La présente invention concerne un dispositif d’alimentation en continu d’un système de traitement par pyrolyse de matières plastiques, en vue de leur transformation en carburant et notamment en gasoil.

On connaît de nombreux dispositifs assurant le traitement des matières plastiques par pyrolyse, mais ces dispositifs présentent l’inconvénient d’être d’une mise en oeuvre complexe et de présenter des rendements relativement peu élevés.

On connaît par ailleurs, par la demande FR 3095450 au nom de l’Association EARTH WAKE, un système de traitement des matières plastiques dans lequel ces dernières subissent une dégradation par pyrolyse et, suivant les conditions particulières de ce traitement, ce procédé permet d’atteindre des rendements jusqu’à présent inégalés puisque, à partir par exemple de 100 Kg de déchets de polyéthylène il permet de produire 70 Kg de gasoil, 15 Kg d’essence et une quantité de méthane suffisante pour fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement de ce système.

On comprend qu’il est intéressant de faire fonctionner un tel système de manière continue.

Une première difficulté provient du fait qu’une alimentation en continu doit impérativement se faire sans aucune admission d’air dans le réacteur du système en fonctionnement, sous peine de risquer l’explosion de ce dernier.

Une seconde difficulté provient de ce qu’il est impératif par ailleurs que les vapeurs ne puissent sortir du réacteur, sous peine de risquer leur inflammation.

La présente invention a pour but de fournir un moyen permettant d’assurer un fonctionnement en continu de ce type de dispositif d’alimentation, sans aucune admission d’air dans le réacteur ni aucune sortie de vapeurs de ce dernier.

La présente invention a ainsi pour objet un dispositif d’alimentation en éléments de matières plastiques fondues d’un réacteur d’un système de production de carburant par pyrolyse de ces matières plastiques mettant en oeuvre une colonne à distiller, ce dispositif étant parcouru par un fluide caloporteur, ce fluide étant constitué par les wax fournies par la colonne à distiller.

On entendra par wax dans le présent texte le produit formant la fraction lourde de fond de colonne à distiller.

Selon diverses mises en oeuvre, le cas échéant combinées : le dispositif d’alimentation comporte un ensemble de deux tubes métalliques coaxiaux, à savoir un tube externe et un tube interne qui forment entre eux un volume de circulation obturé à ses deux extrémités, le dispositif d’alimentation comporte un tube central et coaxial qui est disposé à l’intérieur du tube interne, les éléments de matières plastiques sont admis à une extrémité, dite extrémité proximale, et circulent dans le volume compris entre le tube interne et le tube central pour sortir par l’extrémité opposée, dite extrémité distale, l’extrémité proximale du volume de circulation est en communication avec l’extrémité distale du volume interne du tube central par un conduit au moins en partie externe, l’extrémité proximale du volume interne du tube central est en communication avec l’extérieur par un conduit de sortie, le dispositif d’alimentation comporte un conduit d’admission des wax en communication avec l’extrémité distale du volume de circulation.

Dans un mode de mise en oeuvre de l’invention, le susdit conduit de sortie s’étend en partie à l’intérieur du tube central.

Dans un mode de mise en oeuvre de l’invention, le conduit de mise en communication de l’extrémité proximale du volume de circulation avec l’extrémité distale du volume interne du tube central traverse le tube central, sensiblement en son milieu, ainsi que les tubes externe et interne pour s’étendre axialement dans ce dernier vers son extrémité distale et s’interrompre à une faible distance d’un fond de celui-ci.

Dans un autre mode de mise en oeuvre, le conduit de mise en communication de l’extrémité proximale du volume de circulation avec l’extrémité distale du volume interne du tube central traverse, sensiblement à son extrémité distale, les tubes externe et interne pour déboucher dans le fond, ou extrémité distale, du tube central.

