Pyrolyse par plasma des pneumatiques usagés et des produits en caoutchouc

L'un des grands défis des sociétés modernes tient à la production croissante de déchets solides issus des activités humaines, devenue une préoccupation environnementale majeure. L'élimination des pneus usagés – pneus d'automobiles et de poids lourds, de bicyclettes, de motocycles, d'engins agricoles – et des autres produits à base de polyisoprène en représente une part importante, puisque l'on estime à 1,3 milliard le nombre de pneumatiques qui arrivent chaque année en fin de vie dans le monde.

Chez Plasma Power, nous entendons mettre en œuvre les techniques les plus économiques et les plus avancées pour concevoir et fabriquer l'installation, de manière à satisfaire simultanément les exigences économiques et environnementales. La valorisation thermique s'impose par ailleurs comme une solution possible pour retraiter d'énormes quantités de ces matériaux. Les trois grandes technologies de valorisation thermique sont la pyrolyse, la gazéification et la combustion.

• 01Pyrolyse : dégradation thermique en l'absence d'oxygène.
• 02Combustion : dégradation thermique en présence d'oxygène.
• 03Gazéification : dégradation thermique en présence d'un agent de gazéification (flux de vapeur d'eau, air, etc.).

La gazéification est un procédé thermique (T > 750 °C) qui permet de convertir des matières carbonées – déchets organiques ou biomasse – en monoxyde de carbone et en hydrogène, en présence d'une quantité contrôlée d'oxygène ou de vapeur d'eau. Le mélange gazeux obtenu, également appelé gaz de synthèse ou syngas, convient à l'alimentation de turbines à gaz ou de piles à combustible.

La pyrolyse compte parmi les technologies de valorisation importantes. Des connaissances considérables ont été accumulées depuis des décennies sur la pyrolyse comme voie de conversion des matières organiques résiduelles (boues huileuses : résidus de fond de réservoir de carburant, résidus de carburant accumulés sur le filtre, résidus issus de l'épuration des huiles de graissage, déchets huileux, matières organiques des déchets ménagers : huiles, savons, pneumatiques, plastiques, textiles, pour ne citer qu'eux) en produits utiles. La pyrolyse des pneumatiques consiste à dégrader thermiquement le caoutchouc du pneu à une température de 300 °C-900 °C, sous atmosphère inerte. La pyrolyse des pneus usagés suscite un intérêt croissant, car les conditions opératoires peuvent être optimisées pour produire une huile à haute valeur énergétique, un gaz et un charbon de pyrolyse résiduel, en plus de la carcasse métallique du pneu. L'acier est réintroduit dans la filière sidérurgique. Les trois autres produits sont valorisés comme énergie (combustible) et/ou comme ressources chimiques.

Au cours de la pyrolyse, la matière organique volatile des pneumatiques se décompose en produits de faible masse moléculaire, liquides ou gazeux. Les composants minéraux et le noir de carbone non volatil subsistent sous forme d'un résidu solide relativement inaltéré, qui peut donc être recyclé dans des applications valorisantes.

La pyrolyse convient tout particulièrement aux déchets complexes, qui associent de nombreux plastiques différents à d'autres matériaux (terre, textiles, verre, etc.), comme les résidus de broyage automobile (ASR) : elle ne nécessite aucune étape de nettoyage préalable et le produit solide peut être valorisé en métallurgie et pour l'activation du noir de carbone.

Unité de gazéification par plasma – pneumatiques usagés et caoutchouc, élimination et traitement des déchets, craquage, pyrolyse, énergie, production d'hydrogène, EEA, EPA

Le plasma est considéré par beaucoup comme le quatrième état de la matière, après les états solide, liquide et gazeux, plus familiers. L'apport d'une énergie suffisante à un gaz le transforme en plasma. Autrement dit, le plasma est un gaz ionisé résultant, par exemple, d'une décharge électrique. La pyrolyse par plasma thermique peut se décrire comme la mise en réaction d'un solide carboné avec des quantités limitées d'oxygène à haute température (10 000 °C > T > 5 000 °C). L'objectif est de produire un gaz combustible dont le pouvoir calorifique se situe entre 4 et 9 MJ/Nm³ ainsi que des produits solides carbonés, à l'exclusion de tout produit liquide. Dans la zone de plasma, très réactive, on trouve une forte proportion d'électrons, d'ions et de molécules excitées, accompagnée d'un rayonnement de haute énergie. Lorsque les matières carbonées sont injectées dans le plasma, celui-ci les chauffe très rapidement. La matière volatile est libérée puis craquée, ce qui donne naissance à de l'hydrogène et à des hydrocarbures légers tels que le méthane et l'acétylène. La haute température, conjuguée à la vitesse de chauffe élevée du plasma, entraîne la destruction des déchets organiques ; il se forme en conséquence un gaz et un résidu solide dont les propriétés varient selon les caractéristiques de la charge et les conditions opératoires. La quantité de gaz produit peut atteindre 70-80 % de la charge, là où, à titre de comparaison, le produit gazeux issu de la pyrolyse conventionnelle des pneus usagés ne représente que 10-20 % en pyrolyse lente et 30-50 % en pyrolyse rapide. Le pouvoir calorifique du gaz produit se situe en conséquence entre 4 et 9 MJ/Nm³.

