Brevet FR3002075A1 — publié le 20140815

PANIER EN FIBRE DE VERRE ET PROCEDE D'INCINERATION DE DECHETS DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne la fusion et l'incinération dans un four de matériaux et déchets plus ou moins toxiques, métalliques, organiques et minéraux tels que les oxydes, les verres, les phosphates et les métaux. Art antérieur et problème posé Actuellement, plusieurs méthodes sont mises en oeuvre pour incinérer et/ou vitrifier des mélanges de déchets métalliques, organiques et minéraux dans un four 15 à alimentation continue. Les déchets sont broyés en premier lieu, et amenés en continu dans le four. Cette solution présente l'avantage du fonctionnement en continu de l'incinérateur et permet de minimiser le dimensionnement du four et du traitement des gaz. Toutefois, cette solution nécessite un broyage préalable des déchets qui peut être difficile à mettre en oeuvre. 20 Une deuxième solution consiste à introduire les déchets non broyés par paquets, par l'intermédiaire d'un sas séparant l'atmosphère intérieure du four de l'atmosphère extérieure. Cette deuxième solution évite donc le broyage mais présente de nombreux risques et problèmes, à savoir : 1) une manipulation difficile des paquets de déchets dans le sas 25 d'introduction avec un risque de fusion ou d'écoulement des matières organiques dans le sas, suite à la montée en température, lors de l'ouverture de la porte du sas, du côté du four ; 2) un risque d'inflammation des matières organiques dans le sas et de surchauffe de ce sas et de ses systèmes de fermeture ; 10 3) un risque de combustion très rapide du paquet de déchets introduit, lors de son introduction dans le four. Ceci nécessite un surdimensionnement de l'alimentation en gaz comburant et de l'installation de traitement des gaz ; 4) un risque d'entraînement mécanique de cendres volantes et d'éléments toxiques, lors de la combustion rapide du paquet de déchets. Dans l'état actuel de la technique, le conteneur métallique contenant les déchets peut être utilisé comme navette pour l'introduction des déchets dans le four. Dans ce cas, il peut être découpé progressivement dans le four, pour limiter la vitesse de combustion, mais ne peut plus être recyclé et représente une part non négligeable des déchets finaux. Le système de découpe, utilisant par exemple une torche à plasma, placé dans le four est aussi complexe et coûteux. Une alternative consiste à placer le paquet de déchets dans un carton qui sert de navette. Cette solution limite les risques dans le sas, mais ne règle pas le problème de la vitesse de combustion du paquet de déchets, dès que le carton a brûlé. Le but de l'invention est donc d'éviter les inconvénients précités relatifs aux solutions présentées ci-dessus en présentant un autre procédé et un autre dispositif d'introduction des déchets dans le four. D'autre part, avec la demande de brevet français FR 2 293 769, on connaît une installation destinée à une presse à conditionner des déchets radioactifs dans laquelle un récipient est brûlé avec son contenu qui comprend, entre autres, de la fibre de verre. Exposé de l'invention Un premier objet principal de l'invention est un panier destiné à supporter des déchets à introduire et incinérer dans un incinérateur. Selon l'invention, ce panier est constitué, entre autres, d'une enveloppe en fibres de verre. Les cendres provenant de la combustion peuvent être fondues dans le four, dans ce cas l'enveloppe en fibre de verre sera dissoute dans les cendres fondues. Les premières réalisations utilisent une structure légère métallique pour rigidifier le panier. De préférence, cette structure métallique est réalisée par un grillage. Selon une première réalisation, ladite structure légère métallique est externe et une enveloppe interne constituée de fibres de verre est placée à l'intérieur de la structure légère métallique. Une deuxième réalisation prévoit que ce soit l'enveloppe constituée de fibres de verre qui soit externe et que la structure légère métallique interne et donc placée à l'intérieur de l'enveloppe en fibres de verre. Il est prévu également que les fibres de verre constituant l'enveloppe soient tissées. Dans ce cas, on peut envisager que la structure légère métallique soit constituée de grillage dont les fils sont intégrées au tissage des fibres, formant ainsi une seule et même enveloppe. Un deuxième objet principal de l'invention est un procédé d'incinération de déchets dans un incinérateur de vitrification de déchets. Selon l'invention, il comprend au moins les deux phases consistant à : -placer les déchets à incinérer dans un panier en fibre de verre pour y être maintenus dans une atmosphère gazeuse, au-dessus d'un bain de verre fondu ; et -effectuer une pyrolyse et une combustion durant une durée supérieure à une pyrolyse et une combustion de déchets sans panier (la durée d'incinération est multipliée par trois voire dix suivant le panier), permettant ainsi d'obtenir une combustion complète sans présence de monoxyde de carbone dans les gaz de sortie de l'incinérateur. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description qui est accompagnée de plusieurs figures représentant respectivement : l'invention ; 4 l'invention ; -figure 1, en coupe, une première réalisation du panier selon -figure 2, en coupe, une deuxième réalisation du panier selon l'invention ; -figure 3, en coupe, une troisième réalisation du panier selon l'invention, et -figure 4, un graphique explicitant le fonctionnement du procédé selon l'invention. -figure 5, en coupe, une quatrième réalisation du panier selon Description détaillée de plusieurs réalisations de l'invention Le concept selon l'invention consiste à placer le sac de déchets à incinérer dans un panier constitué en grande partie de fibre de verre non tissée ou tissée, de façon plus ou moins serrée. Le serrage de la ou des fibres de verre permet de gérer le contact entre les déchets contenus et l'atmosphère chaude et oxydante à l'intérieur de l'incinérateur, le tissage permettant des échanges thermiques et gazeux plus ou moins importants. Le panier est, de préférence, rigidifié par une structure légère métallique. L'utilisation de la fibre de verre non combustible et ayant un point de fusion élevé permet le transfert mécanique du sac de déchets à partir du sas d'introduction des déchets vers la zone d'incinération, en évitant toute perte de contenu du panier lors du transfert. Le principe de l'utilisation de la fibre de verre pour la réalisation du panier est que cette fibre de verre entoure le paquet de déchets et retarde ainsi sa montée en température. Cela évite une fusion et/ou une pyrolyse des déchets organiques trop rapides, notamment pendant le transfert du sas d'introduction vers l'incinérateur. Dans le four - ou l'incinérateur -, le contenu du panier, à savoir des déchets, chauffe progressivement. Cette montée en température conduit à la pyrolyse des matières organiques. Les gaz de pyrolyse s'échappent du panier pour brûler dans l'atmosphère oxydante du four. Le choix de l'enveloppe en fibre de verre constituant, entre autres, le panier, de sa porosité et de son tissage plus ou moins serré permet de ralentir les transferts thermiques vers l'intérieur du panier et les transferts gazeux vers l'extérieur. Ceci permet donc de gérer la vitesse de pyrolyse et de combustion des déchets contenus dans le panier. On minimise ainsi la dimension des bouffées de gaz générées par l'introduction séquentielle de sacs entiers de déchets dans l'incinérateur. De plus, la porosité de l'enveloppe en fibre de verre constituant le panier, avec un tissage plus ou moins serré, permet également de minimiser les départs de cendres et des éléments toxiques non volatils dans les gaz régnant à l'intérieur de l'incinérateur. Cette porosité peut donc être adaptée à la dimension des particules toxiques solides qui ne doivent pas être entraînées dans les gaz. En référence à la figure 1, selon une première réalisation du panier selon l'invention, l'enveloppe 10 constituée de fibre de verre est placée à l'intérieur de la structure métallique légère 12. Cette dernière est soudée à la base du panier qui est avantageusement constitué d'une lèchefrite 18 placée en dessous de l'enveloppe 10. Le grillage constituant avantageusement la structure légère métallique 12 est, de préférence, cylindrique et est soudé, dans sa partie haute sur un tube métallique 16 destiné à le rigidifier. La lèchefrite 18 constituant la base du panier a pour but de recueillir les éventuelles gouttes de métal, ou d'autres matériaux fondus, si le déchet contient ce type de matériau à bas point de fusion, qui pourrait fondre prématurément dans le sas d'introduction, par exemple (dans un autre type de réalisation la lèchefrite pourrait être fabriquée en fibres de verre tissées très serrées de façon à être quasiment étanche aux liquides). L'ensemble du panier se complète d'une anse de préhension 14 fixée, dans cette réalisation sur et au-dessus du tube métallique 16. Un exemple de cette réalisation prévoit que le diamètre intérieur de l'enveloppe 10 en fibre de verre soit égal à environ 500 mm et qu'il soit d'une hauteur d'environ 750 mm. Dans ce cas, le poids de l'enveloppe est de l'ordre de 1 kg pour une fibre de verre tissée à 45° et de masse surfacique égale à 600 g/m2. La lèchefrite 18 est réalisée, de préférence, en acier inoxydable et d'une épaisseur de l'ordre du millimètre. Le grillage constituant la structure légère métallique 12 est un fil d'acier inoxydable de diamètre compris entre 2 et 5 mm. Dans cette première réalisation, les dimensions extérieures importantes pour les manipulations du panier dans le sas et dans la zone d'incinération sont fixées par la structure légère métallique 12 utilisée. En référence à la figure 2, la deuxième réalisation selon l'invention proposée utilise une enveloppe 20 en fibre de verre placée à l'extérieur de la structure légère métallique 22. Cette dernière est également constituée d'un grillage cylindrique soudé en partie haute à un tube métallique 26 qui est surmonté d'une anse de préhension 24. La base de l'ensemble est constituée, de préférence par une lèchefrite 28 qui peut être placée à l'intérieur de l'enveloppe 20 en fibre de verre. Dans cette réalisation, le remplissage du panier en déchets est facilité. En référence à la figure 5, les fils du grillage constituant la structure légère métallique 52 sont intégrés dans le tissage de fibre de verre constituant l'enveloppe 50. La lèchefrite 58 peut alors être placée à l'intérieur ou à l'extérieur de l'enveloppe 50 en fibre de verre. Dans la réalisation