Four de traitement thermique de déchets et procédé associé

Description

[0001] La présente invention concerne le traitement thermique et plus spécifiquement la pyrolyse de solides notamment de déchets industriels et/ou ménagers.

[0002] Le traitement thermique des déchets et en particulier leur pyrolyse est une technologie de plus en plus utilisée car elle offre un certain nombre d'avantages vis-à-vis d'autres moyens tels que la mise en décharge, le compactage ou encore les traitements dits "humides" c'est-à-dire comprenant au moins une étape de lavage des solides.

[0003] Cependant, le traitement thermique présente parfois des inconvénients :

• Il nécessite un apport énergétique important car les solides doivent être portés à des températures pouvant dépasser 1000°C ; d'où des coûts de fonctionnement très élevés,
• La nature parfois très hétérogène des déchets nécessite une souplesse de fonctionnement - souvent incompatible avec l'inertie thermique des installations, et les moyens de contrôle de débits/de chlores,
• Les rejets de matières polluantes tels que les oxydes de soufre créées lors de la pyrolyse doivent être maîtrisés puis inhibés car ces rejets sont bien entendu nocifs pour l'environnement. Des normes de plus en plus sévères rendent le problème de rejet de matières polluantes très sensible.

[0004] Différentes technologies ont déjà été proposées visant à résoudre plus spécifiquement l'un ou l'autre de ces problèmes.

[0005] Ainsi la demande de brevet FR-A- 2 668 774, déposée au nom de la demanderesse, décrit une installation comprenant un four tournant de pyrolyse chauffé extérieurement et ayant notamment un moyen spécifique de piégeage des polluants produits par la pyrolyse.

[0006] La demande de brevet français EN. 94/06660 (FR-A- 2 720 487 ou EP-A- 0 685 551) déposée au nom de la demanderesse, divulgue un four tournant de pyrolyse comprenant des moyens de chauffage placés à l'intérieur même du four de pyrolyse afin d'en diminuer la consommation énergétique et l'inertie thermique.

[0007] La présente invention représente une amélioration de ce type d'installation puisqu'elle prévoit notamment :

• La possibilité d'utiliser les gaz de pyrolyse sans traitement particulier, c'est-à-dire avec leurs goudrons et leurs particules si celles-ci restent en quantités limitées, pour chauffer le cylindre tournant de manière indirecte;
• Un dispositif de combustion simple qui supprime les problèmes d'encrassement;
• Un dispositif de combustion qui peut réduire les émissions de NOx par étagement de l'injection du combustible et/ou du comburant;
• La possibilité de compléter par un traitement à sec, la déchloration des gaz de pyrolyse déjà commencée dans le cylindre tournant.

[0008] La présente invention permet en particulier de résoudre les problèmes d'encrassement dans les lignes d'évacuation des gaz de pyrolyse.

[0009] Le contrôle et la maîtrise des pressions dans l'installation est en outre avantageusement pris en compte selon l'invention.

[0010] Les objectifs visés ci-dessus sont atteints selon l'invention qui a pour objet un four destiné au traitement thermique de déchets, comprenant une cavité essentiellement cylindrique pour les déchets à traiter tournant autour de son axe longitudinal, une chambre de combustion située autour de ladite cavité et des moyens destinés à introduire du combustible et du comburant dans ladite chambre.

[0011] Selon l'invention, les moyens d'introduction de combustible et de comburant sont orientés tangentiellement à la paroi de ladite chambre de combustion, de telle sorte que la ou les flammes qu'ils créent se développe de façon hélicoïdale autour de ladite cavité contenant les déchets.

[0012] Avantageusement, les moyens d'introduction de combustible et/ou de comburant sont espacés longitudinalement le long de la cavité afin de réaliser une combustion étagée dans ladite chambre de combustion.

[0013] De façon particulière, le four comprend en outre une sortie pour les gaz de pyrolyse associée à une ligne destinée à amener lesdits gaz de pyrolyse vers les moyens d'introduction de combustible dans ladite chambre de combustion.