Il peut donc être utilisé directement comme combustible dans diverses applications énergétiques : combustion directe en chaudière, en turbine à gaz ou en moteur à gaz. Les pouvoirs calorifiques des charbons de pyrolyse obtenus par pyrolyse par plasma sont généralement comparables à ceux du lignite et du coke ; ils peuvent donc être employés directement comme combustible solide.

Les réacteurs à plasma thermique exigent des apports d'énergie importants pour atteindre leurs températures de traitement élevées. Leur exploitation s'en trouve coûteuse. Chez Plasma Power, nous concevons et optimisons le procédé de manière que le contenu énergétique des produits de pyrolyse soit exploité et recyclé. Le traitement par pyrolyse par plasma devient de ce fait autosuffisant sur le plan énergétique, ce qui réduit sensiblement le coût d'exploitation. La pyrolyse par plasma présente les avantages suivants :

• 01Apport efficace d'énergie thermique, qui accélère simultanément les transformations physiques et chimiques de la matière résiduelle.
• 02Obtention aisée de températures de traitement élevées et efficaces dans des réacteurs très compacts, à fort débit de traitement et à réponse rapide.
• 03Les propriétés des produits de la pyrolyse par plasma se prêtent à la production d'énergie.
• 04Procédé non polluant, capable de détruire les substances nocives pour la santé humaine, dont les produits sont en outre prévisibles, inoffensifs et acceptables pour la santé publique et l'environnement.

L'action thermique exercée sur les pneumatiques dans le réacteur de pyrolyse (pyrolyse par plasma ou pyrolyse par plasma d'arc) produit un gaz hydrocarboné, ensuite condensé en carburants liquides de synthèse, ainsi qu'un résidu minéral sous forme de laitier. Le laitier sert de charge aux unités de gazéification par plasma, tandis que les carburants liquides de synthèse peuvent être valorisés commercialement dans la production de coupes essence et gazole. Les câblés métalliques sont séparés au stade de la préparation ou évacués par le circuit de sortie du résidu minéral, puis vendus comme matière première.

La pyrolyse à haute température (par plasma) est la méthode d'élimination complète et sûre des déchets dangereux : médicaments périmés, pesticides interdits, pièces plastiques, déchets anatomiques, conteneurs, etc. Les réacteurs plasmachimiques de Plasma Power constituent l'élément principal de toute unité de gazéification ; ils sont conçus, optimisés et fabriqués en fonction de la composition des matières et des applications propres à chaque client, avec un assemblage et une configuration différents pour :

• 01Déchets médicaux
• 02Déchets biologiques
• 03Gazéification des déchets ménagers et assimilés
• 04Destruction des déchets liquides de peintures et vernis : solvants organiques, peintures, vernis, adhésifs, mastics et résines
• 05Déchets de conditionnement des eaux issus du traitement et de la valorisation des eaux usées, et déchets liquides des stations d'épuration
• 06Destruction de composants d'armes chimiques et biologiques
• 07Notre technologie de plasma à décharge d'arc est un outil efficace pour de nombreux types d'applications, dont le traitement des déchets dangereux

L'intérêt porté à la technologie plasma pour les procédés de neutralisation des substances nocives est considérable. Nous pouvons l'employer pour conduire des réactions chimiques en milieu plasma (pyrolyse du méthane, production d'oxyde de titane, réduction de corps purs à partir de leurs oxydes et chlorures : uranium, titane, germanium, tantale, etc.), pour la production plasmachimique d'oxydes d'uranium destinés aux centrales nucléaires, pour l'hydropyrolyse du tétrafluorure de silicium SiF4 et la production, à partir de celui-ci, de fluorure d'hydrogène HF et d'oxyde de silicium ultradispersé Si02, ou encore pour la production de dioxyde de titane Ti02 à partir du chlorure de titane TiCl4, etc.