Brevet FR2919379A1 — publié le 20090130

L'invention consiste en un procédé permettant au moyen d'un dispositif spécifique à l'invention de mettre les déchets variés de polymères thermoplastiques non chlorées et particulièrement de polyoléfines (matières thermoplastiques dites ici globalement PE pour abréger) sous une forme assurant leur combustion complète dans des conditions optimum. Tous les déchets des thermoplastiques précités sont utilisables selon l'invention à la seule condition qu'ils ne contiennent pas de substances toxiques, condition qui est règlementairement satisfaite lors de la mise au rebut de ces déchets. Les déchets de PE les plus courants proviennent généralement du tri des déchets ménagers et assimilés (DMA) ou de l'agricultures bâches et films agricoles de serres et tunnels, paillages, tubes d'irrigation, ficelles, etc., ainsi que des sacheries, bidons ou emballages divers ou encore des chutes neuves de l'industrie du plastique. Les déchets de PE du commerce (que nous assimilerons pour simplifier à du polyéthylène car ils se comportent comme lui lors de leur combustion) brûlent aisément comme tous les hydrocarbures. Ils constituent un gisement considérable de combustibles de haut pouvoir calorifique qu'il serait déraisonnable de négliger, mais ils se présentent sous des formes très variables de films ou de blocs plus ou moins épais dont on ne peut contrôler facilement la combustion, ce qui interdit pratiquement leur emploi tel quel comme combustibles commerciaux standardisés. C'est ici le lieu de dire que lorsque la combustion du PE ou des liquides qui en proviennent par pyrolyse au cours de la combustion est bien conduite, les gaz brûlés qui en résultent ne contiennent que CO2 et H2O avec de l'air résiduel, exactement comme dans la combustion du GPL. En fait, le PE étant un produit beaucoup plus pur que le fuel par exemple, sa combustion est aussi "propre" que peut l'être celle d'un hydrocarbure pur. D'autre part, le peu d'impuretés, généralement de type terreux ou alimentaire, qui subsiste dans les déchets de PE avant leur combustion dans les conditions requises par la présente invention, se retrouve sous forme de cendres inoffensives (déchets ultimes) après combustion. En définitive le procédé n'engendre aucun type de pollution mais au contraire a l'avantage de récupérer de l'énergie tout en débarrassant l'environnement de déchets encombrants. Par ailleurs, il faut préciser que la combustion vive d'un hydrocarbure solide ou même liquide n'est jamais "directe". Ce sont les vapeurs émanant de ce solide ou liquide qui brûlent en mélange avec l'air. Or le PE n'émet pas de vapeur à froid et sa "combustion" n'est en fait que celle des vapeurs provenant de sa pyrolyse sous l'influence de la chaleur qu'elles dégagent en brûlant. Il s'agit donc d'un processus autoentretenu. Pour pouvoir être utilisés dans de bonnes conditions, les déchets de PE convenant à la production de combustibles selon l'invention ne doivent pas avoir un taux d'impuretés inertes ou d'humidité trop important et leur dimension doit être compatible avec les dispositif de brûlage décrits ici. Il peut donc être nécessaire de broyer et nettoyer sommairement les déchets selon des techniques classiques connues. Le procédé selon l'invention consiste à amener en continu les déchets de PE sommairement conditionnés comme il vient d'être dit dans un foyer spécialement aménagé pour assurer leur combustion dans des conditions optimum qui sont obtenues par la mise en oeuvre de deux opérations distinctes séparées mais indissociables, complémentaires et concomitantes. Pour ce faire les déchets de PE sont amenés et confinés. par des moyens classiques mais sans tassement préjudiciable à la circulation de l'air dans une enceinte qui peut être de forme quelconque sans sortir du cadre de l'invention mais dont les parois sont constituées d'une grille (ou grillage) en matériau réfractaire classique dont les interstices ou mailles sont capables de retenir dans l'enceinte les déchets à l'état solide qui y arrivent tout en permettant l'écoulement des liquides et la libre circulation de l'air. Cette enceinte est elle-même enfermée dans une chambre de combustion classique en matériaux réfractaires dont les parois sont à une distance de la grille telle qu'elle permette une circulation aisée des gaz brûlés et de l'air nécessaire à la combustion. Au-dessous de cette enceinte grillagée est placée un réceptacle destiné à recevoir les liquides combustibles qui se forment par fusion et s'écoulent à travers la grille lors de la combustion des déchets solides. Ce réceptacle est enfermé dans la même chambre de combustion que l'enceinte grillagée. L'ensemble enceinte grillagée plus réceptacle enfermé dans la chambre de combustion constitue le dispositif spécifique à l'invention permettant la mise en oeuvre du procédé. Les déchets de PE sont enflammés et brûlent en restant confinés par les grilles de l'enceinte grillagée tant qu'ils restent à l'état solide. Les liquides à haute température formés lors de leur combustion ruissellent au bas de l'enceinte grillagée et se rassemblent dans le réceptacle situé au-dessous du bas de la grille. Ils y sont brûlés à leur tour en tout ou partie, comme il est expliqué plus loin, en présence d'air