Brevet FR2863918A1 — publié le 20050624

PROCEDE DE TRAITEMENT DE DECHETS ET DISPOSITIF DE MISE EN UVRE D'UN TEL PROCEDE La présente invention concerne un procédé destiné à traiter les déchets avant leur élimination définitive. Elle concerne également un dispositif permettant la mise en oeuvre d'un tel procédé de traitement. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine de la valorisation des déchets. En raison du développement croissant de l'activité humaine, les déchets d'origine ménagère ou industrielle sont produits dans des quantités de plus en plus importantes. Leur élimination est devenue un enjeu majeur, mais elle pose aujourd'hui véritablement problème d'un point de vue écologique. L'incinération, qui consiste essentiellement à mettre en cendre les déchets quelle que soit leur nature, constitue la technique la plus communément utilisée à l'heure actuelle. De manière relativement simple, cette opération permet, en effet, d'obtenir une diminution importante du volume et de la masse de la matière traitée, et elle offre éventuellement la possibilité de récupérer de l'énergie thermique. Réalisée habituellement à une température de l'ordre de 1000 C en présence d'un excédent d'air, toute incinération produit cependant une quantité non négligeable de résidus essentiellement solides, et des gaz plus ou moins chargés de particules diverses en suspension. Ce type de procédé de traitement présente toutefois l'inconvénient de générer des fumées et cendres particulièrement polluantes qui, même une fois épurées par des dispositifs de lavage et de filtration ad hoc, engendrent des résidus pouvant être tout aussi nocifs écologiquement parlant. Aussi, le problème technique à résoudre, par l'objet de la présente invention, est de proposer un procédé de traitement de déchets qui permettrait d'éviter les problèmes de l'état de la technique en étant sensiblement moins agressif pour l'environnement, tout en garantissant une revalorisation des déchets. La solution au problème technique posé consiste, selon la présente invention, en ce que le procédé de traitement de déchets consiste à : brûler les déchets dans un four à arcs électriques hermétique (vitrification, oxydation ou réduction), - collecter les gaz issus de la combustion, - épurer les gaz de combustion. Il est entendu que, dans l'ensemble de ce texte, l'invention concerne aussi bien les fours à arcs immergés que les fours à arcs non immergés. Selon une particularité de ce procédé, la combustion des déchets 25 s'effectue à une température supérieure à 1400 C, et notamment comprise entre 2000 et 2500 C. L'invention concerne également un dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé de traitement de déchets. Il est remarquable en ce qu'il comporte: - un four à arc électrique apte à brûler des déchets, - un élément d'obturation, formant couvercle, apte à fermer hermétiquement le four, - des moyens d'évacuation des gaz de combustion vers des moyens d'épuration, - des moyens de régulation de la pression gazeuse à l'intérieur du 10 four. L'invention telle qu'ainsi définie présente l'avantage de permettre une combustion en milieu confiné, et conséquemment un contrôle optimal des dégagements gazeux qui en résultent. Les gaz de combustion ne peuvent aller directement dans l'atmosphère. Ils sont, par contre, en mesure d'être collectés relativement facilement en vue de subir une épuration spécifique par tout moyen de traitement connu. Le four selon l'invention permet une oxydation contrôlée pour les produits fortement carbonés, tels que les résidus broyés d'automobiles, afin de générer des gaz de combustion pour la production d'énergie. Pour ce faire, il est alors nécessaire d'introduire de manière contrôlée des oxydants tels que de l'oxygène, de l'eau ou tout autre oxydant. On veillera, par ailleurs, à introduire l'oxydant à l'intérieur du four à arc près des zones chaudes, par exemple, en utilisant une ou plusieurs électrodes creuses. Le confinement autorise également de pouvoir travailler en milieu réducteur, condition indispensable pour pouvoir notamment générer une action séparative destinée à valoriser certains métaux lourds. L'utilisation d'un four à arcs électriques permet, en outre, d'atteindre des températures de combustion bien supérieures à celles obtenues lors d'une incinération, à savoir, au moins deux fois plus grandes. L'efficacité de la combustion, et par conséquent du traitement, s'en trouve alors considérablement améliorée. Cela permet, notamment, d'éviter la formation de résidus imbrûlés et de certaines molécules toxiques, comme les dioxines, par exemple. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence aux 20 dessins annexés sur lesquels: La figure 1 illustre un dispositif de traitement de déchets conforme à l'invention. La figure 2 représente plus en détail les moyens de régulation du dispositif de traitement de la figure 1. La figure 3 est une vue de dessus de l'élément d'obturation ou couvercle équipant le dispositif de traitement de la figure 1. La figure 4 montre l'agencement entre les moyens de régulation, les moyens de détente et les moyens d'évacuation de la figure 1. Pour des raisons de clarté, les mêmes éléments ont été désignés par des références identiques. De même, seuls les éléments essentiels pour la compréhension de l'invention ont été représentés, et ceci sans respect de l'échelle et de manière schématique. La figure 1 montre un dispositif (1) permettant la mise en oeuvre du procédé de traitement de déchets précédemment décrit. Conformément à l'objet de la présente invention, ce dispositif de traitement (1) comporte tout d'abord un four à arcs électriques (10) qui est destiné à brûler les déchets (2). Il s'agit, en fait, d'un four à arcs électriques (10) tout à fait classique, du type de ceux qui sont utilisés en électrométallurgie, c'est-à-dire ouvert. Sa structure et son fonctionnement étant parfaitement connus, il ne sera, par conséquent, pas décrit davantage ici. On rappellera simplement qu'il est essentiellement composé d'une cuve (11) à l'intérieur de laquelle se trouve un creuset (12) chargé de contenir les déchets (2) à traiter, ainsi que une ou plusieurs électrodes (13) alimentées électriquement par un générateur (14) ; le positionnement desdites électrodes (13) étant réglable verticalement grâce à la présence de systèmes à vérins (15), de chaînes ou tout autre système permettant une régulation de position. On précisera encore qu'un tel four à arcs électriques (10) est classiquement en mesure de vitrifier et/ou de réduire ou oxyder la matière traitée. Le dispositif de traitement (1) est également doté d'un élément d'obturation (20), formant couvercle, dont la fonction est de fermer hermétiquement le four (10) qui est par définition ouvert. Le but est de rendre l'enceinte du four (10) parfaitement étanche, afin que la combustion ou la réaction puisse se dérouler en milieu totalement confiné. Le dispositif de traitement (1) est, par ailleurs, pourvu de moyens d'évacuation (30) des gaz de combustion ou réaction chimique vers des moyens d'épuration (40). Pour la même raison que celle précédemment évoquée, la jonction entre le four à arcs électriques (10) et les moyens d'épuration (40) doit également être absolument étanche. Le dispositif de traitement (1) comporte, en outre, des moyens de régulation (50) de la pression gazeuse à l'intérieur du four (10). Le but est d'éviter les problèmes de surpression interne qui ont pour origine le dégagement naturel de gaz inhérent à la combustion ou réaction chimique, d'une part, et les éventuelles explosions localisées au sein du creuset (12), d'autre part. Selon une particularité de l'invention, les moyens d'évacuation (30) des gaz de combustion comportent au moins un conduit d'échappement (31) débouchant à l'intérieur du four (10), au niveau de l'élément d'obturation (20), et communiquant avec les moyens d'épuration (40). Dans le mode particulier de réalisation représenté sur cette figure 1, le conduit d'échappement (31) est unique mais sa section est adaptée pour assurer le bon écoulement des émissions gazeuses émises lors de la combustion des déchets (2). Selon une autre particularité de l'invention, les moyens de régulation (50) sont pourvus d'au moins un clapet (51) communiquant avec l'intérieur du four (10), d'une part, et avec les moyens d'évacuation (30), d'autre part, en l'occurrence, le conduit d'échappement (31). Cette caractéristique autorise un fonctionnement en cycle fermé, ce qui permet avantageusement à tout le système de fonctionner en permanence en milieu confiné. Conformément à la figure 2, chaque clapet (51) comporte un logement (52) de forme tronconique dans lequel un élément sphérique (53) est