représentée, les fibres de verre constituant l'enveloppe passent alternativement de part et d'autre des fils du grillage constituant la structure légère métallique 52. Cette version difficile à réaliser apporte, toutefois, les avantages des deux réalisations précédemment décrites. En référence à la figure 3, selon une troisième réalisation, le panier comporte deux couches de fibre de verre 30A et 30B placées l'une à l'intérieur de l'autre. La couche externe 30A a pour fonction première la filtration des gaz de pyrolyse vis-à-vis des poussières. La couche interne 30B a pour fonction première de contenir les déchets avec les propriétés de résistance mécanique adaptées. On signale que la fonction ou la position des deux couches peut aussi être inversée. Ces deux couches 30A et 30B sont, de préférence, séparées. La structure légère métallique 32 est alors placée entre ces deux couches 30A et 30B. La fixation de ces trois éléments 30A, 30B et 32 les uns par rapport aux autres peut se faire par couture avec des fibres de verre ou du fil métallique. Le procédé d'incinération selon l'invention utilise donc le panier ci-dessus évoqué pour incinérer des déchets à l'intérieur d'un incinérateur pendant une durée supérieure à une pyrolyse et une combustion de déchets sans panier d'au moins quinze minutes (durée d'incinération multipliée par trois voire dix suivant le panier). Les déchets sont ainsi placés au-dessus d'un bain de verre fondu surmonté d'une zone de combustion sous atmosphère d'oxygène dilué dans de l'argon et chauffé par un plasma d'arc transféré entre deux électrodes. Sur la figure 4, ont été représentées les teneurs en eau, gaz carbonique et monoxyde de carbone dans les gaz en sortie de l'incinérateur de vitrification en fonction du temps. L'eau est représentée en traits interrompus, le gaz carbonique en trait gras et le monoxyde de carbone en trait fin. Il faut constater que, dans le cas de l'envoi direct de déchets à la surface d'un bain de verre fondu, au temps noté 16h45, la durée de la pyrolyse et de la combustion est alors très courte, c'est-à-dire de l'ordre de 3 minutes et l'apport d'oxygène est insuffisant pour assurer une combustion complète de la bouffée de gaz de pyrolyse. En effet, il reste une teneur en monoxyde de carbone de l'ordre de 3 à 4% dans les gaz en sortie de réacteur. Dans le cas de l'utilisation du panier selon l'invention, notamment équipé de son enveloppe en fibre de verre, les déchets sont maintenus suspendus au-dessus d'un bain de verre en fusion au temps noté 15h42. Sa durée de combustion est portée à 17 minutes jusqu'au temps noté 15h59. Ceci permet d'obtenir une combustion complète sans présence de monoxyde de carbone dans les gaz de sortie du réacteur. Ce résultat est obtenu par l'enveloppe en fibre de verre jouant son rôle de retardateur du début de la combustion 1, ainsi qu'un rôle de ralentisseur de pyrolyse / combustion. Ceci permet d'obtenir une combustion complète des déchets, sans surdimensionner l'installation, notamment l'alimentation en gaz comburant et le traitement des gaz. De plus, on minimise grandement la présence de gaz de combustion à la sortie de l'installation. REVENDICATIONS1. Panier destiné à supporter des déchets à introduire et à incinérer dans un incinérateur, caractérisé en ce qu'il est constitué, entre autres, d'une enveloppe (10, 20, 30A, 30B) en fibre de verre. 2. Panier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou les fibres constituant l'enveloppe (10, 20, 30A, 30B) est tissée. 3. Panier selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est rigidifié par une structure légère métallique (12, 22, 32). 4. Panier selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure légère métallique (12) est externe et que l'enveloppe (10) en fibre de verre est placée à l'intérieur de celle-ci. 5. Panier selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'enveloppe (20) en fibre de verre est externe et que la structure légère métallique (22) est placée à l'intérieur de celle-ci. 6. Panier selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fils du grillage constituant la structure légère métallique sont intégrés dans le tissage de la fibre constituant l'enveloppe. 7. Panier selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'enveloppe est constitué de deux couches (30A, 30B) de fibres de verre, une première couche externe (30A) chargée de la filtration des gaz de pyrolyse et une seconde couche interne (30B) chargée de contenir les déchets. 8. Panier selon la revendication 7, caractérisé en ce que la structure légère métallique (32) est placée entre les couches (30A, 30B) de l'enveloppe en fibre de verre. 9. Panier selon la revendication 3, caractérisé en ce que la structure légère métallique (12, 22, 32) est constituée d'un grillage. 10. Procédé d'incinération de déchets dans un incinérateur de vitrification de déchets, caractérisé en ce qu'il consiste à : -placer les déchets à incinérer dans un panier en fibre de verre pour y être maintenus dans une atmosphère gazeuse, au-dessus d'un bain de verre fondu, -effectuer une pyrolyse et une combustion, en confinant les particules toxiques dans le panier et durant une durée supérieure à une pyrolyse et une combustion de déchets sans panier, permettant ainsi d'obtenir une combustion complète.