[0014] Conformément à l'invention, la ligne de recyclage des gaz de pyrolyse comprend un moyen d'injection d'absorbant et un moyen de séparation entre les gaz et les solides circulant dans ladite ligne.

[0015] En outre, le four tournant peut comprendre en outre des moyens destinés à maintenir à l'intérieur de la chambre de combustion une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique.

[0016] Sans sortir du cadre de l'invention, les moyens de maintien en pression comprennent notamment un moyen d'extraction des fumées de combustion, une vanne de contrôle du débit commandée par un capteur de pression placé à l'intérieur de ladite chambre de combustion.

[0017] L'invention vise en outre un procédé de traitement thermique de déchets comprenant une pyrolyse des déchets dans une cavité essentiellement cylindrique qui tourne autour de son axe longitudinal, un chauffage de la cavité par des moyens placés dans une chambre de combustion entourant ladite cavité 1, l'injection de combustible et de comburant dans la chambre de combustion étant réalisée tangentiellement à la paroi interne de ladite chambre de combustion, de telle sorte que la ou les flammes qu'ils créent se développe(nt) de façon hélicoïdale autour de la cavité (1) contenant les déchets.

[0018] On réalise une combustion étagée dans ladite chambre de combustion grace à des introductions différentes et longitudinalement espacées de combustible et de carburant.

[0019] Avantageusement, le procédé peut comprendre en outre une étape de déchloration des gaz de pyrolyse issus de la cavité.

[0020] D'autres détails, caractéristiques et avantages liés à la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite à titre illustratif et nullement limitatif, en référence aux figures annexées selon lesquelles :

• La figure 1 montre de façon schématique en coupe longitudinale un four tournant selon un mode de réalisation de l'invention;
• La figure 2 est une coupe transversale simplifiée d'un four selon l'invention; et
• La figure 3 montre de façon schématique, en coupe longitudinale, un four tournant selon un autre mode de réalisation de l'invention.

[0021] Une illustration du dispositif selon l'invention est donc donnée à la figure 1. Le four comprend une partie tournante cylindrique allongée 1 connectée à chaque extrémité à des parties fixes 2 et 3 par l'intermédiaire de joints étanches 4 et 5. La partie tournante 1 est toujours, soit horizontale, soit légèrement inclinée suivant les exigences de débit et de temps de séjour des solides dans le système.

[0022] Les déchets sont apportés par une ligne 6 fixée à l'élément fixe 3 en tête de four. En sortie de la ligne 6, les déchets tombent dans la partie tournante 1, y constituent un lit 7 et sont chauffés puis pyrolysés au fur et à mesure de leur progression dans le four vers la partie fixe 2.

[0023] La partie fixe 2 comporte une zone 2a pour le soutirage de la phase solide, et une ligne 37 maintenue sur toute sa longueur à une température proche de celle des déchets en sortie de la partie tournante 1 et destinée à l'évacuation des gaz de pyrolyse.

[0024] Le chauffage de la partie tournante 1 est assuré par la combustion des gaz de pyrolyse, à l'aide des moyens 9 fixés à une chambre fixe 12 de forme sensiblement cylindrique et enveloppant complètement une majeure partie du cylindre tournant 1.

[0025] Les moyens 9 sont essentiellement des moyens d'injection et de contrôle des débits d'air et de combustible, l'air étant apporté par une ligne 10 et le combustible étant apporté par la ligne 8, qui permettent de générer une ou des flammes enveloppant la partie tournante 1.

[0026] Les moyens d'injection sont placés de préférence en regard de la première partie du cylindre tournant, là où les déchets sont encore froids et humides et où les besoins énergétiques sont donc les plus grands.

[0027] Le positionnement des moyens 9 sera mieux compris à l'aide de la figure 2, qui montre que ceux-ci sont installés de façon à assurer une introduction sensiblement tangentielle du combustible et du comburant, ce qui génère une flamme qui se développe à proximité de la paroi 20 de la chambre 12, qui est de préférence constituée en matériaux réfractaires et isolants.