Dans certaines mises en oeuvre, le dispositif d’alimentation comprend une vis axiale de convoyage, dont l’extrémité proximale est alimentée en matières plastiques broyées, et qui est entraînée en rotation par un moteur équipé de moyens de gestion de sa vitesse de rotation, et qui alimente en matières plastiques broyées le volume compris entre le tube interne et le tube central.

Selon diverses mises en oeuvre, le diamètre du tube externe est compris entre 80 mm et 200 mm et est préférentiellement voisin de 170 mm.

Selon diverses mises en oeuvre, le diamètre du tube interne est compris entre 50 mm et 160 mm et est préférentiellement voisin de 140 mm.

Selon diverses mises en oeuvre, le diamètre du tube central est compris entre 20 mm et 100 mm et est préférentiellement voisin de 60 mm.

Avantageusement, la surface d’échange entre les parois véhiculant le fluide caloporteur et les matières plastiques à fondre est comprise entre 0,4 m ² et 1 ,5 m ² et est préférentiellement voisine de 1 m ² .

Avantageusement, une spire hélicoïdale est disposée sur toute la hauteur de l’espace annulaire compris entre le tube externe et le tube interne, cette spire étant jointive avec la surface externe desdits tubes.

Dans un mode de mise en oeuvre, l’extrémité distale du dispositif d’alimentation est pourvue d’une vanne.

La présente invention a également pour objet un système de production de carburant par pyrolyse à partir de matières plastiques broyées, comportant une colonne à distiller associée à un réacteur et un dispositif d’alimentation dudit réacteur en lesdites matières plastiques broyées, comportant des moyens de fusion de ces dernières ainsi que décrit précédemment, lesdits moyens de fusion comportant un circuit véhiculant un fluide caloporteur constitué par des wax récupérées en sortie de l’étage inférieur de la colonne à distiller.

Avantageusement, ce système de production de carburant comporte des moyens de chargement du dispositif d’alimentation comprenant des moyens de broyage des matières plastiques et des moyens de soufflage dans ledit dispositif d’alimentation des matières plastiques broyées.

On décrira ci-après, à titre d’exemple non limitatif, des formes d’exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel :

- la figure 1 est une vue de principe schématique d’une installation de production de carburant par pyrolyse des matières plastiques comportant un dispositif d’alimentation suivant l’invention,

- la figure 2 est une vue en coupe verticale et diamétrale d’un premier mode de mise en oeuvre du dispositif d’alimentation suivant l’invention,

- la figure 3 est une vue de principe schématique de l’installation suivant la figure 1 , complétée par des moyens de broyage des matières plastiques,

- la figure 4 est une vue en coupe verticale et diamétrale d’un deuxième mode de mise en oeuvre du dispositif d’alimentation suivant l’invention,

- la figure 5 est une vue en coupe verticale et diamétrale d’un troisième mode de mise en oeuvre du dispositif d’alimentation suivant l’invention,

- la figure 6 est une vue en perspective du dispositif d’alimentation représenté sur la figure 5.

On a représenté sur la figure 1 un schéma de principe d’un dispositif d’alimentation 1 suivant l’invention, dans le contexte de son utilisation essentielle, à savoir l’alimentation continue en matières plastiques fondues sans apport d’oxygène d’un réacteur 3 appartenant à un système assurant la transformation par pyrolyse desdites matières plastiques en carburants, et notamment en gasoil.

Sur ce schéma, le dispositif d’alimentation 1 est disposé à proximité d’un réacteur 3 à qui il délivre des matières plastiques broyées à l’état fondu, ce réacteur 3 étant chauffé à sa partie inférieure par une rampe à gaz 4 qui est en mesure de porter sa température interne à une valeur nécessaire pour assurer la pyrolyse des matières plastiques introduites, notamment de l’ordre de 450°C. Ce réacteur 3 assure le fonctionnement d’une colonne à distiller 5, de laquelle on récupère les distillais sous forme de gasoil, d’essence et de méthane. La base de la colonne à distiller 5 est réunie à la base du dispositif d’alimentation 1 par un conduit d’admission 7 qui récupère les « wax » produites en cours de distillation dans la colonne 5 et qui sont habituellement renvoyées dans cette dernière après avoir été refroidies, cette disposition étant expliquée ci-après. Par ailleurs, un second conduit 9 récupère le reflux des wax en bas de la colonne 5, pour les renvoyer dans le réacteur 3.

