DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour traiter à chaud, de manière écologique, des déchets hospitaliers et autres déchets contenant du combustible.

L'élimination des déchets doit assurer une incinération totale du combustible à haute température, les résidus incombustibles et les fumées devant être exempts de germes, de composés dangereux et d'odeurs. Actuellement, la majeure partie des déchets hospitaliers est incinérée avec les ordures ménagères en des usines d'incinération. Ce procédé a 1'inconvénient de présenter un grand risque de contamination pendant le transport des déchets contaminés dangereux, ou bien d'entraîner des coûts élevés de désinfection avant le transport.

L'incinération de tels déchets directement sur le lieu de leur collecte (dans les cliniques, les hôpitaux etc..) pourrait réduire significativement le coût et le risque de contamination liés au transport. Cependant les petits dispositifs (fours) pour incinérer les déchets sont habituellement perfectibles et ne satisfont pas aux exigences en matière de propreté des fumées, de fiabilité, et de commodité d'utilisation. Ils polluent l'environnement en particulier lors de l'allumage et de l'extinction, ainsi que lorsque l'on recharge des déchets dans le four, en raison de l'importante formation de gaz causée par l'inflammation des déchets et la combustion. Le fonctionnement de tels incinérateurs peut être interrompu par des variations dans la composition et les propriétés des déchets

(humidité, teneur en cendres, etc...), ce qui conduit à un accroissement des rejets nocifs.

Le FR-A-2 649 782 décrit un procédé pour incinérer des déchets solides hospitaliers, ménagers et

industriels, qui est destiné à exclure la pollution de l'environnement, et dans lequel des étapes d'allumage, pyrolyse, combustion et refroidissement sont assurées en séquence sous pilotage continu. La surcharge entraînée par l'introduction d'une nouvelle fournée de déchets dans le four est empêchée en pilotant l'alimentation d'air et le fonctionnement de brûleurs en fonction de la pression dans le four et des températures dans le four et dans une chambre de post- combustion. Ce procédé a pour principaux inconvénients de consommer beaucoup d'énergie, de nécessiter une installation complexe, ainsi qu'un combustible additionnel (gaz combustible) pour entretenir la pyrolyse et la combustion. Le EP-A-0 251 269 décrit un procédé et un réacteur pour assurer la gazéification de combustibles solides suivie par la combustion des produits gazeux, mettant en oeuvre un générateur de gaz pour la gazéification de combustibles solides tels que le bois, le charbon, le combustible en briquettes, les déchets ménagers, etc..., suivi par un brûleur pour la combustion des produits gazeux directement après la gazéification dans le four. Pour améliorer le rendement thermique de la combustion des combustibles précités, l'air primaire injecté dans la zone de gazéification et l'air secondaire fourni au brûleur sont réchauffés par la chaleur dégagée par la gazéification. Le chauffage de l'air est assuré en faisant passer l'air primaire et 1'air secondaire à travers des passages ménagés dans une paroi multiple de la chambre de gazéification.

Ce principe exclut les surcharges lorsque l'on utilise des combustibles tels que le charbon ou les briquettes, car de nouvelles quantités de combustibles sont fournies à la zone de gazéification de manière continue à mesure que les quantités précédentes sont consommées. Cependant, lorsque le matériau à traiter consiste en des déchets, il n'alimente pas

régulièrement la zone de gazéification car, en raison de leur faible densité, les déchets chargés dans la chambre de gazéification peuvent adhérer aux parois de la chambre. Autre cause possible de surcharge du brûleur, les goudrons se dégageant de la zone de gazéification risquent de se condenser sur les déchets plus froids descendant vers elle et d'agglomérer ainsi les déchets. La condensation des goudrons a aussi pour conséquence de dégrader la friabilité des déchets et leur perméabilité aux gaz.

Le procédé selon le EP-A-0 251 269 a en outre pour inconvénient de transférer de la chaleur provenant de la zone de gazéification car il peut en résulter une extinction de la combustion d'un combustible à faible pouvoir calorifique, par exemple humide. Ceci entraîne des contraintes en ce qui concerne la composition du combustible.