[0028] Les fumées produites par les moyens de combustion 9 progressent de l'extrémité 12a vers l'extrémité 12b selon un mouvement hélicoïdal qui enveloppe complètement la partie tournante 1. Elles sortent de la chambre 12 par une ligne 11.

[0029] L'étanchéité de la chambre 12 par rapport à l'extérieur est assurée par des joints tournants ou systèmes équivalents 13.

[0030] Selon un mode particulier de fonctionnement de l'invention, on peut réaliser un étagement de la combustion en n'apportant qu'une partie de l'air nécessaire à la combustion par la ligne 10 et en apportant le complément par une ligne additionnelle 14. Cette stratégie d'étagement permet de réduire les émission de NOx lorsque le combustible contient des composés azotés.

[0031] L'étagement de la combustion permet donc à la flamme de se développer au fur et à mesure de la formation du mélange. Cette caractéristique évite notamment les problèmes d'auto-inflammation qui se posent lorsque un mélange d'air et de combustion est créé en amont de brûleurs.

[0032] L'étagement de la combustion permet en outre de modifier les flux thermiques le long du cylindre tournant. L'étagement peut aussi bien concerner le combustible que l'air, bien que l'étagement du combustible soit a priori moins souhaitable, car elle suppose la mise en place de dispositifs de contrôle de débit, tous dispositifs qui augmentent les risques d'encrassement et de bouchage des conduites véhiculant les gaz de pyrolyse.

[0033] Préférentiellement, le four selon l'invention peut permettre des traitements de déchets à des températures comprises entre 150 et 900°C, avec une préférence pour la plage 400-600°C.

[0034] Avantageusement, les gaz de pyrolyse sont brûlés sans traitement. Ils peuvent donc entraîner des particules hydrocarbonées ou non, qui génèrent des cendres dans la chambre 12. A cette fin, la partie basse de la chambre 12 peut comprendre des dispositifs classiques de collecte et d'évacuation de ces cendres tels que des râcleurs (qui ne sont pas représentés sur la figure 1).

[0035] Les moyens d'introduction de l'air et du combustible 9a, 9b, et 15 peuvent comporter des restrictions (Venturi) adaptées au fonctionnement avec des gaz poussiéreux afin d'avoir des vitesses initiales de fluide suffisamment importantes, pour que l'écoulement des fumées dans la chambre 12 conserve son caractère hélicoïdal jusqu'à la sortie 11. Typiquement les vitesses initiales de l'air et des gaz de pyrolyse sont comprises entre 10 et 250 m/s, de préférence entre 50 et 100 m/s. Les vitesses de l'air et des gaz de pyrolyse ne sont pas nécessairement les mêmes. Les restrictions au niveau des moyens 9a, 9b et 15 permettent aussi de réguler le débit de gaz de pyrolyse en provenance du cylindre tournant, et ainsi assurer une combustion plus stable.

[0036] Lorsque les besoins de chauffage du cylindre sont sensiblement inférieurs à l'énergie contenue dans les gaz de pyrolyse, une partie desdits gaz prélevée dans le circuit peut alors être évacuée vers l'extérieur par une ligne 16. Dans le cas inverse, c'est-à-dire quand les gaz de pyrolyse ne sont pas suffisamment énergétiques pour pourvoir aux besoins du four, on peut par exemple doper lesdits gaz de pyrolyse, avec un combustible auxiliaire.

[0037] Pour fonctionner de manière optimale du point de vue énergétique, il faut en particulier éviter les entrées d'air dans la chambre de combustion 12 par les connections 13, connections qui pour des raisons mécaniques ne sont pas toujours parfaitement étanches. Il importe donc que la pression dans ladite chambre 12 soit maintenue à tout instant à la pression atmosphérique; ce qui peut se faire comme indiqué sur la figure 1, grâce à une extraction contrôlée des fumées réalisée par exemple à l'aide d'un extracteur 17 associé à une boucle de recyclage dont le débit est contrôlé par une vanne 19 pilotée à partir de l'information de pression obtenue par un capteur 30 placé à l'intérieur de la chambre 12.

