Le pouvoir calorifique inférieur

Résultats
Références
Quels que soient les échantillons testés (granulats issus de PUNR majoritairement PL, VL ou mélange), la valeur
de PCI est de 35 MJ/kg.
Normes
n
Bois sec : 21 MJ/kg.
n
Charbon : 24-29 MJ/kg (il existe plusieurs qualités de charbon).
n
Ce mode opératoire fait actuellement l’objet d’une étude pour la rédaction d’une norme.
Conclusion
PR CEN/TS 15400 – Solid Recovered Fuels – Methods for the Determination of Calorific Value.
F ISO 1928 – Mai 2004 – Combustibles minéraux solides – Détermination du pouvoir calorifique supérieur selon
N
la méthode à la bombe calorimétrique, et calcul du pouvoir calorifique inférieur.
Un projet de norme concernant les combustibles solides de récupération est à l’étude pour les broyats de PUNR. Aussi,
dans un souci d’harmonisation des méthodes, Aliapur a souhaité valider ces méthodes sur les granulats de PUNR bien
que ceux-ci fassent très majoritairement l’objet d’une valorisation matière.
Études de référence
n
Dans les cas où les granulats de pneus ne pourraient plus faire l’objet d’une valorisation matière, par exemple
lors du recyclage d’aires de jeux, de gazons synthétiques, etc., ils pourront être utilisés comme combustible grâce
à un PCI tout à fait remarquable.
n
Caractérisation de granulats de PUNR – CTTM1 pour le compte d’Aliapur – Février 2007.
Étude et analyses de granulats de PUNR – LRCCP1 pour le compte d’Aliapur – Juin 2007.
Sites de prélèvement
Les études menées par Aliapur ont porté sur divers
lots de granulats de PUNR issus de quatre usines
européennes de granulation qui utilisent différents
procédés et matières premières. Ces lots correspondent
aux principaux produits commercialisés par ces sites.
Les quatre sites d’où proviennent les échantillons
représentent ensemble les principales configurations
de ce que l’on peut trouver en termes de procédés et
de types de pneus usagés. Aliapur a utilisé une grande
diversité de produits pour ses analyses, lui assurant une
vue globale du secteur et une bonne représentativité
des résultats.
Usine 1 : broyages successifs de pneus de poids
lourds (PL).
n Usine 2 : broyages successifs de pneus de véhicules
légers (VL).
n Usine 3 : broyage par écrasement de pneus PL et VL.
1
2
n
n
4
Usine 4 : broyage après cryogénie de pneus PL et VL.
(1) Centre de Transfert de Technologie du Mans (CTTM) et Laboratoire de Recherches et de Contrôle du Caoutchouc et des Plastiques (LRCCP).
3
Coordination éditoriale : R&D Aliapur – Coordination graphique : communication Aliapur – Conception/Création : Crayon Bleu – Photos : Aliapur DR, Michel Djaoui – Mars 2010.
Imprimé dans le cadre d’Imprim’Vert sur papier recyclé – En sa qualité d’émetteur de papiers, Aliapur adhère à l’éco-organisme EcoFolio pour leur recyclage.
Exemples de PCI
n
ALIAPUR - Recherche & Développement
71, cours Albert Thomas - 69003 Lyon - FRANCE
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FILIÈRE DE VALORISATION DES PNEUS USAGÉS
FILIÈRE DE VALORISATION DES PNEUS USAGÉS
Le pouvoir calorifique
inférieur
Bien que les granulats de pneus
usagés ne fassent pas l’objet d’une
valorisation énergétique, le service
Recherche et Développement
d’Aliapur a souhaité étudier leur
pouvoir calorifique inférieur et, ainsi,
établir des données de référence qui
manquaient à ce type de produit.
Ces données pourraient également
être réutilisées pour le recyclage
des sols sportifs et de loisirs dont les
granulats seront arrivés en fin de vie.
Dans ce cas, la valorisation
énergétique serait une solution
envisageable.
Le pouvoir calorifique
Méthode préconisée et étudiée par Aliapur
Définition
Mode opératoire
Le pouvoir calorifique inférieur
Quantité de chaleur libérée lors de la combustion complète d’un mètre cube de gaz dans des conditions «
normales » de température et de pression (1,01325 bar ou 101 325 pascals à 0 °C) lorsque l’eau formée pendant
la combustion demeure à l’état de vapeur et que les produits de combustion sont évacués dans les conditions
d’essais normalisées.
Équivalent : net calorific value.
Il a été établi à partir de la norme NF ISO 1928 (mai 2004).
