CA2481412A1 - Gazeification de dechets par plasma - Google Patents

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Abstract

Procédé consistant à récupérer l'anhydride carbonique (CO2) contenue dans le s fumées rejetées par les industries, principalement les cimenteries et/ou centrales à charbon et à utiliser tout ou partie de celui-ci pour contrôler les très hautes températures créées dans un réacteur (1) par une ou plusieur s torches plasma (6), utilisant comme gaz plasmagène des gaz ou mélanges gazeu x contenant moins d'atomes de carbone (qui peut être égal à zéro) que d'atomes d'oxygène. A utiliser ces hautes températures ainsi produites pour pyrolyser les détritus de toutes sortes (3), compactes et sèches afin d'obtenir un gaz de synthèse (16) riche en CO, H2, qui en passant dans un récupérateur de chaleur (7) produirait sans combustion de la vapeur qui sera détendue dans u ne turbine-vapeur (21) actionnant un alternateur (22) producteur d'électricité. Le gaz de synthèse (16) résultant de ce traitement des déchets (3), constitu é de monoxyde de carbone (CO), d'anhydride carbonique (CO2) et d'hydrogène (H2 ), sera épuré avant l~extraction de : monoxyde de carbone transformé en nanotub es ; l'hydrogène qui pourrait être stocké dans des nanotubes et utilisé comme carburant dans des véhicules équipés pour rouler au gaz ; l'azote qui pourra it être commercialisé. Le gaz résultant sera alors brulé dans une installation T.G.V. pour produire de l'électricité et les gaz d'échappement seront transformés en méthanol, par des procédés exposés dans le présent brevet, po ur être utilisés comme combustible ou comme carburant pour des futures voitures équipées de piles à combustible.

Description

GAZEIFICATION DE DECHETS PAR PLASMA
La pollution est actuellement mondialement à l'ordre du jour et diverses solutions sont avancées dans ce domaine. En effet le rëchauffement de la planète (effet de serre) du à
la pollution atmosphérique risque de poser de graves problèmes climatiques si elle n'est pas réduite drastiquement.
Cette pollution provient des transports, des transformations de l'énergie, de l'industrie, de l'agriculture ainsi que des usages domestiques.
Il est en effet connu que la quantité de déchets de toutes sortes est, surtout dans les pays les plus développés, en constante augmentation ce qui ne fait qu'aggraver la situation. De plus les dégagements industriels d'anhydride carbonique (C02) responsables de la pollution atmosphérique représentent pour une zone géographique 1 S déterminée, une concentration en un nombre très restreint de lieux d'émission (cimenteries par ex.)facilement récupérables.
Dans la pratique actuelle, la présence d'eau (H2O), d'azote (N2) et d'anhydride carbonique (C02) résultant de la combustion avec l'air comme comburant, la chaleur sensible produite , bien qu'importante, limite l'accès à des températures élevées.
Il faut éviter la présence d'air et même d'oxygène (OZ) et pour ce faire seule la pyrolyse des déchets est envisageable mais cela implique certaines contraintes car il faut;
~ compenser la teneur en oxygène (OZ) des déchets par un appoint de coke (C) mélangé aux déchets afin de profiter de leur affinité sélective pour augmenter la
2~ transformation en monoxyde de carbone (CO) et hydrogène (H2).
~ réduire la teneur en eau (H20) pour limiter l'apport énergétique nécessaire à la.
pyrolyse.
~ atteindre une température suffisamment élevée que pour éviter la formation de goudrons, de dioxine etc...
La pyrolyse des déchets peut être effectuée de deux façons:
~:~ soit l'ënergie thermique nécessaire à la, pyrolyse est produite à
l'extérieur du réacteur contenant les déchets ces déchets séchés et ame'>iorës par addition de carbone (C) sont introduits dans un réacteur, con~ïque à celui dans lequel se produit Ia combustion de gaz ou de mazout dans lequel (oxygène (Oz) et été xemplacé par de (azote (Nz) ou de (anhydride carbonique (CCïz). Ce procédé étaït antérieurement utilisé pour produire du fuel mi-lourd à partir de vieux pneus.
~~ soit l'énergie thermique nécessaire à la pyrolyse est produite à
l'intérieur du réacteur contenant les déchets.
par combustion ou oxydation gaie sous atmosphère co~rôIée ~ sous forme d'e'Iectricité extérieure ou en auto-production permeitani l'ionisation d'un gaz plasmagène et de là. toutes les manipulations de modification que nous souhaitons lui apporter.