Le but de la présente invention est de proposer un traitement écologique par la chaleur, plus particulièrement une gazéification en vue d'une incinération, de déchets hospitaliers et autres déchets solides contenant des combustibles, assurant un fonc ionnement fiable indépendamment de l'expérience du personnel et pour un large éventail de compositions, de pouvoirs calorifiques, et d'hygrométrie des déchets, ce procédé devant plus particulièrement éviter dans une large mesure l'agglomération des déchets dans la chambre de gazéification en amont de la zone de gazéification. Selon l'invention, le procédé pour traiter à chaud des déchets solides contenant des combustibles, tels que des déchets hospitaliers, comprenant les étapes selon lesquelles :

- on charge les déchets dans une chambre de gazéification ,*

- on établit une zone de gazéification dans la chambre de gazéification en introduisant un agent

de gazéification contenant de l'oxygène dans la zone de gazéification de sorte que les déchets se déplacent dans la chambre ^' de gazéification en succession vers la zone de gazéification pour y être successivement gazéifiés,

- on retire des produits gazeux de gazéification de la zone de gazéification, est caractérisé en ce que l'on introduit l'agent de gazéification dans la chambre de gazéification d'une manière répartie, en le divisant en au moins une première et une seconde partie ; la première partie étant injectée dans la chambre de gazéification pour traverser les déchets se déplaçant vers la zone de gazéification conjointement avec le déplacement des déchets dans la chambre, et la seconde partie de

1'agent de gazéification étant envoyée à travers la zone de gazéification seulement.

Selon un second aspect de l'invention, le dispositif pour mettre en oeuvre le procédé, comprenant une chambre de gazéification adaptée à recevoir des déchets solides contenant du combustible tels que des déchets hospitaliers, des moyens d'admission pour introduire un agent de gazéification dans la chambre de gazéification et des moyens de sortie pour soutirer des produits gazeux de gazéification de la chambre de gazéification, est caractérisé en ce que les moyens d'admission pour introduire un agent de gazéification sont des moyens pour fournir l'agent de gazéification de manière répartie dans la chambre de gazéification, agencés par rapport aux moyens de sortie pour les produits gazeux de façon qu'un flux dudit agent de gazéification soit divisé en au moins une première et seconde partie, la première partie de l'agent de gazéification passant successivement à travers les déchets se déplaçant dans la chambre de gazéification vers la zone de gazéification, et la seconde partie passant à travers la zone de gazéification seulement.

Grâce à l'invention, la chambre de gazéification est subdivisée en une zone de séchage et une zone de gazéification. Un agent de gazéification, tel que de l'air, est introduit dans la chambre de gazéification d'une manière répartie, de sorte qu'une première partie entre dans la chambre de gazéification nettement en amont de la zone de gazéification, et y établit une zone de séchage. La première partie de l'agent de gazéification s'écoule successivement à travers les zones de séchage et de gazéification conjointement avec le déplacement des déchets le long de la chambre. Une seconde partie de l'agent de gazéification traverse seulement la zone de gazéification, dans laquelle les produits solides incombustibles tels que les cendres, les crasses etc.. se déposent. Les déchets traversent la chambre et alimentent la zone de gazéification à mesure qu'ils sont consommés par le procédé. Les produits gazeux sont de préférence envoyés à une chambre de post-combustion à travers des orifices dans une paroi séparant les chambres de gazéification et de post-combustion. Dans la chambre de post-combustion, ils sont complètement oxydés en présence d'un excès d'air secondaire. Les fumées sont évacuées de la chambre de post-combustion. L'écoulement de l'agent de gazéification à travers la zone de séchage en concordance avec le déplacement des déchets à travers la chambre favorise ledit déplacement, entraîne vers la zone de gazéification les vapeurs acqueuses et autres composants volatiles qui se dégagent dans la zone de séchage, et empêche les goudrons produits par la gazéification de refouler vers la zone de séchage et de s'y condenser. Une telle condensation pourrait entraîner l'agglomération des déchets en train d'être traités, et nuire à leur porosité et leur friabilité. Ceci pourrait compromettre l'acheminement des déchets, et même de l'agent de gazéification, dans la zone de gazéification.

