OA21194A - Procédé de reconstitution des polymères plastiques en carburant et autres produits. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et un système permettant de transformer les polymères de matière plastique en d'autres substances chimiques liquides et gazeuses, susceptibles d'être utilisées comme carburants. Le procédé consiste à chauffer à haute température, les granulés de plastiques et de condenser progressivement en stockant les vapeurs riches en hydrocarbures combustibles à l'aide d'un système composé d'au moins un réacteur (3), d'une série de condenseurs (4, 7 et 8) et de réservoirs de stockage, reliés par un réseau de tuyau de refroidissement (12), et principalement, par granulation, pyrolyse, séparation, refroidissement ou condensation.

Description

DESCRIPTION DE L’INVENTION

Procédé de reconstitution des polymères plastiques en carburant et autres produits

L’invention concerne, d’une manière générale, le domaine du recyclage des déchets plastiques. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un système et un procédé de transformation ou de reconstitution des polymères en matière plastique en d'autres substances chimiques susceptibles d’être utilisées comme carburants de tous types et autres produits.

Le procédé selon l’invention est convenable pour contribuer efficacement au recyclage des déchets plastiques qui posent aujourd’hui de réels problèmes d’environnement aussi bien sur le sol que dans les océans.

Une matière plastique ou le plastique en langage courant est un polymère généralement mélangé à des additifs qui sont des colorants et des charges miscibles ou non dans la matrice polymère. Il en existe une large gamme ; moulés par injections, extrudés, étiré en film, généralement façonné à chaud et sous pression, pour aboutir à un semi-produit ou à un objet, y compris fils et fibres (tissus), mastics, revêtements, etc... Le plastique est utilisé dans presque tous les secteurs d'activité. Certains ont même des propriétés jamais auparavant réunies, par exemple la transparence et la résistance aux chocs.

Les matières plastiques sont synthétisées par polymérisation de monomères ou de (pré-) polymères : les polymères monodimensionnels (linéaires ou ramifiés) résultent de la polymérisation de monomères bivalents ; les polymères tridimensionnels sont formés par polymérisation de monomères dont la valence moyenne est supérieure à deux, ou par réticulation (par voie chimique ou physique) de polymères linéaires.

Un polymère est une substance composée de macromolécules. Une chaîne polymère est constituée d'un grand nombre d'unités monomères. La viscosité et la résistance mécanique d'un polymère augmentent avec le degré de polymérisation (DP ou n) ; ce dernier définit la longueur des chaînes. Si le degré de polymérisation est supérieur à 3 000, le produit sera une matière plastique ; le DP peut atteindre six millions. Les matières de base des polymères en matière plastique sont issues de produits intermédiaires tels que l’éthylène, le propylène, l'acétylène, le benzène, etc., euxmêmes obtenus grâce au procédé de vapocraquage du pétrole, du naphta, du gaz naturel et du charbon.

(2]

Les additifs utilisés dans ce domaine sont généralement incorporés en faible proportion, mais parfois jusqu'à 50 % du poids de la résine. Ils sont de plusieurs types : ignifugeants, plastifiants, retardateurs de flamme, modificateurs d'impact, antioxydants et autres stabilisants, agents biocides, stabilisants UV (anti-UV), stabilisants thermiques, agents gonflants, lubrifiants, promoteurs 5 d'adhésion, agents antistatiques, solvants et colorants. Leur rôle étant d’améliorer ou de créer certaines propriétés des plastiques. Ils sont souvent écotaxiques et libérés en quantité croissante par les plastiques qui se dégradent, notamment en mer dans le contexte d'une large contamination du milieu marin par les plastiques, croissante depuis les années 1950.

L'usage des plastiques est profondément ancré dans notre vie quotidienne, qu'il s'agisse des îo sacs de supermarchés, des couverts jetables, des bouteilles d'eau ou des emballages de sandwichs. On distingue d’ailleurs sept grandes familles de plastique selon la classification établie par la Société de l’industrie Plastique dans les années 80. Ce sont : le polyéthylène téréphtalate (PET), le polyéthylène haute densité (PEHD), le polychlorure de vinyle (PVC), le polyéthylène basse densité (LDPE), le polypropylène (PP), le polystyrène (PS) et les autres. On les trouve sous diverses formes 15 dans notre quotidien : bouteille d'eau, de soda, de jus de fruits ou d’huile alimentaire, vaisselle réutilisable, emballage de beurre ou boîte de conservation des aliments, manche d ustensile de cuisine.

