Production de nanofilaments de carbone à partir de gaz produit par pyrolyse des déchets plastiques, en utilisant une nouvelle configuration de réacteur

Abstract

Le projet qui fait l’objet de ce Doctorat fait partie d’un grand projet « NanoF-PoRes » synergique entre l’université de Sherbrooke et plusieurs partenaires à savoir : PRIMA Québec, KWI Polymers et Soleno. L'objectif global du projet est le développement et la mise à l'échelle d'un procédé de synthèse de nanofilaments de carbone à partir de gaz produits par pyrolyse des déchets plastiques. À cet effet, une nouvelle configuration de réacteur a été développée et testée à échelle pilote. Le processus est basé sur l’utilisation des polymères non recyclables (qui sont mis en décharge ou incinérés) comme matières premières pour produire le gaz de synthèse qui sera utilisé comme matière première dans le nouveau réacteur où il est reformé à sec pour produire les nanofilaments de carbone. La séquestration du CO2, un gaz à effet de serre, sous forme de nanofilaments de carbone est le bénéfice le plus intéressant de la réaction de reformage à sec des gaz carbonés. Les nanofilaments de carbone, quant à eux, sont considérés comme le facteur clé de la faisabilité économique du procédé à l'échelle industrielle, en raison de leurs propriétés remarquables à savoir : la conductivité électrique, la conductivité thermique et la résistance mécanique. Le réacteur kg-lab de synthèse de nanofilaments de carbone a été développé et testé au cours de ce projet. Le développement et la mise à l’échelle passent par plusieurs étapes que sont : la conception du réacteur, sa fabrication, l’installation des équipements et leur raccordement, la mise en marche du procédé et la réalisation des tests selon un protocole de sécurité ainsi que l’intervention pour régler les différents problèmes de fonctionnement. La réaction de reformage à sec a été conduite dans le nouveau réacteur à 600 °C, en utilisant 500 g de catalyseur déposé à l'intérieur du réacteur. L’éthylène a été utilisé comme molécule représentative du gaz produit par pyrolyse des déchets plastiques, étant donné que ce dernier est composé majoritairement d’hydrocarbures insaturés. Même si quelques problèmes sont survenus, les résultats expérimentaux préliminaires du fonctionnement du réacteur avec de l'éthylène obtenus sont très prometteurs et confirment l'opérabilité du procédé. Des améliorations s’avèrent nécessaires afin de fonctionner en continu plus longtemps et d'atteindre une production de 1kg/h de nanofilaments de carbone.