Brevet FR2870249A1 — publié le 20051118

PROCEDE DE SOLUBILISATION A FROID DE MATIERES PLASTIQUES EXPANSEES OU NON, EN VUE DE LA TRANSFORMATION EN RAFFINERIE DE LA MATIERE PREMIERE SOLUBILISEE EN CARBURANTS OU AUTRES PRODUITS PETROCHIMIQUES Aucun matériau de production industrielle n'a connu, au cours du dernier demi-siècle, une évolution aussi spectaculaire que les matières plastiques qui ont littéralement envahi la planète. Ces matières présentent une telle palette de propriétés et d'applications que nous ne pouvons plus nous en passer. Plus du tiers de la production de plastique est destiné à l'emballage en tout genre. Dans certains domaines traditionnels, les plastiques ont supplanté des matériaux ayant fait leur preuve tels que le bois, métal ou le verre. Ces plastiques font partis aujourd'hui de notre mode de vie et de celui des prochaines décennies, où ils prendront de plus en plus d'ampleur. En Europe, la consommation en matières plastiques s'élève à plusieurs dizaines de millions de tonnes par an, c'est pourquoi nous vous présentons un procédé de revalorisation permettant la récupération de la matière première, véritable gisement de pétrole solide. Sachant que plus de la moitié des déchets d'emballages plastiques collectés aboutissent en centre d'enfouissement, et qu'ils sont non biodégradables et imputrescibles dans le temps, un tel procédé devenait plus que nécessaire. La présente invention concerne un procédé de recyclage chimique par solubilisation des déchets plastiques. Ceci représente une économie considérable de ressources fossiles non renouvelable, puisque la matière première solubilisée est revalorisée par l'industrie pétrochimique et retransformée en divers carburants, tels que l'essence, le diesel et le kérosène ou en d'autres produits issus de cette industrie. La présente invention prend en compte les familles de plastiques suivants: le polystyrène expansé ou non (PSE et PS), le polyéthylène expansé (PE), le PEBD (basse densité), le PEHD (haute densité), le polypropylène (PP) expansé et non expansé, le polyacrylonitrile - butadiène - styrène (ABS), et tout copolymère, résultant du mélange de ces familles de plastiques. Ces familles de plastiques se trouvent dans tous les emballages électroménagers, les matières d'emballages alimentaires, les gobelets, les fourchettes, les cuillères, les couteaux, les sachets de supermarchés, les sacs, les films étirables ou rétractables, les fûts, les flacons, les boites, les caisses ou les barquettes, les diverses carcasses d'appareils électroménagers, etc. Toutes ces matières plastiques, après une vie bien remplie, constituent une source de matière première potentielle. II s'agit d'un véritable retour au pétrole, puisque les hydrocarbures peuvent être réutilisés pour produire de nouveaux carburants, des produits pétrochimiques ou éventuellement de nouveaux plastiques. Nous n'avons pas l'ambition de recycler tous les plastiques mais de réduire considérablement ceux en fin de vie, en particulier les polyoléfines tels que PE et PP qui représentent environ 60% des déchets plastiques. Nous réduirons ainsi la mise en décharge de quantités importantes de ces déchets, dont la production française est de 5'300'000 tonnes par an et dont le coût d'enfouissement est très élevé étant donné le volume que peuvent représenter ces déchets plastiques. Ces données sont en constante augmentation, des filières efficaces devront être mis en place rapidement autre que celles déjà existantes, à savoir l'incinération ou l'enfouissement. Par ailleurs, la législation, tant européenne qu'internationale, est de plus en plus contraignante. Elle impose la mise en place de filières de valorisation des déchets pour des secteurs d'activité particuliers, souvent dés la conception du produit. Depuis juillet 2002, les matières plastiques ne sont plus à considérées comme un déchet ultime, elles ne devraient donc plus être stockées en décharge. Cependant, plus de 60% de déchets plastiques sont encore mis en centre d'enfouissement technique (CET), témoignant du besoin de développer des technologies innovantes et économiquement viables dans ce domaine. A l'heure actuelle, les voies d'élimination des matières plastiques sont de plusieurs types: valorisation de la matière par un broyage très fin des déchets et réutilisation dans l'injection technique nécessitant des prétraitements importants, valorisation énergétique par incinération des déchets, technique devenue problématique pour les raison suivantes: une pollution atmosphérique lors de l'incinération, et un coût important de traitement des fumées; une contribution