Depuis son invention, 9 milliards de tonnes de plastiques ont été produites. Le boom du plastique et sa production à grande échelle ont commencé dans les années 50, on entre alors dans 20 la société de consommation et les industries ont besoin du plastique pour fabriquer des objets en masse : car en effet, le plastique est facile à produire, pas cher, léger, résistant et malléable.

Cette production à grande échelle a de lourdes conséquences sur l’environnement, car s’il présente de nombreux avantages pratiques, le plastique a aussi de lourdes répercussions sur l’environnement : sa fabrication consomme beaucoup d’énergie, pour être souvent destinée à un 25 usage unique (ex : les emballages). En outre, au-delà de la pollution causée par sa production, de nombreux déchets plastiques ne sont pas jetés dans des poubelles et se retrouvent dans la nature. Ils mettent alors très longtemps à se dégrader. Le plus souvent, le plastique se désintègre sous forme de particules (micro ou nano plastiques). Ils polluent les sols, les fleuves et les océans et sont dangereux pour la faune qui vit dans ces milieux. 80% des déchets plastiques présents dans les 30 océans proviennent des activités terrestres. Réparties dans les cinq zones de pleine mer et poussées |3] par des gyres (tourbillons d’eau), 200 000 tonnes de déchets s’agglutinent et forment une « soupe de plastique », qu’on appelle même « continents de plastiques ». Le plus grand d’entre eux dérive entre les États-Unis et le Japon, et mesure 6 fois la taille de la France (une superficie de 3,5 millions de km²). Ces déchets éparpillés sont difficiles à récupérer et sont ingérés par les espèces marines, ce qui contamine la chaîne alimentaire jusqu’aux êtres humains. Les océans sont aussi pollués par des déchets plastiques qui se voient moins : les micros ou nano plastiques. Ils ne flottent pas à la surface de l’eau, mais sont présents dans les eaux à des profondeurs même très importantes. Ces tout petits bouts de plastique sont aussi ingérés par les animaux marins. Ainsi donc, les déchets plastiques provoquent la saturation des décharges, l'asphyxie des rivières et mettent en péril les écosystèmes marins, sans oublier les conséquences négatives sur des secteurs essentiels pour de nombreuses économies, notamment le tourisme, le transport maritime et la pêche

Selon un rapport de la banque mondiale, l’Asie du Sud-Est a produit en 2021, environ 400 millions de tonnes de plastique, quantité susceptible de doubler avant 2040. Et seul 9 % environ de ce plastique est recyclé, 12 % incinéré et le reste mis en décharge ou perdu dans la nature. Cette situation est d'autant plus alarmante qu'en mars 2022, les dirigeants mondiaux et les ministres de l'environnement ont entamé des négociations pour un premier traité international, juridiquement contraignant, visant à éliminer la pollution plastique.

La solution envisagée jusqu’à ce jour pour contrer et résoudre l’épineux problème de la pollution plastique est le recyclage et l’incinération. L’incinération consiste à brûler tout simplement certains plastiques, quant au recyclage, c’est le processus de réutilisation des déchets dans la production. Il permet de limiter les émissions de gaz à effet de serre et d’économiser les ressources de la planète. Cinq des grandes familles de plastique sont recyclables, mais pas toutes de la même manière ; il s’agit du polychlorure de vinyle (PVC), du polyéthylène (PE), du polystyrène (PS), du polyéthylène téréphtalate (PET) et du polypropylène (PP). Ce recyclage consiste en quelques étapes qui sont les suivantes : le tri, le compactage, la granulation et enfin la transformation en de nouveaux produits. C’est alors qu’après recyclage, les bouchons peuvent par exemple entrer dans la fabrication des bacs poubelles ou des tubes de dentifrice, les bouteilles d’eau peuvent redevenir des bouteilles, des couettes ou des pulls en laine polaire, les bouteilles de lait peuvent devenir des arrosoirs ou des bancs. Le recyclage d’une tonne de plastique fait économiser 830 litres de pétrole et 2,29 tonnes équivalent de dioxyde de carbone (CO2).