Le dispositif d’alimentation 1 reçoit à sa partie supérieure, dans une trémie 10, des matières plastiques sous forme broyée ou concassée et les délivre à sa partie inférieure au réacteur 3 après avoir été chauffées, de façon qu’elles soient admises dans le réacteur 3 sous une forme fondue pâteuse, cette alimentation du réacteur 3 se faisant sous l’effet de leur simple poids.

Ainsi que représenté sur la figure 2, le dispositif d’alimentation 1 comprend plusieurs tubes verticaux concentriques. Tout d’abord, une paire de tubes proches l’un de l’autre, à savoir un tube externe 1 1 d’un diamètre D de l’ordre de 170 mm et un tube interne 12 d’un diamètre d de l’ordre de 140 mm. Ces deux tubes 11 , 12 sont fermés à leur partie supérieure et se terminent à leur partie inférieure par un double convergent 13, d’une conicité de l’ordre de 40%, qui est également fermé à sa base, si bien que le volume compris entre les tubes externe 1 1 et interne 12 forme un volume de circulation V, permettant d’assurer le passage d’un liquide caloporteur ainsi qu’exposé ci-après.

Les deux tubes 1 1 , 12 se terminent à leur partie supérieure par une bride 14 qui permet de les raccorder à un dispositif fournisseur de copeaux de matières plastiques, notamment la trémie 10, ainsi qu’exposé ci-après, et les deux tubes 1 1 , 12 se terminent à leur partie inférieure par une bride 16, qui permet de raccorder la sortie du dispositif d’alimentation 1 au réacteur 3.

Le volume compris entre les deux tubes 1 1 , 12 qui forment le double convergent 13 est en communication avec un conduit horizontal 18 pourvu d’une bride de raccordement 20 qui permet de le raccorder, via le conduit 7, à la sortie des wax de la colonne à distiller 5. On comprend qu’ainsi les wax pénètrent, en tant que fluide caloporteur, dans le volume de circulation V compris entre les tubes externe 1 1 et interne 12.

Le dispositif d’alimentation 1 comporte également un tube axial 22 qui s’étend sur toute la longueur des deux tubes 1 1 , 12, soit de la bride supérieure 14 jusqu’à une distance proche de la sortie inférieure, sensiblement jusqu’à mi-hauteur du double convergent 13, le tube axial 22 se terminant par un convergent 23 et étant fermé à sa partie supérieure par un obturateur 24 et à sa partie inférieure par un fond 25.

De façon à permettre un passage du fluide caloporteur à l’intérieur du volume de circulation V défini par les deux tubes 1 1 , 12, la partie supérieure dudit volume de circulation V se raccorde à un conduit 26 externe au dispositif d’alimentation 1 , et de plus petit diamètre que le tube 22. Ce conduit 26 descend sensiblement jusqu’à mi- hauteur dudit tube 22, puis traverse celui-ci ainsi que les deux tubes 1 1 , 12 pour s’étendre axialement vers le bas à l’intérieur du tube 22, jusqu’à proximité de son fond 25.

Par ailleurs, un autre conduit axial 28 d’un même diamètre que le conduit 26 prend naissance à la partie supérieure du tube 22, descend à l’intérieur de celui-ci et ressort horizontalement du dispositif d’alimentation 1 , sensiblement au milieu de celui-ci, après avoir traversé le tube 22 et les deux tubes 1 1 , 12. Ce conduit de sortie 28 se termine par une bride 30 qui permet de le raccorder par un conduit 32 à la colonne à distiller 5, avec interposition d’un échangeur 8 permettant de compléter éventuellement le refroidissement des wax.

