les déchets parviennent à l'extrémité (12) du plateau (10), ils tombent par gravité sur le plateau (11) situé en dessous. De la sorte, les déchets effectuent un trajet sensiblement égal à deux fois la longueur du réacteur, ce qui assure un temps de passage suffisant pour une thermolyse complète. Bien évidemment, l'invention n'est pas limitée à la forme illustrée aux figures 1 et 2, dans lesquelles le réacteur comprend une seule paire de plateaux, mais bien au contraire couvre les variantes dans lesquelles plusieurs paires de plateaux sont présentes, étant entendu que ces plateaux sont alors disposés pour assurer un cheminement des déchets avec un transfert par gravité sur les plateaux inférieurs au niveau de chaque extrémité. Plus précisément, ces plateaux (10,11) sont constitués par des profilés en forme d'augets aux extrémités (28) inclinées, c'est-à-dire présentant une forme sensiblement trapézoïdale, comme illustrée à la figure 3. Grâce à l'utilisation de cette forme d'auget, le réacteur est apte à traiter des déchets de consistance très variée, et notamment des déchets quasi liquides tels que des boues. L'entraînement des déchets sur les plateaux (10,11) est assuré par un convoyeur à chaîne (15) entraînant une pluralité de racles (16) frottant sur les deux plateaux (10,11). La chaîne (15) du convoyeur est entraînée en rotation par un mécanisme classique, qu'il n'est pas nécessaire de détailler plus avant. Ce mécanisme entraîne en rotation l'axe (17) de la roue (18) située dans 1'exemple illustré à la figure 2 à l'opposé des orifices d'entrée et de sortie (3,4) des déchets. Cette roue (18) est agencée de telle manière à pouvoir entraîner la chaîne (15), et par exemple est constituée d'une roue crantée. L'extrémité opposée du convoyeur à chaîne présente également une roue de renvoi (19) également crantée. Il est bien évident que le mécanisme d'entraînement du convoyeur à chaîne peut tre monté indifféremment sur l'une ou l'autre des extrémités (18,19) du convoyeur, en fonction des contraintes d'encombrement global du réacteur. Cette chaîne (15) reçoit sur toute sa longueur une pluralité de racles (16) destinés à venir frotter les plateaux (10,11) pour entraîner les déchets. Ces racles (16) présentent une géométrie complémentaire de celle des plateaux (10,11) pour assurer un entraînement de la totalité des déchets présents sur le plateau, et également assurer un autonettoyage du plateau lors de leur passage. Lorsque les racles (16) poussent la matière des déchets, ils provoquent un effet de brassage de la couche de déchets, ce qui permet de réaliser une thermolyse de la totalité du produit, en évitant notamment la formation de croûtes, et en homogénéisant les déchets au fur et à mesure de leur progression. Dans une forme avantageuse, pour améliorer le brassage des déchets lors de l'action du racle (16), ce dernier peut présenter un angle d'attaque optimisé. Les matériaux choisis pour réaliser les plateaux ainsi que les racles sont des alliages métalliques déterminés pour leur résistance à la corrosion, notamment aux émanations de chlore lors de la thermolyse, ainsi qu'aux phénomènes d'érosion lors du traitement de déchets abrasifs. Avantageusement, on utilise un convoyeur unique pour la paire de plateaux (10,11). Ainsi, les racles (16) qui assurent l'entraînement des déchets sur le plateau supérieur (10), lorsqu'ils dépassent la roue (18), se retournent et assurent l'entraînement des déchets sur le plateau inférieur (11). Autrement dit, lors du passage sur le plateau supérieur (10), le bord (22) du racle est actif, tandis que lorsque le racle (16) coopère avec le plateau (11), le bord opposé (23) du racle est en regard du plateau (11). Ainsi, dans la forme illustrée, le racle présente une forme symétrique imposée par la forme identique des plateaux (10, I 1). Selon une autre caractéristique de l'invention, le réacteur est équipé de moyens de chauffage indirects, disposés au-dessus et au dessous des plateaux (10, 11). Dans une forme avantageuse, ces moyens de chauffage sont constitués par des résistances électriques (30,31,32). De la sorte, on assure un chauffage optimisé en utilisant différents types de transfert thermique. Ainsi, les résistances (30) situées au-dessus du plateau (10) assurent un chauffage des déchets qui y cheminent par rayonnement. Les résistances (31) située au dessous du plateau (10) assurent, outre le chauffage par rayonnement de la matière circulant sur le plateau (11), un chauffage par conduction de la matière se déplaçant sur le plateau (10). En outre, grâce au dispositif d'aspiration des gaz de thermolyse, un flux de gaz