Brevet FR2931482A1 — publié le 20091127

La présente invention concerne un procédé de craquage thermique en continu de déchets de polyéthylène ou autres polyoléfines, en vue de la production d'hydrocarbures ainsi qu'un dispositif pour sa mise en oeuvre. Le polyéthylène est très mauvais conducteur de la chaleur. Dès lors, les méthodes de craquage thermique utilisant la transmission de chaleur par contact de surfaces à hautes températures agissant directement par conduction sur les déchets solides, tendent à provoquer des carbonisations locales génératrices de dépôts Cxu~ui~ui~.0 Siviw Sür Cî,S S'ûriâc~S. Le présent procédé consiste à effectuer le craquage thermique (dit ici aussi pyrolyse) à pression atmosphérique en deux phases successives : ù Au cours de la première phase, la pyrolyse des déchets produit essentiellement des hydrocarbures liquides et quelques hydrocarbures gazeux. ù Au cours de la deuxième phase succédant sans discontinuer à la première, la totalité des hydrocarbures liquides est pyrolysée en vapeurs. Après 11 évacuation, ces vapeurs d'hydrocarbures pourront y~ donner par refrold1JJe11/ent des produits 11q 41des ou ;gueux. Le dispositif mettant %11 oeuvre le procédé selon l'invention est particulièrement simple, efficace et peu onéreux en investissements. Lors de la première phase, le principe général du procédé consiste à effectuer le craquage en continu des déchets dans un four à pression atmosphérique dont les parois chauffées à haute température n'ont pas de contact avec les déchets, four fermé mais comportant une entrée des déchets, une sortie haute des vapeurs de craquage et une sortie basse des liquides formés. Le craquage se poursuit jusqu'à liquéfaction complète des déchets introduits avec évacuation des vapeurs produites simultanément à mesure de leur formation par l'ouverture haute prévue à cet effet et sortie des liquides formés par une ouverture basse agencée en trop plein pour éviter tout engorgement. Le rendement du craquage peut être amélioré par un balayage du four avec un courant de vapeur surchauffée Les déchets sont amenés en continu dans le four de craquage par un tube d'alimentation dans lequel ils sont introduits en provenance de l'extérieur par compression selon des moyens classiques connus. Les déchets comprimés dans le tube d'alimentation forment ainsi u11 bouchon mobile étanche m. terd1Ja11t UA-4A vapeurs de craquage de sortir par ce tube. Avant leur introduction dans le tube d'alimentation, les déchets doivent être débarrassés de l'air occlus qu'ils peuvent contenir pour éviter d'amener de l'oxygène dans la chambre de craquage. Pour se faire, il faut substituer à cet air un gaz non oxydant et non réactif avec les déchets. La solution la plus simple et la e t dans onéreuse moins consiste `w à chasser l'air des déchets avant ~ leur .tir introduction uâiiS ie tube d'alimentation par passage dans une étuve maintenue à plus de 100°C où ils sont soumis à un balayage avec de la vapeur d'eau sèche. La chambre de craquage constitue alors un four fermé d'où l'air est exclu et dont l'atmosphère sera un gaz non réactif chimiquement avec les déchets ou les produits de leur pyrolyse et préchauffé à la température du four. Les vapeurs formée lors de la pyrolyse elle-même ou la vapeur d'eau surchauffée par exemple conviennent parfaitement à cet usage. Dans tous les cas, c'est le chauffage des parois du four qui fournit la totalité de la chaleur nécessaire ûu craquage. four otite nir I,41~ chauffage suffis û ent efficace, la substance réfractaire constituant la paroi du four doit être portée au rouge, les températures correspondantes étant supérieures à 800°C sans autre limitation que la résistance du réfractaire utilisé. Le four lui-même est enfermé dans une enceinte constituant une chambre de combustion classique dont les parois en matériaux réfractaires sont situées à une distance des parois du four telle qu'elle permette à des gaz brûlés à haute température provenant de brûleurs de circuler entre les parois de la chambre de combustion et celles du four afm de chauffer ce dernier avant d'être évacués. Ces brûleurs de technique connue peuvent être avantageusement alimentés par exemple par une partie des hydrocarbures issus du