Pyrogazéification

La pyrogazéification est une méthode alternative à la minéralisation par voie sèche (la seule actuellement), apparue en 2008, il s’agit d’un succès remarquable du programme de développement du procédé unique au monde de la compagnie Française Fixano Environnement dont la libélisation officielle PYRA2NA.^[1]http://www.finaxo.fr/

Cette Technologie permet non seulement une minéralisation complète de toute la matière organique mais aussi une production d’une gaz combustible et du coke (Le coke est obtenu par pyrolyse de la houille ) et un bilan environnemental favorable.

Principe

Le principe de la pyrogazéification comporte un transfert ultra-rapide de l’énergie sous forme de chaleur au cœur de la matière organique par l’incorporation de billes d’acier de 20 à 50 mm, surchauffées entre 650 et 750°C qui cheminent dans un four à co-courant avec les déchets.

Le coke est brûlé (avantage) afin de fournir l’apport calorifique nécessaire à à la fois  pour la réaction de pyrolyse ainsi que pour surchauffe éventuelle du gaz de pyrolyse pour réduire la fraction condensable.

La combustion du coke se fait indépendamment du réacteur de pyrolyse, ce qui permet la séparation des fumées issues de la combustion du coke des gaz de pyrolyse. Il en résulte ainsi, la production d’un gaz riche qui facilite son utilisation dans un moteur à gaz.

Objectifs

L’objectif du procédé est de développer un dispositif de traitement thermique des matières par pyrolyse, avec apport interne d’énergie calorifique par utilisation d’un média caloporteur intermédiaire. Celui ci consiste en un lit granulaire mobile, réchauffé en boucle externe.

Les gaz de pyrolyse, et en particulier les goudrons présents, sont eux mêmes crackés thermiquement en sortie de pyrolyseur, le procédé fournissant ainsi un gaz combustible essentiellement incondensable. Le mode de chauffage à contact direct avec le média solide caloporteur permet des cinétiques de chauffage rapide à haute température (autour de 700°C), permettant ainsi de favoriser la production de gaz au détriment du taux de coke produit, celui ci étant complémentaire à l’apport endothermique de la réaction de pyrolyse.

Ce procédé permet ainsi de s’affranchir de la production de résidus fortement carbonés traditionnellement produits en pyrolyse, le résidu étant ici entièrement minéralisé. Dans ce cas, les polluants étant essentiellement concentrés dans le coke produit, leur abattage peut s’effectuer en phase gazeuse sur les fumées de recombustion du coke résiduel, au moyen de procédés conventionnels. Cependant, dans ce cas, ces procédés d’abattage ne sont mis en oeuvre que sur des volumes réduits de fumées (1500-2000 Nm3/t), en comparaison aux volumes à traiter dans le cas d’une incinération directe des matières (6500-7500 Nm3/t).

Pyrogazéification en détail – Description du procédé

Si on chauffe une matière, en l’absence d’oxygène, on a affaire à une simple décomposition thermique de la matière. On parle alors de processus de pyrolyse de la matière. Les produits de cette dégradation thermique sont un mélange de gaz légers incondensables, d’hydrocarbures lourds (tar) de coke (carbone fixe et d’inertes résiduels), leur proportion relative dépendant des conditions de traitement. Si cette matière est chauffée lentement et/ou à basse température, la production de coke sera favorisée. A l’inverse, si on chauffe rapidement et/ou à haute température la production de gaz sera favorisée. Cela tient au fait qu’un chauffage rapide, à haute température, diminue la probabilité de réactions secondaires de re-combinaison des hydrocarbures légers en hydrocarbures plus lourds.

Ainsi, en pyrolyse lente (dizaine de minutes) à basse température (400-500°C), le produit de la réaction de décomposition sera principalement solide (coke) et on pourra rebrûler les gaz de pyrolyse (goudrons et gaz) pour fournir l’énergie calorifique nécessaire à la décomposition de la matière. Le produit alors visé est le coke de pyrolyse, ce coke pouvant être, à priori, considéré comme un combustible secondaire. Cependant, ce point s’avère problématique car ce coke est non seulement très cendreux, mais également très chargé en polluants, rendant ainsi improbable son utilisation en tant que combustible secondaire dans des installations conventionnelles ne disposant pas de traitement de fumées adapté.

Au contraire, en pyrolyse rapide (quelques dizaines de secondes) à haute température (600-900°C) le produit principal formé est un gaz combustible chargé en hydrocarbures lourds. Le coke produit pourra, dans ce cas, être brûlé pour fournir l’apport endothermique nécessaire à la réaction de pyrolyse. On parle alors de pyrogazéification. Dans ce cas, le mélange gazeux produit doit être cracké thermiquement, pour produire un gaz exempt de fraction condensable (goudrons), et directement utilisable en chambre de combustion, ou après épuration, en moteur à gaz.

Le procédé, , s’inscrit dans la catégorie des procédés de pyrolyse rapide avec maximisation de la fraction gaz produite et crackage. Ce type de régime de fonctionnement est atteint par utilisation d’un procédé original d’apport thermique direct dans la charge à pyrolyser par un média granulaire métallique chauffé en boucle externe.

Innovations et avantages de la pyrogazéification

L’apport de l’énergie nécessaire aux réactions de pyrolyse est fait dans le coeur même de la charge à pyrolyser grâce au mélange des billes métalliques (préalablement chauffées) à la charge d’où un échange de chaleur facilité entre source d’énergie et charge à traiter grâce à l’apport de chaleur qui se fait au coeur de la charge.

Si nécessaire le coke est brûlé pour complèter l’apport calorifique nécessaire à la réaction de pyrolyse, ce qui permet d’éviter le délicat problème du devenir du coke rencontré dans les procédés de pyrolyse classique (il y a inéralisation complète de la charge).

La combustion du coke se fait de façon indépendante du réacteur de pyrolyse, ce qui permet de ne pas mélanger les fumées issues de la combustion du coke, avec les gaz de pyrolyse. Les principaux avantages en résultant sont :

1. La production d’un gaz plus riche facilitant l’utilisation du gaz
   en moteur à gaz.
2. Un traitement de fumée adapté au volume des fumées
   uniquement.

Crackage des goudrons (hydrocarbures lourds) permettant d’éviter les difficultés d’encrassement, et favorisant la valorisation des gaz de pyrolyse en moteur à gaz.

Les billes en acier

Le diamètre des billes est généralement compris entre 20 mm et 100 mm mais peut être différent selon certaines applications.

Sauf cas exceptionnel l’acier préconisé est de type INOX AISI 310 S.

L’énergie thermique transmise à la matière à traiter est déterminée comme ci-après : comme suit :

Organisation générale d’une filière de pyrogazéification

Schéma général de la pyrolyse