Gazéification d'ordures ménagères: étude du devenir des contaminants chlorés et de la déchlorination, et analyse combinée exergie cycle de vie

par Yuanjun Tang

Projet de thèse en Génie des Procédés et de l'Environnement

Sous la direction de Ange Nzihou et de Chi Yong.

Thèses en préparation à l'Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux en cotutelle avec l'Institute for thermal power engineering of Zhejiang University , dans le cadre de MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés , en partenariat avec RAPSODEE - Centre de Recherche d'Albi en Génie des Procédés, des Solides Divisés, de l'Energie et de l'Environnement (laboratoire) et de Groupe Energique et Environnement (equipe de recherche) depuis le 17-01-2017 .


  • Résumé

    L'incinération d'ordures ménagères permet de réduire simultanément le volume de déchets et la production énergétique. Cependant, des émissions toxiques telles que les dioxines, métaux lourds etc causent à la fois des problèmes environnementaux et de santé publique. L'incinération d'ordures ménagères présente une efficacité énergétique inférieure à celle des centrales à charbon, ce qui induit une résistance à son adoption par les autorités publiques. Ces dernières années, le procédé de gazéification s'est révélé devenir une alternative de l'incinération, car il permet de diminuer les émissions tout en améliorant le rendement énergétique. Cependant des efforts sont encore nécessaires pour rendre ces procédés opérationnels à l'échelle industrielle. Les composés chlorés présents dans les ordures ménagères causes de sérieux problèmes au cours des traitements thermiques. La formation de HCl implique d'une part une corrosion des installations à haute température et d'autre part favorise la formation de dioxines à basse température. De ce fait, des efforts de recherche sont nécessaires pour comprendre la formation des chlorés, et pour limiter leur concentration. La littérature montre que l'activité des matériaux permettant de capter les composés chlorés se situe dans une zone de température équivalente à celle utilisée pour la gazéification. L'objectif est donc de s'intéresser à une déchlorination directement dans le gazéifieur, afin de proposer un procédé énergétiquement efficace et produisant un syngas de haute qualité sans polluants chlorés ni dioxines, et de protéger les équipements. Une évaluation systématique est aussi très importante pour choisir le procédé le plus efficace énergétiquement, respectueux de l'environnement et économiquement abordable. Bien que l'analyse de cycle de vie soit une méthode très utilisée pour un système spécifique, cette méthode souffre de la prise en compte des aspects quantitatifs et non qualitatifs des flux énergétiques. En ce sens une amélioration de l'ACL revient à combiner une analyse de cycle de vie / exergie. Les systèmes thermochimiques sont alors mieux comparés, spécialement les options basées sur la gazéification. De ce fait le projet de recherche s'articule autour de 3 points : (1) une étude expérimentale du procédé de gazéification en lit fluidisé des ordures ménagères ; (2) une étude expérimentale des mécanismes de formation / transfert / déchlorination au cours de la gazéification ; et enfin (3) une analyse combinée exergie cycle de vie.

  • Titre traduit

    Fate of chlorinated contaminants and dechlorination during MSW gasification and exergetic life cycle assessment of gasification systems


  • Résumé

    MSW incineration can achieve both waste volume reduction and energy recovery from combustible components in waste. However, toxic emissions, especially dioxins, heavy metals, and harmful residues have caused serious environmental problems and adverse health impacts to human beings. Power efficiency of MSW incineration plant is much lower than that of coal-fired power plants and results in resistance from authorities. In recent years, a growing attention has been paid to MSW gasification technology due to the possibility to achieve both lower environmental emission and higher energy efficiency. It is thus regarded as a potential alternative to substitute waste incineration in the future. However, MSW gasification requires further knowledge to be scaled up to industrial scale. Chlorine in MSW causes serious problems during thermal treatment. The formation of hydrogen chloride (HCl) not only contributes to high temperature corrosion, but also acts as a chlorine source promoting the low-temperature heterogeneous generation of dioxins. Therefore, research on the formation and reduction of chlorinated contaminants during gasification process is of great significance. Besides, it is also found that the optimum working temperature range of waste gasification overlaps with the temperature window of dechlorinate sorbents, which offers the possibility for the removal of chlorinated contaminants in gasifier. Regarding the fact, the utilization of in-bed dechlorinate sorbents to in-situ decrease chlorinated contaminants content is a promising option to achieve clean and effective waste to energy conversion. In this way, the concentration of HCl in flue gas can be reduced effectively and will inhibit the formation of dioxins simultaneously. Systematic assessment is also very important to help choosing an energy-efficient, environmentally friendly and economically affordable MSW thermal system. Life cycle assessment (LCA) is a commonly used and scientific methodology that considers the entire life cycle of a specified system from cradle to grave. However, LCA is insufficient in energy aspects for thermal systems, since energy analysis only takes the quantity of energy streams into account but neglects its quality. LCA is thus extended to exergetic life cycle assessment by introducing exergy theory. Therefore, it is meaningful to compare different MSW thermal techniques from energy quality perspective, especially for gasification-based WtE options. Accordingly, this research project will cover 3 aspects: (1) experimental study on MSW fluidized bed gasification characteristics, (2) experimental study on chlorine transfer and dechlorination mechanism during MSW gasification, and (3) exergetic life cycle assessment of gasification-based WtE options.