Pyrolysis of municipal solid waste

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Abstract

A state-of-the-art review describing the characteristics of municipal solid waste (MSW) and assessing the chemistry and technology of pyrolysis of municipal solid waste is presented. The economics of the pyrolysis process are outlined.

Combustibles constitute on average about 60% of the weight of MSW and result in an average heating value (“as received” basis) of about 3,000 to 6,000 Btu/Ib. This makes MSW attractive for thermal treatment.

Municipal solid waste can be converted to gas, liquid and solid products by pyrolysis. Due to the complexity in composition of MSW the exact mechanism of pyrolysis is not known. Both homogeneous and heterogeneous reactions occur at the same time and both heat and mass transfer take place during the process. The relative yields of different products depends on the temperature of pyrolysis and the rate of heating. High pyrolysis temperatures and high heating rates favour the production of gases indicating high energies of activation for gasification reactions. At low temperatures, below 800°C, the pyrolysis process is reaction-rate controlled, while at high temperatures, above 1,200°C, the process is diffusion-rate controlled. Conditions of good heat and mass transfer are required for gasification of MSW. The residual char after pyrolysis can be gasified by further treatment with steam, hydrogen or carbon monoxide and water. The heat available from the products of pyrolysis is sufficient to sustain the process and yield some excess energy.

Three types of reactor design have been generally used in the investigation of pyrolysis of MSW; fixed bed reactor, fluidized bed reactor and rotary kiln reactor. The advantages and weak points of each of these are briefly discussed.

The costs of disposal of MSW by pyrolysis appear to be competitive with incineration.

Abstract

Dans une revue à jour, on décrit les caractéristiques des déchets solides des municipalités et évalue, au point de vue chimique et technologique, la pyrolyse desdits déchets; on y expose aussi l'économique du procédé de pyrolyse.

Les matières combustibles constituent environ 60% en poids des déchets solides et ont en moyenne une valeur calorifique (basée sur le produit “à sa réception”) de 3000 à 6000 btu/lb, ce qui les rend intéressantes en ce qui a trait au traitement chimique.

On peut transformer, par pyrolyse, les déchets solides des municipalités en produits gazeux, liquides et solides. Vu la composition complexe des déchets, on ignore le mécanisme exact de leur pyrolyse. Il se produit simultanément, durant la pyrolyse, des réactions homogènes et hétérogènes aínsi que des transferts de chaleur et de masse. Les rendements relatifs des différents produits dépendent de la température de la pyrolyse et du taux de chauffage. Les hautes températures de la pyrolyse et les taux élevés de chauffage favorisent la production de gaz qui indiquent de fortes énergies d'activation pour des réactions de gazéification. A des températures basses (en bas de 800°C), le procédé de pyrolyse est contrǒlé par le taux de la réaction, tansdis qu'à des températures élevées (au-dessus de 1200°C) il est contrǒlé par le taux de diffusion.

Il faut, pour la gazéification des déchets solides, de bonnes conditions de transfert de chaleur et de masse. On peut gazéifier le résidu carbonisé de la pyrolyse en le traitant ultérieurement avec de la vapeur d'eau, de l'hydrogène ou de l'anhydride carbonique et de l'eau. La chaleur fournie par les produits de la pyrolyse est suffisante pour entretenir le traitement et měme produire un excès d'énergie.

On a, en général, employé trois modèles différents de réacteurs dans l'étude de la pyrolyse des déchets solides des municipalités, à savoir un réacteur à lit fixe, un réacteur à lit fluidisé et un réacteur à four rotatif; on discute brièvement les avantages et les points faibles de chacun des types de réacteurs précités.

Les coǔts de la destruction par la pyrolyse des déchets solides des municipalités semblent concurrencer avec ceux de l'incinération.

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