Le procédé peut utiliser de l'air comme agent de gazéification. Cependant, lorsque l'on traite des déchets secs à haut pouvoir calorifique, on peut également injecter de la vapeur dans l'agent de gazéification de manière à réduire la température dans la zone de gazéification.

Le procédé selon l'invention est particulièrement efficace pour être mis en oeuvre dans des incinérateurs de petite taille et à grande fiabilité pour traiter thermiquement des déchets directement sur le lieu de leur production, par exemple dans un hôpital.

Pour réduire le risque de contamination par des germes ou des produits chimiques dangereux présents dans les déchets, on peut charger les déchets directement dans des récipients jetables (à condition que ceux-ci soient inflammables, par exemple les sacs usuels en polyéthylène) , ces récipients étant eux aussi incinérés en même temps que les déchets.

Le déplacement des déchets vers la zone de gazéification peut être favorisé par un dessin et une taille correspondants de la chambre de gazéification, par exemple en la réalisant évasée vers le bas. On peut également activer le mouvement par une sorte d'agitateur. Le volume de la chambre de post-combustion est choisi de manière qu'en fonctionnement à la capacité nominale de l'incinérateur, la rétention des fumées dans la chambre excède la durée standard exigée, et sous une température et une concentration en oxygène excédant les valeurs standards prescrites. Ces durée et valeurs standards sont celles déterminées comme garantissant l'élimination des polluants organiques.

Le procédé peut être initié par une impulsion thermique appliquée aux déchets dans la zone de gazéification et/ou dans le flux d'agent de gazéification au moyen d'une source de chaleur additionnelle, par exemple un chauffage électrique dont

on interrompt le fonctionnement lorsque le processus de gazéification s'est établi de manière stable. On pilote la gazéification et la combustion en régulant la consommation d'agent de gazéification et d'air secondaire et en redistribuant l'agent de gazéification et l'air secondaire entre les orifices d'admission correspondants, en fonction des températures dans la zone de gazéification et dans la chambre de post¬ combustion. On maintient les températures dans la plage dont la limite inférieure est définie par la nécessité d'empêcher le dégagement de composés organiques, en particulier de dioxynes, en concentration dangereuse. La limite de température supérieure peut être définie par la résistance thermique des matériaux constituant l'incinérateur. Lorsque la température dans la zone de gazéification tend à dépasser la limite supérieure prescrite, on réduit le débit d'alimentation de l'agent de gazéification. Si la température dans la chambre de post-combustion dépasse la limite supérieure, on augmente le débit d'alimentation de l'air secondaire. Si les déchets ont un faible pouvoir calorifique, on peut maintenir la source de chaleur additionnelle en fonctionnement en régulant sa puissance, même après initiation du processus de gazéification, de façon à maintenir la température au-dessus de la limite inférieure.

Les pilotages décrits ci-dessus peuvent être assurés automatiquement. A cette fin, l'incinérateur peut être muni d'un dispositif de pilotage comprenant des sondes pour les mesures de températures dans les chambres de gazéification et de post-combustion, et des moyens pour commander les débits d'alimentation correspondants et la répartition de l'agent de gazéification et de l'air secondaire sur les différents moyens d'admission des chambres de l'incinérateur en fonction de ces températures. Cependant, pour des déchets particuliers dont on sait qu'ils restent dans

certaines limites de composition et de propriétés, un tel pilotage peut résulter d'un réglage en usine, par simple montage de conduits de gaz correspondants, ayant des 'sections transversales corrélées. Pour étendre la possibilité d'appliquer le procédé à des déchets variés, on peut préchauffer l'air secondaire alimentant la chambre de post-combustion au moyen de la chaleur récupérée dans les fumées générées dans la chambre de post-combustion. La récupération de chaleur peut être réalisée au moyen d'un échangeur de chaleur monté soit directement dans la chambre de post- combustion ou en aval de celle-ci dans le trajet d'écoulement des fumées. Un tel préchauffage de l'air secondaire permet d'incinérer des déchets qui dégagent des gaz à faible pouvoir calorifique pendant la gazéification.

