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LE TRAITEMENT DES

DÉCHETS SOLIDES MUNICIPAUX (DSM)GRÂCE À L'UTILISATION DE

LA TORCHE AU PLASMA

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LA GAZÉIFICATION

AVEC LA TORCHE AU PLASMA DES

DÉCHETS SOLIDES MUNICIPAUX (DSM)

Louis J. Circeo, Ph. D.

Senior Researcher Scientifique de la Georgia Tech Research Institute

Directeur des Programmes de Recherche des Applications de la Torche à Plasma

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QU'EST-CE QUE C’EST LE PLASMA?• Il est considéré comme

le “Quatrième Etat” de la matière

• Il est un Gaz Ionisé à haute température capable de conduire le courant électrique

• La Foudre est un exemple de Plasma présente sur la Terre

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LA TORCHE AU PLASMA

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LA TORCHE AU PLASMA EN FONCTION

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LES CARACTÉRISTIQUES TECHNOLOGIQUES

DE LA TORCHE AU PLASMA

• Des températures jusqu'à 4000° C. à plus de 7000° C

• Les niveaux de puissance de la torche de 100 kW à 200 MW

produisent à haute densité d'énergie (jusqu'à 100 MW/m3)

• La torche fonctionne avec la plupart des gaz

• une pyrolyse et/ou d'un procédé de gazéification

n'est pas un processus d'incinération

• Elle permet des opérations locales aussi par forage

sur la terre pour être récupérés

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LA TECHNOLOGIE DE LA TORCHE AU PLASMAEST IDÉALE

POUR LE TRAITEMENT DES DÉCHETS• Les effets toxiques et dangereux sont réduits

par les températures élevées en éléments inertes- Les gaz sont facilement neutralisés

• Les matières organiques- zones aérées- convertis en gaz combustibles (H2 et CO)- les gaz nuisibles sont facilement neutralisés

• Les matières résiduelles (minéraux, métaux lourds, etc.) sont immobilisés dans un bloc qui rassemble au verre très résistant à la lixiviation

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LA TECHNOLOGIE DE LA TORCHE AU PLASMA

LES CARACTÉRISTIQUES SONT:

• Aucune autre technologie peut atteindre des niveaux de température prolongée (> 7000° C) ou densité d'énergie (jusqu'à 100 MW/m3)

• Tous les produits contaminants connus peuvent être traités efficacement

• Les terrains contaminés, les matériaux solides et des décharges peuvent être facilement aérés et immobilisés dans une atmosphère inerte ressemblant au verre

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LA TECHNOLOGIE DE LA TORCHE AU PLASMA

LES SYSTÈMES COMMERCIAUX

ET EN MATIÈRE DE DÉVELOPPEMENT

• La destruction de l'amiante et des matériaux contenant de l'ACM

• La gazéification des déchets solides municipaux (DSM) avec la production d'énergie par rapport

• La vitrification des cendres des incinérateurs• L’inertage et la récupération du site d'enfouissement• La vitrification des sols contaminés sur le site• La stabilisation du sol sur le site

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LA PYROLYSE DES DÉCHETS SOLIDES MUNICIPAUX (DSM)

Puissance Flamme 120 kWh

Nettoyagede Gaz

Gaz de Combustion 30,000 ft3

850 m3

Gravel Agrégat Brique

800 kWh

Déchets Solides 400 lb/2 ft3

0,18 ton - 0.057 m3

1 ton MSW75 ft3 - 2,24 m3

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LA GAZÉIFICATION AU PLASMA DE DSMLE BUDGET THERMIQUE THÉORIQUE

GAZÉIFICATIONPLASMA

DSM1 Ton - 11.31 MBtu

Charbon 0.8 MBtuAir - 0.56 MBtu

Électricité 0.12 MWHr - 0.41 MBtu

PERTES

0.95 MBtu

Gaz Produit 51.600 MTF

Valeur thermique =8.79 MBtu-2.576 kWh

Énergie du Gaz Chaud2.94 MBtu

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Valeur de la Puissance ThermiqueÉlectricité entrant

