Système pour le traitement par thermolyse de produits solides dont le rejet est préjudiciable pour l'environnement

Description

[0001] La présente invention concerne un système pour le traitement par thermolyse des produits solides dont le rejet est préjudiciable pour l'environnement.

[0002] Traditionnellement ces produits sont, soit stockés, soit traités par incinération. Dans le premier cas le danger potentiel subsiste et peut s'aggraver d'une pollution possible des nappes phréatiques. Dans le second cas les températures du traitement par incinération sont élevées et entraînent une usure rapide des équipements et un coût d'exploitation élevé ; par ailleurs les produits gazeux du traitement par incinération sont évacués dans l'atmosphère avant tout contrôle ce gui ne permet pas de donner toutes les garanties requises quant à la non pollution de l'environnement.

[0003] On connaît d'après le document FR-A-2.106.844 un dispositif de traitement d'ordures comportant une succession de zones de températures croissantes (jusqu'à 800-1300°C) que l'on fait traverser aux ordures après un conditionnement dans un matériau d'enrobage poreux ; ces ordures sont progressivement débarrassées de leur vapeur d'eau puis pyrolysées. Toutefois cette solution nécessite des températures encore élevées, ce gui conduit encore à une usure rapide et un coût d'exploitation élevé.

[0004] L'invention a pour objet de pallier les inconvénients précités en permettant un traitement par thermolyse à température moyenne, aux environs de 600°C par exemple tout en permettant un contrôle continu des produits de décomposition.

[0005] L'invention propose ainsi un système pour le traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable pour l'environnement, comportant un réacteur intégrant successivement une zone de déshydratation et une zone de thermolyse, caractérisé en ce que ce réacteur comporte en aval de la zone de thermolyse, une zone de refroidissement et en ce que la zone de déshydratation est munie d'une porte d'entrée étanche, la zone de refroidissement est munie d'une porte de sortie étanche, et des sas isolent la zone de thermolyse, d'une part vis à vis de la zone de déshydratation, d'autre part vis à vis de la zone de refroidissement en sorte de limiter les entrées d'air dans la zone de thermolyse lors de l'introduction des produits et lors de l'extraction des résidus, cette zone de thermolyse étant munie d'une ligne d'extraction de gaz grâce à quoi elle est en dépression.

[0006] Les zones précitées sont donc séparées en chambres isolées.

[0007] Selon des dispositions préférées de l'invention éventuellement combinées :

• la zone de thermolyse est maintenue sans oxygène libre,
• la zone de thermolyse est à une température comprise entre 400°C et 750°C et à une pression inférieure ou égale à 800 millibars.

[0008] Selon d'autres dispositions préférées de l'invention :

• les produits à traiter sont introduits dans le réacteur dans des chariots gui passent successivement de la chambre de déshydratation à la chambre de thermolyse et de la chambre de thermolyse à la chambre de refroidissement à l'aide d'un système mécanique du genre pignons et crémaillère par exemple, ou encore du genre entraînement électromagnétique. Les chariots sont conçus pour que les résidus solides - verres, métaux, gravats par exemple - restent dans les chariots tout en étant enlevés facilement après refroidissement à la sortie de la chambre de refroidissement,
• la chambre de déshydratation et la chambre de thermolyse sont chauffées par des thermoréacteurs appelés également panneaux radiants catalytiques alimentés d'une part en oxygène pur ou en air et d'autre part en gaz de pyrolyse provenant de la décomposition thermolytigue ainsi que par des résistances électrigues placées à l'intérieur des chambres ou collées aux parois à l'extérieur des chambres,
• le gaz carbonique et la vapeur d'eau générés dans l'oxydation des gaz de pyrolyse dans les panneaux radiants catalytiques participent à la mise en température par convection et radiation des produits,
• les gaz de pyrolyse formés dans la décomposition thermolytigue ainsi que les gaz de l'oxydation catalytique formés dans les panneaux radiants catalytiques sont refroidis et épurés à la sortie du réacteur dans un laveur de gaz où s'effectue la condensation de l'eau, la séparation des gaz incondensables et des hydrocarbures lourds condensés,
• les composés halogénés et de soufre sont éliminés dans le laveur par dissolution dans l'eau de lavage,
• le flux gazeux à la sortie du réacteur entraîne le charbon formé dans la décomposition thermolytigue vers le laveur où il est refroidi,
• les hydrocarbures lourds et le charbon sont récupérés par décantation de l'eau de lavage à la sortie du laveur dans un décanteur,
• le flux gazeux à la sortie du laveur est aspiré par une pompe à vide,
• les gaz à la sortie de la pompe à vide sont envoyés dans un laveur contenant par exemple une solution aqueuse de carbonate de potassium, où est éliminé le gaz carbonique,
• les gaz de pyrolyse épurés des composés halogénés, soufrés et du gaz carbonique sont utilisés dans le chauffage du réacteur et l'excédent est mis en réserve pour utilisation ultérieure,
• le contrôle de la cinétique de la transformation thermolytique dans le chambre de thermolyse est obtenu par la régulation du chauffage électrique et du chauffage catalytique par la mise en oeuvre des systèmes classiques de mesure des températures et de régulation des débits de gaz et de courant électrique.

