THERMOLYSE
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Développement actuel des procédés de thermolyse

André FONTANA, Professeur Dr.Ir. et C. Gisèle JUNG, Dr.Sc.

Cette note présente l’état actuel du développement des procédés de thermolyse-gazéification.

Un communiqué de presse du 27 septembre 2001 fait état de la volonté des industriels développant les technologies de fours de thermolyse rotatifs à chauffage indirect de s’unir dans le développement de cette technologie (voir communiqué de presse joint).

A-    Les réalisations de chaque constructeur.

Les tableaux qui suivent donnent les caractéristiques principales les procédés sélectionnés et développés actuellement pour le traitement des déchets ménagers et assimilés :

1.      Thermolyse

Les six premiers procédés sont de la famille « thermolyse avec chauffage indirect de la charge ». Il s’agit d’une conception modulaire, les opérations de thermolyse et de combustion étant totalement séparées.

·         TECHNIP – BABCOCK - NOELL

·         THIDE (Eddith)

·         PKA

·         MITSUI (Siemens)

·         TRAIDEC

·         OKADORA

2.      Gazéification-pyrolyse

Trois procédés sont de la famille « pyrolyse-gazéification avec chauffage direct de la charge ». Une partie de la combustion s’effectue dans le pyrolyseur. La combustion complète des gaz s’effectue dans une chambre de post-combustion.

·         BASSE SAMBRE-ERI (Serpac)

·         ATI-Müller

·         NESA

Un procédé est de la même famille « pyrolyse-gazéification » avec chauffage direct de la charge ». La charge est chauffée par les fumées de combustion des gaz de thermolyse qui s’effectue dans une chambre de post-combustion séparée.

·         NEXUS (Softer)

3.      Développement des technologies

1.      Les technologies les plus avancées pour lesquelles il existe de nombreux retours d’expérience au niveau exploitations industrielles sont celles qui font appel aux fours rotatifs horizontaux à chauffage indirect. Cette technologie est appliquée avec succès depuis plus de vingt ans pour des déchets industriels (TECHNIP/MANNESMANN et NOELL). L’application à des déchets municipaux et assimilés s’est montrée efficace de par l’exploitation de l’usine de Burgau (BABCOCK), depuis 1990, permis d’exploiter prolongé jusque 2010) et de l’Usine PKA (depuis 1999).

Le Japon développe actuellement des technologies de traitement thermique des déchets basés sur la gazéification et la thermolyse. A ce titre, trois technologies européennes ont été retenues :

·         MITSUI (MES) a repris avec succès le développement du procédé Siemens pour lequel il y a eu de graves incidents de démarrage en Allemagne (voir infra),

·         HITACHI a repris la licence du procédé EDDITh,

·         TOSHIBA a repris la licence de PKA.

Certaines installations anciennes ont été arrêtées pour des raisons de rentabilité liées à leur option de séparation des hydrocarbures issus des gaz de thermolyse.

2.      La technologie Traidec (four à grille cheminante à chauffage indirect) semble très prometteuse à l’échelle pilote.

3.      Pour ce qui est de l’approche OKADORA (four à brassage interne à chauffage indirect), nous avons un programme de validation du procédé. De nombreuses installations semblent fonctionner au Japon, mais il nous est très difficile d’en obtenir les bilans. Nous espérons pouvoir disposer sous peu d’un pilote industriel en Belgique.

4.      Le procédé Basse-Sambre-ERI (PIT de Serpac) (four cylindrico-conique à chauffage direct) est exploité avec succès à Budapest. Le four fait l'objet de mises au point au niveau de la qualité des solides résiduels.

5.      La technologie ATI-Müller (four à grille fixe à chauffage direct) est développée essentiellement pour des déchets hospitaliers. Il existe de très nombreuses unités en fonctionnement.

6.      La technologie NESA (four à soles multiples à chauffage direct) a été mise au point au début du siècle pour le traitement des minerais (Fours Nichols). Ce n’est que plus récemment que cette technologie est appliquée au traitement de déchets.

7.      La Société NEXUS semble avoir actuellement des difficultés d’ordre financier.

B-    Les échecs les plus connus de la thermolyse.

·        Siemens

Après plusieurs années de développement, Siemens a construit l’Usine de Fürth.

Celle-ci a été arrêtée suite à une fuite de gaz au niveau du thermolyseur. Cet incident a été provoqué à cause d’un bouchage du four par des matériaux inertes qui se sont accumulés à la sortie du four. Trois causes sont à l’origine de cet incident :

·        Le type de chauffage du four (Four de type Kiener), chauffé par un faisceau de tubes internes assemblés par des supports en acier, n’était pas adapté aux caractéristiques de la charge entrante.

·        Le manque de préparation de la charge et introduction de matières de trop grandes dimensions.

·        Mauvais emplacement de la torchère

Ce type d’incident ne peut donc pas se produire dans les fours à parois internes lisses, ou pour lesquels le déplacement de la charge est contrôlé.  En tout état de cause, une préparation de la charge est proposée par tous les constructeurs. Les nombreuses installations opérationnelles n’ont pas présenté ce type d’incident.

Par ailleurs, à la lumière des incidents survenus en Allemagne, cette même technologie Siemens est actuellement développée avec succès sous licence au Japon par Mitsui depuis 1997 (voir fiche descriptive).

·        Nexus

Nexus a développé le procédé Softer à l’échelle pilote à Châteaurenard avec une capacité de 100 kg/h. Le projet industriel de Digny d’une capacité de 50.000 t/an constitue une extrapolation inhabituelle.

Lors de la construction de cette première unité industrielle, il est apparu des coûts d’équipements supérieurs à ceux qui étaient prévus initialement. Par ailleurs, certaines  solutions technologiques originales n’avaient pas été testées à l’échelle pilote.

Ce type d’incident montre bien la nécessité de disposer d’un pilote industriel basé sur la même approche technologique. Une extrapolation d’un facteur 5 à 10 peut dès lors se faire sans danger pour l’unité industrielle.

·        Thermoselect

Après plusieurs années de développement à Verbania, Thermoselect construit l’Usine de Karlsruhe.

Il ne s’agit pas d’un procédé classique de thermolyse. Il s’agit d’un procédé de gazéification à l’oxygène pur avec un réacteur à 2000°C et un four de décantation de scories liquides à 1600°C. La technologie est très complexe et les problèmes de réfractaires difficiles à résoudre.

La première unité industrielle de Karlsruhe a démarré, les normes d’émissions étaient respectées sauf pour la torchère de sécurité. Une adaptation a donc été réalisée à ce niveau.

La technologie de Thermoselect n’a aucun lien avec les technologies de thermolyse, gazéification et pyrolyse évoquées dans ce rapport.

Bruxelles, le 8 octobre 2001

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