La technologîe du plasma permet de trausformer l'énergie électrique en énergie calorifique et d'atteindre des températures qu'aucune autre technologie ne peut produire.
IS Le pl~omè~ est e~zelenu par conduction e'Iecfrique (arc électrique) ou induction magnétique. Cet arc électrique peut étre produit e~rtre eZeetrodes consommables en graphite comme en fonderie de fenaüles, ~ est alors dit du type "arc transféré" car le courant passe dans Ia ferraille et/ou Ie laitier conducteur résultant de la. fusion. Dans le cas contraire il est dit "arc non transféré ou soufflé".
II est connu que suite aux hautes températures obtenues en milieu plasmatique les propriétés des gaz changent. En effet, pour une température supérieure à
2000°C les molécules de gaz se dissocient et évoluent vers un état atomique et que pour une température supérieure à 2500°C, les molécules sont complètement dissociées et que les atomes perdent progressivement Ieur(s) ëlectron(s) et se trouvent ainsi sous forme de gaz ionisé qui présente une grande énergie. Cette énergie peut être appliquée entre autre pour chauffer, gazéifier, provoquer des réactions chimiques dans etlou autour du plasma ainsi créé.
Pour une température inférieure à 2.000°C, le plasma retourne à l'état moléculaire normal. De plus, ce plasma, comparé à un gaz normal, présente une bonne conductivité et une haute viscosité.
Des gaz rares tels l'argon (Ar), l'hélium {He) etc ... peuvent être utilisés comme gaz plasmagène.
3 L'azote (NZ) n'est pas à envisager ceci afin de séparer production d'énergie et contrôle de températtu~e.
Comme Pair est à ëvher en tant que gaz glasmagène Puisqu'on souhaite traiter les déchets en l'a~bsenCe d'oxygène (Qz) la Pnéfi~nce sera dopée à des gaz ou mélanges S de gaz plus di~ciles à traiter comme, exemple non limhatif, CU2, CH30H+C~, H~O, etc ._.mais ceu~c-ci. nous obligent à des manipulations en fonction du nombre d'atomes de carbone (G) et d'oxygène (Oz) qu'ils contiennent. En effet, ces gaz ou mélanges gazeux devront toujours présenter un nombre d'atomes de c~rtane (ce dernier pouvant méme être zéro) rieur au nombre d'atomes d'oxygène.
Ces gaz aà l'état atomique se préteroni, par injection à l'aide d"anhydride carbonique (COQ) comme gaz propulseur, d'une quantité de graphite (C) bien précise, a une manipulation permettant lorsque la température redescendra. sous les 2()DO°C de créer des renon fortement exothermiques qui produirartt, suivant le gaz plasmagène choisi, du monoxyde de carbone (CO) ou du monoxyde de carbone (CO) plus de 1 S l'hydrogène (HZ).
L'utilisation de l'anhydride carbonique (COa) comme gaz plasmagène impose , en plus d'un bon degré de pureté nécessitant un traitement adapté, d'atteindre I"état atomique de roxygène afin d'ëtre certain d'avoir décomposé tout le monoxyde de carbone (CO) mais on veillera. à ne pas dépasser la valeur de 89U,S Kjlmâle d'anhydride carbonique (C02) afin d'éviter la. sublimation du carbone. La température sera contrôlée par injection d'anhydride carbonique (COQ) Par voie autre que celle du plasma.
En remplacement de l'anhydride carbonique (C02) comme gaz plasmagéne, ~1 est possible d'utiliser deux môles d'eau (H20) mais cela nécessitera aussi l'injection de carbone (C) à raison de 12 gr/môle d'eau.
Ces avantages du plasma peuvent être appliqués dans le traitement de pratiquement tous les déchets tels que déchets urbains, boues de stations d'épuration, vieux pneus, combustibles médiocres (lignite, tourbes, schlamms), biomasse, huiles de vidange, etc.... Les boues de dragage quant à elles offrent très peu d'intérêt. Nous nous attacherons spécialement aux déchets urbains.
L'idée générale du projet consïste en ° l'ionisation de composants gazeux grâce à la chaleur apportée par le plasma ~ la gazéification des déchets urbains ~ 1e contrôle des températures par injection d'anhy~è~carbonique (C02).
4 L'idée nouvelle est basée sur l'injection d'anhydride carbonique (C02) récupéré sur les lieux d'émission, principalement les cimenteries fours à chaux, centrales au charbon.
Le gaz de synthèse résultant de ce traitement servira, à produire de l'électricité, sans aucune combustion, dans une installation turbine-vapeur.