= 28,6

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LES DÉCHETS SOLIDES MUNICIPAUX (DSM) VS L’ELECTRICITÉ

LA COMPARAISON DES PROCÉDÉS THERMIQUES

Production Nette d'ÉlectricitéProcessus(1) (kWh/ton MSW)(2) Avantages du Plasma

• Plasma Arc Gasification 816• Gazéification conventionnelle 685 + 20 %

- Fixed/Fluidized Bed Technologies

• Pyrolyse et Gazéification 685 + 20 %- Thermoselect Technology

• Pyrolyse 571 + 43 %- Mitsui R21 Technology

• Incinérateur 544 + 50 %- Mass Burn Technology

(1) 300 - 3,600 tonnes par jour DSM(2) Production d'Électricité avec une Turbine

à Vapeur

Références: EFW Technology Overview, The Regional Municipalityof Halton, Submitted by Genivar, URS, Ramboll, JacquesWhitford & Deloitte, Ontario, Canada, May 30, 2007

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CO2 - ÉMISSIONS PAR MWH

DE L’ELECTRICITÉ PRODUITE

(1) EPA Document: www.epa.gov/cleanenergy/emissions.htm(2) Complete Conversion of Carbon to CO2; MSW Material & Heat Balance,

Westinghouse Plasma Corp.

Incinerateur Charbon Pétrole Plasma Gaz DSM DSM Naturel

3,000

2,000

1,000Pou

nd

s C

O2/

MW

H

2,988(1)

1.355 kg

2,249(1)

1.020 kg

1,672(1)

758 kg 1,419(2)

643 kg 1,135(1)

514 kg

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LES CONCLUSIONS SUR LE SYSTÈME DU PLASMA

POUR LE TRAITEMENT DE DSM

• Il accepte tous les déchets solides et liquides

• Il ne faut pas le pré-processus- Il peut accepter des matières dangereuses/médicaments,

des déchets toxiques, de l'amiante, pneus, etc.

• C'est un système en boucle fermée- Il n'y a pas de gaz à effet de serre directement dans l'atmosphère- Pas besoin de décharges

• Inertage total des déchets- Extraire la valeur du produit du carburant- Produire des résidus vendus (tels que les agrégats de métaux)

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LE PROJET D'AFFAIRES DE GAZÉIFICATION

AU PLASMA DE DSM AU JAPON

• Il a été construit en 2002 à Mihama - Mikata par Hitachi Metals Ltd

• Gazéification de 24 tonnes par jour de déchets solides municipaux et de 4 tonnes par jour de boues de stationsd'épuration des eaux

• Production d'eau chaude et de la vapeur pour les industries locales

Le réacteur à plasma de fusion directe (Plasma DirectMelting Reactor, PDMR) de Mihama - Mikata au Japonconvertit déchets non dissociés et débris en électricité,

des agrégats tels que le sable et des morceaux de métal matériaux

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LE PROJET D'AFFAIRES DE LA GAZÉIFICATION

AU PLASMA DE DSM AU JAPON

• Il a été construit en 2002 dans Utashinai, au Japon, Hitachi Metals Ltd

• Le projet d'origine était: la gazéification de 170 tonnes par jour des déchets solides municipaux et des débris de voitures

• Projet en cours: la gazéification d'environ 300 tonnes par jour de déchets solides municipaux

• Il génère jusqu'à 7,9 MW d'électricité de 4,4 MW nets au réseau

Le réacteur à plasma de fusion directe (Plasma DirectMelting Reactor, PDMR ) de Utashinai au Japon convertit

les déchets (DSM) non dissociés et débris de voitures non triés dans l'électricité, des agrégats tels que le sable

et des morceaux de matériaux métalliques

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ST. LUCIE COUNTY, EN FLORIDE

PROJET EN COURS DE CONSTRUCTION

• 3000 tonnes par jour de déchets solides municipaux par le comté et de la décharge

• 6 unités des taureaux de gazéification à 500 tonnes par jour chaque- Jusqu'à 6 torches au plasma pour réacteur- Niveaux de puissance de 1,2 à 2,4 MW par torche