Le traitement de déchets contenant des additifs dangereux, par exemple du chlore ou du soufre, peut être suivi en outre par une étape d'épuration des fumées de la chambre de post-combustion et/ou des gaz de pyrolyse soutirés de la chambre de gazéification, pour en extraire les gaz nocifs au moyen de techniques connues, par exemple en faisant passer les produits gazeux à travers une ou plusieurs couches de calcaire ou autres matériaux absorbant et neutralisant ces polluants. Si l'étape d'épuration concerne les gas de pyrolyse, on fait par exemple passer ceux-ci par un conduit contenant lesdits matériaux et reliant la chambre de gazéification à la chambre de post- combustion.

Pour réduire les risques de pollution de l'air par des particules, la chambre de pos -combustion peut-être subdivisée en volumes séparés reliés en série de façon que les fumées les traversent successivement tous, l'un de ces volumes est de préférence agencé en cyclone, le conduit menant à ce volume étant agencé pour y assurer

un écoulement circulaire des gaz. Un tel cyclone débarrasse les gaz des particules de poussière.

Avant d'éteindre l'incinérateur, lorsque sa chambre de gazéification est sensiblement vide de déchets à l'exception de la partie de cette chambre où se trouve la zone de gazéification, une alimentation en agent de gazéification est répartie de manière que les surfaces internes de la chambre de gazéification soient traitées thermiquement dans un but de désinfection. Pour cela, la chambre de gazéification est munie d'une entrée pour de l'agent de gazéification chaud. Le chauffage d'un tel agent de gazéification peut être assuré dans le même échangeur de chaleur que celui préchauffant l'air secondaire. Pour assurer un tirage régulier, l'incinérateur peut être muni, en plus d'une cheminée pour les fumées se dégageant de la chambre de combustion, d'un dispositif d'assistance au tirage, par exemple un ventilateur extracteur ou un éjecteur. On maintient ainsi une légère pression négative dans les chambres de gazéification et de post-combustion, ce qui évitera les fuites de gaz à partir de celles-ci.

D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description ci-après, relative à des exemples non-limitatifs. Aux dessins annexés : la figure 1 est un schéma en élévation d'un incinérateur selon l'invention ,* et

- la figure 2 est un schéma analogue à la figure 1, mais à échelle légèrement réduite et relatif à une variante, avec un détail II vu de dessus.

L'incinérateur de la figure 1 comprend une chambre de gazéification 1 allongée verticalement ayant une ouverture supérieure qui est normalement fermée par un couvercle 21. Lorsque le couvercle est ouvert, on peut introduire dans la chambre de gazéification 1 des

déchets 22, tels que des déchets hospitaliers dans des récipients jetables en plastique.

Le bas de la chambre de gazéification est défini par une grille 8 à travers laquelle la chambre de gazéification 1 est en communication de fluide avec une chambre de post-combustion 7, laquelle est à son tour en communication de fluide avec l'extérieur à travers une cheminée 23 pour les fumées.

La chambre de gazéification est munie de deux orifices d'admission 4, 5 pour un agent de gazéification, à savoir de l'air dans l'exemple. Un premier orifice 4 est relativement éloigné de la grille 8, alors qu'un second orifice 5 est plus proche de la grille 8. Le flux d'agent de gazéification dans la chambre de gazéification est ainsi divisé en une première partie 24, allant de l'orifice d'admission 4 à la grille 8, et une seconde partie 25 allant du second orifice d'admission 5 à la grille 8.

Un chauffage électrique 11 est monté dans la chambre de post-combustion 7 juste en-dessous de la grille 8.