monté mobile en déplacement. Cette mobilité s'exerce entre une position de fermeture dans laquelle l'élément sphérique (53) est placé en contact de la surface interne du logement (52), et une position d'ouverture dans laquelle ledit élément sphérique (53) est disposé à distance de ladite surface interne du logement (52). L'obturation du logement (52) par l'élément sphérique (53) s'effectue par la simple gravité qui s'exerce sur ledit élément sphérique (53) et qui tend à l'attirer vers le bas contre la surface interne dudit logement (52) . L'ouverture de ce même logement (52) est, quant à elle, engendrée par toute surpression à l'intérieur de l'enceinte du four (10), dont l'intensité serait suffisante pour vaincre la gravité et déplacer l'élément sphérique (53) vers le haut. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 3, dans cet exemple de réalisation, le dispositif de traitement (1) est doté d'une pluralité de clapets (51), matérialisés par de petits cercles, qui sont répartis de manière sensiblement homogène au niveau de l'élément d'obturation (20). Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le dispositif de traitement (1) est doté, par ailleurs, de moyens de détente (60) des gaz de combustion s'évacuant par les moyens de régulation (50). Cette particularité permet au four à arcs électriques (10) de pouvoir continuer à fonctionner en cycle fermé, même en cas de surpression interne. Cela permet, par conséquent, de ne pas remettre en cause le principe du confinement objet de l'invention, qui est un des facteurs indispensables pour obtenir un traitement sensiblement moins polluant des déchets (2). Comme le montre plus précisément la figure 4, les moyens de détente (60) de cet exemple de réalisation sont constitués par une chambre d'expansion (61) qui communique avec l'ensemble des clapets (51), d'une part, et avec l'unique conduit d'échappement (31), d'autre part. Mais, bien entendu, les moyens de détente (60) pourraient comporter plusieurs chambres d'expansion (61) susceptibles de communiquer individuellement avec un nombre plus ou moins grand de clapets (51) d'une part, et avec un ou plusieurs conduits d'échappement (31), d'autre part. De préférence, les moyens de détente (60) sont, en outre, en mesure de stocker temporairement les gaz de combustion s'évacuant par les moyens de régulation (50). Cette caractéristique permet de faciliter les phases de démarrage du système, mais également de stocker, si nécessaire, les gaz en cas de panne des moyens d'épuration (40) associés au four à arcs électriques (10). Selon une autre particularité de l'invention, le dispositif de traitement (1) comporte des moyens de refroidissement de l'élément d'obturation (20). Cette caractéristique permet d'absorber une partie des calories dégagées par la combustion entretenue à l'intérieur du four à arcs électriques (10) . De manière particulièrement avantageuse, l'action des moyens de refroidissement s'exerce également sur les moyens d'évacuation (30). En d'autres termes, les moyens de refroidissement sont, en outre, aptes à refroidir les gaz de combustion véhiculés par chaque conduit d'échappement (31). Conformément à une autre caractéristique de l'invention, le dispositif de traitement (1) est, par ailleurs, doté de moyens d'alimentation (70) qui sont capables de fournir à l'intérieur du four (10) un flux continu de déchets (2) en provenance de l'extérieur. Dans cet exemple de réalisation, les moyens d'alimentation (70) comportent plusieurs conduits de distribution (71) qui sont alimentés de manière permanente en déchets (2) et qui débouchent à l'intérieur du four (10) au niveau de l'élément d'obturation (20). On observe sur l'exemple de la figure 3, que le positionnement des conduits de distribution (71) ne répond à aucune règle particulière, même si une répartition homogène est préférable pour garantir un remplissage relativement régulier du four (10). On distingue également le positionnement symétrique des électrodes (13) du four à arcs électriques (10), ainsi que la position quelconque du conduit d'échappement (31). Selon une autre particularité de l'invention, le dispositif de traitement (1) est pourvu de moyens de vidange (80) qui sont destinés à permettre un écoulement des résidus à l'état liquide hors de l'enceinte du four (10). Il est à noter que ces résidus à l'état liquide