Dans le mode de mise en oeuvre présentement décrit, la fourniture en copeaux de matières plastiques au dispositif d’alimentation 1 est assurée, ainsi que représenté de façon schématique sur la figure 3, par un broyeur 34 dans lequel on introduit les éléments de matière plastique à traiter, tels que par exemple des bouteilles, qui est associé à un dispositif de propulsion, tel que par exemple un ventilateur 36, qui propulse les copeaux de matières plastiques, via une tubulure 38, dans la trémie 10 dont la sortie est en communication avec l’entrée du dispositif d’alimentation 1 via sa bride de raccordement 14. Un évent 40 est prévu, pour décharger en pression le système en cas de surpression générée par le ventilateur 36.

Dans ces conditions, le fonctionnement du dispositif d’alimentation 1 s’établit ainsi que décrit ci-après.

Les copeaux de matières plastiques sont admis par l’extrémité dite proximale du dispositif via la trémie 10, dans l’espace de section droite annulaire compris entre le tube interne 12 et le tube axial 22 où ils sont chauffés à la fois sur la surface interne du tube interne 12 et sur la surface externe du tube axial 22. Ces deux surfaces constituent ainsi les surfaces d’échange du dispositif d’alimentation 1 , ainsi qu’expliqué ci-après. Les matières plastiques sont fondues au cours de la traversée du dispositif 1 et sortent de celui-ci par son extrémité dite distale, soit par le double convergent 13, à partir duquel elles sont délivrées au réacteur 3.

Les wax en provenance de la colonne à distiller 5, qui constituent le fluide caloporteur, sont introduites par le conduit 18 et circulent dans le volume de circulation V compris entre les parois des tubes externe 1 1 et interne 12, pour sortir au sommet de ce volume V par le conduit 26 à partir duquel elles sont dirigées par ce dernier à l’intérieur du premier tube axial 22, pour sortir du conduit 26 et remonter dans le tube axial 22 jusqu’au sommet de ce dernier où elles pénètrent dans le second conduit axial 28 et ressortir du dispositif d’alimentation 1 au niveau de la bride 30, pour regagner la colonne à distiller 5 après avoir traversé l’échangeur 8 destiné à les refroidir à une température préférentiellement comprise entre 220°C et 300°C et notamment de l’ordre de 270° C . Le circuit parcouru par les wax à l’intérieur du dispositif d’alimentation 1 est figuré sur la figure 2 par des flèches en trait continu, alors que le trajet parcouru par les matières plastiques est figuré par des flèches en traits gras pointillés.

L’utilisation des wax en tant que fluide caloporteur est particulièrement intéressante du point de vue de l’économie d’énergie car, d’une part, on utilise ainsi un fluide caloporteur que l’on n’a pas besoin de chauffer, puisqu’il sort de la colonne à distiller 5 à une température suffisante pour fondre les matières plastiques et, d’autre part les wax utilisées qui devraient de toutes façons être refroidies avant de retourner dans la colonne à distiller 5 se trouvent refroidies ici, au moins en partie, en raison de la quantité de chaleur qu’elles ont cédé pour assurer le chauffage et la fusion des matières plastiques.

Il a été constaté par la déposante qu’en utilisant les wax en tant que fluide caloporteur et en dotant le dispositif d’alimentation 1 d’une surface d’échange de 1 m ² , celui-ci était en mesure de fournir au réacteur 3 une quantité de matières plastiques à l’état fondu de l’ordre de 40 Kg par heure.

Dans un mode de mise en oeuvre, l’espace annulaire compris entre le tube externe 1 1 et le tube interne 12 reçoit une spire hélicoïdale, non représentée sur le dessin, qui s'étend du haut en bas de cet espace et qui relie les surfaces en regard de ces deux tubes 11 , 12. Cette spire permet de contraindre le fluide caloporteur à emprunter un chemin hélicoïdal, ce qui a pour effet d’améliorer les échanges thermiques entre le fluide caloporteur et la paroi interne 12 et le tube axial 22 avec lesquels il est en contact et qui assurent le chauffage des matières plastiques.