De ce gaz de synthèse on extraira en outre des gaz à haute valeur ajoutée, à
savoir:
D du monoxyde de carbone (CO) qui pourra servir à la fabrication de nanotubes D de l'hydrogène (H2) qui pourra être stocké dans ces nanotubes. Cet hydrogène ainsi stocké pourra servir de carburant/combustible pour des applications particulières de zéro pollution.
Le reste de gaz de synthëse sera brûlé dans une installation turbine gaz-vapeur et les gaz d'échappement de cette dernière seront transformés en méthanol.
Le méthanol servira de combustible mais aussi carburant aux piles à
combustible DMFC (Direct Méthanol Fuel Cell) alimentée par une solution d'eau à 3% de méthanol.
PEMFC + Reformer alimentées au méthanol et qui seront bientôt mises sur le marché.
1 S Ce type de pile équipe déjà des véhicules à traction électrique dont le rendement très élevé
Permet, à puissance égale et kilométrage identique, de rejeter 2,5 fois moins de C02 que le meure véhicule à moteur thermique.
L'idée développée ci-après est une solution avantageuse apportée au traitement des déchets urbains.
Selon des relevés officiels, les déchets urbains sont composés de Verres....................................4,43%

Papiers-cartons............ ... ........ .14,35 /o Cartons boissons-plastiques......... ..9,08%

Métaux... .. . .. . . .. ..... . .. .. .. ......... ...3,07 /o Textiles...................................11,56 /o Résidus non classés..................... 4,47%
Matières organiques-déchets verts...39,53%

Déchets spéciaux.........................0,92/0 Fines.. . ... . . . ...... ... . ........ .. . ... .... 12,60 /o Humidité.. . ... ... .. .. .. ....... .. .. . .......40,00 /o PCItotal.................................. ..8,492KjlKg Il serait tout à fait techniquement illogique voire irresponsable de perdre cette richesse énergétique potentielle en la bridant tout simplement. Cette énergie potentielle peut etre récupérée grace à l'application du principe inventif objet du présent brevet.
D'autres particularités et caractéristiques de (invention ressortiront de la description d'un mode de réalisation avantageux décrit ci après à titre d'exemple non limitatif et faisant référence aux figures annexées En figure 1 vue en coupe de l'ensemble du réacteur.
En figure 2 vue en coupe de la torche plasma.
Dans ces figures, les meure repères désignent les meure pièces.
L'installation reprise à la. figure 1 se compose d'un réacteur 1 comprenant une cuve 2, une alimentation en déchets 3, via une vis 4 commandée par un moteur 5. Ces déchets 3 préalablement séchés dans un séchoir 17 af~ d'amener leur teneur en humidité
de 40 à
10%, sont densifiés dans la presse à vis 4 sous atmosphère d'anhydride carbonique (C02).
Ce réacteur 1 est pourvu à sa base d'une cuve 2 destinée à recevoir le laitier 14 constitué
par les non gazéifiables contenus dans les déchets urbains 3 ainsi que les scories de four électrique 11 qui constitueront le laitier de démarrage de (installation. Le niveau du laitier 14 qui verra son volume augmenter en cours d'exploitation, sera maintenu constant par la présence de gargouilles 15. Ces gargouilles chauffées par induction maintiendront une bonne fluidité du laitier 14 qui à sa sortie sera précipité
dans l'eau où il se vitrifiera.
La cuve à laitier 2 est surmontée d'un certain nombre de torches plasma 6 , ce nombre étant fonction de la quantité de déchets à Traiter par heure.
Les torches plasma 6 à électrodes .ou à induction sont pourvues, ainsi que montré figure 2, d'un conduit 8 d'injection du gaz plasmagène ainsi que d'un conduit 10 fournissant un anneau de gaz protecteur (C02) qui crée à la sortie de Parc plasma une légère dépression favorisant la stabilité de ce dernier tout en protégeant les parois du réacteur des fortes températures du plasma.
Les torches plasma 6 peuvent etre alimentées électriquement en 9 par des impulsions déphasées dans le temps ou par un courant multiphasé. Ces alimentations montées en étoile avec un point commun permettent de créer un champ tournant augmentant ainsi la zone d'influence du jet plasmatique.
La partie supérieure du réacteur 1 est occupée par un échangeur thermique 7 qui produira la vapeur destinées à l'alimentation de l'installation turbine-vapeur 21 et cette vapeur, récupérée au condenseur de ladite turbine alimentera, en cogénération, un séchoir 17 permettant de sécher les dëchets urbains 3 et de ramener leur taux d'humidité
de 40 à
10%.