seront généralement des produits vitrifiés ou réduits, en fusion. Les moyens d'épuration (40) pourront être de tout type connu. Ils 5 pourront notamment comporter, seuls ou en combinaison, des moyens de filtrage, des moyens de lavage, des moyens de dégoudronnage, etc. Bien entendu, le dispositif de traitement (1) tel que précédemment décrit peut éventuellement être associé à un dispositif de co-génération et de récupération d'énergie à partir des gaz produits au cours de la combustion, ainsi qu'aux fours fermés de carbure de calcium devant être confinés. Il REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de déchets (2), caractérisé en ce qu'il consiste à : - brûler les déchets (2) dans un four à arcs électriques (10) hermétique, - collecter les gaz issus de la combustion, - épurer les gaz de combustion. 2. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la combustion des déchets (2) s'effectue à une température supérieure à 1400 C, et notamment comprise entre 2000 et 2500 C. 3. Dispositif (1) de mise en oeuvre du procédé de traitement de 15 déchets (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte: - un four à arcs électriques (10) apte à brûler des déchets (2), - un élément d'obturation (20), formant couvercle, apte à fermer hermétiquement le four (10), - des moyens d'évacuation (30) des gaz de combustion vers des moyens d'épuration (40), - des moyens de régulation (50) de la pression gazeuse à l'intérieur du four (10). 4. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'oxydation contrôlée pour le traitement des déchets fortement carbonés. 5. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les moyens d'évacuation (30) des gaz de combustion comportent au moins un conduit d'échappement (31) débouchant à l'intérieur du four (10) au niveau de l'élément d'obturation (20), et communiquant avec les moyens d'épuration (40). 6. Dispositif de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les moyens de régulation (50) comportent au moins un clapet (51) communiquant avec l'intérieur du four (10) d'une part, et avec les moyens d'évacuation (30), d'autre part. 7. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque clapet (51) comporte un logement (52) de forme tronconique dans laquelle un élément sphérique (53) est monté mobile en déplacement, entre une position de fermeture et une position d'ouverture dans lesquelles ledit élément sphérique (53) est disposé respectivement en contact et à distance de la surface interne dudit logement (52). 8. Dispositif de traitement (1) selon l'une des revendications 6 ou 7, 20 caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de clapets (51) répartis de manière sensiblement homogène au niveau de l'élément d'obturation (20). 9. Dispositif de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détente (60) des gaz de combustion s'évacuant par les moyens de régulation (50). 10. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de détente (60) comportent au moins une chambre d'expansion (61) communiquant avec au moins un clapet (51) d'une part, et avec au moins un conduit d'échappement (31) d'autre part. 11. Dispositif de traitement (1) selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les moyens de détente (60) sont aptes à stocker temporairement les gaz de combustion s'évacuant par les moyens de régulation (50). 12. Dispositif de traitement (1) selon l'une quelconque des 10 revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement de l'élément d'obturation (20). 13. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement exercent en outre leur action sur 15 les moyens d'évacuation (30). 14. Dispositif de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 13, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'alimentation (70) aptes à fournir à l'intérieur du four (10), un flux 20 continu de déchets (2) en provenance de l'extérieur. 15. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 14, caractérisé en ce que les moyens d'alimentation (70) comportent au moins un conduit de distribution (71) alimenté de manière permanente en déchets (2) et 25 débouchant à l'intérieur du four (10) au niveau de l'élément d'obturation (20). 16. Dispositif de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de vidange (80) aptes à permettre un écoulement des résidus à l'état liquide hors de l'enceinte du four (10).