LUE - Valorisation par co-pyrolyse de déchets polymères plastiques et bitumes industriels

LUE - Valorization Of Polymer And Industrial Bitumen Waste By Copyrolysis

• Auteur / Autrice : Youssef Ech'chalh
• Direction : Raymond Michels, Valérie Vitzthum
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Inscription en doctorat le 06/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIReNa - Science et ingénierie des ressources naturelles
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GeoRessources
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : GRéStock (Axe Matières Premières)

Mots clés

Mots clés libres

Pyrolyse

Déchets bitume

Déchets polymères

Recyclage

Polymer waste

Bitumen waste

Pyrolysis

Recycling

Résumé

La valorisation des déchets polymères et bitumes (revêtements routiers, déchets BTP, sols pollués) est un vrai challenge dans le contexte d'une économie durable et circulaire. Dans la majorité des études publiées la décomposition thermique en absence d'oxygène (la pyrolyse) est appliquée soit aux déchets polymères, soit aux bitumes afin d'obtenir des molécules utiles pour l'industrie chimique. Les déchets polymères fournissent ainsi une quantité limitée de molécules valorisables tandis que les bitumes génèrent des compositions complexes proches d'un brut pétrolier. Des premiers travaux ont montré que la co-pyrolyse de ces composés permettait une synergie, en diminuant la consommation énergétique nécessaire à l'opération, tout en améliorant la qualité et la qualité des hydrocarbures obtenus. L'objectif de cette recherche est ainsi d'étudier la possibilité d'une nouvelle stratégie de recyclage chimique des déchets de polymères et de bitumes basée sur la co-pyrolyse. La recherche se basera ainsi sur : - Une campagne expérimentale de co-pyrolyse de mélanges sélectionnés de déchets polymères et bitumes visant à optimiser les variables de pyrolyse (composition des mélanges, température, temps, pression). Un aspect particulier consistera à utiliser une large gamme de pyrolyse, de quelques millibars à plusieurs centaines de bar. - L'identification et la quantification des produits de réaction afin d'établir des bilans de masse - D'identifier les voies réactionnelles et de les modéliser L'ensemble des travaux visera à comprendre comment la très large gamme de molécules produite par la décomposition des bitumes améliore la décomposition des polymères (et réciproquement), ainsi que la qualité des produits de réaction, tout en déterminant les conditions opératoires optimales pour développer un tel procédé.

The valorization of polymer and bitumen wastes are a true challenge in the construction of a global sustainable and circular economy. In most published studies, pyrolysis is applied on either polymer or bitumen as to obtain molecules useful in the chemical industry. While polymer waste yield a limited range of valorizable molecules, bitumen usually release a full spectrum of several thousand molecular structures similar to petroleum. Initial work has shown that the co-pyrolysis of these compounds allows synergy, by reducing the energy consumption necessary for the operation, while improving the quality and quality of the hydrocarbons obtained. The aim of this PhD is to study the possibility of a new strategy in the chemical recycling of polymer and bitumen waste by using co-pyrolysis. The research will thus focus on: - An experimental campaign based on the co-pyrolysis of polymer and bitumen waste (road asphalt, construction bitumen, bitumen polluted soils) mixtures aiming at the optimization of pyrolysis variables (mixtures compositions, temperature range, time, pressure, minerals contents). - The identification and quantitation of reaction products - The identification of reaction pathways and their computer modelling The overall research aims at the understanding of how the large variability of molecules release from bitumen waste upon pyrolysis may significantly improve the rate of plastic waste depolymerization (and vice versa) and the formation of higher quality molecules, while determining the optimal operating conditions for developing such a process.