[0009] Des objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels :

• la figure 1 est une vue en plan d'un système selon l'invention,
• la figure 2 est une vue en élévation d'une portion d'entrée du four de ce système,
• la figure 3 en est une vue en coupe transversale selon la ligne A-A de la figure 2, et
• la figure 4 est une vue agrandie de la liaison d'un panneau 4 à son support.

[0010] La figure 1 montre le schéma de principe du système et les figures 2 à 4 en présentent certains détails constructifs.

[0011] Le système selon l'invention comporte un réacteur intégrant en un seul appareil une chambre 1 d'introduction des produits à traiter et dans laquelle ces produits subissent une déshydratation, une chambre de thermolyse 2 dans laquelle les produits, partiellement ou totalement déshydratés, sont portés à la température de décomposition thermique, par exemple aux environs de 600°C (typiquement entre 400°C et 750°C) et une chambre de refroidissement 3 où les résidus solides du traitement thermique sont amenés à une température ordinaire.

[0012] La transformation thermolytique dans le réacteur est avantageusement effectués en absence totale d'oxygène libre à température moyenne de 600°C.

[0013] Les produits de décomposition - gaz incondensables, hydrocarbures lourds, charbon - sont contrôlés en continu à la sortie du système et sont éventuellement recyclés pour traitement complémentaire.

[0014] Le fonctionnement à cette température n'induit pas d'usure marqués du système dont la durée de vie est ainsi prolongée et le coût de fonctionnement réduit.

[0015] Les chambres sont isolées les unes des autres de façon sensiblement étanche, par des portes guillotine 23 actionnées par des vérins ; la porte entre les chambres 1 et 2 et la porte entre les chambres 2 et 3 sont mobiles verticalement dans des logements étanches, la traversée des vérins de levage se faisant par presse-étoupe. En outre des portes étanches sont prévues à l'entrée de la chambre 1 et à la sortie de la chambre 3 grâce à quoi les zones de déshydratation 1 et de refroidissement sont, à volonté, isolées vis à vis de l'extérieur et/ou de la zone de thermolyse 2 ; elles peuvent être mobiles verticalement ou horizontalement ou encore autour d'une articulation selon les dimensions du réacteur, l'espace disponible et le libre choix du concepteur.

[0016] On appréciera que l'étanchéité assurée par les portes d'entrée et de sortie se fait entre l'extérieur et des zones 1 et 3 de températures modérées, très inférieures à celles de la chambre 2.

[0017] L'introduction des produits et de l'extraction des résidus sont ainsi réalisés, pour éviter l'entrée d'air dans la chambre 2, par des sas qui isolent alternativement selon les besoins la chambre de déshydratation de la chambre de thermolyse quand on introduit les produits dans la chambre de déshydratation et la chambre de thermolyse de la chambre de refroidissement quand on extrait les résidus de cette troisième chambre.

[0018] Les chambres 1 et 2 du réacteur sont calorifugées (repère 27) pour limiter les déperditions calorifiques.