Exemple d’un dispositif
Calorimètre
Les échantillons de PUNR sont préparés à partir d’une micronisation de granulats contenus dans des échantillons de
1,8 g. Ces échantillons sont eux-mêmes issus, par diviseur rotatif, de 500 g pris dans un big bag de 500 kg.
Couvercle
La combustion est la réaction chimique qui a lieu entre un combustible et un comburant, par exemple l’oxygène
de l’air en présence d’une source de chaleur. Le résultat d’une combustion complète donne essentiellement du
dioxyde de carbone (CO2), de l’eau (H2O) et de la chaleur.
(C, H) + O2 Un composé constitué
de carbone et d’hydrogène
réagit avec de l’oxygène
C3H8 + 5 O2 Exemple du propane
Cuve
Agitateur
Bombe + couvercle
Cellule
CO2 + H2O + chaleur
pour donner du dioxyde de
carbone, de l’eau et de la chaleur
GRANULATS
de PUNR
3 CO2+ 4 H2O + chaleur
500 kg
Le pouvoir calorifique inférieur de granulats de PUNR est de 35 MJ/kg.
Comment calcule-t-on le pouvoir calorifique ?
L’échantillon combustible est placé dans un cylindre étanche en acier, appelé « bombe calorimétrique », avec
de l’oxygène pur. L’eau formée lors de la combustion est liquide et se vaporise, changement d’état qui demande
de l’énergie. La quantité de chaleur totale générée par la combustion, appelée « pouvoir calorifique supérieur
(PCS) », est donc égale à la chaleur libérée par la combustion à laquelle il faut ajouter la chaleur nécessaire à
la vaporisation de l’eau.
Dans la réalité, la vapeur d’eau se condense généralement à l’extérieur, notamment à la sortie des cheminées des
appareils industriels ou domestiques. La quantité de chaleur produite lors d’une combustion est donc inférieure
au pouvoir calorifique supérieur, car la chaleur de vaporisation de l’eau n’est pas récupérée.
Le pouvoir calorifique inférieur (PCI) se calcule en déduisant du PCS la chaleur de vaporisation de l’eau. Il
caractérise donc mieux la quantité d’énergie fournie par le combustible considéré.
Pour les combustibles gazeux, le PCI représente une valeur proche de 90 % du PCS. Il est exprimé en mégajoule
par kilo (MJ.kg-1 ou MJ/kg).
Des projets de normes concernant les analyses de combustibles solides de récupération sont actuellement à l’étude.
Aliapur a souhaité valider les méthodes d’analyses propres aux PUNR dans un souci d’harmonisation avec les
autres procédés mis en place, même si les granulats de pneus usagés font l’objet d’une valorisation matière.
Prise de l’échantillon
Microniastion à 500 µm
prise d’échantillons = 0,3g
Échantillon constitués selon la
méthode «lourde»
Voir la fiche «Prélèvement et
échantillonnage»
Réduction de l’échantillon par
diviseur rotatif = 1,8g
Le pouvoir calorifique est la quantité de chaleur dégagée par la combustion d’un kilo de combustible, ou d’un
mètre cube si c’est un gaz.
Valeur de référence
Pesée de la masse d’eau dans la cuve
Échantillon
de 500g
L’échantillon de granulats de PUNR micronisé (0,3 g) est placé dans une bombe calorimétrique remplie d’oxygène
pur. La bombe est ensuite placée dans un calorimètre rempli d’eau distillée et muni d’un dispositif d’agitation et
d’un thermomètre.
Après avoir mesuré la température initiale, la combustion est déclenchée dans la bombe. L’évolution de la
température de l’eau du calorimètre est suivie pendant toute la durée de l’expérience. Elle est directement liée à la
chaleur dégagée par la combustion, c’est-à-dire au pouvoir calorifique de l’échantillon.
PCéchantillon =
mtotale x Cpeau x Ttotale
méchantillon
Cette équation signifie que le pouvoir calorifique de l’échantillon est égal à la masse totale (masse de l’eau dans la
cuve + « masse équivalente » qui est une donnée constructeur) multipliée par la chaleur spécifique de l’eau multipliée
par la différence entre la température initiale et la température maximale atteinte lors de l’expérience, le tout divisé
par la masse de l’échantillon.
Les études de référence ont montré que la préparation de l’échantillon (réduction puis micronisation) assure une
meilleure reproductibilité de la mesure que l’utilisation directe de granulats non micronisés. Les essais et les résultats
obtenus ont confirmé les choix de la méthode d’analyse et du protocole de préparation et d’échantillonnage.
Mise en place du couvercle
Mesure de température à la fin de l’essai