chaud parcourt le plateau (11) à contre-courant, assurant un chauffage par convection. En effet, la localisation sur le haut du réacteur du dispositif d'extraction (9) oblige les gaz de thermolyse produits sur le plateau (11) à cheminer à contrecourant dans le volume restreint situé au-dessus du plateau (11). Les déchets arrivant en fin de thermolyse sur le plateau inférieur, et qui sont relativement pulvérulents peuvent donner naissance à des entraînements de poussières par les gaz de thermolyse. Le groupement de ces gaz dans le volume restreint situé au-dessus du plateau (11) limite fortement le risque de voir les poussières parvenir jusqu'au dispositif d'extraction (9). Ainsi, on assure une thermolyse complète, jusqu'à obtenir des produits totalement traités en limitant fortement les risques de pollution des gaz extraits. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de chauffage est fractionné en plusieurs zones réparties le long du cheminement des déchets. Autrement dit, les différentes résistances électriques réparties le long des plateaux (10,11) peuvent tre alimentées de façon indépendante pour assurer une répartition modulaire de puissance le long du cheminement des déchets. En pratique, il peut s'avérer avantageux d'assurer un chauffage modéré au début du parcours des déchets pour éviter une dégradation trop rapide de ces derniers, et également retirer l'humidité résiduelle en première phase de traitement. Par la suite, il peut s'avérer intéressant pour certaines déchets d'augmenter la puissance de chauffage dans la seconde partie du plateau supérieur (10) pour induire la majeure partie de l'élévation de température et, provoquer l'émanation des gaz de thermolyse au plus près du dispositif d'extraction (9). S'agissant du plateau inférieur (10), de la mme façon le dispositif de chauffage peut tre régulé suivant plusieurs zones, en fonction des besoins thermiques. Les différentes puissances de chauffe sont calculées et optimisées pour éventuellement s'assurer qu'au moment de la chute (F 1) des déchets du plateau (10) vers le plateau (11) comme illustré en figure 4, ces déchets ne soient pas trop pulvérulents, pour limiter les risques d'entraînement de poussières. Dans une forme avantageuse, les puissances de chauffe peuvent tre adaptées dynamiquement par des sondes de température (38,39) présentes dans le réacteur. Selon une autre caractéristique de l'invention, le réacteur conforme à l'invention est constitué, de façon modulable par l'assemblage d'au moins trois modules, déterminés de façon à permettre l'adaptation aisée du réacteur à plusieurs capacités en fonction des besoins de l'installation de traitement. Ainsi, en pratique, le réacteur tel qu'illustré à la figure 2 comporte un premier module (50) d'entrée/sortie incluant les orifices d'entrée et de sortie (3,4) des déchets, ainsi que la roue libre (19) du convoyeur à chaîne. A l'extrémité opposée du réacteur, se trouve un module (51) de retournement dans lequel est assurée la fonction d'entraînement du convoyeur à chaîne par la roue (18) et le mécanisme de mise en rotation (non représenté). Entre ces deux modules d'extrémité (50 et 51), est disposé au moins un module intermédiaire dans lequel se réalise le processus de thermolyse proprement dit. Ces modules (51, 52,53) au nombre de trois dans la variante illustrée, comportent chacun une fraction des plateaux supérieurs et inférieurs (10,11) ainsi que des orifices (5,6,7,8) d'extraction des gaz de thermolyse. Ainsi, en fonction de la capacité souhaitée, c'est-à-dire du volume ou du poids de la matière à thermolyser, dans une durée donnée et une vitesse d'écoulement donnée, le réacteur comporte un nombre optimal de modules intermédiaires. En pratique, le réacteur conforme à l'invention permet de traiter des déchets d'une grande variété, et pouvant présenter une forte hétérogénité. La granulométrie des déchets aptes à tre traités par un tel réacteur s'étale sur une plage très large, allant des poussières d'un diamètre inférieur au millimètre jusqu'à des pièces de grande taille atteignant plusieurs dizaine de centimètres. L'utilisation d'un convoyeur à chaîne en combinaison avec des plateaux de grande longueur permet d'obtenir des temps de séjour allant de 15 mn à 2 h pour un réacteur ne comportant qu'un seul module intermédiaire, et pouvant s'élever jusqu'à 4 h ou plus pour des réacteurs tels que celui illustré à la figure 2 comportant trois modules intermédiaires. La vitesse linéaire des déchets sur le plateau, égale à celle des racles, et de l'ordre quelques mètres par heure. La capacité de traitement d'un réacteur conforme