Pour le démarrage du réacteur 1 d'une telle installation, nous avons besoin ° d'avoir une alimentation électrique extérieure ~ de choisir un gaz plasmagène 8 permettant d'obtenir du monoxyde de carbone (CO) ou du monoxyde de carbone (CO) + de l~.ydrogène (H2) ~ que la. cuve 2 soit remplie d'une certaine quantité de scories solidifiées 11 provenant, far exemple, d'un four électrique.
~ de rëcupérer l'anhydride carbonique (C02) rejeté sous forte concentration par une industrie (cimenteries, fours â chaux etc..).
Cet anhydride carbonique (C02 )sera récupéré en sortie en le séparant des gaz brûlés au lieu de les rejeter dans l'atmosphère, puis il sera conditionné pour un futur stockage ou une future valorisation. Le principal problème de la rëcupération de l'anhydride carbonique (COa) dans les effluents est sa faible concentration (4 à 14% selon les technologies) et sa faible pression partielle nécessitant de traiter des grands volumes d'effluents.
Dans les centrales la concentration en anhydride carbonique ( C02) dans les gaz bridés peut etre augmentée jusqu'à 90% si Pair est remplacé par de (oxygène pur. Dans ce cas, la. récupération du C02 se limite à une simple séparation de la vapeur d'eau dans un condenseur.
En contrôlant l'ënergie électrique 9 appliquée aux torches à plasma 6 alimentées en anhydride carbonique (C02 ) 8 choisi parmi d'autres comme gaz plasmagène, on obtient la réaction suivante:
C02 (gaz) + 890,5 kJ ~ C (solide) +2 O (gaz) L'énergie électrique est cédée à 85% à l'anhydride carbonique (C02) 8 qui traverse fart produit ce qui permet d'atteindre des températures impossibles à obtenir par toute autre méthode connue. Cette énergie électrique appliquée ne pourra néanmoins en aucun cas atteindre 1058 Kj/môle d'anhydride carbonique (COZ) afin de conserver le carbone (C) à
(état solide.
On procèdera ensuite à (injection de graphite (C) propulsé par de (anhydride carbonique (COZ) en quantité adéquate afin d'obtenir:
2 C (solide) + 2 O (gaz) Pour contrôler la très haute température résultant de l'énergie de dissociation moléculaire du gaz plasmagène choisi, augmentée de la chaleur sensible issue de La réaction exothermique réalisée sous 2000°C, à savoir:
2C + 02 = 2C0 + 553.000 Cal.
et comme nous souhaitons travailler vers 1500°C (1773°K) température ou la fluidité du Laitier acide utilisé est la même que celle d'un laitier basique à
1700°C (1973°K), il est nécessaire d'injecter par des tuyères 12 -des quantités importantes de gaz ou mélange de gaz ne possédant aucun pouvoir calorifique, entre autre gaz, de l'anhydride carbonique (C02).
Par mesure de précaution une seconde injection d'anhydride carbonique (COZ) abaissera La température du gaz 16 passant dans l'échangeur thermique 7 vers 1200°C.
(1473°K).
A cette température et malgré les pertes inhérentes à toute technologie, La chaleur sensible résultante est encore suffisante pour assurer la production par une installation Turbine-Vapeur, de 70% de l'énergie électrique consommée par Le plasma La vapeur sous pression 20 sortant de l'échangeur thermique 7 alimentera un groupe turbine-vapeur 21 couplée à un alternateur 22 produisant ainsi de L'électricité et la vapeur provenant du condensateur de ladite turbine alimenterâ en cogénération un sëchoir 17 servant â abaisser l'humiditë des déchets de 40% à 10% avant leur introduction dans le système vis sans fin 4.
La vapeur sortant du séchoir 17 sera ramenëe dans le serpentin de L'échangeur thermique 17 après refroidissement dans une tour 23 afin de la ramener à l'état liquide.
(huant au gaz 16 sortant de L'échangeur thermique 7 à une température de 500K,. il passera dans une installation 28 (par exemple procédé NEUTREC) de neutralisation des acides par contact avec du bicarbonate de sodium (2NaHC03) provenant du silo 18 par f intermédiaire d'une vis sans fin actionnée par le moteur 25, réduit en poudre dans le broyeur 24 et ensuite insufflé dans le réacteur contact 28 . Le reliquat chargé de produits sodiques (chlorure de sodium, sulfate de sodium et carbonate de sodium ) résultant de ce contact sera récolté, dans un filtre à manche 19 , avant d'être valorisé comme matière première par l'industrie chimique.