Cette spire hélicoïdale sera fixée sur la paroi interne du tube externe 1 1 et la paroi externe du tube interne 12 notamment par des moyens de soudage. La section droite de cette spire pourra être circulaire ou, préférentiellement rectangulaire.

Par ailleurs, afin d’éviter les déperditions calorifiques entre le tube externe 1 1 et l’extérieur du dispositif d’alimentation 1 , la paroi externe du tube externe 1 1 ainsi que le conduit extérieur 13 peuvent avantageusement être calorifugés. Pour des raisons de clarté du dessin, ce calorifugeage n’est pas représenté sur les figures.

Ainsi que représenté sur les figures 1 et 3, la sortie de la matière plastique fondue qui est introduite dans le réacteur 3 peut être fermée en sa partie distale par une vanne 21 , ce qui permet, lors de l’arrêt du système, de conserver l’étanchéité du réacteur 3 en empêchant l’entrée d’air dans celui-ci et en empêchant également la sortie des vapeurs de ce réacteur 3.

La présente invention est particulièrement intéressante en ce qu’elle permet de délivrer la matière plastique fondue au réacteur 3 d’un ensemble de transformation des matières plastiques en carburant tel que représenté de façon schématique sur la figure 1 , sans d’une part qu’il y ait apport d’oxygène dans le réacteur 3, risquant de provoquer son explosion, et sans d’autre part qu’il y ait une sortie des vapeurs de ce même réacteur 3, qui risqueraient de s’enflammer au contact de l’air ambiant.

En effet, si l’on considère le trajet des matières plastiques de l’extrémité proximale du dispositif d’alimentation 1 (soit le haut de celui-ci dans le présent exemple) vers l’extrémité distale de celui-ci (soit le bas dans le présent exemple), on constate qu’au niveau de la trémie 10 les matières plastiques se trouvent à l’état de copeaux, donc dans un état où de l’air est admis entre ces derniers et que, progressivement lorsque l’on descend dans celle-ci, ces matières plastiques quittent leur état rigide pour passer progressivement à l’état fondu. Dans ces conditions, on comprend que lorsque ces matières plastiques passent à l’état fondu, les bulles d’air restantes vont se trouver expulsées vers le haut du mélange puis vers l’extérieur du dispositif d’alimentation.

Le présent mode de mise en oeuvre est de plus intéressant en ce que les conduits 18 et 28 par lesquels les wax entrent et sortent respectivement du dispositif en traversant le trajet emprunté par les matières plastiques sont respectivement éloignés de l’entrée et de la sortie du dispositif, ce qui permet d’éviter la formation de bouchons obstructeurs à ces niveaux.

On a représenté sur la figure 4 un deuxième exemple de mise en oeuvre d’un dispositif d’alimentation en continu suivant l’invention.

Dans cet exemple, les éléments assurant la même fonction que dans le premier exemple ont conservé les mêmes références numériques, avec en ajout un indice a.

Comme le précédent, ce dispositif d’alimentation 1 a est à fonctionnement vertical et comprend deux tubes coaxiaux 1 1 a, 12a, se terminant à leur base par un double convergent 13a et qui sont fermés à leur partie supérieure et à leur partie inférieure de façon à former un volume de circulation Va. Ce volume de circulation Va est en communication avec un conduit 18a, par lequel sont admises les wax assurant le chauffage du dispositif. Il comprend également un tube interne axial 22a, qui s’étend sensiblement sur toute la longueur des deux tubes 1 1 a, 12a, soit de l’extrémité proximale du dispositif vers son extrémité distale, et qui est fermé à sa partie supérieure.

