Gazéification plasma - Plasma gasification

Gazéification à l'arc plasma
Type de processus	Chimique
Secteur(s) industriel(s)	Gestion des déchets ; Énergie
Principales technologies ou sous-processus	Électrolyse plasma à arc ; plasma
Matières premières	Déchets municipaux et industriels ; Biomasse Hydrocarbures; solides
Des produits)	; Laitier de gaz de synthèse Déchets; métalliques séparés

La gazéification par plasma est un procédé thermique extrême utilisant le plasma qui convertit la matière organique en un gaz de synthèse (gaz de synthèse) qui est principalement composé d' hydrogène et de monoxyde de carbone . Une torche à plasma alimentée par un arc électrique est utilisée pour ioniser le gaz et catalyser la matière organique en gaz de synthèse , le laitier restant comme sous-produit. Il est utilisé dans le commerce sous une forme de traitement des déchets et a été testé pour la gazéification de combustibles dérivés de déchets , de la biomasse , les déchets industriels , les déchets dangereux , solides et des hydrocarbures , tels que le charbon , les sables bitumineux , le coke de pétrole et l'huile de schiste .

Traiter

Les petites torches à plasma utilisent généralement un gaz inerte tel que l' argon alors que les torches plus grandes nécessitent de l' azote . Les électrodes varient du cuivre ou du tungstène au hafnium ou au zirconium , ainsi que divers autres alliages . Un fort courant électrique sous haute tension passe entre les deux électrodes sous forme d'arc électrique . Le gaz inerte sous pression est ionisé en traversant le plasma créé par l'arc. La température de la torche varie de 2 000 à 14 000 °C (3 600 à 25 200 °F). La température de la réaction plasma détermine la structure du plasma et du gaz de formation.

Les déchets sont chauffés, fondus et enfin vaporisés . Ce n'est que dans ces conditions extrêmes que la dissociation moléculaire peut se produire en cassant les liaisons moléculaires . Les molécules complexes sont séparées en atomes individuels . Les composants élémentaires résultants sont en phase gazeuse ( gaz de synthèse ). La dissociation moléculaire utilisant le plasma est appelée " pyrolyse plasma ".

Matières premières

La charge d' alimentation pour le traitement des déchets à plasma est le plus souvent les déchets dérivés de combustible , la biomasse des déchets, ou les deux. Les matières premières peuvent également inclure des déchets biomédicaux et des matières dangereuses . Le contenu et la consistance des déchets ont un impact direct sur les performances d'une installation de plasma. Le pré-tri pour extraire le matériau traitable pour la gazéification assure la cohérence. Trop de matières inorganiques telles que le métal et les déchets de construction augmentent la production de scories, ce qui à son tour diminue la production de gaz de synthèse . Cependant, un avantage est que le laitier lui-même est chimiquement inerte et sûr à manipuler (certains matériaux peuvent toutefois affecter la teneur du gaz produit). Le déchiquetage des déchets en petites particules uniformes avant d'entrer dans la chambre principale est généralement requis. Cela crée un transfert d'énergie efficace qui permet une décomposition suffisante des matériaux.

De la vapeur est parfois ajoutée dans les procédés de gazéification pour augmenter la génération d'hydrogène ( reformage à la vapeur ).

Rendements

Le gaz de synthèse pur hautement calorifique se compose principalement de monoxyde de carbone (CO) et d' hydrogène (H ₂ ). Les composés inorganiques dans le flux de déchets ne sont pas décomposés mais fondus, ce qui comprend le verre, la céramique et divers métaux.

La température élevée et le manque d'oxygène empêchent la formation de nombreux composés toxiques tels que les furanes , les dioxines , les oxydes d'azote ou le dioxyde de soufre dans la flamme elle-même. Cependant, des dioxines se forment lors du refroidissement du gaz de synthèse.

Les métaux résultant de la pyrolyse au plasma peuvent être récupérés des scories et éventuellement vendus comme marchandise. Le laitier inerte produit par certains procédés est granulé et peut être utilisé dans la construction. Une partie du gaz de synthèse produit alimente les turbines du site, qui alimentent les torches à plasma et soutiennent ainsi le système d'alimentation.

Équipement

Certains réacteurs de gazéification au plasma fonctionnent à pression négative , mais la plupart tentent de récupérer des ressources gazeuses et/ou solides.

Avantages

Les principaux avantages des technologies de torche à plasma pour le traitement des déchets sont :

Empêcher les déchets dangereux d'atteindre les décharges
Certains processus sont conçus pour récupérer les cendres volantes, les cendres résiduelles et la plupart des autres particules, pour un détournement de 95 % ou mieux des décharges, et aucune émission nocive de déchets toxiques
Production potentielle de laitier vitrifié qui pourrait être utilisé comme matériau de construction
Traitement des déchets de biomasse en gaz de synthèse combustible pour l'énergie électrique et l' énergie thermique
Production de produits à valeur ajoutée (métaux) à partir de scories
Des moyens sûrs de détruire à la fois les déchets médicaux et de nombreux autres déchets dangereux .
La gazéification avec combustion affamée et extinction rapide du gaz de synthèse à partir de températures élevées peut éviter la production de dioxines et de furanes communs aux incinérateurs
Les émissions atmosphériques peuvent être plus propres que celles des décharges et similaires à celles des incinérateurs.

Désavantages

Les principaux inconvénients des technologies de torche à plasma pour le traitement des déchets sont :

Coûts d'investissement initiaux élevés par rapport à ceux des alternatives, y compris la mise en décharge et l' incinération .
Les coûts d'exploitation sont élevés par rapport à ceux de l'incinération.
Production nette d'énergie faible voire négative.
La charge d'alimentation humide entraîne une production moindre de gaz de synthèse et une consommation d'énergie plus élevée.
Maintenance fréquente et disponibilité limitée de l'installation.

Commercialisation

La gazéification au chalumeau plasma est utilisée commercialement pour l'élimination des déchets sur un total de cinq sites dans le monde avec une capacité nominale combinée de 200 tonnes de déchets par jour, dont la moitié sont des déchets de biomasse.

La valorisation énergétique des flux de déchets à l'aide de la gazéification au plasma est actuellement mise en œuvre dans un total d'une (éventuellement deux) installation représentant une capacité de traitement de 25 à 30 tonnes par jour de déchets.

Utilisation militaire

L'US Navy utilise le système de destruction des déchets à arc plasma (PAWDS) sur son porte-avions de dernière génération de classe Gerald R. Ford . Le système compact utilisé traitera tous les déchets solides combustibles générés à bord du navire. Après avoir terminé les tests d'acceptation en usine à Montréal, le système doit être expédié au chantier naval Huntington Ingalls pour être installé sur le porte-avions.

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