On va maintenant expliquer le processus de gazéification. Les déchets 22 étant chargés dans la chambre de gazéification 1, on fait fonctionner le chauffage 11 pour amorcer le chauffage de la partie inférieure des déchets 22, et on introduit l'agent de gazéification à travers les orifices d'admission 4 et 5. Ceci amorce la gazéification de la partie inférieure des déchets, à la suite de quoi le chauffage 11 peut être mis à l'arrêt. A mesure que les parties successivement inférieures des déchets sont gazéifiées, les autres parties se déplacent successivement par gravité vers la grille 8. Il s'établit ainsi une zone de gazéification 3 sensiblement stable dans la chambre de gazéification contre la grille 8, et le second orifice d'admission 5 pour l'agent de gazéification est ainsi positionné que la seconde partie 25 de l'agent de

gazéification ne s'écoule qu'à travers la zone de gazéification 3. Au contraire l'entrée 4 est positionnée de façon que la première partie 24 de l'agent de gazéification pénètre dans la chambre de gazéification bien au-dessus de la zone de gazéification 3, ce qui établit une zone de séchage 2 dans laquelle les composants volatiles, y compris l'eau, se dégageant des déchets, sont captés par le premier flux d'agent de gazéification et entraînés avec lui dans la zone de gazéification 3.

Les produits gazeux de gazéification 6 se dégageant de la zone de gazéification 3 s'écoulent à travers la grille 8 dans la chambre de post-combustion 7. Un orifice d'admission 9 est prévu dans la chambre de post-combustion 7 au voisinage de la grille 8 pour injecter dans la chambre de post-combustion 7 un gaz oxydant secondaire, tel que de l'air, de manière à brûler les produits gazeux de gazéification dans la chambre de post-combustion. Lorsqu'une session d'incinération commence, le chauffage 11 sert non seulement à amorcer la gazéification mais également à amorcer la combustion des produits gazeux de gazéification 6. L'air secondaire est introduit en quantité plus que stoechiométrique de manière que les fumées 10 dans la chambre de post-combustion 7 contiennent de l'oxygène excédentaire en proportion correspondant aux standards pour la décontamination des gaz. Pour une meilleure incinération des produits gazeux de gazéification, l'air secondaire, avant d'être introduit dans la chambre de post-combustion 7 à travers l'orifice d'admission 9, est chauffé à travers un échangeur de chaleur 15 monté dans la chambre de post-combustion 7 au voisinage de sa sortie. Dans l'échangeur 15, l'air secondaire récupère de la chaleur des fumées de la chambre de post-combustion 7.

La chambre de gazéification 1 est en outre munie d'un orifice d'admission supplémentaire 16 pour

introduire de l'agent de gazéification chaud 17 en un point éloigné de la grille 8, au voisinage du couvercle 21.

L'orifice 16 est alimenté en agent de gazéification sous la forme d'air chaud disponible à la sortie de l'échangeur de chaleur 15, comme l'air secondaire alimentant l'orifice d'admission 9.

Tous les orifices d'admission de gaz 4, 5, 9, 16 sont équipés de moyens de réglage de débit 14 reliés à un dispositif de pilotage automatique 12 qui pilote également le fonctionnement du chauffage 11, et qui est relié à des sondes de température 13, une dans la chambre de gazéification 1 et l'autre dans la chambre de post-combustion 7. Le moyen de commande de débit 14 de l'orifice d'admission supplémentaire 16 est commandé pour fournir de l'agent de gazéification chaud à travers l'orifice 16 lorsque la chambre de gazéification est presque vide car une fournée de déchets a été presque complètement gazéifiée, de manière à désinfecter par la chaleur les surfaces internes de la chambre de gazéification. Mais comme la chambre de gazéification n'est pas encore totalement vide, des produits gazeux continuent de se dégager de la zone de gazéification et d'être brûlés dans la chambre de post-combustion, de sorte que 1'échangeur de chaleur 15 demeure capable de produire de l'agent de gazéification chaud pour l'orifice 16.

Un dispositif d'assistance au tirage 18, sous la forme d'un éjecteur, est monté à la sortie de la chambre de post-combustion 7 pour produire de manière certaine une dépression dans la totalité de l'incinérateur, ce qui évite les risques de fuite de gaz nocif en provenance de l'incinérateur.

Un filtre 37, constitué par exemple d'une ou plusieurs couches de particules de calcaire est également monté dans la sortie de la chambre de post- combustion 7.