craquage lui-même. Pour obtenir un bilan thermique optimum de l'opération et éviter de trop grandes déperditions de chaleur par les gaz brûlés, le maintien de la température est assuré par un dispositif thermostatique classique qui régule la puissance des brûleurs. Lc bas du four est constitué d'un bac à fond plat horizontal en métal ou substance réfractaire étanche quelconque, liée de façon étanche par soudure ou tout autre moyen classique à des parois formant les côtés du four. La partie supérieure du four est également liée de manière étanche à ces côtés. Le bas du four formant le bac n'est pas directement chauffé, il sert à recevoir les déchets et à collecter les hydrocarbures liquides provenant de leur craquage avant leur pyrolyse totale. Le plafond et les côtés du four qui entourent ce bac constituent ensemble la paroi chauffée proprement dite. Le plafond et les côtés du four portés à haute température par les brûleurs au-dessus du bac sont juste assez éloignés de ce dernier pour ne pas être en contact direct avec les déchets qui y sont déversés. Cette disposition selon l'invention permet d'éviter d'avoir à confiner dans des cages grillagées les déchets arrivant en continu dans le four à mesure de l'avancement du craquage comme cela a pu être proposé dans d'autres procédés. 10 En effet, les déchets arrivant dans le four sont immédiatement soumis à la température élevée qui y règne et s'étalent presque aussitôt en fusion dans le bac. La bible épaisseur de déchets fondus de polyoléfines dans le bac, variant de quelques centimètres à environ 20 cm, permet alors une pyrolyse très rapide d'une grande partie de ces déchets en hydrocarbures liquides ou gazeux. 15 Les' vapeurs produites s'é V~acltent par la sortie haute du fou pre V üe a cet effet et les liquides non pyrolysés sont évacués par un trop plein vers une chambre de craquage fmal classique où s'effectue le deuxième stade de la pyrolyse. Ce trop plein consiste en un tube vertical fixé dans le bas du bac et dont la hauteur est juste inférieure à celle prévue pour l'épaisseur des liquides contenus dans le bac. Ce tube 20 permet ainsi leur évacuation automatique hors du bac dès que la hauteur des liquides atteint son sommet. La chambre de craquage final est chauffée par la chaleur résiduelle importante subsistant dans les fumées à température élevée provenant de la 25 chambre de combustion chargée du chauffage du four. La totalité des vapeurs issues du craquage peut ensuite être condensé ou rectifié en coupes de points d'ébullition différents ou encore être traité catalytiquement pour être "reformé" par exemple. 30 Une partie des gaz ou des condensats est avantageusement utilisée pour alimenter les brûleurs assurant le chauffage four de craquage et le cas échéant le préchauffage du fluide de balayage. La chaleur résiduelle des fumées provenant du chauffage de la chambre de 35 craquage fmal peut être partiellement récupérée dans un système d'échangeurs pour engendrer de la vapeur qui peut être utilisée comme fluide de balayage. J Selon un mode particulier d'exécution de notre procédé prévu pour traiter 1 tonne/heure de déchets de PE, la partie du dispositif qui permet la mise en oeuvre de la première phase du craquage est constituée d'un four en forme de prisme droit à cinq faces et deux bases, couché sur sa grande face, les autres faces CL iCS bases constituant les l,OR.) CL 1V plafvllu du four . Cette partie Sc compose 1 °) Du four prismatique proprement dit comprenant : ù Une face horizontale rectangulaire de 1,50 m de large et 3m de long en 10 acier réfractaire de 4 mm d'épaisseur constituant la sole plane du bac de réception du four. Au bas de cette sole est soudé un tube de trop plein vertical de diamètre 60 dont l'extrémité haute est située dans le four à 18 cm de la sole et l'extrémité basse débouche dans la chambre de craquage de la deuxième phase décrite plus bas. 15 ù Des parois latérales verticales en acier réfractaire de 4 mm d'épaisseur soudées à cette sole sur tout son pourtour. La paroi avant est percée d'un orifice d'environ 32 cm de diamètre où est fixé le tube d'alimentation de même diamètre et d'une sortie haute de vapeurs de craquage. La paroi arrière a la même forme que la paroi