Brevet FR2937330A1 — publié le 20100423

La présente invention concerne le domaine de la thermolyse, et plus particulièrement un procédé et le dispositif associé permettant de maintenir la température de la charge à traiter par thermolyse en la réhumidifiant afin d'éviter les problèmes lors des phases d'arrêts de l'unité de thermolyse. Le traitement thermique est une voie de valorisation des charges carbonées solides telles que les ordures ménagères, les déchets de résidus de broyage automobile, les pneus usagés, les déchets industriels banals, les déchets verts ou tout autre biomasse. Un exemple de traitement thermique connu est la pyrolyse ou thermolyse des déchets ménagers ou autres. Ce procédé permet la décomposition du déchet sous l'effet de la température, sans apport d'oxygène, en une phase gazeuse combustible et une phase solide également combustible. Les deux combustibles obtenus sont alors valorisables notamment sous forme d'énergie et de matière recyclable. Pour chauffer les charges carbonées à décomposer, il faut transférer de l'énergie au travers d'une surface d'échange. Un équipement connu pour chauffer par échange thermique des solides plus ou moins hétérogènes est le four tournant avec une double enveloppe dans laquelle circule des fumées chaudes qui apportent les calories nécessaires au traitement thermique. II n'y a bien sûr pas de mélange entre l'intérieur du tube tournant et la double enveloppe située à l'extérieur du tube. De même, l'intérieur du tube étant généralement sous atmosphère de gaz combustibles issus de la décomposition de la charge carbonée, l'équipement est conçu de manière à minimiser les fuites. L'intérieur du tube du four est généralement maintenu en légère dépression de manière à ce que les fuites résiduelles soient de l'extérieur vers l'intérieur afin d'éviter toute fuite des gaz combustibles vers l'extérieur de l'équipement. On peut notamment citer le brevet FR 2 654 112 qui décrit une telle technique. Une des difficultés dans ces équipements traitant des solides et confinant des atmosphères combustibles est de garder étanche le dispositif d'introduction des déchets solides. Un moyen connu pour l'introduction des déchets dans le four de thermolyse est la presse d'introduction fonctionnant avec un piston qui génère régulièrement des ballots compacts, de la charge carbonée à traiter, lesquels avancent dans un canal d'introduction vers l'intérieur de l'équipement de traitement thermique. Ces ballots créent eux-mêmes, dans le canal d'introduction de la presse, l'étanchéité qui empêche l'air atmosphérique extérieur de pénétrer dans l'équipement. Ainsi, lors d'un arrêt de l'installation, le canal d'introduction de la presse est volontairement maintenu plein de ballots de manière à garder l'étanchéité requise tant que l'atmosphère à l'intérieur de l'équipement n'est pas purgée des gaz combustibles. Une fois que l'atmosphère combustible est purgée, le canal d'introduction de la presse peut être vidée car l'étanchéité avec l'air extérieur n'est plus nécessaire. Or lors des phases d'arrêt, les charges carbonées présentes dans le canal d'introduction se débarrassent progressivement de leur humidité et commencent leur décomposition thermique. Il en résulte une diminution de leur volume. Cette contraction du volume occupé par les charges carbonées présentes dans le canal d'introduction de la presse fait perdre aux ballots leur rôle de bouchon d'étanchéité. Un passage d'air dans le canal est alors possible. Les déchets du canal qui sortent d'une unité de séchage, sont donc chauds et s'enflamment au contact de l'air s'introduisant dans le canal qui n'est plus étanche. La combustion initiée engendre une réduction encore plus grande du volume des ballots et l'air rentre encore plus facilement. Une telle fuite d'air dans l'équipement de traitement thermique pose un premier problème quant à la sécurité du système. En effet, si l'air introduit se mélange avec les gaz combustibles présents dans l'équipement, un mélange explosif est créé. Le deuxième problème est directement lié à la présence de combustion dans le canal d'introduction de la presse. En effet l'élévation de température dans le canal d'introduction créée par la combustion engendre des déformations importantes. En conséquence, le piston qui sert à créer et pousser les ballots dans le canal de la presse ne peut plus coulisser. Le canal d'introduction de la presse n'est alors plus utilisable sans réparation lourde et coûteuse. Pour palier aux problèmes décrits ci-dessus, une première solution classique, qui permet d'éviter la déformation de pièce mécanique sous l'effet de la température, est la circulation d'eau de refroidissement dans un chemisage. Cette solution n'est pas facile à mettre en place car elle complique la géométrie du canal (double chemisage) et alourdit les investissements puisque qu'il faut également une pompe de refroidissement et des échangeurs de chaleur annexe pour évacuer les calories captées. Par ailleurs, cette solution ne répond pas au premier problème qui est la perte d'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de l'équipement de traitement thermique avec les risques d'explosion associés. La présente invention a donc pour objet de maintenir l'étanchéité au niveau du dispositif ou de l'étape d'introduction des déchets solides lors des phases