Brevet FR3045655A1 — publié le 20170623

Procédé de gazéification à lit fluidisé de pneus La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un gaz de synthèse par gazéification de pneus ou morceaux de pneus. La gazéification est une technique bien connue et elle est largement utilisée pour brûler les combustibles fossiles solides et liquides lourds, y compris les fonds de raffinage. La gazéification est une réaction endothermique entre la matière carbonée et l'agent gazéifiant: C + H20 -> CO + H2 (1) C+CO2-> 2 CO (2) La gazéification permet de convertir des matériaux carbonés, tels que le charbon, le pétrole, les biocarburants, la biomasse, en présence d'agent gazéifiant et à des températures élevées, généralement supérieures à 800 °C, en gaz de synthèse encore appelé syngas. Ce gaz de synthèse peut ensuite entrer dans la transformation ou fabrication d'autres composés. Le gaz de synthèse généré comprend majoritairement des gaz CO, CO2, H2. Il peut également contenir des composés minoritaires (NH3, HCI, HF, HCN, H2S, COS, métaux alcalins...), par exemple à l'état de vapeur. Enfin, pour des gazéifications à basse température ( Les gaz de synthèse peuvent être brûlés directement dans les moteurs à combustion interne, ou ils peuvent être séparés ou utilisés pour produire différents produits comme des carburants de synthèse notamment via le procédé Fischer-Tropsch. La gazéification utilise souvent une oxydation partielle de l'entrant pour apporter la chaleur nécessaire à la conversion du carbone contenu dans une charge d'alimentation en gaz de synthèse comprenant du monoxyde de carbone (CO) et d'hydrogène (H2). Les pneus usagés et les déchets de pneus peuvent être une charge d'alimentation. Ainsi la gazéification permet de valoriser ces déchets. En outre, les pneus usagés non recyclés constituent une préoccupation environnementale, car ils sont généralement éliminés dans des décharges, s'accumulent en tas dans des zones d'entreposage de pneus ou sont incinérés. Le recyclage des pneus usagés en matières d'intérêt pour l'industrie du pneumatique présente des difficultés car le pneu est un composite. De plus les compositions de pneus diffèrent suivant les différentes parties du pneu (gomme intérieure, nappes, flanc, bande de roulement ...) mais aussi suivant l'usage du produit (marché du poids lourds, véhicule de tourisme, engins de génie civil, engins agricoles, aviation, moto ou vélo). 3045655 2 Il existe différents types de réacteurs pour gazéifier un résidu carboné, notamment des lits fixes, des lits fluidisés ou encore des réacteurs à flux entrainés. Ces réacteurs fonctionnent en mode continu. Des procédés de traitement des déchets carbonés (dont des pneus) par gazéification dans des 5 réacteurs à lit fluidisé ont déjà été décrits. Par exemple la demande EP 776 962 décrit un procédé de gazéification en 2 étapes utilisant une combinaison de 2 types de réacteurs: - une première étape de gazéification dans un lit fluidisé à 450-800°C ; - une deuxième étape de gazéification dans un réacteur à haute température à 1300°C ou plus. 10 Un procédé en deux étapes (gazéification pour obtenir un gaz contenant des goudrons à environ 800°C puis 2ème gazéification de ce gaz à environ 1200°C pour produire du gaz de synthèse) est également décrit dans WO 2011/129878. Les méthodes de gazéification connues ont pour inconvénient de nécessiter beaucoup d'énergie de chauffage, notamment à cause du faible rendement, et des temps de chauffage 15 longs, incompatibles avec les exigences des industriels. Il est également connu des méthodes de gazéification utilisant la technique en lit fluidisé, où avantageusement la température à l'intérieur du réacteur peut être régulée pour ne pas atteindre le point de ramollissement des cendres, et ainsi limiter ou éviter l'agglomération du lit. En effet, pour les industriels, il est avantageux de pouvoir travailler à des températures 20 allant de 850°C à 1000°C. Cette régulation est notamment possible en jouant sur le taux d'injection de vapeur d'eau et/ou d'agent gazéifiant en entrée. Or, à ces températures de fonctionnement, la vitesse de réaction des pneus est très lente, comparée aux biomasses pour lesquelles ces technologies en lit fluidisé ont été développées. En effet des essais de gazéification ont été réalisés dans un lit fluidisé pilote. Or, la conversion 25 du carbone contenu dans des pneus en gaz de synthèse reste inférieure à 50%, et la fraction de carbone restant dans le résidu carboné est élevée (cf. figure 1). Ces résultats montrent que même à 950°C, la gazéification, en particulier la gazéification sous vapeur d'eau, des pneus usagés n'est pas suffisamment poussée pour que le fonctionnement industriel d'un lit fluidisé soit équilibré et que la rentabilité économique soit atteinte. 30 Il est devenu nécessaire de trouver un moyen de simplifier les méthodes de gazéification des pneus et notamment de proposer des méthodes adaptées aux contraintes industrielles. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en fournissant un procédé de gazéification des pneus usagés qui soit fiable et économe en énergie, et par conséquent avec 35 une cinétique suffisante pour une utilisation à grande échelle. 3045655 3 La présente invention permet de fournir un nouveau procédé de fabrication de gaz de synthèse qui a une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le procédé est simple à mettre en place ; - le procédé peut être installé sur une ligne de production en continu dans une usine de 5 production; - le procédé permet de traiter une grande quantité de pneus de manière très rapide, par exemple en moins de 15 minutes ; - le procédé utilise de faible quantités de catalyseur ; - le procédé n'utilise pas de métaux, notamment du nickel ; 10 - le procédé utilise une seule étape de gazéification ; - le procédé permet de bénéficier des avantages de lits fluidisés ou des lits fixes. L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un gaz de synthèse comprenant les étapes suivantes : 15 a) charger un réacteur à lit fluidisé ou à lit fixe avec une source de potassium et des pneus ou des morceaux de pneus ; b) injecter dans le réacteur de l'étape a), un gaz de gazéification à une vitesse allant de 0.1 m.s-1 à 5 m.s-1, la température au sein dudit réacteur étant comprise de 800 à 1200°C, l'étape b) étant réalisée en présence de vapeur 20 d'eau ; c) récupérer le gaz de synthèse. Le procédé selon l'invention est réalisé de préférence en continu. Plus particulièrement, le chargement du réacteur à l'étape a) du procédé est réalisé en continu. 25 De préférence, l'étape a) du procédé selon l'invention est réalisée à chaud, c'est-à-dire que le réacteur est chaud, plus particulièrement le réacteur est chaud lors du chargement des pneus ou des morceaux de pneus. L'étape a) du procédé selon l'invention comprend le chargement de pneus ou de morceaux de pneus. Les pneus peuvent provenir de pneu usagés ou de pneus neufs mais refusés au contrôle 30 qualité lors de leur fabrication. Les morceaux de pneus peuvent provenir de différentes ressources de pneumatiques issues de traitement mécanique : les déchiquetas issus des premières étapes de déchiquetage qui représentent des tailles d'objet centimétriques, les broyats de taille millimétrique et les broyats de taille REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un gaz de synthèse comprenant les étapes suivantes : a) charger un réacteur à lit fluidisé ou à lit fixe avec une source de potassium et des pneus ou des morceaux de pneus ; b) injecter dans le réacteur de l'étape a), un gaz de gazéification à une vitesse allant de 0.1 m.s4 à 5 m.s-1, la température au sein dudit réacteur étant comprise de 800 à 1200°C, l'étape b) étant réalisée en présence de vapeur d'eau ; c) récupérer le gaz de synthèse. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les morceaux de pneus sont choisis parmi : - des broyats centimétriques de pneus, ayant avantageusement une taille allant de 4 mm à 20 mm ; - des granulats de pneus, ayant avantageusement une taille allant de 0,8 mm à 4 mm ; - des poudrettes de pneus, ayant avantageusement une taille inférieure à 0,8 mm ; ou - leurs mélanges. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la quantité de potassium apportée par la source de potassium est de 0.5 à 100%, de préférence, de 1 à 10% en masse, de 2 à 5 % en masse, par rapport à la masse de pneus ou morceaux de pneus. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la source de potassium est choisie parmi une source organique de potassium ou une source minérale de potassium. 5. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la source de potassium est une source minérale de potassium choisie parmi le carbonate de potassium, l'hydroxyde de potassium ou leurs mélanges. 6. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la quantité de carbonate de potassium est comprise de 1 à 180 %, de préférence de 2 à 18%, plus préférentiellement de 3,5 à 9%, pourcentage en masse par rapport à la masse de pneus ou morceaux de pneus. 3045655 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le gaz de gazéification est choisi parmi l'air, l'oxygène, le dioxyde de carbone ou une combinaison de ces gaz. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lors de l'étape b) le taux d'injection du gaz de gazéification varie de 0,5 à 10 g de gaz / g de pneus ou morceaux de pneus. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape a) comprend l'ajout supplémentaire de métal alcalin ou alcalino-terreux choisi préférentiellement parmi le sodium, une source organique de potassium, de l'aluminium ou leurs mélanges. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que qu'il ne comprend pas d'étape de pyrolyse. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le lit fluidisé est un lit fluidisé bouillonnant. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la conversion complète du carbone a lieu en 10 à 30 minutes. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que à l'étape a), les pneus ou morceaux de pneus sont le seul combustible.