à l'invention est très variable, et peut varier de 100 kg par heure à plus de 5 tonnes par heure. De par sa conception, le réacteur conforme à l'invention peut s'adapter à toute valeur de capacité en modifiant de façon simple les paramètres dimensionnels des plateaux, c'est-à-dire en augmentant ou diminuant leur longueur par addition de modules intermédiaires, ou bien alors par augmentation ou diminution de la largeur du plateau. Il ressort de ce qui précède que le réacteur conforme à l'invention présente de multiples avantages et notamment les : -il permet une maîtrise de l'écoulement des déchets ainsi que du temps de séjour des déchets dans le réacteur, pour obtenir une thermolyse complète ; -la régularité de l'écoulement et le dimensionnement des équipements de convoyage éliminent fortement les risques de blocage des matières lors de leur cheminement ; -l'utilisation de moyens de chauffage répartis le long du cheminement des déchets permet une maîtrise optimale des transferts thermiques, et permet de garantir une thermolyse complète, le mode d'écoulement et son profil permettent une forte diminution des entraînements de poussières ; -les racles d'entraînement assurent, grâce à 1'effet de brassage, une thermolyse à coeur des déchets ; -la conception de l'entraînement par convoyeur à chaîne assure une adaptabilité à de nombreux types de déchets, et notamment des produits difficiles à thermolyser tels que les matières collantes ou colmatantes ; -la conception modulaire du réacteur permet une adaptation à une grande gamme de capacités de traitement ; -la thermolyse telle que réalisée à l'intérieur du réacteur conforme à l'invention est particulièrement complète et optimisée ; -le réacteur présente une conception mécanique simple lui conférant une robustesse et une fiabilité importante. Applications industrielles Le réacteur conforme à l'invention est particulièrement adapté pour le traitement par thermolyse de très nombreux déchets comportant une fraction organique telle que la biomasse, les boues notamment de stations d'épuration, les résidus de broyage automobile, les farines de viandes, les déchets hospitaliers, les accumulateurs électriques ainsi que les sous-produits industriels tels que notamment les boues métalliques des laminoirs, les rebuts de fabrication de films plastiques, papiers ou d'aluminium, etc.... REVENDICATIONS 1/Réacteur (1) de thermolyse de déchets, : -des orifices d'entrée (3) et de sortie (4) des déchets ; -un dispositif d'extraction (5-9) des gaz produits lors de la thermolyse ; caractérisé en ce qu'il comporte en outre : . au moins deux plateaux fixes (10,11) sur lesquels cheminent les déchets, les plateaux (10,11) étant décalés les uns par rapport aux autres de telle manière que lorsque les déchets parviennent à une extrémité (12) d'un plateau (10), ils tombent par gravité sur le plateau inférieur (11) ; un dispositif d'entraînement des déchets sur les plateaux comportant au moins un convoyeur à chaîne (15) entraînant une pluralité de racles (16), frottant sur lesdits plateaux (10,11) ; un dispositif de chauffage indirect disposé en-dessus et au-dessous desdits plateaux (10,11), pour assurer le chauffage des déchets. 2/Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les plateaux (10,11) ont une forme d'auget, et présentent leurs extrémités latérales (28) relevées et inclinées. 3/Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les racles (16) du dispositif d'entrainement présentent un profil complémentaire à celui des plateaux (10,11). 4/Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque convoyeur à chaîne (15) assure l'entraînement des déchets sur deux plateaux adjacents (10,11). 5/Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage est constitué par un ensemble de résistances électriques (30-32). 6/Réacteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de chauffage (30-32) est fractionné en plusieurs zones réparties le long du cheminement des déchets. 7/Réacteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est constitué par l'assemblage d'au moins trois modules, à savoir : un module d'entrée et de sortie (50), incluant les orifices d'entrée (3) et de sortie (4) des déchets, et comprenant une extrémité (19) d'au moins un des convoyeurs à chaîne ; . au moins un module intermédiaire (52-54) supportant une partie des plateaux fixes (10, 11) ; . un module de retournement (51), comportant l'extrémité opposée (18) dudit convoyeur à chaîne. 8/Réacteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module de retournement (51) comprend en outre des moyens d'entraînement dus aux convoyeurs à chaîne.