[0019] Les chambres 1 et 2 sont munies de moyens de chauffage de tous types connus appropriés, dont deux exemples sont donnés sous les références 4 et 5. La température de la chambre 2 est par exemple maintenue aux alentours de 600°C tandis que celle de la chambre 1, inférieure, est maintenue au dessus de 100°C, par exemple aux environs de 120°C.

[0020] Des panneaux radiants catalytiques 4, munis de résistances incorporées 25 destinées à leur mise en température pour permettre le phénomène d'oxydation catalytique de gaz d'alimentation, sont représentés en plafond des chambres 1 et 2 mais peuvent également être mis sur les parois latérales. Ces panneaux sont placés dans des logements étanches vis à vis de l'extérieur. Le détail de la figure 4 montre le principe de fixation d'un panneau 4 sur la paroi interne du réacteur et la position d'un joint d'étanchéité repéré 26 mis en place pour obliger le mélange gazeux d'alimentation (de préférence oxygène, gaz de pyrolyse) à passer par le panneau catalytique 4 où il est oxydé. La chambre 3 peut être équipée d'un système (non représenté) de refroidissement des résidus solides et de récupération de la chaleur par réchauffage des gaz qui alimentent les panneaux radiants catalytiques.

[0021] Des résistances électriques 5 sont alimentées à partir d'un transformateur 6 ; ces résistances sont ici représentées à l'intérieur du réacteur, collées à la paroi (mais peuvent être mises à l'extérieur), l'alimentation électrique étant faite en utilisant des traversées étanches.

[0022] La chambre 2 est maintenue en dépression, typiquement à une pression inférieure ou égale à 800 mbar, voire 500 mbars. De préférence, la même pression règne dans les chambres 1, 2 et 3.

[0023] Le mélange gazeux extrait de la chambre 2 va dans un laveur de gaz 9 débouchant dans un bloc de décantation 13 et alimenté en eau froide par un bassin 14 où l'eau à la sortie du bac de décantation 13 est traitée par les méthodes classiques de la chimie des eaux. Les hydrocarbures condensés et le charbon séparés de la phase aqueuse dans le bac 13 sont envoyés dans un réservoir de stockage 17 où ils seront repris pour utilisation.

[0024] Les gaz non condensés à la sortie du bac 9 sont aspirés par un groupe de pompage 10 dont le refoulement débite dans un bac laveur 11 où le gaz carbonique est éliminé par addition de carbonate de potassium, par exemple, dans l'eau venant du bac 14. A la sortie du bac 11 le gaz épuré est comprimé par le compresseur 12 et stocké dans un réservoir 16.

[0025] Ce gaz comprimé est ici envoyé aux panneaux radiants catalytiques 4 après passage dans un mélangeur 15 où arrive également de l'air comprimé de provenance quelconque en 18, ou encore, selon les cas d'application, de l'oxygène pur venant d'un stockage extérieur. Le mélange gazeux traverse un récupérateur 7 où il est échauffé afin d'améliorer le bilan thermodynamique de l'oxydation catalytique. La figure 1 montre en effet une sortie des gaz de catalyse de la chambre 1 ; ces gaz, composés essentiellement de gaz carbonique et de vapeur d'eau provenant de la déshydratation et de l'oxydation catalytique, traversent le récupérateur 7 où ils sont refroidis. Ils sont aspirés par un groupe de pompage 8 dont le refoulement débite sur une cheminée 19.

[0026] La figure 2 montre un chariot 20 dans lequel sont placés les produits à traiter ; le chariot passe d'une chambre à l'autre par l'intermédiaire d'un système pignon crémaillère 21.

[0027] Un arbre d'entraînement 22 assure le mouvement synchronisé des chariots.

[0028] Les gaz sont extraits des chambres 1 et 2 par des carneaux 24 situés en extrémité des chambres et en plancher de façon à entraîner le charbon dans le flux gazeux.

[0029] Les laveurs de gaz ressortissent du génie chimique classique.

