Brevet FR2863917A1 — 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 5 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 devenu 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 quel 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 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, - collecter les gaz issus de la combustion, 15 - 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 ou que les fours à arcs non immergés. Selon une particularité de ce procédé, la combustion des déchets s'effectue à une température supérieur à 1800 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 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. ]0 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 celle 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 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 vue de dessus de l'élément 5 d'obturation 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. IO 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 d'une pluralité d'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. On précisera encore qu'un tel four à arcs électriques 10 est classiquement en mesure de vitrifier et/ou de réduire 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 puisse se dérouler en milieu totalement confiné. W Le dispositif de traitement 1 est par ailleurs pourvu de moyens d'évacuation 30 des gaz de combustion 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 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 laquelle un élément sphérique 53 est monté mobile en IO 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 à 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 aucun 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 pourront notamment comporter, seuls ou en combinaison, des moyens de filtrage, des moyens de lavage, des moyens de dégoudronnage, etc. Ajoutons que le four à arc peut être soit du type à arc immergé soit du type à arc non immergé. Dans le cas 9 2863917 d'un arc non immergé, le refroidissement du couvercle et des échangeurs permettant le refroidissement des gaz devra être suffisant bien dimensionné pour permettre aux gaz d'être bien refroidit à l'entrée du filtre. Notons aussi, qu'il est recommandé d'avoir un filtre de secours pour prendre le relais du filtre en cas de panne de ce dernier. Le filtre de secours sera soit indépendant et relié à une deuxième cheminé, soit à la sortie de la cheminée du filtre principal. Et dans ce cas, il n'y a qu'une cheminé pour deux filtres. Les clapets d'explosion sont reliés à la (ou les chambre(s)d'expansion des gaz. La (ou les) chambre(s) d'expansion des gaz est (sont) 15 reliés avec le (ou les) filtres du four selon les schémas joints. 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. 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 supérieur à 1800 C, et notamment comprise entre 2000 et 2500 C. 3. Dispositif (1) de mise en oeuvre du procédé de traitement de 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 20 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 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). 5. Dispositif de traitement (1) selon l'une des revendications 3 ou 4, 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. 6. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 5, 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). 7. Dispositif de traitement (1) selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de clapets (51} répartis de manière sensiblement homogène au niveau de l'élément d'obturation (20). 8. Dispositif de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de détente (60) des gaz de combustion s'évacuant par les moyens de régulation (50). 9. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 8, 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. 10. Dispositif de traitement (1) selon l'une des revendications 8 ou 9, 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). 11. Dispositif de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de refroidissement de l'élément d'obturation (20). 12. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement exerce en outre leur action sur les moyens d'évacuation (30). 13. Dispositif de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 12, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'alimentation (70) aptes à fournir à l'intérieur du four (10), un flux continu de déchets (2) en provenance de l'extérieur. 14. Dispositif de traitement (1) selon la revendication 13, 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 débouchant à l'intérieur du four (10) au niveau de l'élément d'obturation (20). 15. Dispositif de traitement (1) selon l'une quelconque des revendications 3 à 14, 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).