Ce gaz de synthèse sera:
~ lavé par eau de manière à encore diminuer sa température à environ 50°C
~ débarrassé des impuretés qu'il pourrait encore transporter.

ô
~ et enfin introduit dans les tours de perméation afin d'en extraire les gaz à
haute valeur ajoutée qu'il contient.
Ensuite ce gaz de synthèse composé, selon le gaz plasmagène choisi, de monoxyde de carbone (CO), d'anhydride carbonique (C02) et d'hydrogène (H2) devra être enrichi en carbone par injection de méthane (CH4) provenant de Ia méthanisation de déchets urbains, avant son introduction dans le compresseur de la turbine-gaz-vapeur où il sera brûlé en présence d'oxygène pur.
La température atteinte dans la. chambre de combustion de cette installation turbine- gaz vapeur devra être ramenée à des valeur compatibles avec les matériaux constitutifs de l'installation et cela par injection dans le gaz de synthèse d'anhydride carbonique (C02) avant introduction dans la chambre de combustion ~. ainsi que d'eau dans cette dernière.
Si nécessaire, il sera toujours possible d'injecter de Peau dans les gaz d'échappement I5 provenant de la turbine et constitué uniquement d'anhydride carbonique (C02) et d'eau (H20) pour atteindre le rapport COZ/H20 = 11l9 tout en Ieur conservant une température de 500°K
Ces gaz d'échappement seront alors transformés en mëthanol selon une technologie développée après le paragraphe relatif au service continu de l'installation.
En service continu, le laitier 14 étant maintenu à la bonne température et Ia bonne fluidité
compte tenu de son Ph, grace à l'action régulatrice des températures exercée par unelère injection d'anhydride carbonique (C02), l'atmosphère du réacteur 1 étant composée uniquement de CO et C02, les déchets ramenés à 10°fo d'humidité, enrichis par addition de coke afin de fixer l'oxygène présent dans leur composition chimique, peuvent etre introduits dans le réacteur 1. Ils tomberons dans le laitier 14 où par différence de densité, ils flotteront le temps d'etre foudroyés par le souffle du plasma.Ils pyrolyseront dans le laitier 14 et dans une ambiance sans oxygène, produiront un gaz de synthèse riche en CO, C02, H2, N2, HCl, H2S à une températurede 1~' niveau tout en y dëposant les non gazéifiables. Le niveau du laitier 14 augmentera jusqu'à atteindre le trop plein I5 d'où il sera prëcipitë dans de l'eau où il se vitrifiera.
Selon le principe de précaution, la température du gaz de synthèse 16 sera abaissée à un 2'me niveau plus compatible avec la présence de HCl grace à une 2'~ injection de C02.

WO 03/066779 PCT/BE03/00016 - .9 A cette température de 2'"'e niveau, le gaz de synthèse 16 présente une chaleur sensible qui malgré une partie réservée à (enlèvement de HCl et H2S par le procédé
NEUTREC, pourra dans une installation Turbine-Vapeur 21, produire 500Kw par tonne de déchets séchés.
La vapeur détendue récupérée au condenseur de la, turbine 21, encore porteuse de 64% de la chaleur sensible transformée en vapeur qui alimenta la turbine, pourra assurer le séchage des déchets et amener leur teneur en H20 de 40 à 10%.
Après le traitement par le procédé NEUTREC qui a récupéré les produits sodiques et les métaux lourds à point de fusion supérieure à 150°C, le gaz de synthèse sera lavé afin d'abaisser sa température aux environs de 50°C et de condenser des métaus lourds tels que le mercure par ex. encore présents et permettre alors une séparation des composants gazeux par perméation. L'eau de lavage sera récupérée, filtrée par une membrane adêquate, qui lorsqu'elle sera saturée ira rejoindre les déchets à traiter .Après quelques opérations de filtrage les concentrations en métaux lourds dans la membrane, en permettront la récupération.
Par la perméation, les composants du gaz de synihèse pourront etre séparés et récupërës selon leur taille moléculaire et leur solubilité dans la. membrane dans (ordre de leur vitesse de perméation relative, dégageant ainsi H2O, puis H2 suivi de C02, de CO et enfin N2.
CO pourra etre transformé en nanotubes selon la formule 2C0 = C02 + C
C constituera le nanotube, C02 sera lui réinjecté dans le C02 et dans le CO
inutilisé pour reconstituer le gaz de synthèse.