[0038] Un autre mode de réalisation du four selon l'invention est donné à la figure 3, où l'on a ajouté une étape de déchloration des gaz de pyrolyse après leur sortie du four. La ligne 8 du four représenté à la figure 1 est remplacée par une ligne, dépourvue autant que faire se peut, de singularités pour éviter les bouchages par des dépôts de matières solides ou des goudrons. Ladite ligne est préférentiellement maintenue à une température voisine de celle des gaz en sortie de la partie fixe 2. Elle comporte un dispositif d'injection d'absorbant 31, de préférence associé à un moyen 32 comme par exemple un venturi, qui facilite le mélange de l'absorbant avec les gaz de pyrolyse. Le processus de déchloration se développe tout au long du parcours des gaz dans une ligne 33. Le mélange entre ensuite préférentiellement dans un séparateur gaz-solides 34 qui peut être par exemple un cyclone ou éventuellement un ensemble de cyclones disposés en série ou en parallèle. Les gaz de pyrolyse, débarrassés de l'essentiel de leurs particules sont alors envoyés vers les moyens de combustion 9 par une ligne 35, tandis que les solides collectés sont évacués par une autre ligne 36. L'absorbant, partiellement utilisé, peut être avantageusement renvoyé dans l'enceinte tournante 1, où il peut à nouveau participer au processus de déchloration des gaz de pyrolyse.

[0039] Bien entendu des adjonctions et/ou modifications mineures pourront être apportés par l'homme de métier au four et au procédé viennentt d'être décrits sans sortir du cadre de la présente invention.

Revendications

1. Four destiné au traitement thermique et notamment à la pyrolyse de déchets, comprenant une cavité (1) essentiellement cylindrique pour les déchets à traiter, tournant autour de son axe longitudinal ; une chambre de combustion (12) située autour de ladite cavité et des moyens (9a, 9b, 15) d'introduction de combustible et de comburant caractérisé en ce que les moyens (9a, 9b, 15) d'introduction de combustible et de comburant sont orientés tangentiellement à la paroi de ladite chambre de combustion (12), de telle sorte que la ou les flammes qu'ils créent se développe de façon hélicoïdale autour de ladite cavité (1) contenant les déchets et en ce que les moyens (9a, 9b, 15) d'introduction de combustible ou de comburant sont différents et espacés longitudinalement le long de la cavité (1) afin de réaliser une combustion étagée dans ladite chambre de combustion (12).

2. Four selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une sortie pour les gaz de pyrolyse associée à une ligne (8, 33, 37) destinée à amener une partie desdits effluents de pyrolyse vers les moyens (9b) d'introduction de combustible dans ladite chambre de combustion (12).

3. Four selon la revendication 2, caractérisé en ce que la ligne (37) pour l'évacuation des gaz de pyrolyse comprend un moyen (31) d'injection d'absorbant et un moyen (34) de séparation entre les gaz et les solides circulant dans ladite ligne.

4. Four selon la revendication 3, caractérisé en ce que les moyens (31) d'injection d'absorbant coopèrent avec des moyens (32) tels que des venturi qui présentent des sections non constantes afin d'augmenter la vitesse d'écoulement des fluides qui les traversent et l'intensité du mélange gaz particulier.

5. Four tournant selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens (17, 18, 19, 30) destinés à maintenir à l'intérieur de la chambre de combustion (12) une pression sensiblement égale à la pression atmosphérique.

6. Four selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de maintien en pression comprennent notamment un moyen (17) d'extraction des fumées de combustion, une vanne (19) de contrôle du débit commandée par un capteur de pression (30) placé à l'intérieur de ladite chambre de combustion (12).

7. Four selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cavité tournante (1) coopère avec un premier moyen fixe (3) à travers lequel sont introduits les déchets et avec un second moyen fixe (2) dans lequel les déchets se déversent une fois traités.

8. Four selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ladite ligne (8,37) pour évacuer les gaz de pyrolyse en dehors du four tournant (1) débouche dans une extrémité fixe (2) dudit four (1).