[4]

C’est ainsi que la demande internationale PCT/IB2021/060009 décrit une machine de recyclage de plastique et une méthode de recyclage de plastique en une matière plastique granulée. La machine de recyclage de plastique comprend un boîtier qui définit une entrée de boîtier configurée pour recevoir des déchets solides de matière plastique non triés et une sortie de boîtier, un broyeur, un système d extrusion et un granulateur. Toutefois, il faut se rendre à l’évidence que le plastique ne peut être recyclé à l’infini, et de plus, le recyclage présente l’inconvénient majeur de ne pas faire disparaître totalement le plastique.

La demande internationale PCT/US2019/038442 concerne quant à elle, un procédé et un système de production d un courant de vapeur à partir de déchets plastiques. Le procédé consiste à introduire et à chauffer une charge d'alimentation de déchets plastiques dans un réacteur, pour induire une décomposition thermique, puis de condenser avant de séparer par distillation les hydrocarbures qui peuvent être libérés, et enfin de raffiner le distillât liquide par une ou plusieurs techniques de séparation. Le système se compose d'un réacteur, d’un réchauffeur d'une unité de condenseur reliée à une unité de séparation configurée pour séparer le ou les composants chimiques et au moins un réservoir de stockage configuré pour stocker le ou les composants chimiques. Ce procédé présente l’inconvénient d’utiliser une voie de séparation très complexe des vapeurs.

La présente invention a pour objectif de proposer un procédé de conversion de matière plastique qui permet de séparer simplement les substances chimiques issu de la pyrolyse du plastique directement en divers produits selon leur utilisation, en mettant au point un système permettant de réaliser la séparation des substances contenues dans les vapeurs issues de la combustion du plastique.

Conformément à l’invention, ce but est atteint avec un procédé élaboré à partir d’un système permettant de transformer les polymères en matière plastique en d’autres substances chimiques liquide et gazeuses, susceptibles d’être utilisées comme des carburants pour tous types de moteurs ou comme solvants et autres utilisations connexes.

Le procédé consiste à chauffer à hautes températures, à l’aide d’un système approprié, les granulés de plastiques et de condenser progressivement en les stockant, les vapeurs riches en hydrocarbures combustibles afin d'obtenir divers types de carburants et de gaz. Le procédé selon

[5] l’invention est convenable pour contribuer efficacement à l’élimination des déchets plastiques qui posent aujourd’hui de réels problèmes d'environnement aussi bien sur le sol que dans les océans.

Dans un mode de réalisation, le système selon l’invention se compose d’au moins un réacteur, d’une série de condenseurs et de réservoirs de stockage, reliés par un réseau de canalisation. Quant au procédé conforme à l’invention, il se décline en quelques étapes : collecte et nettoyage des plastiques, broyage et granulation, pyrolyse, séparation, refroidissement ou condensation et stockage.

- Collecte et nettoyage : les déchets plastiques collectés sont triés pour éliminer les matières indésirables et lavés à l'eau afin de les débarrasser des autres impuretés, puis égouttés et séchés ;

- Granulation : les plastiques propres sont broyés pour donner des granulés ;

- Pyrolyse . les granulés de plastique sont introduits dans le réacteur, puis chauffés à haute température pour produire des vapeurs contenant des hydrocarbures combustibles de densités et de volatilités différentes ;

- Séparation : les vapeurs d’hydrocarbures sont automatiquement véhiculées à travers un système de conduite et de récipients dont les dimensions sont configurées pour permettre la condensation progressive et sélective des vapeurs pour donner d'abord :

* le gasoil lourd dans le premier condenseur ;

*le gasoil léger dans le deuxième condenseur.

Les vapeurs plus volatiles sont ensuite condensées après refroidissement pour donner l’essence dans un autre condenseur.

Les gaz n’ayant pas condensés sont acheminés vers une torchère pour être brûlés grâce à un brûleur ou stocké dans d’autres réservoirs pour alimenter le réacteur.

Le procédé de reconstitution des polymères plastiques conforme à l’invention présente des avantages écologiques et économiques :

- il permet de valoriser les déchets plastiques, de la sorte, il facilite leur collecte pour préserver les milieux naturels en les gardant sains et propres ;

- il permet de réduire le coût du carburant ;

- il génère de nombreux emplois directs et indirects.