Ce tube 22a s’ouvre à sa base sur un conduit 26a, qui traverse horizontalement les deux tubes 11 a, 12a pour s’étendre à l’extérieur du dispositif jusqu’à la partie supérieure ou proximale, de celui-ci où il débouche dans le volume de circulation Va.

Ainsi que dans l’exemple précédent, les matières plastiques sont admises à la partie supérieure ou proximale du dispositif, dans la trémie 10a, et descendent par gravité dans l’espace de section droite annulaire compris entre les deux tubes 22a, 12a.

Les wax de chauffage qui sont admises par le conduit 18a pénètrent dans le volume de circulation Va et remontent dans ce dernier pour en sortir au sommet par le conduit 26a, et se diriger dans celui-ci vers la base du tube axial 22a dans lequel elles remontent pour en sortir par le conduit 28a et retourner à la colonne à distiller par le conduit 32.

Dans ce mode de mise en oeuvre, on comprend que les matières plastiques sont ici soumises à un gradient de chauffage allant en croissant du haut vers le bas. Un tel mode de mise en oeuvre est intéressant en ce qu’il est d’une construction plus aisée et plus rapide. On a représenté sur les figures 5 et 6 un troisième mode de mise en oeuvre de la présente invention, dans lequel l’alimentation des matières plastiques broyées ne se fait plus de façon gravitaire.

Dans cet exemple, les éléments assurant la même fonction que dans les exemples précédents ont conservé les mêmes références numériques, avec en ajout un indice b.

Le dispositif 1 b d’axe longitudinal horizontal comprend deux tubes coaxiaux 1 1 b, 12b se terminant par un double convergent 13b, et formant entre eux un volume de circulation Vb.

Le dispositif 1 b comporte également un tube axial 22b, fermé à ses deux extrémités, qui s’étend sensiblement du milieu du convergent 13b jusqu’à la moitié environ de la longueur des deux tubes 1 1 b, 12b.

Le dispositif 1 b comporte également un conduit 26b et un conduit 28b, qui sont disposés fonctionnellement ainsi que les conduits respectifs 26, 28 du premier exemple.

Ainsi que mentionné précédemment, dans ce mode de mise en oeuvre, l’alimentation en copeaux de matières plastiques ne se fait pas de façon gravitaire, mais de façon mécanique. Pour ce faire, la bride 14b disposée à l’entrée des deux tubes 1 1 b, 12b se raccorde à une bride 44 d’un corps tubulaire 46 contenant une vis de convoyage sans fin 48, disposée sur un axe 50 qui est entraîné en rotation par un moteur 52 dont la vitesse de rotation est contrôlée par des moyens d’asservissement 54. L’entrée des matières plastiques dans le corps 46 se fait à l’extrémité proximale du dispositif, par une trémie 10b, et leur sortie se fait à son extrémité distale par le convergent 13b.

Ce dispositif 1 b, ainsi d’ailleurs que celui décrit en regard de la figure 4, peut comporter dans l’espace de section droite annulaire compris entre sa paroi externe 1 1 b et sa paroi interne 12b une spire hélicoïdale, permettant de favoriser les échanges thermiques.

Un tel mode de mise en oeuvre est intéressant en ce qu’il permet de prendre en compte la qualité des matières plastiques qu’il admet. Ainsi, en fonction de la dureté de ces dernières, le dispositif permet de régler et contrôler la vitesse avec laquelle elles se déplacent à l’intérieur de celui-ci, en réglant la vitesse de rotation de la vis de convoyage 48 à l’aide des moyens d’asservissement 54. Ainsi, pour des matières plastiques résistantes, on réglera une vitesse de rotation plus faible que pour des matières plastiques peu résistantes.

Par ailleurs, dans ce mode de mise en oeuvre, le dispositif d’alimentation est plus facilement logeable lorsque son lieu d’implantation est limité dans le sens de la hauteur, ce qui est notamment le cas lorsque l’on souhaite par exemple le disposer dans un container.