[0030] Le système décrit ci-dessus offre les avantages suivants :

• il est applicable à toute quantité de produits en faisant varier la section du réacteur ou la longueur du réacteur soit en mettant en parallèle autant de réacteurs que nécessaire,
• le système selon l'invention permet de traiter les produits à éliminer dans de bonnes conditions pour la protection de l'environnement,
• les produits de la décomposition thermolytique sont épurés de tous les contaminants et peuvent être contrôlés avant toute utilisation ultérieure. Les eaux de la phase aqueuse sont traitées par les méthodes classiques après décantation des hydrocarbures et des charbons. Les inertes divers - verres, métaux, etc... - peuvent être recyclés dans les meilleures conditions sanitaires possibles. Les métaux lourds non vaporisés dans le thermolyseur seront récupérés dans le chariot après refroidissement, les métaux lourds vaporisés seront récupérés dans le pied du laveur ou dans le bassin de traitement des eaux de décantation.

[0031] Enfin, le système selon l'invention permet une excellente récupération énergétique avec la possibilité de stocker sous forme de charbon et d'hydrocarbures l'énergie récupérée, éventuellement de la transporter pour la consommer à l'endroit et au moment convenables.

[0032] Il va de soi que la description gui précède n'a été proposée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être proposées par l'homme de l'art sans sortir du cadre de l'invention telle que définie dans les revendications.

Revendications

1. Système pour le traitement de produits solides dont le rejet est préjudiciable pour l'environnement, comportant un réacteur intégrant successivement une zone de déshydratation (1) et une zone de thermolyse (2), caractérisé en ce que ce réacteur comporte en aval de la zone de thermolyse (2), une zone de refroidissement (3) et en ce que la zone de déshydratation est munie d'une porte d'entrée étanche, la zone de refroidissement est munie d'une porte de sortie étanche, et des sas isolent la zone de thermolyse (2), d'une part vis à vis de la zone de déshydratation (1), d'autre part vis à vis de la zone de refroidissement (3) en sorte de limiter les entrées d'air dans la zone de thermolyse lors de l'introduction des produits et lors de l'extraction des résidus, cette zone de thermolyse (2) étant munie d'une ligne d'extraction de gaz grâce à quoi elle est en dépression.

2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la zone de thermolyse (2) est maintenue sans oxygène libre.

3. Système selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la zone de thermolyse (2) est à une température comprise entre 400°C et 750°C et à une pression inférieure ou égale à 800 millibars.

4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les produits sont portés par des chariots (20) déplacés au travers du réacteur par un ensemble mécanique (21) tel que pignon-crémaillère.

5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la chambre de déshydratation (1) et la zone de thermolyse (2) sont chauffées par des moyens de chauffage comportant des thermoréacteurs (4).

6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les thermoréacteurs sont alimentés au moins en partie par les gaz prélevés dans la zone de thermolyse.

7. Système selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le gaz carbonique et la vapeur d'eau générés par les thermoréacteurs participent à la mise en température des produits à traiter par convection et radiation.

8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les gaz de thermolyse formés dans la décomposition thermolytique et les gaz formés dans les thermoréacteurs sont refroidis et épurés dans des laveurs de gaz où seront éliminés les composés halogénés, de soufre et le gaz carbonique.

9. Système selon la revendication 8, caractérisé en ce que les gaz à la sortie des laveurs sont aspirés par des groupes de pompage à vide.

10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le contrôle de la cinétique de la transformation thermolytique est obtenu par la régulation du chauffage électrique et du chauffage par thermoréacteur par la mise en oeuvre des systèmes classiques de mesure des températures et de régulation des débits de gaz et de courant électrique.

Claims

1. System for the treatment of solid products whose rejection is harmful to the environment comprising a reactor integrating successively a dehydration zone (1) and a thermolysis zone (2), characterised in that said reactor has, downstream of the thermolysis zone (2), a cooling zone (3) and in that the dehydration zone is provided with a fluid-tight inlet gate, the cooling zone is provided with a fluid-tight outlet gate, and airlocks isolate the thermolysis zone (2) from the dehydration zone (1), on the one hand, and from the cooling zone (3), on the other hand, in order to limit the air entering the thermolysis zone during the introduction of the products and during the extraction of residues, said thermolysis zone (2) being provided with a gas extraction line which maintains it in negative pressure conditions.