[6)

D’autres caractéristiques, avantages et aspects de l'invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée illustré par un mode de réalisation représentée par la figure 1 de la planche unique.

Le procédé de transformation de polymères en matière plastique en d’autres substances chimiques liquide et gazeuses, susceptibles d’être utilisées comme des carburants, selon l’invention pour tous types de moteurs ou comme solvants et autres utilisations connexes.

Dans un mode de réalisation non limitatif, le système selon l'invention se compose d’un réacteur (3), d’une série de trois condenseurs (4, 7 et 8), munis chacun d’une vanne de vidange (5) d’un réservoir tampon (9) et d’un échangeur ou refroidisseur (6). Tous ces composants faits d’acier inoxydable sont reliés par un réseau de canalisation ou tuyau de refroidissement (12) également en acier inoxydable.

Dans un mode réalisation, les étapes de la transformation sont les suivantes :

- Collecte et nettoyage les déchets plastiques collectés sont triés, nettoyés et lavés à grande eau pour éliminer les matières indésirables. Ils sont ensuite égouttés et bien séchés pour être préparés au broyage. Le lavage des sachets plastiques se fait manuellement, il faut environ 100 L d’eau pour laver 100 kg de sachets.

- Granulation : les plastiques propres et secs sont broyés à l’aide d’un broyeur de sachets pour donner des granulés de sachet ;

- Pyrolyse : les granulés de plastique obtenus sont introduits dans le réacteur (3) par une trémie (1). Ils sont ensuite chauffés jusqu’à une température d’environ 500 °C grâce à un bruleur à gaz (2). Il se dégage alors des vapeurs contenant des hydrocarbures combustibles de densités et de volatilités différentes.

- Séparation : les vapeurs d’hydrocarbures combustibles sont automatiquement véhiculées à travers un système de conduites de condensation en acier inoxydable. Ainsi, les vapeurs les plus denses se condensent d’abord, après un parcours de 3 à 4m dans le tuyau de refroidissement, dans le premier condenseur (4) pour donner environ le gasoil lourd, puis après un parcours supplémentaire d’environ 1 m, pour donner le gasoil léger dans le condensateur (8).

Les autres vapeurs moins denses que les premières sont condensées après refroidissement par un échangeur (6) pour donner l’essence dans le troisième condenseur (7).

[71

Enfin, les vapeurs purement gazeuses ne pouvant se condenser sont acheminées vers une torchère (10) pour être brûlées grâce à un brûleur (11 ) ou stockées dans d'autres réservoirs (9) pour alimenter le réacteur.

Pour 100 kg de granulés de plastique traités selon le procédé et le système conforme à 5 l’invention, on recueille approximativement à l’issu du processus 40 L de gasoil lourd, 30 L de gasoil léger, 20 L d essence. 5 kg de résidu solides dans le réacteur, réutilisable pour alimenter le brûleur.

Claims (2)

1- Système de transformation de polymères de matière plastique en d'autres substances chimiques caractérisé en ce que ledit système se compose d’au moins un réacteur, d’une série de condenseurs et de réservoirs de stockage, reliés par un réseau de tuyau de refroidissement, dans 5 lequel le pastique est chauffé à haute température pour former des vapeurs d’hydrocarbures combustibles de densités variables qui sont condensées progressivement pour être directement utilisés comme divers types de carburants, de solvants et de gaz.

2- Transformation de polymères plastiques en divers types de carburants selon la revendication 1, caractérisé en ce que le procédé comprend les étapes suivantes :

io - le collecte et le nettoyage qui consiste à trier et débarrasser les déchets plastiques de leurs impuretés des autres impuretés ;

- la granulation qui consiste à broyer le plastique pour donner des granulés ;

- la pyrolyse qui consiste à chauffer les granulés jusqu’à environ 500°C dans un réacteur pour produire des vapeurs d'hydrocarbures combustibles ayant de densités et de volatilités 15 différentes ;

- la séparation qui consiste à véhiculer les vapeurs d'hydrocarbures à travers le tuyau de refroidissement configuré pour permettre leur condensation progressive et sélective pour donner le gasoil lourd dans le premier condenseur, le gasoil léger dans le deuxième condenseur, et l’essence après refroidissement des vapeurs plus volatiles grâce à un système de refroidissement.