• La Production d'énergie- 160 MW d'électricité d'une puissance nette de 120 MW- Energie pour 98.000 familles- Vapeur vendu à l'industrie locale

• Les résidus sont des produits qui rassemblent à la roche et ils sont vendus comme matériaux de construction

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ST. LUCIE COUNTY, EN FLORIDE

PLAN DU PROJET EN COURS DE CONSTRUCTION (SUITE)

• La décharge sera complètement déchargée en environ 18 ans

• Le coût en capital est estimé à environ 450 millions de dollars

- Il est presque le coût d'un incinérateur traditionnel

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POWER PLANT BUILDING

Stack

Heatrecovery

steamgenerator

GasTurbine

Electricgenerator

Steam turbine

RITORNO DI ENERGIA

Heat recovery

steamgenerators

GAS CLEANING

PLASMAGASIFICATION

BUILDING

PLASMACUPOLA

PROPOSED WASTE PLASMA PLANT

TRASH VAPORIZATION

4. The syngas leaves thetop of the cupola at about2,000 degrees F andimmediately is sent to the heat recovery boiler, whichreduces the temperature ofthe syngas to about 400degrees F while makingsteam that is sent to thepower plant building toproduce electrical energyin a steam turbine-drìivenelectric gnerator.

STEAM

Compressors

Electricityback

ELECTRICITYOUT

5. Once thesyngas is cooled, it iscleaned andscrubbed toremovecontaminants.The syngas isnow ready tobe used in the power plant.

6. Compressors pull the syngasfrom the plasma cupola throughthe heat recovery boilers and thegas cleaning equipment and com press the gas for use in a gasturbine. After the syngas goesthrough the gas turbine and goesthrough the electric generator toproduce electricity, it is able to besold to a utility grid.

3. cont. the slag runs outthe bottom into a pool ofwater. The slag is convertedinto granular pieces that arecompletely inert and can beused as aggregate (a crushed-stone product that is used forconstructing foundations, roads,etc.) or shaped intopaving bricks or otherconstruction material.

1. Waste is conveyed from thestorage area up tothe entry into theplasma cupola andenters the cupolavia an air lockchamber.

2. The extremely hot (10,000 degrees F)plasma torchesat the bottom ofthe cupolaconvert thewaste into eithera fuel gas or aliquid slag.

7. The exhaust heat fromthe gas turbine is sentthrough another heatrecovery steam generator.

3. The process is oxygen-deprived (meaning there is no combustion) and it creates a synthetic fuel gas called syngas. The syngas leaves the cupola atthe top while... (cont.)

Syngas

Electricgenerator

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COMPAREZ LE COÛT DES USINES D'INCINÉRATION

AVEC LA GAZÉIFICATION AU PLASMA

Incinérateur

Incinérateur à la production d'énergie

Gazéification au plasma

avec la production d'énergie

300

200

100

00 1000 2000 3000

Le c

oû

t (e

n m

illio

ns

d'e

uro

s)

La capacité (tonnes par jour)

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LE PROCESSUS DU PLASMA DES DSM COMBINÉ

AVEC DES CENTRALES À COMBUSTIBLES FOSSILES

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Coal supply

Conveyor

Pulveriser/Mill

Stack

Boiler

Electricity

Steamturbine

Generator

Substations/trasformer

Condenser

Waterpurification

Ashsystems

Plasma torch

Metal Slag

Utilization of remaining heat

Power generation

No effluent

BoilerBag filter

Clean gas

Fly ash treatedwith chemical agents

Cal

cium

hy

dro-

oxid

e

Act

ivat

ed

carb

on

Coo

ling

tow

er(D

ry t

ype)

Pla

sma

dire

ct m

eltin

g re

acto

r

Afte

r bu

rnin

g

Lim

esto

neC

okes

CombustionChamber

Equipment Eliminated

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LE CENTRE D'ENFOUISSEMENT INERTE