H2 ou tout au moins une partie sera récupérée et stockée dans les nanotubes ou en bouteilles. Le H2 non stocké ira rejoindre C02, CO dans le gaz de synthèse qui sera alors constitué de C02, CO, H2.
Le gaz ainsi reconstitué sera bridé dans une installation Turbine-Gaz-Vapeur en présence de 02pur obtenu par perméation de Pair. Le N2 qui résulte du traitement de Pair ainsi que le N2 extrait du gaz de synthèse seront commercialisés.
Afin d'obtenir dans la chambre de combustion des températures compatibles avec les matériaux utilisés pour sa construction une Sème injection de C02 sera pratiqués dans le gaz de synthèse meure avant son admission dans le compresseur de la. T.G.V., tand~s.,c~ue~
H24 sera injectée directement dans la chambre de combustion.

L'énergie thermique développée dans la. T.G.~. qui pourrait produire 1,2KW par Kg de déchets brut traité, peut etre transformée partiellement en électricité en fonction du but recherché:
Si nous cherchons à produire du C02 pour permettre la récupération des rejets industriels
5 en remplaçant le rote joué par N2 dans la combustion en présence d'air par du C02 dans la combustion en présence d'02pur et ainsi en augmenter la concentration.
Si nous cherchons à transformer le C02 en méthanol mais pour ce faire ,il faut du H2 qui peut etre produit par différentes techniques.
Dans la première application, nous devons tenir compte que pour une chaleur sensible 10 déterminée produite lors d'une combustion utilisant Pair comme comburant, (azote prësent dans Pair joue un rote limitateur de la température. Si nous produisons la meure chaleur sensible en utilisant de l'oxygène pur, la. température atteinte sera beaucoup plus élevée et une injection de C02 s'avérera nécessaire pour rester dans les meure conditions de tempërature que (expérience précédente.
1 ~ Par ce procédé, la concentration en C02 des fiuuées peut passer de quelques % à 90% et après traitement habituel des fumëes, la rëcupération du CO2 se limite à une simple séparation de la vapeur d'eau dans un condenseur.
Le C02 résultant de la combustion proprement dite sera récupéré en vue de son stockage ou de sa valorisation tandis que le C02 régulateur de la température sera réinjectë dans les composants de la combustion.
Dans la seconde application, nous proposons de transformer le C02 en méthanol en le faisant réagir avec du H2 produit par le reformage du gaz naturel CH4 en présence de H20.
Pour produire de (hydrogène, plusieurs possibilités sont étudiées, certaines sont déjà
arrivëes à maturité technologique.
La production d'hydrogène à partir de carburants fossiles est actuellement la plus répandue, mais elle ne constitue qu' une solution d'attente puisque tous ces carburants ont une durée de vie limitée, de plus, si meure leur effcacité est de 85 à 90%, cette technique génère du C02. On distingue trois procédés Le vaporeformage du gaz naturel se scinde en deux réactions, la première est la rëaction du méthane avec Peau à 800-900°C qui produit en présence de catalyseurs appropriés du CO et du H2, la seconde est la, réaction entre H20 et le CO qui produit du C02 et du H2. Non seulement cette technique produit du C02 mais elle exige un bruleur qui lui aussi produit du C02.
L'oxydation partielle du gaz naturel est un procëdé qui met en présence le CH4 et une quantité controlée d'02 afin d'obtenir du CO. Cette réaction exothermique permet de se passer de bruleur et la. chaleur dégagée alimente la réaction de vaporeformage qui elle est endothermique et se déroule en deux phases produisant du C02 comme vu précédemment.
Le reformage autotherme est une combinaison des deux précédents puisque le carburant est mélangé avec de l'air ou mieux de l'02pur et H20.Après un délai de mise en service, le reformer passe en fonctîonnement d'autoalimentation énergétique. C'est le procédé envisagé dans les applications automobiles pour un reformage embarqué.
Mais comme ces prédécesseurs, il produit C02 et H2.
La production d'hydrogène par électrolyse de Peau ne rejette pas de C02 pour autant que (électricité nëcessaire à son application soit produite par une centrale qui ne rejette pas de C02. Seul le prix du Kwh et le rendement de cette application écologique en entravent le développement.
La production d'hydrogène par le reformage des gaz résultant de la gazeification de la.
biomasse ,produira aussi du C02. Selon la théorie en vigueur actuellement, cette production de C02 ne pourra jamais etre supérieure à la quantité de C02 absorbée pendant la. vie de cette biomasse ou que la biomasse de remplacement absorbera au cours de sa vie. Le problème vient du fait que le rejet de C42 se fait maintenant alors que la.
biomasse de remplacement aura besoin de toute sa vie pour l'absorber.
