Unité de traitement de CDD avec la technologie de la Pyrolyse

CDD = Combustible Dérivé de DéchetsPyrolyse = Procédé chimique et physique de transformation moléculaire provoqué par un apport d’énergie thermique et mécanique dans un environnement sans oxygène

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Technologies pour le traitement de CDD actuellement disponibles

Technologies à Combustion Directe:

Incinérateurs avec différentes typologies de chambres de combustion et de combustibles pour assurer la combustion du CDD avec des températures supérieures aux températures de formation de la dioxine et avec des filtres à lixiviat plus ou moins sophistiqués

Technologies à Combustion Indirecte:

Réacteurs où sont effectués des procédés thermochimiques qui transforment le CDD en d’autres substances gazeuses, liquides ou solides. La combustion s’effectue sur ces nouvelles substances. Les technologies se basent sur les principes de la gazéification, de la pyrolyse et de la torche à plasma

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Concept théoriqueSi les molécules complexes qui composent la

biomasse, CDD y compris, sont réchauffées et agitées, elles se trouvent dans des conditions d’instabilité.

Si des atomes d’oxygène sont présents, ceux-ci arrachent des atomes de ces molécules, et émettent de l’énergie: Procédé de Combustion

En absence d’oxygène, les grandes molécules se cassent successivement en molécules plus petites, jusqu’à arriver à des molécules plus élémentaires comme les molécules des éléments primaires (C, H, O, N) ou de gaz légers (CH4, CO, CO2, H2O): Procédé de Pyrolyse

Dans la pyrolyse, nous avons aussi une émission d’énergie inférieure à celle de la combustion, mais suffisante pour maintenir le procédé en fonctionnement. Le procédé s’effectue dans un environnement fermé et imperméable à l’extérieur dans lequel ne rentre que la biomasse.

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Application technologique

L’unité que nous vous proposons applique ce concept en insérant la biomasse à l’intérieur d’un réacteur étanche et en remélangeant le matériau, au moyen de vis transporteuses, dans un environnement sous pression à une température comprise entre 500º et 600º.

La rupture des molécules est poussée pour obtenir un produit final gazeux et un solide.

La vitesse des vis transporteuses (donc le temps de permanence), la pression et la température sont les variables de procédé contrôlées pour obtenir le résultat désiré.

Une série de capteurs en mesure de travailler dans un environnement similaire transmettent des informations pour contrôler le procédé aussi bien en mode automatique que manuel.

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Résultat du procédé pyrolytique

Un ensemble définit techniquement comme gaz de synthèse se forme dans le réacteur, il est composé d’un mélange de méthane, d’hydrogène, de vapeur d’eau, d’anhydride de carbone, de monoxyde de carbone, d’hydrocarbures gazeux et d’un résidu de petites parties solides composé de plus de 80% de carbone et pour le reste composé d’atomes de métaux et d’autres substances lourdes.

Les substances gazeuses sont filtrées en séparant les combustibles des matériaux inertes et sont envoyées à la chambre de combustion pour produire de la vapeur, à partir de laquelle sera produite l’énergie électrique et thermique.

A la fin du procédé, les substances solides sont extraites du réacteur et immédiatement placées au contact de l’oxygène de l’air. La poussière de carbone incandescente s’enflamme à plus de 1.100º en dissolvant les autres substances, mais avant que la réaction de combustion ne puisse se produire, on fait tomber le mélange incandescent dans une cuve de refroidissement, où le composé se vitrifie (phénomène analogue à la lave volcanique lorsqu’elle rentre en contact avec la mer). Ce composé est pratiquement une roche comme le basalte.

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Qu’ont-ils en commun ?

En termes de traction, de force motrice, que peuvent avoir en commun un canot à rames, un bateau à voiles et un yacht à moteur ? Absolument rien, et pourtant tous flottent et naviguent!

Exactement comme il est erroné d’assimiler la pyrolyse, la gazéification et la thermovalorisation; pourtant toutes ces technologies éliminent des déchets (ou leurs dérivés comme le CDD) et produisent de l’énergie!