à la production de gaz à effet de serre, en particulier de dioxyde de carbone; une production de mâchefers, résidus solides générés par l'incinération, dont la valorisation est difficile et enfin une eau de process à traiter continuellement, valorisation de la matière première par voie physico-chimique, telle que la pyrolyse, la dépolymérisation et la gazéification, techniques qui demandent un apport énergétique important (entre 500 C et 800 C) et qui sont spécifiques à une famille de polymères valorisation de plastiques finement broyés dans les bitumes pour revêtements routiers, afin de réduire les nuisances sonores valorisation des matières plastiques expansées en matériau de drainage pour la construction, pour l'assouplissement des sols ou pour l'accélération de compostage En ce qui concerne, la mise en CET, cette voie d'élimination engendre plusieurs types de pollution: une pollution visuelle générée par les volumes considérables occupés par ces matières, un risque d'explosion ou d'incendie, en raison de la possibilité de formation de poches de gaz du fait de l'imperméabilité du plastique. La présente invention résout l'ensemble des problèmes que présentent les techniques actuelles de gestion des matières plastiques en fin de vie et elle a un champ d'application très large. Cette valorisation de la matière première réduit l'impact sur l'environnement ainsi que les coûts de collecte et de lavage nécessaires lors de la valorisation classique de ces matières. Les cours actuels du pétrole nous semblent favorables au développement à venir de cette technologie car il s'agit d'une alternative aux autres voies de recyclage. Cette invention s'applique à un grand nombre de matières plastiques, isolées ou sous forme de mélange, quels que soient la densité et la forme de ces matériaux. Nous rappelons que ce process permet de traiter les déchets de fabrication et les produits usagers tels que les films d'emballages, les films agricoles, les bouteilles opaques, les emballages alimentaires, les sacs, les déchets d'équipement électrique et électronique (DEEE) et les déchets issus des véhicules hors usage (VHU), sachant qu'une voiture européenne comporte prés de 110kg de plastiques soit 12% de son poids total. Il est à noter que le PET et le PVC sont exclus de ce traitement. De plus l'efficacité du procédé est indépendante de la proportion de ces différents plastiques à traiter. Les autres procédés de recyclages ne sont pas aussi polyvalents, et ils nécessitent un prétraitement beaucoup plus poussé et coûteux. II s'agit d'un procédé efficace pour pallier à l'accumulation des déchets plastiques qui polluent quotidiennement notre environnement. Toutes les étapes du procédé sont réalisées à froid, évitant ainsi en grande partie les dégagements gazeux tels que le dioxyde de carbone, les composés organiques volatils (COV) et les gaz acides. Il ne s'agit donc pas d'une simple réduction du volume de déchets mais d'une éradication complète de la pollution. Les composants de l'activateur utilisé sont des produits issus de la nature, compatible avec l'environnement et ils ne dénaturent pas la matière première en vue de sa transformation en raffinerie. Ce procédé ne nécessite pas de tri minutieux au préalable, d'où une facilité de mise en oeuvre et une réduction des coûts de prétraitement. Il est évident que les plastiques extrêmement souillés sont automatiquement exclus du traitement. La simplicité des opérations unitaires et des paramètres à contrôler (finesse du broyage, quantité d'activateur, température) garantit une fiabilité du procédé et une facilité d'exploitation. Les équipements et les appareillages nécessaires à l'installation représentent un coût d'investissement limité et des coûts d'exploitation faibles (peu de personnel, consommation énergétique modérée, etc.). La solubilisation de ces polymères par notre activateur permet la récupération d'un mélange liquide, voir légèrement pâteux, qui n'est pas dénaturé et qui est immédiatement valorisable en pétrochimie, sachant qu'avec 1 kg de déchet, nous obtenons 1 kg de matière première, dont les 3/ peuvent être récupérés en carburants. Afin d'illustrer la pertinence du procédé, une étude de faisabilité à été réalisée sur le gisement Espagnol des déchets plastiques (plus de 850000 tonnes par an). Les emplacements optimaux des futurs centres de traitement ont été établis en fonction des gisements de déchets plastiques et de la possibilité de reprise de la matière valorisée. Une carte de zonage avec l'emplacement des sites pétrochimiques ainsi que les emplacements de sites de traitements, préconisée