Brevet FR2983203A1 — publié le 20130531

L'invention est relative à une installation de traitement de composés organiques à chaines longues comprenant un réacteur de thermolyse/craquage destiné à la dégradation desdits composés. Au sens de la présente invention on entend par composés organiques à chaines longues les polymères, en particulier les plastiques, ainsi que les composés qui se présentent sous forme solide ou pâteuse à température ambiante (i.e. 20-25°C), tels que les cires, les paraffines, les résidus pétroliers lourds. L'invention trouve ainsi une application pour le traitement de polymères, en particulier de plastiques. L'invention trouve également une application pour le traitement d'autres composés organiques à chaines longues qui se présentent sous forme solide ou pâteuse à température ambiante (i.e. 20-25°C), tels que les cires, les paraffines, les résidus pétroliers lourds. Le domaine de l'invention est celui des installations de conversion thermochimique utilisées pour dépolymériser les polymères, en particulier les plastiques, et plus particulièrement des réacteurs de thermolyse équipant de telles installations. Le document JP 2004-269755 enseigne une telle installation qui comprend un fondoir, un réacteur de thermolyse, une unité de condensation des gaz de décomposition engendrées par le réacteur, ainsi qu'un système d'évacuation des résidus solides en sortie du réacteur. Les plastiques sont alimentés au niveau d'une trémie et sont acheminés jusqu'à une cuve de chauffage du fondoir à l'intérieur de laquelle les plastiques sont fondus. Le fond de la cuve du fondoir alimente en plastique fondu l'entrée du réacteur qui comprend une enceinte cylindrique, pourvue d'une vis de transfert s'étendant sur la longueur de l'enceinte. Cette enceinte est chauffée par l'extérieure de l'enceinte au moyen de résistances électriques. Les résistances sont agencées sur la circonférence et la longueur de l'enceinte de telle façon à chauffer progressivement les plastiques jusqu'à une température permettant leur dépolymérisation. L'axe de l'enceinte est incliné par rapport à l'horizontale de telle façon que l'entrée du réacteur soit au niveau d'un point bas à l'une des extrémités longitudinales de l'enceinte. L'autre extrémité longitudinale de l'enceinte comporte une sortie pour la collecte des vapeurs, ainsi qu'une sortie pour les résidus plastiques solides, non dépolymérisés. La vis de transfert permet, lors des opérations de thermolyse, d'évacuer les résidus solides, depuis l'entrée du réacteur jusqu'à la sortie destinée à la collecte des résidus. Les gaz de décomposition collectés à la sortie du réacteur sont condensés dans l'unité de condensation, l'huile condensée récupérée dans un réservoir. Le système d'évacuation des résidus solides permet d'évacuer les matières en assurant une étanchéité à l'air au niveau de la sortie pour les résidus. Le but de la présente invention est de proposer une installation de traitement de composés organiques à chaines longues dont le réacteur de thermolyse/craquage est de performance améliorée par rapport à ceux connus de l'état de la technique. Plus particulièrement le but de la présente invention est de proposer une telle installation dont le réacteur assure une meilleure thermolyse des composés organiques à chaines longues, en particulier des polymères. Un autre but de la présente invention est de proposer une telle installation dont le rendement énergétique est amélioré. D'autres buts et avantages apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'invention concerne une installation de traitement de composés organiques à 20 chaînes longues, comprenant un réacteur de thermolyse/craquage destiné à la dégradation desdits composés, présentant : - une enceinte étanche, présentant une entrée pour les matières à traiter, alimentée par de la matière liquide fondue, ainsi qu'une sortie pour les gaz de décomposition, 25 - des moyens de chauffage aptes à porter en température les réactifs dans ladite enceinte. Selon l'invention ledit réacteur comprend