9. Procédé de traitement thermique de déchets comprenant une pyrolyse des déchets dans une cavité (1) essentiellement cylindrique qui tourne autour de son axe longitudinal, un chauffage de la cavité par des moyens (9a, 9b, 15) dans une chambre de combustion (12) entourant ladite cavité (1), caractérisé en ce que l'injection de combustible ainsi que l'injection de comburant dans la chambre de combustion (12) sont chacune réalisées tangentiellement à la paroi interne de ladite chambre de combustion (12) de telle sorte que la ou les flammes qu'ils créent se développe(nt) de façon hélicoïdale autour de la cavité (1) contenant les déchets et en ce que l'on réalise une combustion étagée dans ladite chambre de combustion (12) grâce à des introductions différentes et longitudinalement espacées de combustible et de comburant.

10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape de déchloration des gaz de pyrolyse issus de la cavité (1).

Ansprüche

1. Ofen zur thermischen Behandlung, insbesondere zur Pyrolyse einen im wesentlichen zylindrischen Hohlraum (1) für die zu behandelnden Abfallstoffe umfassend, der sich um seine Längsachse dreht; eine Verbrennungskammer (12), die um diesen Hohlraum herum angeordnet ist sowie Mittel (9a, 9b, 15) zum Einführen von Brennstoff und Verbrennungsmittelträger, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (9a, 9b, 15) zum Einführen von Brennstoff und Verbrennungsmittelträger tangential zur Wand dieser Verbrennungskammer (12) orientiert sind, derart, daß die Flamme(n), die sie erzeuggen, sich schraubenförmig um diesen die Abfallstoffe enthaltenden Hohlraum (1) entwickeln und daß die Mittel (9a, 9b, 15) zum Einführen von Brennstoff oder Verbrennungsmittelträger unterschiedlich und in Längsrichtung längs des Hohlraums (1) unter Abstand angeordnet sind, um eine gestufte Verbrennung in dieser Brennkammer (12) zu realisieren.

2. Ofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er im übrigen einen Ausgang für die Pyrolysegase, zugeordnet zu einer Leitung (8, 33, 37) umfaßt, die dazu bestimmt ist, einen Teil dieser Pyrolyseabströme gegen die Brennstoffeinführungsmittel (9b) zum Einführen von Brennstoff in diese Brennkammer (12) zu leiten.

3. Ofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (37) zum Abziehen der Pyrolysegase ein Mittel (31) zur Injektion von Absorptionsmittel und ein Mittel (34) zum Trennen zwischen den Gasen und den in dieser Leitung zirkulierenden Feststoffen umfaßt.

4. Ofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (31) zur Injektion von Absorptionsmittel mit Mitteln (32) wie Venturirohre zusammenwirken, welche nicht-konstante Querschnitte haben, um die Strömungsgeschwindigkeit der Fluide, die sie durchsetzen sowie die Stärke des besonderen Gasgemisches zu erhöhen.

5. Drehofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er im übrigen Mittel (17, 18, 19, 30) umfaßt, die dazu bestimmt sind, im Innern der Brennkammer (12) einen Druck im wesentlichen gleich dem atmosphärischen Druck aufrechtzuerhalten.

6. Ofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Aufrechterhaltung des Drucks, insbesondere ein Mittel (17) zur Extraktion der Rauchgase, ein Regelventil (19) für den gesteuerten Durchsatz durch einen Druckgeber (30), der im Innern dieser Brennkammer (12) angeordnet ist, umfassen.

7. Ofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der sich drehende Hohlraum (1) mit einem ersten festen Mittel (3) zusammenwirkt, über welches die Abfallstoffe eingeführt sind und mit einem zweiten festen Mittel zusammenwirkt, in welchem die einmal behandelten Abfallstoffe abgeschüttet werden.

8. Ofen nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß diese Leitung (8, 37) zum Abziehen der Pyrolysegase aus dem Drehofen (1) in ein festes Ende (2) dieses Drehofens mündet.