par nos soins, a été développée. Celle-ci est disponible en annexe (voir croquis 1/2 figurel). Les coûts de transports et de transformation ont été optimisés, l'écobilan du système est ainsi favorable. L'étude du gisement Espagnol est donnée à titre d'exemple. En effet le présent procédé est efficace quel que soit le gisement du pays d'utilisation. Il est important de créer, par région, un site de collecte et de transformation de tous ces plastiques, à proximité d'une raffinerie, afin d'éviter les transports spéciaux de matières premières, ce qui joue dans la balance économique du process. En effet, il est plus facile de transporter les plastiques sous forme de déchets jusqu' aux sites de transformations, ce qui facilite et rend plus rentable la collecte de ces matières. Nous rappelons qu'en France, la consommation de matières premières plastiques s'élève à environ 6 millions de tonnes par an, la filière de recyclage française recycle environ 10% de ces volumes. Notre process apporte, dans le recyclage des plastiques, des solutions techniques nouvelles et fournit de nouveaux débouchés, sachant que ces plastiques sont solubilisables à froid, et transformables en raffinerie sous forme de carburants liquides (essence, diesel, kérosène) ou autres produits pétrochimiques ou encore d'autres plastiques. Des essais ont démontré que, de ces % de matière première, on peut récupérer environ 50% d'essence, 25% de diesel, 15% de kérosène et le reste sera valorisable en pétrochimie. Description du Procédé Le procédé se réalise en plusieurs étapes (voir schéma 212 figure2 en annexe) : É réception des plastiques collectés, hors PVC et PET, É tri rapide pour évacuer manuellement les plastiques très souillés, qui pénaliseraient le système (2), É broyage et micronisation fine de ces plastiques, par un broyeur- microniseur (3), É évacuation de ces plastiques broyés et micronisés sur un tamis vibrant (5) à l'aide d'une vis sans fin (4), raccordée au broyeur-microniseur, et permettant de séparer les impuretés (le papier par exemple) qui seront stockées dans une benne en vue de leur élimination (6) ; une trémie d'alimentation (7) alimente le réacteur mélangeur de solubilisation, de dimension variable (8) ; l'activation de ces plastiques est réalisée à l'aide d'un bac de stockage, muni d'une pompe doseuse placée au-dessus du réacteur (10), ce bac de réactif est réapprovisionné en permanence à partir du stockage sur site d'environ 30m3 (9), la proportion plastique - activateur est d'environ 10% de la masse à solubiliser; le mélange dure environ 15 minutes, provoquant la mise en solution de ces plastiques (phase liquide), É s'en suit une évacuation de cette phase liquide (matière première), vers un stockage sécurisé de plusieurs cuves de 30m3 se trouvant sur le site de solubilisation (11), É et enfin une évacuation de cette matière première (plastiques solubilisés) par camions citerne (12) vers la raffinerie à proximité du site de traitement, pour les transformer par cracking en différents carburants. La surface d'un centre de solubilisation des plastiques serait d'environ 800m2, pour un traitement journalier de 30m3 environ. Un tel centre comprendra nécessairement un hangar de réception et de traitement des matières et une zone de stockage sécurisé d'environ 30m3 de réactif, ce qui correspond à deux semaines de traitement environ. -6-REVENDICATIONS 1. Procédé de solubilisation de matières plastiques en fin de vie, fonctionnant à température ambiante, à l'aide d'un activateur écologique qui permet de solubiliser ces plastiques sans dénaturer la matière première ainsi obtenue et qui sera revalorisable par cracking en raffinerie, pour la transformer en carburants tels que l'essence, le diesel ou le kérosène ou autres produits pétrochimiques. Sachant que les % en volume de cette matière première est valorisable en carburant. Les familles de plastiques concernés sont le PS - PE - PP expansés, le PS - PE - PEBD - PEHD - PP - ABS et tout copolymère mélangeant ces familles de plastiques. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réactif de solubilisation est écologique et ne dénature pas la matière première à valoriser. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on réalise les étapes successives suivantes, dans lesquelles: 1) On mélange la matière plastique avec une solution activatrice écologique à froid, qui solubilisera les plastiques qui ne seront, eux- mêmes, pas dénaturés par cet activateur. 2) On obtient ensuite une phase liquide, représentant la matière première de ces plastiques, valorisable par cracking en raffinerie, pour obtenir des carburants ou d'autres produits de la pétrochimie. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'à l'étape 1) on mélange les matières plastiques, avec une solution activatrice écologique dans un rapport volumique de 10 à 15%, (10% de préférence) de ladite solution activatrice par rapport au volume de matière plastiques à solubiliser. 5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce qu 'a l'étape 2 on obtient une phase matière première liquide en sortie de réacteur, grâce a l'étape de solubilisation 1) contenant environ 10% de solution activatrice en volume, par rapport au volume total. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'avant l'étape de solubilisation 1), on réalise une séparation rapide des matières plastiques très souillées qui pénaliseraient le système. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on réalise ladite étape de solubilisation après un tri rapide des plastiques très souillés, soit effectué manuellement ou automatiquement. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'à l'étape 1) de solubilisation dudit matériau, on opère à température ambiante avec une solution activatrice qui ne dénature pas la matière première obtenue. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que: 1) on opère à la réception des plastiques collectés 2) un tri manuel ou automatique de ces plastiques est effectué afin d'évacuer du traitement les plastiques très souillés ainsi que le PVC et PET 3) un broyage micronisation de ces plastiques est effectué pour obtenir des particules fines 4) une séparation des impuretés est effectuée sur un tamis ou une bande vibrante. Ces impuretés seront à éliminer, elles sont stockées dans une benne dans cette attente 5) on introduit ces plastiques, séparés de leurs impuretés, dans un réacteur mélangeur de dimension variable on active le plastique en vue de sa solubilisation, par une solution activatrice écologique dans des proportions allant de 10 à 15% en volume, le tout est malaxé énergiquement pendant 15 minutes environ et on obtient une phase liquide (matière première) valorisable 6) on stocke cette phase liquide dans un stockage sécurisé du site de traitement équipé de plusieurs cuves de 30m3 7) on évacue cette matière première vers la raffinerie se situant à proximité du site de traitement par des camions citernes, cette matière première est ensuite valorisable par cracking pour en faire des carburants ou autres produits pétrochimiques. Sachant que l kg de déchets plastiques correspond à I kg de matière première, dont les $ sont récupérables en carburants. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on traite (solubilise) la matière plastique à proximité d'un site de raffinage à l'aide d'une installation comprenant d'amont en aval: une bande de tri rapide (2), - un broyeur-microniseur pour obtenir des particules de plastiques fines (3), une vis sans fin (4) qui alimente le tamis ou la bande vibrante (5), une benne pour réceptionner les impuretés (6), un réacteur mélangeur (8) muni d'une trémie de réception (7) et d'un bac d'activation avec pompe doseuse (10) relié à un stockage de réactif (9), un stockage intermédiaire de matière première sur site (11). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite installation comprend en outre un stockage sécurisé de réactif de solubilisation (9) ainsi qu'un bac muni d'une pompe doseuse permettant d'alimenter le réacteur de solubilisation (8) se trouvant au dessus de celui-ci (10). 12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite installation comprend en outre un broyeur-microniseur pour obtenir des particules fines de plastique permettant d'accélérer le rythme de solubilisation. 13. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que l'installation comprend en aval un réacteur mélangeur de solubilisation, qui peut être de dimension variable avec une évacuation de la phase liquide vers le lieu de stockage (matière première) du site. 14. Procédé selon l'une des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que ladite installation 20 comprend en outre un moyen d'acheminement (4) comportant une vis sans fin permettant d'acheminer le plastiques broyémicronisé sur la bande ou tamis vibrant (5). 15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits matériaux sont des matières plastiques de la famille des PS PSE - PE - PP - ABS, tout produit expansé de ces familles et tout copolymère mélangeant ces familles, dans le but de les valoriser en matière première, transformable par cracking en raffinerie, en carburants tels que l'essence, le diesel, le kérosène ou autres produits pétrochimiques.