des moyens d'agitation, disposés intérieures à ladite enceinte, mobiles par rapport à ladite enceinte, et en ce que lesdits moyens de chauffage sont embarqués avec lesdits moyens d'agitation, 30 solidaires en mouvement desdits moyens d'agitation, de telle façon à chauffer les réactifs contenus dans ladite enceinte par l'intérieur. Selon des caractéristiques optionnelles de l'installation prises seules ou en combinaison : - l'installation présente, en amont du réacteur, un fondoir apte à faire fondre lesdits composés en ladite matière liquide fondue ; - lesdits moyens d'agitation comprennent un rotor présentant un tambour et des pales thermo-conductrices, le tambour intégrant dans son volume intérieur lesdits moyens de chauffage et présente en saillie sur sa paroi cylindrique extérieure lesdites pales thermo-conductrices, lesdites pales étant agencées sur la longueur et la circonférence du tambour de telle façon à assurer, lors de la rotation du rotor : - le transfert de chaleur depuis le tambour vers les matières liquides par l'intermédiaire desdites pales, - l'agitation du liquide dans ladite enceinte et la constitution de films minces de liquide sur les pales et le tambour du rotor; - ladite enceinte est une enceinte cylindrique, longitudinale, d'axe orienté horizontalement, ou incliné par rapport à l'horizontale, voire verticalement, présentant à l'une des ses extrémités longitudinales ladite entrée pour les matières et une sortie pour les résidus solides, distincte de la sortie pour les gaz de décomposition, ledit réacteur présentant des moyens de convoyage, disposés intérieurs à ladite enceinte cylindrique, aptes à assurer le transfert des résidus solides depuis ladite entrée vers ladite sortie pour les résidus solides ; - lesdits moyens de convoyage sont constitués par le rotor dont les pales sont agencées sur la circonférence et la longueur du rotor de telle façon à assurer le transfert des résidus solides depuis ladite entrée vers la sortie pour les résidus solides ; - la surface interne de l'enceinte peut être poli miroir, en tout ou partie ; - lesdits moyens de chauffage comprennent des résistances électriques ; - lesdits moyens de chauffage comprennent des conduites pour un fluide caloporteur ; - la paroi extérieure de l'enceinte présente des moyens d'isolation thermique comprenant une enveloppe à double paroi; - l'axe de l'enceinte est incliné par rapport à l'horizontale de telle façon à ce que le niveau de l'entrée soit à un niveau inférieur que le niveau de la sortie pour les résidus solides ; - ladite installation comprend une unité de condensation alimentée par les gaz de décomposition en sortie du réacteur, apte à condenser les gaz de décomposition en huile(s), ainsi qu'un système de collecte d'huile(s) produite par l'unité de condensation ; - l'installation comprend un système de destruction des composés volatils. 5 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquelles : - La figure 1 est une vue de coupe d'un réacteur de thermolyse d'une installation conforme à l'invention, selon un mode de réalisation, - La figure 2 est un diagramme illustrant la configuration d'une installation 10 conforme à l'invention, selon un mode de réalisation. Aussi l'invention concerne une installation de traitement 10 de composés organiques à chaines longues, comprenant un réacteur de thermolyse/craquage 1 et, éventuellement un fondoir 20, en amont du réacteur 1. Le fondoir 20 est un dispositif permettant de faire fondre les composés organiques 15 à chaines longues, notamment les polymères, notamment sous l'effet de la température, de frottements mécaniques et de la pression. En sortie de fondoir la température des matières fondues peut être comprise entre 350°C et 450°C. Le fondoir 20 (non illustré) peut comprendre une chambre comprenant une vis sans fin, et des moyens de chauffage tels que des résistances électriques, 20 extérieurs à ladite chambre, aptes à chauffer les matières dans ladite chambre. Le fondoir 20 permet de faire fondre lesdits composés organiques à chaines