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Pyrolyse et gazéification (1)

Premièrement, pour ne pas confondre:

La gazéification est un procédé similaire, même s’il n’est pas égal à la pyrolyse et est utilisé pour extraire de l’énergie à partir de la biomasse, c’est-à-dire à partir d’une source d’énergie renouvelable.

La regazéification est le procédé avec lequel le gaz, appartenant aux combustibles fossiles et donc, source d’énergie non renouvelable, est ramené à l’état gazeux (pour le transporter, il est amené à l’état liquide).

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Pyrolyse et gazéification (2)

La différence fondamentale entre la pyrolyse et la gazéification est l’apport d’oxygène (ou vapeur d’eau).

La pyrolyse s’effectue en l’absence totale d’oxygène.

La gazéification prévoit un apport d’oxygène mesuré et contrôlé.

Qu’est-ce que cela signifie?

Dans la pyrolyse, les atomes de C se combinent uniquement avec les quelques atomes de H et de O présents dans les formules du matériau émis dans le réacteur pyrolytique. Cela signifie que la plus grande partie du C présent ne réussit pas à se lier pour former un gaz combustible et par conséquent, il est capturé et inerté avec comme conséquence, une efficacité énergétique basse face à une efficacité environnementale très élevée.

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Pyrolyse et gazéification (3)

Dans la gazéification, on introduit O. Cela signifie que tous les atomes de C parviennent à se lier pour former un gaz combustible avec, comme conséquence, une plus petite efficacité environnementale face à une plus grande efficacité énergétique.

L’aspect fondamental est le calcul exact de l’O à apporter, calcul basé sur la formule chimique du matériau introduit; seulement lors du moindre changement de matériau en entrée, la composition du gaz obtenu change inévitablement, en rendant le procédé de gazéification très difficile à gérer.

C’est comme un peintre qui crée une couleur: en partant d’un blanc de lait et en ajoutant un rouge à 20%, on obtient un beau rose; mais si on part d’un blanc crème et si on ajoute le même rouge à 20%, on n’obtient plus ce même rose; et si on partait d’un gris…

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Comparaison entre le procédé de

pyrolyse et l’incinération (1)

TECHNOLOGIE DE PYROLYSE  Impact environnemental minimum et fiabilité d’exercice

élevée.   L'opération d’épuration du courant gazeux est

extrêmement simple car le flux de gaz de pyrolyse, produit dans un environnement réducteur et non encore sujet à combustion, est caractérisé par des molécules structurellement simples et est absolument exempt de ces composés organiques chlorurés qui, par exemple, peuvent faire fonction de précurseurs à la formation de dioxine.

La distillation en absence d’air transforme les halogènes et le soufre, principaux responsables de la macropollution, en des composés acides hydrogénés qui sont facilement abattus et éloignés du courant gazeux avant sa combustion.

Le cycle thermodynamique de la pyrolyse évite, à tout endroit de l’unité, la présence simultanée de ces conditions qui amènent à la formation de dioxines et de furannes.

La possibilité de traiter le courant gazeux avant sa combustion, dans une quantité relativement limitée car non encore diluée par l’air comburant, facilite remarquablement l’enlèvement de composés indésirables et rend l’opération économique.

La pyrolyse des déchets produit une quantité de gaz environ 10 fois inférieure à celle qui est produite avec les technologies habituelles de combustion directe.  

Le procédé de pyrolyse, de par sa nature endothermique, est réalisé dans des conditions réductrices à des températures relativement basses, proches de 500° C. Ceci facilite le contrôle de la température et de tout le procédé, réduit de manière drastique la quantité d’effluents gazeux produits et évite la formation de produits toxiques indésirables.  

TECHNOLOGIE D’INCINERATION   Compatibilité environnementale douteuse, notamment

par rapport aux émissions de micropolluants et plus petite fiabilité par rapport aux caractéristiques inhomogènes du déchet.  