2. System according to claim 1 characterised in that the thermolysis zone (2) is kept free of free oxygen.

3. System according to claim 1 or claim 2 characterised in that the thermolysis zone (2) is at a temperature between 400°C and 750°C and at a temperature of 800 millibars or less.

4. System according to any one of claims 1 to 3 characterised in that the products are conveyed by trolleys (20) moved through the reactor by a mechanical system (21) such as a rack and pinion system.

5. System according to any one of claims 1 to 4 characterised in that the dehydration chamber (1) and the thermolysis zone (2) are heated by heating means including heat reactors (4).

6. System according to claim 5 characterised in that the heat reactors are fed at least in part with gases from the thermolysis zone.

7. System according to claims 5 and 6 characterised in that the carbon dioxide and the water vapour generated by the heat reactors contribute to the heating by convection and radiation of the products to be treated.

8. System according to any one of claims 1 to 7 characterised in that the thermolysis gases formed in the process of decomposition by thermolysis and the gases formed in the heat reactors are cooled and cleaned in gas scrubbers to eliminate halogenated and sulfur compounds and carbon dioxide.

9. System according to claim 8 characterised in that the gases at the exit of the scrubbers are aspirated by vacuum pump sets.

10. System according to any one of claims 1 to 9 characterised in that the kinetics of thermolytic conversion are controlled by controlling electrical heating and heating by the heat reactors using conventional temperature measuring and gas flowrate and electrical current controlling systems.

Ansprüche

1. System zur Behandlung fester Produkte, deren Beseitigung umweltschädlich ist, mit einem Reaktor mit aufeinanderfolgender Dehydratisierungszone (1) und Thermolysezone (2), dadurch gekennzeichnet, daß der Reaktor stromabwärts der Thermolysezone (2) eine Kühlzone (3) umfaßt, und daß die Dehydratisierungszone einen dichten Einlaß und die Kühlzone einen dichten Auslaß umfaßt, und daß Schleusen die Thermolysezone (2) einerseits gegenüber der Dehydratisierungszone (1), andererseits gegenüber der Kühlzone (3) so isolieren, daß die Lufteintritte in die Thermolysezone bei der Einführung der Produkte und bei Abzug der Rückstände begrenzt werden, wobei die Thermolysezone (2) mit einer Entgasungsleitung ausgerüstet ist, über die sie unter Unterdruck steht.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermolysezone (2) frei von freiem Sauerstoff gehalten wird.

3. System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermolysezone (2) eine Temperatur im Bereich von 400°C bis 750°C und einen Druck von weniger als oder gleich 800 Millibar aufweist.

4. System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Produkte mit Schlitten (20) transportiert werden, die mittels einer mechanischen Anordnung (21), wie Zahnrad-Zahnstange, durch den Reaktor bewegt werden.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehydratationskammer (1) und die Thermolysezone (2) durch Heizvorrichtungen mit Thermoreaktoren (4) geheizt werden.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Thermoreaktoren zumindest teilweise mit Gasen versorgt werden, die in der Thermolysezone entnommen werden.

7. System nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kohlendioxydgas und der Wasserdampf, die in den Thermoreaktoren erzeugt werden, bei der Temperatureinstellung der zu behandelnden Produkte durch Konvektion und Strahlung mitwirken.

8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der thermolytischen Zersetzung gebildeten Thermolysegase und die in den Thermoreaktoren gebildeten Gase in den Gaswäschern, in denen die halogenierten und die schwefelhaltigen Verbindungen und das Kohlendioxydgas entfernt werden, abgekühlt und gereinigt werden.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase am Auslaß der Wäscher durch Gruppen von Vakuumpumpen abgesaugt werden.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontrolle der Kinetik der thermolytischen Umwandlung durch Regelung der elektrischen Heizung und der Heizung durch den Thermoreaktor unter Verwendung von klassischen Systemen der Temperaturmessung und der Regelung des Gasausstoßes und des elektrischen Stroms durchgeführt wird.

Dessins