additionnel, ce qui oblige les flammes produites à attaquer directement les déchets solides confinés dans l'enceinte grillagée située juste au-dessus et à activer leur pyrolyse. l0 Ces deux combustions conjointes et complémentaires constituent les deux opérations de combustion distinctes mais concomitantes mentionnées plus haut. Cette double combustion, qui constitue une des innovations importantes de notre procédé, est indispensable pour garantir d'une part la régularité et la stabilité 15 de la combustion des déchets solides et d'autre part la rapidité de leur fusion de façon à assurer la capacité horaire maximum du dispositif de brûlage des déchets. En effet, la combustion des déchets solides de PE est tributaire de leur température qui doit d'abord atteindre le seuil de vaporisation par pyrolyse. Or lorsque les déchets sont entassés, seuls ceux qui sont à l'extérieur du tas trouvent 20 suffisamment d'oxygène pour brûler et auto-entretenir la pyrolyse contrairement à ceux qui sont à l'intérieur qui ne disposent pas assez d'air pour brûler et sont de plus difficilement atteints par la chaleur car ils en sont très mauvais conducteur. Dans ces conditions, la combustion se développe surtout à la surface de l'amas de déchets entassés et il est impossible d'obtenir la combustion 25 d'importantes quantités de ces déchets quand ils sont confinés dans une enceinte du volume restreint compatible avec une utilisation industrielle normale. D'autre part, la combustion des déchets solides, qui ne concerne que les vapeurs de leur pyrolyse, produit de 75% à 90% de liquides imbrûlés qui s'écoulent au bas du tas de déchets et doivent aussi pour leur part être d'abord pyrolysés en 30 vapeurs avant de brûler, ce qui ne peut être garanti sans un dispositif approprié. La solution préconisée par la présente invention consiste dès lors à assurer, comme il est dit plus haut, la combustion contrôlée d'au moins une partie des liquides produits pour chauffer directement les déchets solides en combustion. Ce chauffage complémentaire permet d'activer par pyrolyse non seulement 35 la combustion des déchets solides mais aussi leur fusion et par conséquent la quantité de liquides combustibles qu'on peut en obtenir. Quant à l'apport en continu des déchets alimentant l'enceinte grillagée, il peut s'effectuer par tout moyen connu de la technique sans sortir du cadre de l'invention aux seules conditions que cette introduction ne permette pas la libre pénétration de l'air extérieur d'une part et qu'elle ne contraigne pas les déchets à demeurer sous forme compacte après introduction. Cette dernière condition est réalisée si l'enceinte est suffisamment large pour permettre aux déchets introduits de se décompacter librement. Le processus est continu en ce sens que les déchets confinés dans l'enceinte grillagée sont brûlés et disparaissent de ce fait de cette enceinte pour y être remplacés à mesure de leur disparition par de nouveaux déchets amenés sans discontinuer dans l'enceinte par des apports successifs. L'emploi de détecteurs de niveau de technique connue permet de contrôler le remplissage de l'enceinte. Comme il a été indiqué plus haut, les liquides combustibles fondus formés lors de la combustion des déchets solides s'amassent dans un réceptacle situé au bas de la grille retenant les solides. Or ces liquides combustibles sont suffisamment chauds pour émettre des vapeurs qui s'enflamment et permettent d'auto-entretenir à leur contact la combustion d'une partie d'entre eux. Toutefois, la haute température nécessaire à la pyrolyse génératrice de vapeurs combustibles n'atteint que la partie superficielle des liquides en contact avec les flammes qu'elle émet et il n'est donc pas possible de brûler la totalité des liquides qui s'amassent dans le réceptacle au fur et à mesure de leur formation à partir des déchets solides. Il existe alors selon l'invention deux possibilités au choix de l'opérateur : Soit ces liquides résiduels sont recueillis à part à l'aide d'un dispositif particulier pour être brûlés séparément, soit ils sont pyrolysés dès leur formation par un dispositif adéquat à l'état de vapeur et brûlés à leur tour. Dans le premier cas, la partie des hydrocarbures liquides formés au cours du premier stade de la combustion et non utilisés pour activer la combustion des déchets (que nous dénommons ici "liquides résiduels") est évacuée du réceptacle situé sous l'enceinte grillagée à mesure de leur formation par un trop plein qui agit dès qu'un niveau déterminé est atteint, puis recueillie et conditionnée pour être utilisée ultérieurement comme combustible dans un dispositif séparé. Notons à ce propos que la partie liquide obtenue à partir de polyoléfines, principalement constituée de cire de polyoléfines, se fige en refroidissant aux alentours de 100 C. Elle peut alors être facilement granulée et être stockée à l'état solide. Le dispositif approprié pour brûler séparément ces liquides ou ces granulés excédentaires doit être muni d'un réchauffeur qui maintient les liquides ou les granulés à une température où ils sont liquides et suffisamment fluides pour pouvoir alimenter le brûleur proprement dit. La combustion des liquides ou granulés liquéfiés s'effectue alors de façon usuelle dans des brûleurs à réchauffage de technique