Les procédés de traitement thermique des déchets Gérard ANTONINI Université de Technologie de Compiègne (U.T.C) Tel. 03.44.23.44.28 Fax : 03.44.23.19.80 SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 1
Pyrolyse-Gazéification-Combustion 0 endothermique Défaut d air (réducteur) exothermique Excès d air 1 (oxydant) Apport d air Pyrolyse pyrogazéification Gazéification stœchiométrie Combustion / Incinération Gaz pyrolyse CO, H 2, CH 4 (CO 2, N 2 ) + Coke (char) Gaz +/ - riche CO, H 2, CH 4 (CO 2, N 2 ) Combustion O 2 enrichi Combustion étagée Faible excès CO 2 + H 2 O + N 2 Combustion avec excés d air SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 2
Principe de fonctionnement d une unité d incinération de déchets Fumées Déchet solide Déchet liquide Agent d abattage Cheminée Chambre primaire Chambre Secondaire Récupération Chaleur Traitement de fumées Déchet liquide Extracteur Air primaire Mâchefers Air secondaire Vapeur Refiom ou Refidi Turbine à vapeur Machine frigorifique Electricité Réseau de chaleur Production de froid Co-génération Tri-génération SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 3
Principaux types de dispositifs de traitement thermique incinératif Four à grille Four à grille Four tournant Four à lit fluidisé Four à lit fluidisé circulant SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 4
Pyrolyse Atmosphère réductrice Réaction endothermique 350 C < T < 600 C ΔH > 0 C, H, O, N, MM, H 2 O (C, MM*) + CO, H 2, CH 4, C n H m, N 2, H 2 O *MM : Matières Minérales Coke m S Gaz incondensables : (CO, H 2, CH 4, CO 2, N 2 ) Condensables : (huile, aromatique, goudrons, H 2 O) m G SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 5
Orientation des réactions de pyrolyse (C, H, O, N, MM, H 2 O) (C, MM*) + CO, H 2, CH 4, C n H m, N 2, H 2 O *MM : Matière Minérale m S m G T élevée (500 600 C) - Temps de séjour faible - Vitesse de chauffe élevée T basse (350 400 C) - Temps de séjour élevé - Vitesse de chauffe lente m G m S m G m S SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 6
Produits de pyrolyse pour 1 tonne de biomasse (sur sec) 1 tonne MS T haute 500 C T basse 350 C Gaz de pyrolyse dont : huile (aromatiques, Hydrocarbures Lourds) Gaz H 2, CO, CO 2 840 kg 730 110 570 kg 190 380 Coke de pyrolyse 160 kg 430 kg SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 7
Schéma Pyrolyse basse T, long Temps de séjour Ex. : Procédé Thide (Unité d ARRAS) Déchets Pyrolyse Gaz pyrolyse Combustion Basse T Coke Air Fumées? SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 8
Schéma de principe du procédé Thide Chambre de postcombustion Air de combustion Gaz de pyrolyse Entrée Déchets Vers valorisation énergétique et traitement de fumées Tambour rotatif Séparateur Double enveloppe Sortie résidus SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 9
Procédé Thide SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 10
Schéma de principe du procédé WGT Vers valorisation énergétique et traitement de fumées Gaz épurés pour le réacteur de pyrolyse Entrée Déchets Tambour rotatif Séparateur Quench/Laveur Fumées Recyclage goudrons Sortie résidus Décanteur SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 11
Pyrolyse versus Incinération Volume global des fumées La combustion de gaz nécessite un très faible excès d air La combustion du coke nécessite un excès d air similaire à la combustion des déchets Volume global des fumées (incluant combustion du gaz et du coke) peu différent en Pyrolyse et Incinération SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 12
Pyrolyse versus Incinération Acceptabilité sociétale Technologies-Équipements Réacteur en acier réfractaire car Temp. + faible Installation de pyrolyse beaucoup plus petite (2000-2500 Nm3 à 500 C au lieu de 5500 Nm3 à 900 C) Technologie moins coûteuse Le pyrolyseur contient des gaz inflammables Exigences en matière de fuites (risque feu) SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 13
Caractéristiques du gaz de pyrolyse Nature des polluants : Minimisation des NOx (atmosphère réductrice) Minimisation des Dioxines (Chlore dans le coke) Métaux Lourds : Mercure, (Autres métaux lourds dans le coke) Huiles et goudrons SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 14
Caractéristiques du Coke de pyrolyse Valorisation «matière» Métaux (Fe, Al,???) propres, non oxydés, faciles à séparer et valoriser Polluants : Halogènes lavage (sels recyclables) Inertes SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 15
Caractéristiques du Coke de pyrolyse Valorisation «énergie» PCI ~ 4 300 kcal/kg Valorisation énergétique en incinération ou coincinération Polluants : Métaux Lourds (Zn, Pb, Cd, ) nécessité de traitement des fumées après combustion du Coke adapté aux ML Dioxines :? SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 16