Dans l'exemple de la figure 2, qui ne sera décrit que pour ses différences avec celui de la figure 1, la chambre de post-combustion 7 est subdivisée en deux volumes 41, 42, que les fumées 10 traversent successivement avant de quitter la chambre 7. Le volume aval 42 est agencé en cyclone à axe vertical de façon à dépoussiérer les fumées. Le conduit de gaz 43 par lequel le volume amont 41 adjacent à la grille 8 communique avec le volume aval 42 à une ouverture de sortie dirigée dans le sens circonferentiel du volume 42 pour engendrer l'effet cyclone. Le conduit 43 débouche au sommet du volume 42. Un conduit de sortie 44 permettant aux fumées de sortir du volume 42 a une ouverture voisine de la base du volume 42' et s'étend axialement vers le haut à travers le volume 42. Ainsi, la surface extérieure du conduit 44 sert de guide de rotation pour les fumées 10 dans le volume 42 autour du conduit 44. L'échangeur de chaleur 15 est placé en aval du volume 42, entre celui-ci et l'éjecteur 18. Un filtre tel que 37 (figure 1) n'a pas été représenté à la figure 2 mais pourrait également être prévu.

Un échantillon de déchets, imitant la composition des déchets hospitaliers (d'après l'analyse des déchets de l'hôpital CHERNOGOLOVKA, dans la région de Moscou, Russie) constitué de :

- textile 24% en poids

- papier 28%

- carton 12%

- polyéthylène 9% - caoutchouc 2%

- feuille d'aluminium 2%

- verre 7%, et

- eau 16% a été chargé dans la chambre de gazéification d'un incinérateur de laboratoire réalisé sous la forme d'un cylindre vertical subdivisé par une grille métallique en une chambre de gazéification supérieure et une

chambre de post-combustion inférieure. L'échangeur de chaleur pour l'air secondaire a été placé dans la partie inférieure de la chambre de post-combustion. Un chauffage électrique a été placé dans la partie supérieure de la chambre de post-combustion, sous la grille, pour amorcer le processus de gazéification dans la chambre de gazéification et enflammer les produits gazeux qui s'en dégageaient. Il y avait également un orifice d'admission pour introduire de l'air secondaire.

Dans la partie inférieure de la chambre de gazéification il y avait au-dessus de la grille un orifice d'admission pour introduire un agent de gazéification (l'air primaire) dans la zone de gazéification, et il y avait dans la partie supérieure de la même chambre un second orifice d'admission pour introduire 1 ' air primaire dans la chambre de gazéification en vue du séchage forcé des déchets.

La masse et la densité du mélange chargé étaient de 1,65 kg et 190 kg/m ³ , respectivement. Après avoir appliqué 1 ' impulsion thermique au moyen du chauffage pour l'amorçage, on a envoyé l'air primaire dans la chambre de gazéification et 1 'air secondaire dans la chambre de post-combustion. Avec des débits de 1,5 1/seconde pour l'alimentation de l'air primaire et 0,75 1/seconde pour l'alimentation de l'air secondaire, le temps de traitement a été de 30 mn. Les températures dans la zone de gazéification et dans la chambre de post-combustion étaient d'environ 700 à 800°C et respectivement 900 à 1000°C ; la température des fumées à la sortie de la chambre de pos -combustion (derrière 1 ' échangeur de chaleur) était inférieure à 170°C. Les rejets de la chambre de post-combustion ne contenaient aucune poussière visible et n'avaient pas d'odeur. Le poids des résidus incombustibles constitués de verre fondu, de feuille et de cendre était de 0,21 kg.

Le rapport moyen de consommation d'air à travers les deux orifices d'admission de l'air primaire dans la chambre de gazéification était de 2 : 1, la plus forte consommation d'agent de gazéification correspondant pendant la majeure partie du procédé à la consommation à travers l'orifice d'admission dans la zone de gazéification. Mais au stade final du procédé, ce rapport a été inversé pour assurer la désinfection de la chambre. Ainsi, dans cet incinérateur de laboratoire, les orifices d'admission 4 et 16 de la figure 1 étaient en fait un seul et même orifice.