Étude du transfert de chaleur par radiation thermique dans un réacteur de pyrolyse sous vide des vieux pneumatiques

Nous avons effectué la décomposition thermique sous pression réduite de pneumatiques usagés préalablement déchiquetés. Cette conversion permet de transformer les pneus en produits tels que de l'huile à chauffage, du noir de carbone ainsi que du gaz. Une unité batch d'une capacité de 1 kg a été utilisée afin de déterminer les rendements des produits en fonction de la température. Il appert qu'une température de 415 ° C est suffisante pour mener à terme la pyrolyse et ainsi obtenir des rendements de 60% en huile, 36% en noir de carbone et environ 4% en gaz calculés sur la base des pneus initiaux. On a évalué la composition des produits en effectuant des analyses immédiates et élémentaires, la détermination du taux d'humidité pour les liquides et les solides, et enfin l'analyse chromatographique pour les gaz. Une Unité de Développement de Procédé (U.D.P.) fonctionnant en mode d'alimentation semi-continue a par la suite été employée. Cette U.D.P. est composée d'un réacteur vertical comportant six soles superposées. La pression absolue dans celui-ci est maintenue en dessous de 4 kPa au moyen d'une pompe à vide. Un système de condensation situé entre le réacteur et la pompe sert à récupérer les huiles de pyrolyse. Un alimentateur situé au sommet du réacteur contrôle le débit de particules introduites à l’étage supérieur (1er) alors qu'un réceptacle situé sous le dernier étage (6e) récupère le noir de carbone produit. Des râteaux rotatifs entraînent les particules sur les soles. Des ouvertures pratiquées dans ces dernières permettent le passage des particules d'un niveau à un autre. Des résistances électriques chauffantes servent à maintenir un gradient croissant de la température (250 ° C à 500 ° C) entre l'étage supérieur et l'étage inférieur. Des thermocouples mesurent la température des soles, de la paroi latérale du réacteur, ainsi que du lit de particules à chaque étage. Une première U.D.P. utilisée ne pouvait traiter qu'un débit de 3,0 kg•h-1 de morceaux de pneus de faible dimension (6,35 à 12,70 mm). Nous avons alors entrepris une étude de l'écoulement des particules. Il en est résulté une nouvelle configuration interne pour les soles permettant d'atteindre un débit de 30 kg•h-1 avec des particules de plus grande dimension (12,70 à 19,05 mm). Aussi mentionnons que le taux de recouvrement des soles par les particules est passé de 21% à plus de 80%. Un modèle de dispersion axiale dérivé de la théorie de la distribution des temps de séjour pour les systèmes à fluide incompressible a été adapté à l'étude de l'écoulement des particules dans les U.D.P. initiale et modifiée. D'après ce modèle le comportement des particules dans l'U.D.P. modifiée s'avère être plus près de l'écoulement piston que dans l'U.D.P. initiale. La présence d'une zone morte dans l'U.D.P. modifiée vient, par contre, fausser les résultats lors du calcul du "coefficient de dispersion axiale". Un bilan d'énergie pour des essais effectués dans l'U.D.P. démontre qu'il faut environ 706 kJ•kg-1 de pneus pour chauffer et pyrolyser les pneus. Le maintien du vide ne nécessite que 52,6 kJ•kg-1 de pneus. L'efficacité thermique du procédé atteint 97,6%. Nous avons mené une étude du transfert de chaleur par radiation thermique. Un modèle mathématique simple a été élaboré et testé de façon préliminaire. Ce modèle fait intervenir les températures et les émissivités des parois métalliques ainsi que du lit de particules à chaque étage, les débits de particules et de vapeurs organiques à chacun des niveaux, et enfin le temps de résidence des particules dans le réacteur