d'arrêt, et notamment avant que l'atmosphère ne soit purgée des gaz combustibles en proposant un procédé, et le dispositif associé, permettant de maintenir la température des déchets constante en réhumidifiant régulièrement la charge de déchets à traiter. Les déchets gardent ainsi leur humidité, ils ne se contractent plus, l'étanchéité est maintenue entre l'intérieur et l'extérieur et la charge ne s'enflamment pas. Les risques d'incendie étant écartés, il n'y a plus de déformation du canal d'introduction de la presse pendant les phases d'arrêt. Pour cela la présente invention propose un dispositif de thermolyse d'une charge carbonée comprenant au moins des moyens de séchage de la charge à traiter et des moyens d'introduction de la charge dans des moyens de thermolyse, et comprenant des moyens de réhumidification de la charge qui est disposée dans les moyens d'introduction. Selon un mode de réalisation de l'invention les moyens de réhumidification sont formées par au moins un élément d'adjonction de fluide humidifiant. Selon un autre mode de réalisation de l'invention les moyens de réhumidification 20 sont formées par au moins cinq éléments d'adjonction de fluide humidifiant. Selon un mode de réalisation de l'invention lequel les éléments d'adjonction de fluide humidifiant sont des injecteurs. Selon un mode de réalisation de l'invention les moyens de réhumidification sont disposés sur la surface externe du canal d'introduction. 25 Selon un mode de réalisation de l'invention le fluide humidifiant est de l'eau. L'invention concerne également un procédé de thermolyse d'une charge carbonée comprenant au moins une étape de séchage de la charge suivie d'une étape d'introduction de la charge en thermolyse et une étape de thermolyse, comprenant une réhumidification de la charge lors de ladite étape d'introduction. Selon un mode de réalisation de l'invention la réhumidification de la charge consiste à ajouter un fluide humidifiant dans ou autour de la charge à traiter. Selon un mode de réalisation de l'invention l'adjonction de fluide humidifiant se fait par pulvérisation, injection, nébulisation ou vaporisation. Selon un mode de réalisation du procédé de thermolyse selon l'invention il est réalisé une diminution de la température par humidification de la charge lors de l'étape d'introduction. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris et apparaîtront plus clairement à la lecture de la description faite, ci-après, en se référant à la figure annexée et données à titre d'exemple, à partir de laquelle le procédé sera décrit, et qui représente un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans la suite de la description l'expression charge carbonée concerne tout type de charge formée par les ordures ménagères, les déchets de résidus de broyage automobile, les pneus usagés, les déchets industriels banals, les déchets verts ou tout autre biomasse et également les charges hydrocarbonées. Dans le procédé de thermolyse, la charge carbonée à traiter broyée est séchée par exemple par un sécheur rotatif à contact direct avec de l'air chaud, pour réduire son humidité en dessous de 10 % poids. La réduction du taux d'humidité de la charge à traiter facilite par la suite sa thermolyse. Mais il est nécessaire pour maintenir l'étanchéité du système d'introduction des déchets (détaillé plus loin dans le texte) dans le four de thermolyse de ne pas sécher davantage et encore moins de ne pas commencer les réactions de thermolyse dans le système d'introduction. Comme illustré sur la figure 1, les déchets (1) à traiter obtenus à la sortie du sécheur sont amenés à l'aide par exemple d'une trémie (2) dans une presse (6, 7) qui va alimenter les moyens de thermolyse (4, 5) ou se déroule la réaction de thermolyse. Les moyens de thermolyse sont formés par un premier tube (4) dans lequel est introduite la charge à traiter et un second tube (5), entourant le premier tube (4) et formant ainsi une double enveloppe, dans laquelle circule des fumées chaudes qui vont permettre la réaction de thermolyse dans le premier tube (4). Ce four est donc alimenté en charge carbonée par une presse. Cette presse est formée par un canal (6) d'introduction de la charge disposé dans l'axe du four de thermolyse. A l'intérieur de ce canal (6) est disposé un piston (7) qui sert à comprimer les déchets (1) pour former des ballots (8) et qui sert à faire avancer les ballots (8) jusqu'au four de thermolyse. L'invention est expliquée avec un piston mais tout autre moyens connus de l'homme du métier et ayant la même fonction peut être utilisés. Le terme ballot (8) signifie ici des groupements de déchets (1) séchés et légèrement tassés. Pour éviter que les ballots (8) ne se dessèchent ou se décomposent par thermolyse dans le système d'introduction des déchets, le dispositif selon l'invention prévoit des moyens de réhumidification (9) des ballots (8) de charge à traiter. Ces moyens de réhumidification (9) sont disposés de façon à pouvoir ajouter de l'eau ou tout autre fluide humidifiant équivalent directement sur les ballots (8) de charge à traiter. Ces moyens de réhumidification (9) peuvent donc être disposés sur la face externe du canal d'introduction (6) des déchets. L'adjonction d'eau se fait à travers la paroi du canal d'introduction (6) par l'intermédiaire par exemple d'un ou plusieurs piquages. L'adjonction