Les complications aussi bien au niveau conception qu’au niveau gestion, qui surgissent parce que l’on travaille avec un flux de matériau inhomogène dans des conditions thermodynamiques difficilement contrôlables, comme les températures élevées, l’environnement oxydant et la présence de vapeur d’eau, rendent le contrôle de la formation de composés organiques halogénés ardu et créent des doutes sur la fiabilité du système vis-à-vis des micropolluants organiques et chlorurés.

Dans ces conditions, il est difficile de contraster les phénomènes de formation de dioxine et de furannes, composés qui sont ensuite difficiles à enlever des fumées à cause du volume des gaz élevé produit par la combustion.  

Le traitement des effluents gazeux en aval de la combustion, et donc sur un flux important du point de vue de la quantité, rend le procédé d’épuration des fumées très coûteux.

Pour obtenir une meilleure combustion des déchets, on travaille en effet avec un excès d’air égal à 1,5 - 2,5 fois la quantité strictement nécessaire.  

Les procédés d’incinération sont des procédés exothermiques oxydatifs, caractérisés par des températures supérieures à 1.000° C. Le réglage de la température du procédé de combustion est difficile à gérer car il est principalement influencé par la variation du débit des déchets en alimentation (inertie du système élevée).  

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Comparaison entre le procédé de pyrolyse et l’incinération (2)

TECHNOLOGIE DE PYROLYSE  Aucune production de déchets liquides nécessitant

ensuite d’une section d’épuration et d’un traitement des eaux, avec les bénéfices économiques et environnementaux évidents.

La basse température à laquelle s’effectue le procédé de pyrolyse et la quasi absence de turbulences élevées à l’intérieur du réacteur réduisent remarquablement l’entraînement de poussières et de particules dans le gaz de pyrolyse.  

Vu que le procédé de pyrolyse a comme produit principal un combustible de forme gazeuse constitué par le gaz de pyrolyse, la gestion du procédé de combustion qui s’ensuivra est aisée avec une récupération énergétique.  

La technologie de la pyrolyse constitue un système d’élimination presque universel, qui peut être appliqué à une vaste gamme de biomasse, déchets y compris.  

Au niveau résidu solide, le procédé de pyrolyse produit uniquement des déchets vitrifiés qui sont totalement inertes en ce qui concerne la libération d’éléments toxiques dans l’environnement et qui, par conséquent, peuvent être utilisés comme couche de fondation; rien ne va donc à la décharge à partir du CDD introduit.

Les poussières provenant du procédé d’épuration des fumées de combustion, au lieu d’être libérées dans l’atmosphère, sont ramenées dans l’unité et sont vitrifiées.

TECHNOLOGIE D’INCINERATION Nécessité d’une section importante pour le traitement

des déchets liquides, avec tous les problèmes économiques et environnementaux qui y sont liés.  

A cause du mouvement des déchets sur la grille et des débits d’air importants nécessaires à la combustion, on a une présence remarquable de poussières et de particules dans les fumées avec les coûts d’enlèvements s’y rapportant avant l’émission dans l’atmosphère.  

La combustion directe d’un produit hétérogène comme le déchet, avec une formation de produits variés caractérisés par des molécules complexes et par une présence de matériaux imbrûlés, fait que la gestion du procédé de combustion est difficile.  

Les fours d’incinération à grille peuvent être sensibles aux variations de pouvoir calorifique du matériau; notamment, les déchets caractérisés par un pouvoir calorifique élevé (pneus usés) peuvent abîmer les grilles.  

Les unités d’incinération produisent une quantité de déchets élevée, jusqu’à 30% du déchet introduit, c’est pourquoi l’élimination devient ensuite un problème (nécessité de décharges).

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Pour ou contre le procédé de pyrolyse pour le traitement de CDD et des déchets en général.