En (absence d'une électrolyse vraiment ëconomique et efficace, nous sommes contraint d'adapter les reformages existants à la transformation non seulement du C02 qu'ils produisent mais aussi à du C02 d'origines étrangères.
Ce nouveau procédé s'inspire du reformage autotherme en l'adaptant au problème posé
par (arrivée du C02 provenant de l'extérieur, soit du traitement des déchets soit du C02 rejeté par l'industrie.
Comme dans le reformage autotherme, nous injectons ensemble CH4, H20 et 02pur dans les proportions adéquates et en prësence des catalyseurs appropriés, ce qui donne Réacteur 1 à 900°C
4CH4 + 1/202 + 3H20 = CH4 + 11202 + 3CH4 + 3H20 = CO + 2H2 + 391000Ca1 + 3C0 + 9H2 - 3qCal = 4C0 + 11H2 + ( 391000 - 3q )Cai Sortant du réacteur 1, mélange qu'il faudra refroidir à 300°C
Réacteur 2 injection de 4H20 + C02*
C02* représente le C02 extérieur 4C0 + 11H2 + 4H20 + C02*
4002 + 4H2 + 11H2 + C02*
5602 + 15H2 Sortant du réacteur 2, mélange qu'il faudra refroidir I0 Réacteur 3 5C02 + 15H2 = 5CH30H + 5H20 + 340Kj A refroidir pour séparer CH3OH et H20.
Une méthode un peu particuliére pourrait aussi trouver une application dans la transformation des rejets de C02 en méthanol.
Le gaz de cokerie est généralement constitué de CO et H2 dans une proportion de 3,5% de CO et 62,5% de H2 .II contient aussi 20% de CH4 et 2% de C02 et 0,5%
O2.
Cette composition chimique donne Gaz de cokerie 20 moles de CH4 + 0,5 moles de 02 + 9,5 moles 02ext.
320grs CH4 + l6grs 02 + 304grs02ext = 560gxsC0 + 80grsH2 Contenu dans le gaz 3,5moles de CO ou 98grsC0 Total = 658grsCo + 80grsH2 si nous faisons rëagir avec H20 qui est une réaction exothermique, il vient 658grs CO + SOgrsH2 + 423grsH20 = 1034grsC02 + 127grsH2 Contenu dans le gaz......................................................66grsC02 + 125grsH2 Soit un total de 1100grs C02 + 252grs H2 Si nous ajoutons le C02* â concurrence de 748grs il vient :. . , . . . . .. .. . . . . . . . . . . . .. . .. . . . . . . .. . .
.. ... .. . . . . . . .. . . . . . . . ...1848grs C02 + 252grsH2 1848grsCO2 + 252grsH2 =1344grsCH30H + 756grsH20 42 moles C02 + 126 molesH2 = 42 molesCH30H + 42 molesH20 Soit C02 + 3H2 = CH30H + H20 Ou SC02 + 15H2 = 5CH30H + 5H20 + 340KJ
à séparer dans un condenseur Le CH30H n'est pas plus polluant que le gaz naturel, en effet CH30HIiq + 3/202 = C02 + 2H20 + 1515,9Kj CH4gaz + 202 = C02 + 2H20 + 2400Kj Par un préchauffage, au sein du four, on obtiendra CH30Hgaz + 3/202 = C02 + 2H20 + 2400Kj ~0

Claims (18)

REVENDICATIONS
1. Procédé de production d'électricité et de sous produits tels que hydrogène, nanotubes, méthanol eau pure etc...obtenus à partir des déchets urbains ou autres caractérisé en ce qu'on introduit dans un réacteur (1), par l'intermédiaire d'une vis sans fin (4), des déchets (3) compactés et séchés, enrichit en carbone (coke) qu'on gazéifie par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs torches plasma (6) pour produire un gaz de synthèse (16) qui permet de chauffer les serpentins d'un échangeur thermique (7) afin de produire de la vapeur qui détendue dans une turbine-vapeur (21) actionne un alternateur (22) pour produire de l'électricité.
2. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que tous les types de gaz ou mélanges de gaz peuvent être utilisés comme gaz plasmagène à condition qu'ils contiennent moins d'atomes de carbone, celui-ci pouvant même être zéro, que d'atomes d'oxygène
3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que au démarrage du réacteur (1) on introduit une certaine quantité de scories solidifiées (11) provenant par exemple d'un four électrique en vue de constituer le laitier de fusion (14) où les déchets (3) viendront pyrolyser.
4. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que tant au démarrage qu'en fonctionnement continu, du carbone sous forme graphitique propulsé par de l'anhydride carbonique (CO2) sera injecté dans le plasma afin d'obtenir selon le gaz plasmagène utilisé CO ou CO + H2
5. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'en période de démarrage, le gaz de synthèse (16) sera enrichi par injection de méthane, pouvant éventuellement provenir de la méthanisation des déchets (3), juste avant son introduction dans le compresseur de la turbine gaz vapeur.
6. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que vu les hautes températures produites par la réaction en milieux plasmagène, cette dernière est contrôlée par injection d'une certaine quantité d'anhydride carbonique (CO2) ou d'anhydride carbonique (CO2) + eau (H2O), cette dernière si les conditions le permettent (absence de chlore entre autre).
7. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'en sevice continu, le trop plein de laitier en fusion, s'évacue par des gargouilles qui chauffées par induction maintiennent sa fluidité pour le précipiter dans l'eau où il se vitrifiera.
8. Procédé suivant la revendication 1 précédente caractérisé en ce qu'on extrait du gaz de synthèse (16), par tout moyen connu, les éléments nocifs tels que l'acide chlorhydrique (HCl), l'anhydride sulfureux (H2S) ou autres ainsi que certains métaux lourds dont le point de fusion est supérieur à la température de travail du système.
9. Procédé suivant la revendication 1 précédente caractérisé en ce que tant au démarrage qu'en service continu, la vapeur récupérée au condenseur de la turbine vapeur alimentera en cogénération le séchoir destiné à réduire le taux d'humidité des déchets de 40 à 10%.
10. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que après lavage, les composants du gaz de synthèse refroidi à 50°C seron éventuellement extraits par le procédé de perméation et valorisés:
La partie de CO extraite sera transformée en nanotubes La partie de H2 extraite pourra etre stockée dans ces nanotubes L'azote sera commervcialisée L'eau extraite sera récupérée au titre d'eau pure
11. Procédé suivant la revendication 10 précédente caractérisé en ce que le gaz de synthèse reconstitué sera brulé, en présence d'O2pur, dans une installation Turbine-Gaz-Vapeur ou T.G.V. afin de produire à nouveau de l'électricité.
12. Procédé suivant la revendication 11 précédente caractérisé en ce que tant au démarrage qu'en service continu la température de la chambre de combustion sera controlée par injection de CO2 dans le gaz de synthèse avant son introduction dans le compresseur de la T.G.V. mais aussi par injection de H2O dans la chambre de combustion elle meme. Dans la mesure du possible, ces injections seront réalisées pour obtenir un gaz d'échappement composé uniquement de CO2 et H2O dans le rapportCO2/H2O=11/9
13. Procédé suivant les revendications précédentes 2et6 caractérisé en ce que le CO2 peut remplacer l'azote dans le role de régulateur des températures qu'elle joue dans les fours utilisant l'air comme comburant, lorsque ceux ci utilisent l'O2pur comme comburant afin d'augmenter la concentration en CO2 et en faciliter la récupération par simple séparation CO2, H2O dans un condenseur en vue de son utilisation selon les revendications 2 et 6.
14. Procédé suivant les revendications précédentes 13 caractérisé en ce que le résultant de la combustion sera récupéré en vue d'un stockage ou d'une valorisation future tandis que le CO2 de régulateur de température sera réinjecté dans le circuit de combustion.
15. Procédé suivant les revendications précédentes 12 caractérisé en ce les gaz d'échappement de la turbine gaz-vapeur composé uniquement de CO2 et H2O seront transformés en méthanol par adjonction d'une quantité adéquate de méthane (CH4)en vue de servir de combustible rt/ou de carburant pour des véhicules à pile à
combustible (PEMFC+Reformer ou DMFC) qui rejettent beaucoup moins d'anhydride carbonique (CO2) que les moteurs thermiques
16. Procédé suivant les revendication précédentes caractérisé en ce que la revendication 15 s'applique aussi au CO2 rejeté par les industries
17. Procédé suivant revendications précédentes 15 et 16 caractérisé en ce que la quantité
adéquate de CH4 peut etre remplacée par quantité adéquate de gaz de cokerie.
18. Procédé suivant revendications précédentes caractérisé en ce que un préchauffage adéquat dans l'enceinte du four permet au méthanol d'etre aussi performant que le gaz naturel sans pollution supplémentaire
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