peut se faire de plusieurs façons, mais de préférence par le dessus des ballots de façon à ce que l'eau introduite coule par gravité sur toute l'épaisseur des ballots pour permettre une bonne réhumidification de ceux-ci. La technique d'adjonction utilisée peut être la pulvérisation, la vaporisation, la nébulisation ou l'injection. Les moyens d'adjonction du fluide peuvent être constitués d'au moins un élément d'adjonction de fluide humidifiant disposé sur la paroi externe du canal d'introduction des déchets. De préférence les moyens d'adjonction de fluide sont constitués de 1 à 10 éléments d'adjonction de fluide, et de manière très préférée de 1 à 5 éléments d'adjonction de fluide. Ces éléments de type injecteur sont reliés à une alimentation en eau ce qui permet de réhumidifier régulièrement les ballots (8). Dans une variante de l'invention le dispositif peut comporter un capteur d'humidité permettant de mesurer en temps réel le taux d'humidité des ballots. Cette mesure permet ainsi par comparaison avec des valeurs de référence de déterminer si les ballots ont besoin d'être réhumidifiés. Le capteur peut également être un capteur de température. Le fonctionnement est dans ce cas identique à celui du capteur d'humidité. Dans une variante de l'invention le fluide humidifiant a une température suffisamment basse, de préférence inférieur à 80°C, et de manière très préférée inférieur à 50°C, pour refroidir les ballots et empêcher la combustion. L'introduction du fluide humidifiant sur les déchets chauds entraîne une vaporisation partielle de ce fluide ce qui présente l'avantage d'occuper les espaces libres entre les déchets solides et ainsi d'empêcher l'entrée d'oxygène. Par exemple, dans le cas d'injection d'eau, de la vapeur est générée, ce qui inerte le milieu et évite la combustion des déchets présents dans le dispositif d'introduction. Le dispositif peut également comporter des moyens de contrôle automatique du 10 taux d'humidité et/ou de température permettant de commander une adjonction de fluide humidifiant automatiquement lorsque le taux d'humidité et/ou la température mesuré n'est pas en accord avec les valeurs de référence. Après leur introduction dans le canal de la presse les déchets (1) sont donc compressés grâce au piston (7) qui les fait également avancer jusqu'au four de 15 thermolyse (4, 5). Pendant leur séjour dans le canal (6) les déchets sous forme de ballot (8) sont régulièrement réhumidifiés par les moyens de réhumidifications (9), soit automatiquement, soit manuellement. Cette réhumidification est surtout réalisée lorsque l'unité de thermolyse doit être arrêtée. En effet, dans ce cas les ballots (8) restent un certains temps dans le canal (6) ce qui provoque leur déshydratation et augmente leur 20 température. Le dispositif et procédé selon l'invention permettent ainsi d'éviter les problèmes liés à cette déshydratation et augmentation de température. Il doit être évident pour l'homme du métier que la présente invention n'est pas limitée aux détails de structure donnés ci-dessus et permet des modes de réalisation sous de nombreuses autres formes équivalentes sans s'éloigner du domaine 25 d'application de l'invention. Par conséquent, les présents modes de réalisation doivent être considérés à titre d'illustration, et peuvent être modifiés sans toutefois sortir de la portée définie par les revendications jointes. REVENDICATIONS1. Dispositif de thermolyse d'une charge carbonée comprenant au moins des moyens de séchage de la charge à traiter (1) et des moyens d'introduction (6, 7) de la charge dans des moyens de thermolyse (4, 5) caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réhumidification (9) de la charge (8) qui est disposée dans les moyens d'introduction. 2. Dispositif de thermolyse selon la revendication 1 dans lequel les moyens de réhumidification (9) sont formées par au moins un élément d'adjonction de fluide humidifiant. 3. Dispositif de thermolyse selon la revendication 1 dans lequel les moyens de réhumidification (9) sont formées par au moins cinq éléments d'adjonction de 15 fluide humidifiant. 4. Dispositif de thermolyse selon une des revendications 2 ou 3 dans lequel les éléments d'adjonction de fluide humidifiant sont des injecteurs. 5. Dispositif de thermolyse selon une des revendications 1 à 4 dans lequel les moyens de réhumidification (9) sont disposés sur la surface externe du canal 20 d'introduction (6). 6. Dispositif de thermolyse selon une des revendications 1 à 5 dans lequel le fluide humidifiant est de l'eau. 7. Procédé de thermolyse d'une charge carbonée comprenant au moins une étape de séchage de la charge suivie d'une étape d'introduction de la charge 25 en thermolyse et une étape de thermolyse caractérisé en ce qu'il comprend une réhumidification de la charge lors de ladite étape d'introduction. 8. Procédé de thermolyse selon la revendication 7 dans lequel la réhumidification de la charge consiste à ajouter un fluide humidifiant dans ouautour de la charge à traiter. 9. Procédé selon une des revendications 7 ou 8 dans lequel l'adjonction de fluide humidifiant se fait par pulvérisation, injection, nébulisation ou vaporisation. 10. Procédé selon l'une des revendications 7 à 9 dans lequel il est réalisé une diminution de la température par humidification de la charge lors de l'étape d'introduction. 8