Valorisation du Coke de pyrolyse Chaufferies industrielles/chauffages collectifs : Si déchet permet coke propre ou Si épuration du coke suffisante Coke considéré comme Combustible Solide de Récupération Application de la Circulaire du 11 Août 1997 (Demande au MEDD via DRIRE) Classement en 2910 B SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 17
Valorisation du Coke de pyrolyse Chaufferies industrielles/chauffages collectifs : Si Polluants => traitement des fumées type «incinération» Polluants => classement en rubrique ICPE 167 C Démarches administratives Acceptabilité sociétale (image de marque) Pas attractif pour les chaufferies SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 18
Autres valorisations possibles du coke de pyrolyse Production de déchets en quantités dispersées (ex.: fientes de volailles) Incinérateur à 200 km Transport H 2 O, pb odeurs, pb écoulement du camion Station balnéaire Forte production de déchets en été Faible demande énergétique en été SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 19
Autres Valorisations possibles du coke de pyrolyse Traitement par (petits) pyrolyseurs locaux, et valorisation du coke différée Permet une production locale de coke Stockage (produit hygiénisé) Transport (éventuel) vers chaufferie centralisée seulement en hiver (produit hygiénisé et PCI élevé [4500 à 8500 kcal/nm 3 ]) Bien quand déchet ou combustible non pollué (ou faiblement pollué) SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 20
De la pyrolyse à la gazéification Cracking des gaz de pyrolyse Déchets Pyrolyse HT Gaz de pyrolyse Coke Cracking CO, H 2,C x H y X = 1,2, 3 Combustion Fumées Air Cendres SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 21
De la pyrolyse à la gazéification Gazéification du Coke Gaz de pyrolyse Combustion Air Déchets Pyrolyse BT Coke Gazéification CO, H 2, CH 4 Fumées H 2 O Cendres SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 22
Procédé Pit-Pyroflam 1 = chargement ; 2 = trémie ; 3 = volet ; 4 = poussoir;5 = gaz de pyrolyse et gazéification du coke vers valorisation 6 = cellule de pyrol 7 = galets supports; 8 = air de process ; 9 = cellule de gazéification;10 = résidu solide inerte; 11 = cendrier; 12 = brûleur de préchauffage SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 23
Conclusions Pyrolyse Acceptabilité sociétale Valorisation énergétique - Si coke peu (pas) pollué : valorisation thermique aisée en combustible secondaire - Si coke pollué (halogènes, et surtout Métaux Lourds) : Débouchés (incinération, cimenteries, chaufferies) incertains Nécessité d épurer les cokes Développement de la pyrogazéification (crackage du gaz ou gazéification du Coke) pour efficacité énergétique optimale SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 24
GAZEIFICATION SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 25
Décomposition thermique d un composé en Gazéification Atmosphère réductrice Réaction endothermique 850 C < T < 950 C Déchet brut ou Coke + H 2 O ou O 2 (+ N 2 ) ΔH > 0 CO, H 2, CH 4, H 2 O (+ N 2 ) (+ CO 2 ) Gaz combustible (+ inertes) SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 26
Gazéification Orientation des réactions si T (CO, H 2 ) P = faible CH 4 pour valorisation énergétique si T = cst (CO, H 2 ) P élevée CH 4 pour valorisation en chimie de synthèse SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 27
Gazéification versus Incinération Combustion C + O 2 CO 2, Chaudière turbine vapeur alternateur - Rendement électrique (turbine à vapeur) : 35 % - Cycle Combiné chaleur - force Gazéification C + H 2 O CO + H 2 Turbine à Gaz - Rendement électrique : 50-55 % - Cycle Combiné Turbine à Gaz + Turbine à Vapeur : 60 65 % SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 28
Procédé Pyroal (gazéification intégrée) Circuit d eau (récupération de la chaleur) Déchets Air de combustion Air de transport Gaz pauvre Air de fluidisation Vitrifiats SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 29
Procédé Carbo V SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 30
Gazéification Caractéristiques des rejets solides Cendres (Dry Ash) = fraction minérale du déchet initial ou Vitrifiat si température suffisante SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 31
Développement Gazéification Efficacité énergétique accrue Réduire le ballast Azote (gazéification à l air enrichi ou O 2 ) Dépoussiérage Haute Température (à développer) lavage à l eau : Captation des alcalins, Cl, S, + Refroidissement des gaz Comprimer le gaz avant injection dans moteur ou turbine SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 32
Conclusions Gazéification Acceptabilité sociétale Rendement énergétique en gazéification élevé kwh / CO 2 produits Ouverture vers filière séquestration CO 2 Développement durable SYVADEC 04/12/06, Ajaccio 33