avant et possède 5 orifices d'arrivée de vapeur disposés horizontalement à 20 environ 20 cm du bas. Les deux autres parois latérales ont des formes rectangulaires de 3 m de long sur 40 cm de haut. ù Un toit en forme de dièdre en acier réfractaire de 4 mm d'épaisseur et de 25 3 m de long soudé à la partie haute des parois latérales. Ce toit est relié à la voûte de la chambre de combustion de manière classique par quelques liens en matériaux réfractaires destinés à éviter son affaissement lorsqu'il est chauffé. Du haut du toit part un tube de sortie des vapeurs de pyrolyse en vue de leur roi+nrrmar f f, rai Ir tl U1LV111V11L U1L 11VL4l. 30 2°) D'une chambre de combustion classique en matériaux réfractaires, entourant le four sauf la sole. La sole et la partie basse des parois du four qui lui sont soudées sont encastrées sur une hauteur de 20 cm dans une substance isolante et réfractaire telle que le béton de verrniculite par exemple et ne sont donc pas 35 soumise à l'action directe des brûleurs. 10 i5 Selon le mode particulier décrit ici, la partie du dispositif permettant la mise en oeuvre du craquage final est constituée d'une chambre close située sous le bac du four décrit ci-avant et alimentée en liquides issus de ce bac par le tube de trop plein qui lui est soudé. Cette chambre prismatique de 1,50 m de large de 3 m de long et de 0,50 m de haut repose horizontalement sur une de ses grandes faces et est traversée par un faisceau de 39 tubes de diamètre 100 mm parcourus par les fumées provenant de la chambre de combustion chauffant le four de la première phase. La grande face supérieure de cette chambre de craquage est constituée par la sole du tour. Les vapeurs de pyrolyse issues de cette chambre en ressortent par le tube de trop plein de diamètre 60 m a contre courant des liquides qui arrivent et débouchent dans le four de pyrolyse d'où elles ressortent par le tube haut de sortie des vapeurs en vue de leur traitement ultérieur . 20 25 30 35 REVENDICATIONS1) Procédé de craquage thermique de déchets de polyoléfines en vue de la 5 production d'hydrocarbures caractérisé par le fait qu'il s'exécute à pression atmosphérique en deux étapes successives telles que : ù Au cours de la première étape, la pyrolyse des déchets produit essentiellement des hydrocarbures liquides et quelques hydrocarbures gazeux. ù Au cours de la deuxième étape succédant sans discontinuer à la première, 10 la totalité des hydrocarbures liquides est pyrolysée en vapeurs. 2) Procédé suivant la revendication (1) caractérisé par le fait qu'avant d'être soumis aux deux étapes de craquage les déchets sont débarrassés de tout air occlus par passage dans une étuve chauffée maintenue à plus de 100°C où ils sont soumis 15 à un balayage avec de la vapeur d'eau sèche. 3) Procédé suivant les revendications (1) et (2) caractérisé par le fait que les déchets sont amenés en continu dans un four de craquage par un tube d'alimentation dans lequel ils sont introduits en provenance de l'extérieur par 20 compression selon des moyens classiques connus. 4) Procédé suivant les revendications précédentes caractérisé par le fait que lors de la première étape de ce craquage thermique les déchets sont complètement liquéfiés ou vaporisés par chauffage dans un four clos en l'absence d'oxygène sans 25 aucun contact direct avec les parois chauffées du four. 5) Procédé suivant les revendications précédentes caractérisé par le fait que le four de craquage est balayée en continu par de la vapeur d'eau surchauffée. 30 6) Procédé selon les revendications précédentes caractérisé par le fait que le four de craquage est enfermé dans une chambre de combustion équipée de brûleurs alimentés par une partie des hydrocarbures obtenus au cours du craquage. 7) Procédé suivant les revendications précédentes caractérisé par le fait que 35 les hydrocarbures liquides obtenus dans la première phase sont envoyés à mesure de leur formation dans une chambre de craquage thermique séparée où ils sont complètement pyrolysés en vapeurs d'hydrocarbures. 8) Procédé suivant les revendications précédentes caractérisé par le fait que 40 la chambre fmale de craquage est chauffée par les fumées provenant de la chambre de combustion entourant le four.