longues, notamment solides en une matière liquide. Le réacteur 1 de thermolyse est un dispositif distinct du fondoir et est destiné à la dégradation des composés et notamment des polymères. Le réacteur 1 est 25 alimenté par la matière fondue produite en particulier par le fondoir 20. Le réacteur de thermolyse/craquage comprend : - une enceinte 2, étanche, présentant une entrée 3 pour les matières à traiter, alimentée par la matière liquide fondue, ainsi qu'une sortie 5 pour les gaz de décomposition disposée plus particulièrement en partie supérieur de l'enceinte 2, 30 - des moyens de chauffage 7 aptes à porter en température les réactifs dans ladite enceinte 2. Selon l'invention ledit réacteur 1 comprend des moyens d'agitation 6, disposés intérieures à ladite enceinte, mobiles par rapport à ladite enceinte. Avantageusement lesdits moyens de chauffage 7 sont embarqués avec lesdits moyens d'agitation 6, solidaires en mouvement desdits moyens d'agitation 6, de telle façon à chauffer les réactifs contenus dans ladite enceinte 2 par l'intérieur. Cette disposition permet avantageusement de chauffer les matières contenues dans ladite enceinte 2 par l'intérieur de l'enceinte, et non par l'extérieure tel que connu de l'état de la technique. Cette disposition permet de limiter les déperditions thermiques par la paroi de l'enceinte 2. De préférence la paroi extérieure de l'enceinte 2 comprend des moyens 8 d'isolation thermique comprenant une enveloppe à double paroi. L'inter espace entre les deux parois de l'enveloppe peut être éventuellement garni d'un isolant tel que de la laine de roche. De plus la surface interne de l'enceinte peut être poli miroir, en tout ou partie, afin de mieux réfléchir les rayonnements infrarouges présents dans ladite enceinte 2. En fonctionnement le volume entre les parois intérieures de l'enceinte 2 et les moyens d'agitation 6 est partiellement rempli d'une phase liquide, de viscosité variable, voire de résidus solides. La température des réactifs dans le réacteur 1 dépendra des composés organiques, en particulier des polymères, et peut être comprise entre 300°C et 600°C, en particulier entre 350°C et 500°C. Selon un mode de réalisation lesdits moyens d'agitation 6 comprennent un rotor 60 qui présente un tambour 61 et des pales thermo-conductrices 62. Le tambour 61 intègre dans son volume intérieur lesdits moyens de chauffage 7 et présentent en saillie sur sa paroi cylindrique extérieure lesdites pales 62 thermo-conductrices. L'enceinte 2 est alors, de préférence, une enceinte cylindrique d'axe confondu à l'axe A de rotation du rotor 60. L'arbre de rotation 64 du rotor 60 est monté sur des paliers 66, apte à être entrainé en rotation par un moteur électrique 65, par l'intermédiaire d'une transmission adaptée 67 (exemple système poulie-courroie). Avantageusement lesdites pales 62 sont agencées sur la longueur et la circonférence du tambour 61 de telle façon à assurer, lors de la rotation du rotor : - le transfert de chaleur depuis le tambour 61 vers les matières par l'intermédiaire desdites pales 62, - l'agitation du liquide dans ladite enceinte. Les pales 62 cumulent, d'une part, une fonction d'éléments d'agitation, et d'autre part, une fonction d'éléments de transmission de chaleur, augmentant la surface d'échange thermique entre le rotor et les matières contenues dans ladite enceinte. Le transfert de chaleur s'effectue, non seulement, par la paroi cylindrique du tambour 61, mais également par les pales 62. La rotation du rotor 60 permet par ailleurs la constitution de films minces qui se forment sur les pales 62 et le tambour 61 du rotor 60. Selon un mode de réalisation illustré à la figure 1, ladite enceinte 2 est une enceinte cylindrique, longitudinale, d'axe orienté horizontalement, ou incliné par rapport à l'horizontale, voire verticalement présentant à l'une des ses extrémités longitudinales ladite entrée 3 pour les matières et, une sortie 4 pour les résidus solides notamment à l'autre de ses extrémités longitudinales. La sortie 4 est distincte de la sortie 5 pour les