connue fonctionnant par pulvérisation classique mécanique ou à l'air comprimé des liquides puis combustion du brouillard obtenu dans un flux d'air réglé pour éviter les imbrûlés IO dans les fumées. Dans le deuxième cas, il est nécessaire, pour obtenir la combustion des liquides résiduels, de les transformer d'abord en vapeurs combustibles. La méthode la plus efficace selon l'invention consiste à les pulvériser 15 préalablement en brouillard au fur et à mesure de leur production directement à partir du bac recevant les liquides imbrûlés par des moyens mécaniques ou par de l'air comprimé selon des procédés classiques connues. Le brouillard obtenu est alors projeté dans la zone de combustion des déchets solides confinés dans la partie grillagée où il se vaporise complètement et 20 ressort mélangé avec les gaz de combustion Un apport convenable d'air additionnel par des moyens classiques permet la post combustion totale des vapeurs combustibles imbrûlées contenues dans les fumées. 25 La chaleur produite par les dispositifs utilisés lors de la combustion du PE ou de ses produits de pyrolyse possède deux grandes classes non limitatives d'utilisation. Ce sont d'une part la production de chaleur, d'air chaud ou d'eau chaude pour le chauffage ou d'autre part la production de vapeur dans des générateurs classiques, cette dernière pouvant servir aussi bien au chauffage qu'à la 30 production de force motrice ou d'électricité avec cogénération éventuelle. 35 REVENDICATIONS 1 / û Procédé permettant de transformer au moyen d'un dispositif spécifique à l'invention des déchets variés de polymères thermoplastiques non chlorés (dits ici PE pour abréger) en combustibles pouvant soit être brûlés directement dans le dispositif pour produire de la chaleur, soit être extraits pour une utilisation séparée ultérieure, caractérisé par le fait qu'il consiste à introduire les déchets de PE en continu par des moyens classiques, mais sans tassement préjudiciable à la circulation de l'air, dans une enceinte de forme quelconque dont les parois sont constituées d'une grille (ou grillage) en matériau réfractaire classique pourvu d'interstices ou mailles capables de retenir les déchets à l'état solide qui arrivent dans l'enceinte tout en permettant l'écoulement des liquides et la libre circulation de l'air. Caractérisés aussi par le fait que cette enceinte est elle-même enfermée dans une chambre de combustion classique en matériaux réfractaires dont les parois sont à une distance de la grille telle qu'elle permette une circulation aisée des gaz brûlés et de l'air nécessaire à la combustion. Caractérisés encore par le fait que la transformation des déchets en combustibles s'effectue dans le dispositif spécifique en deux opérations distinctes séparées mais indissociables, complémentaires et concomitantes. Caractérisés de plus par le fait qu'au-dessous de cette enceinte grillagée est placée un réceptacle enfermé dans la même chambre de combustion que l'enceinte grillagée et destiné à recevoir les liquides combustibles qui se forment par fusion et s'écoulent à travers la grille lors de la combustion des déchets solides. Caractérisés enfin par le fait que les déchets de PE qui sont enflammés à l'intérieur de l'enceinte grillagée restent retenus par les grilles tant qu'ils demeurent à l'état solide alors que les liquides à haute température formés lors de leur combustion ruissellent au bas de l'enceinte grillagée et se rassemblent dans le réceptacle situé audessous du bas de la grille où ils sont brûlés à leur tour en tout ou partie en présence d'air additionnel, de telle sorte que les flammes produites attaquent directement les déchets solides confinés dans l'enceinte grillagée située juste au-dessus. Ces deux combustions conjointes et complémentaires constituant les deux opérations de combustion distinctes mentionnées plus haut.2 / ù Procédé selon la revendication 1 caractérisé par le fait que l'enceinte grillagée est suffisamment large pour que les déchets qui y sont introduits ne demeurent pas sous forme compacte. 3 / ù Procédé selon les revendication 1 ou 2 caractérisé par le fait que les liquides imbrûlés formés lors de la combustion des déchets de polyoléfines à la surface de la grille et s'amassant dans un réceptacle situé sous la grille peuvent, au choix : ù soit être recueillis à part pour être brûlés ultérieurement et que dans ce cas, ils sont évacués de la zone de combustion à mesure de leur formation, puis recueillis et conditionnés pour être utilisés comme combustibles dans un brûleur à réchauffage indépendant et séparé,de technique connue, fonctionnant classiquement par pulvérisation mécanique ou à l'air comprimé des liquides, puis combustion du brouillard obtenu dans un flux d'air réglé pour éviter les imbrûlés dans les fumées. ù soit être immédiatement pulvérisés par des moyens mécaniques ou par de l'air comprimé selon des procédés classiques connus, puis le brouillard obtenu projeté dans la zone de combustion des déchets solides confinés dans la partie grillagée où il se vaporise complètement et ressort mélangé avec les gaz de combustion puis est brûlé grâce à un apport d'air additionnel par des moyens classiques permettant la post combustion totale des vapeurs combustibles imbrûlées contenues dans les fumées.25