Contre Faible rendement énergétique. A partir

de la même quantité de déchets, la combustion directe produit plus d’énergie électrique et fait en sorte qu’il y a plus d’énergie thermique disponible pour des buts externes

Il s’agit d’une technologie sophistiquée et nouvelle; elle a beaucoup d’unités similaires en fonctionnement dans le monde, mais les développements technologiques introduits sont innovants et l’unité que nous vous proposons n’a pas de concurrence ailleurs (à l’exception d’une à Lecce qui entrera en fonction en septembre et une improductive – utilisée uniquement pour l’étude du système – qui a fonctionné à Collesalvetti, en Toscane, pendant plusieurs années)

Pour Ne produit pas de déchets nocifs Emmagasine du CO2 Produit une fraction infinitésimale de

poussières et de nanopoussières Ne produit pas de cendres N’émet pas d’odeurs ou de bruits,

comme sauf l’équivalent d’une petite unité industrielle normale

Les dimensions optimales de chaque réacteur sont réduites et l’unité peut être montée dans n’importe quel hangar industriel

Permet d’obtenir une génération d’électricité sur le territoire, sans concentration d’impacts environnementaux élevés.

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Emmagasinement de CO2

La vitrification finale a une double valence: Il bloque les atomes des éléments lourds plus polluants en les

inertant Il englobe un très grand nombre d’atomes de carbone qui deviennent

ainsi incombustibles. Chacun de ces atomes, s’il n’était pas renfermé dans ce bloc vitrifié, suivrait le cycle normal du carbone et finirait par former une molécule de CO2.

En général, les technologies qui produisent de l’énergie sans augmenter l’effet de serre sont considérées positives, comme les biocombustibles et le biogaz, mais dans ce cas, nous faisons mieux, dans le sens que nous empêchons la formation de gaz à effet de serre qui, sinon, se réaliserait avec les atomes de C que nous bloquons.

Lorsque l’origine des C n’est pas fossile, dans la pratique, nous extrayons du CO2 de l’atmosphère, avec un bilan écologique total franchement plus que positif

Lorsque l’origine est fossile, nous réduisons l’impact en empêchant à certaines parties des atomes de C de former un nouveau CO2.

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Dimensions

L’unité pyrolytique dont nous sommes en train de vous parler a une petite taille, au point de permettre certaines conditions:

Petites dimensions: un hangar de 1.500/2.000 m2 plus une plateforme pour les machines de 300 m2 avec une hauteur de conduit de cheminée d’environ 12 m

Répartition sur le territoire, avec des conséquences sur les transports des déchets et sur les politiques d’information, implication et responsabilisation des citoyens

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Produzione

L’unité est à cycle continu et travaille pendant 7.500 heures par an

Elle élimine 3,25 t par heure de CDD, égal à 24.375 t par an

Elle produit 3 MWh, égal à 22.500 MW par an

Production

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Gaz pyrolytique et biogazélément biogaz gaz pyrolytique

Bioxyde de carbone CO2 47,00 41,70

Monoxyde de carbone CO 0,10 22,80

Méthane CH4 47,50 12,20

Hydrogène H2 0,10 9,90

Autres hydrocarbures 0,30 9,10

Sous total 95,00 95,70Autres 4,30

Azote 3,69

Oxygène 0,80

Hydrogène sulfuré 0,01

Composés traces 0,50

Total 100 100

élément biogaz gaz pyrolytique

Acide fluorhydrique HF 0,40 0,10

Monoxyde de Carbone CO 377,00 10,00

Acide chlorydrique HCl 1,40 7,00

Poussières 0,50 3,00

Oxydes d'azote NOx 159,20 140,00

Composés organiques 0,90 5,00

Le premier tableau montre la composition des deux gaz à partir de laquelle on peut constater qu’ils sont égaux, même s’ils présentent des pourcentages de poids différents entre les divers composants, à 95-96%

Le deuxième tableau (en nm3 est pour un débit annuel de 15.000 nm3) montre la composition des fumées des deux gaz après leur combustion (analyse en complément du total de CO2) à partir de laquelle on peut constater que le gaz pyrolytique est totalement en-dessous des valeurs admises contrairement à ce qui arrive pour le CO dans les fumées du biogaz