gaz de décomposition. La sortie 5 pour les gaz est située de préférence en partie supérieure de l'enceinte alors que la sortie 4 pour les résidus est située de préférence en partie inférieure. Selon ce mode de réalisation ledit réacteur 1 présente des moyens de convoyage, disposés intérieurs à ladite enceinte cylindrique, aptes à assurer le transfert des résidus solides depuis ladite entrée 3 vers ladite sortie 4 pour les résidus solides. Cette disposition permet d'évacuer les résidus solides, empêchant ainsi que ces résidus ne s'accumulent dans le réacteur 1. Selon le mode de réalisation illustré à la figure 2, lesdits moyens de convoyage sont constitués par le rotor 60 dont les pales 62 sont agencées sur la circonférence et la longueur du rotor de telle façon à assurer le transfert des résidus solides depuis ladite entrée 3 vers la sortie 4 destinée pour la collecte des résidus solides. L'axe de l'enceinte 2 peut être incliné par rapport à l'horizontale de telle façon à ce que le niveau de l'entrée 3 soit à un niveau inférieur que le niveau de la sortie 4 pour les résidus solides. L'angle d'inclinaison est strictement positif et peut être compris entre 0° et 90°.Eventuellement l'ensemble enceinte 2/rotor 60 peut être incliné de manière réglable grâce à des moyens d'articulation entre l'ensemble enceinte 2/rotor 60 et le bâti du réacteur 1 Selon un mode de réalisation lesdits moyens de chauffage 7 peuvent comprendre des résistances électriques, notamment intégrées dans la masse dudit tambour 61. Selon une autre alternative, lesdits moyens de chauffage 7 peuvent comprendre des conduites pour un fluide caloporteur, telle que de la vapeur sous pression. Ladite installation 10 peut comprendre, en outre : - une unité de condensation 30 alimentée par les gaz de décomposition en sortie du réacteur 1, apte à condenser les gaz en huiles, - un système de collecte 40 d'huiles produites par l'unité de condensation 30. L'unité de condensation 30 récupère les vapeurs à la sortie 5 du réacteur 1 et les condense. Cette unité de condensation peut présenter deux étages de condensation. Le premier étage de condensation permet de séparer les vapeurs lourdes des vapeurs légères en condensant les vapeurs lourdes qui chutent alors à contre courant dans le réacteur. Les vapeurs légères poursuivent leur chemin et sont condensées en huiles dans le deuxième étage de condensation. Le système de collecte et de remplissage d'huiles comprend un bac de collecte des huiles engendrées par l'unité de condensation. L'installation peut présenter un système 50 de destruction des composés organiques volatils, voire une unité de production d'énergie électrique à partir des fractions gazeuses. Selon un mode de réalisation le réacteur comprend ladite sortie 4 pour les résidus solides. Ladite installation peut comprendre alors un système d'évacuation et d'inertage 70 des résidus solides, apte à permettre une vidange périodique des résidus collectés à la sortie 4 du réacteur. Le réacteur 1 et l'installation 10 conformes à l'invention trouveront une application particulière pour le traitement de déchets polymères en particulier des plastiques, notamment souillés de composés dangereux ou non et/ou de résidus lourds issus de l'industrie chimique. Ces déchets, notamment souillés, pourront alimenter directement le fondoir de l'installation, sans nettoyage des polymères. NOMENCLATURE 1 Réacteur, 2 Enceinte, 3 Entrée matière, 4 Sortie pour résidus solides, 5 Sortie vapeurs, 6 Moyens d'agitation, 60 Rotor, 61 Tambour, 62 Pales, 64 Arbre de rotation, 65 Moteur électrique, 66 Transmission, 7 Moyens de chauffage, 10 Installation de traitement, Fondoir, 30 Unité de condensation, 40 Système de collecte d'huile(s), 50 Système de destruction des composés organiques volatils, 20 70 Système d'évacuation et d'inertage des résidus. REVENDICATIONS1. Installation de traitement (10) de composés organiques à chaines longues, comprenant un réacteur (1) de thermolyse/craquage destiné à la dégradation 5 desdits composés, présentant : - une enceinte (2), étanche, présentant une entrée (3) pour les matières à traiter, alimentée par de la matière liquide fondue ainsi qu'une sortie (5) pour les gaz de décomposition, - des moyens de chauffage (7) aptes à porter en température les 10 réactifs dans ladite enceinte (2), caractérisé en ce que ledit réacteur comprend des moyens d'agitation (6), disposés intérieures à ladite enceinte, mobiles par rapport à ladite enceinte, et en ce que lesdits moyens de chauffage (7) sont embarqués avec lesdits moyens d'agitation, solidaires en mouvement desdits moyens d'agitation, de telle façon à 15 chauffer les réactifs contenus dans ladite enceinte (2) par l'intérieur. 2. Installation selon la revendication 1 comprenant, en amont du réacteur, un fondoir (20) apte à faire fondre lesdits composés organiques à chaines longues en ladite matière liquide fondue. 3. Installation selon la revendication 1 ou 2 dans laquelle lesdits moyens 20 d'agitation comprennent un rotor (60) présentant un tambour (61) et des pales (62) thermo-conductrices, le tambour (61) intégrant dans son volume intérieur lesdits moyens de chauffage (7) et présente en saillie sur sa paroi cylindrique extérieure lesdites pales (62) thermo-conductrices, lesdites pales (62) étant agencées sur la longueur et la circonférence du tambour (61) de telle façon à 25 assurer, lors de la rotation du rotor (60) ; - le transfert de chaleur depuis le tambour (61) vers les réactifs par l'intermédiaire desdites pales (62), - l'agitation du liquide dans ladite enceinte et la constitution de films minces de liquide sur les pales (62) et le tambour (61) du rotor (60). 30 4. Installation selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle ladite enceinte (2) est une enceinte cylindrique, longitudinale, d'axe orienté horizontalement, ou incliné par rapport à l'horizontale, voire verticalement, présentant à l'une de ses extrémités longitudinales ladite entrée (3) pour les matières et une sortie (4) pourles résidus solides, distincte de ia sortie (5) pour les gaz de décomposition, ledit réacteur (1) présentant des moyens de convoyage, disposés intérieurs à ladite enceinte cylindrique, aptes à assurer le transfert des résidus solides depuis ladite entrée (3) vers ladite sortie (5) pour les résidus solides. 5. Installation selon les revendications 3 et 4, dans lequel lesdits moyens de convoyage sont constitués par le rotor (60) dont les pales sont agencées sur la circonférence et la longueur du rotor de telle façon à assurer le transfert des résidus solides depuis ladite entrée (3) vers la sortie (4) pour les résidus solides. 6. Installation selon l'une des revendications 1 à 5 dans laquelle tout ou partie de la surface interne de l'enceinte est poli miroir. 7. Installation selon l'une des revendications 1 à 6 dans laquelle lesdits moyens de chauffage (7) comprennent des résistances électriques. 8. Installation selon l'une des revendications 1 à 6 dans laquelle lesdits moyens de chauffage (7) comprennent des conduites pour un fluide caloporteur. 9. Installation selon l'une des revendications 1 à 8, dans laquelle la paroi extérieure de l'enceinte (2) présente des moyens (8) d'isolation thermique comprenant une enveloppe à double paroi. 10. Installation selon la revendication 4 seule ou prise en combinaison avec l'une des revendications 5 à 9, dans laquelle l'axe de l'enceinte est incliné par rapport à l'horizontale de telle façon à ce que le niveau de l'entrée (3) soit à un niveau inférieur que le niveau de la sortie (4) pour les résidus solides. 11. Installation selon l'une des revendications 1 à 10 comprenant une unité de condensation (30) alimentée par les gaz de décomposition en sortie du réacteur (1), apte à condenser les gaz de décomposition en huile(s), ainsi qu' un système de collecte (40) d'huile(s) produites par l'unité de condensation (30). 12. Installation selon la revendication 11 comprenant un système de destruction des composés volatils. 13. Utilisation de l'installation selon l'une des revendications 1 à 12 pour le traitement de déchets polymères.