Déchets vitrifiés

Traitement du gaz

Abaissement

Déchets enfouis

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LES SYSTÈMES AU PLASMA

POUR LE TRAITEMENT DES DSM (ASIE)EMPLACEMENT TYPE DE DÉCHETS DATE

Mihama-Mikata, JP RMW/WWTP Sludge 28 2002

Utashinai, JP RSW/ASR 300 2002

Kinuura, JP MSW ash 50 1995

Kakogawa, JP MSW ash 30 2003

Shimonoseki, JP MSW ash 41 2002

Imizu, JP MSW ash 12 2002

Maizuru, JP MSW ash 6 2003

Iizuka, JP Industrial 10 2004

Osaka, JP PCBs 4 2006

Taipei, TW Medicinal & Batteries 4 2005

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CAPACITÉ (tonnes par jour)

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LES SYSTÈMES AU PLASMA POUR LE TRAITEMENT

DES DSM (EUROPE ET AMÉRIQUE DU NORD)EMPLACEMENT TYPE DE DÉCHETS DATE

Bordeaux, FR MSW ash 10 1998

Morcenx, FR Asbestos 22 2001

Bergen, NO Tanney 15 2001

Landskrona, SW Fly ash 200 1983

Jonquiere, Canada Aluminium dross 50 1991

Ottawa, Canada MSW 85 2007 (demonstration)

Anniston, AL Catalytic converters 24 1985

Honolulu, HI Medical 1 2001

Hawthorne, NV Munitions 10 2006

Alpoca, WV Ammunition 10 2003

U.S. Navy Shipboard 7 2004

U.S. Army Chemical Agents 10 2004

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CAPACITÉ (tonnes par jour)

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CONCLUSIONS

• Le traitement de ces déchets (DSM) avec la torche au plasma a des capacités uniques qui ne peuvent pas être comparé aux technologies existantes

• Il peut être plus économique de porter les DSM à une usine du plasma pour produire de l'énergie plutôt que les jeter dans des décharges

• Le processus plasma:- Il réduit de façon significative le problème de l'élimination

des déchets solides urbains (DSM)- Il peut atténuer de manière significative la crise de l'énergie- Il réduit la nécessité pour les décharges

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CONCLUSIONS (SUITE)

• Le processus de DSM au plasma a le potentiel de fournir le 5% des besoins en électricité des Etats-Unis (l'équivalent de 25 centrales nucléaires)

• Il peut créer plus d'énergie renouvelable de l'énergie attendue produite par énergie solaire, éolienne, gaz d'enfouissement et la géothermie énergies combinées

• Une fois entièrement mis au point le système deviendra plus économique pour l'inertage des décharges existantes et produire de l'énergie

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Le PLASMA crée une forme de foudre artificielle

Les températures du PLASMA sont supérieures à celles de la surface du soleil

Le traitement par PLASMA élimine tous les types de produit polluant

La gazéification au PLASMA élimine la nécessité des décharges

Les matériaux restants, vitrifiés et granulats, produits par le PLASMA, peuvent être réutilisés comme des matériaux de construction

La gazéification au PLASMA fond chaque type de matériel existant

La gazéification au PLASMA N'EST PAS UNE OPÉRATION D'INCINÉRATION

10 installations PLASMA de 3000 tonnes par jour est l’équivalent de la puissance d'un réacteur de 1000 MWe

Le PLASMA peut transformer les décharges existantes en des sources d' énergie

Toutes les émissions du processus PLASMA sont acheminés pour être purifiés et utilisés pour la production d'énergie

Le PLASMA produit de l'électricité le 20-50% plus que les autres procédés thermique

La gazéification au PLASMA produit des émissions de carbone DEUX FOIS INFÉRIEURS à ceux émis par les incinérateurs et les décharges

Le PLASMA peut considérablement réduire le problème de l'élimination des déchets et de réduire considérablement la crise de l'énergie

Le processus du PLASMA des déchets solides municipaux est à considérer le PROCESSUS FINAL DE LEUR ÉLIMINATION.

EN RÉSUMÉ

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Sede operativa: Via Circumvallazione Esterna, 12 - 80025 Casandrino (Napoli) - Italy - Tel. +39 081 5050900 - Fax +39 081 8334635

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