9. Verfahren zur thermischen Behandlung von Abfallstoffen, eine Pyrolyse der Abfallstoffe in einem im wesentlichen zylindrischen Hohlraum (1) umfassend, wobei der Hohlraum sich um seine Längsachse dreht, unter Erwärmen des Hohlraums durch Mittel (9a, 9b, 15) in einer diesen Hohlraum (1) umschließenden Brennkammer (12), dadurch gekennzeichnet, daß die Injektion von Brennstoff sowie die Injektion von Verbrennungsträgermittel in die Brennkammer (12) je tangential zur Innenwand dieser Brennkammer (12) realisiert werden, derart daß die Flamme(n), die sie erzeugen, sich spiralförmig um den die Abfallstoffe enthaltenden Hohlraum (1) entwickeln und daß man eine gestufte Verbrennung in dieser Verbrennungskammer (12) dank unterschiedlicher Einführungen und in Längsrichtung unter Abstand von Brennstoff und Verbrennungsträgermittel realisiert.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es im übrigen eine Stufe der Entchlorierung der aus dem Hohlraum (1) kommenden Pyrolysegase umfaßt.

Claims

1. A furnace designed for the thermal treatment and in particular pyrolysis of waste, comprising a substantially cylindrical cavity (1) for the waste to be treated, rotating about its longitudinal axis; a combustion chamber (12) arranged around said cavity and means (9a, 9b, 15) for introducing combustible and fuel, characterised in that the means (9a, 9b, 15) for introducing combustible and fuel are arranged at a tangent to the wall of said combustion chamber (12) so that the flame or flames which they create build up in a helical pattern around said cavity (1) containing the waste and the means (9a, 9b, 15) for introducing combustible or fuel are separate and spaced longitudinally along the cavity (1) in order to produce a staggered combustion inside the combustion chamber (12).

2. A furnace as claimed in claim 1, characterised in that it also has an outlet for the pyrolysis gases connected to a line (8, 33, 37) provided as a means of feeding some of said pyrolysis effluents to the means (9b) for introducing combustible into said combustion chamber (12).

3. A furnace as claimed in claim 2, characterised in that the line (37) for discharging the pyrolysis gases has a means (31) for injecting absorbent and a means (34) for separating the gases and solids circulating in said line.

4. A furnace as claimed in claim 3, characterised in that the means (31) for injecting absorbent cooperate with means (32) such as venturis having non-constant sections in order to increase the flow speed of the fluids passing through them and the intensity with which the specific gas is mixed.

5. A rotating furnace as claimed in any one of the preceding claims, characterised in that it also has means (17, 18, 19, 30) designed to maintain a pressure substantially equal to atmospheric pressure inside the combustion chamber (12).

6. A furnace as claimed in claim 5, characterised in that said pressure-maintaining means have in particular a means (17) for extracting the combustion fumes and a valve (19) for regulating the flow rate controlled by a pressure sensor (30) positioned inside said combustion chamber (12).

7. A furnace as claimed in any one of the preceding claims, characterised in that the rotating cavity (1) co-operates with a first fixed means (3) through which the waste is introduced and with a second fixed means (2) into which the waste is dropped once treated.

8. A furnace as claimed in any one of claims 2 to 7, characterised in that said line (8, 37) for discharging the pyrolysis gases outside the rotating furnace (1) opens into a fixed end (2) of said furnace (1).

9. A method of thermally treating waste including pyrolysis of the waste in a substantially cylindrical cavity (1) which rotates about its longitudinal axis, the cavity being heated by means (9a, 9b, 15) inside a combustion chamber (12) surrounding said cavity (1), characterised in that the combustible is injected and the fuel is injected into the combustion chamber (12) respectively at a tangent to the internal wall of said combustion chamber (12) so that the flame or flames which they create build up in a helical pattern around the cavity (1) containing the waste and in that combustion inside said combustion chamber (12) is staggered due to the fact that the combustible and fuel are introduced separately and in a longitudinally spaced arrangement.

10. A method as claimed in claim 9, characterised in that it also includes a step during which the pyrolysis gases leaving the cavity (1) are dechlorinated.

Dessins