Détermination de la qualité des diesels à partir d’huiles moteur usées et de plastiques usagés

Rapport de recherche

Préface

Nous tenons à remercier les personnes suivantes pour ce projet :

Pyrolyze, Peter et Raymundo, merci de nous avoir permis de réaliser ce projet avec vous. La collaboration a été très agréable et il est très agréable de contribuer à votre engagement pour une planète plus propre.

Martijn, merci d’avoir guidé le projet. En particulier, ils nous ont aidés à préparer notre diplôme et à nous préparer à l’étape suivante du programme scolaire.

Nous tenons également à remercier les deux entreprises, Bureau Veritas et VPS, pour avoir ouvert leurs laboratoires et contribué au projet.

Résumé

L’objectif de ce projet était d’effectuer des analyses quantitatives et physiques sur différents diesels Pyrolyze. Ce diesel est produit à partir de déchets d’huile de moteur et de matières plastiques. Ces déchets sont traités par un procédé de pyrolyse mis au point par Pyrolyze. Les échantillons Pyrolyze sont :

• Gazole de pyrolyse non filtré provenant de l’huile moteur
• Gazole de pyrolyse non filtré provenant de déchets plastiques (PS/PP/PE 1:1:1)
• Gazole de pyrolyse filtré provenant de déchets plastiques (PS/PP/PE 1:1:1)

En outre, les diesels suivants ont été utilisés comme référence :

• Gazole Tinq
• Gazole Shell
• Shell v-power gasoil

Les protocoles d’analyse utilisés proviennent de la norme NEN-EN 590. La NEN-EN590 est une méthode qui décrit les propriétés quantitatives et physiques auxquelles tous les carburants diesel destinés au secteur automobile doivent satisfaire au sein de l’Union européenne. Les échantillons ont été mesurés par deux laboratoires, Bureau Veritas et VPS.

Les résultats montrent que les échantillons Pyrolyze ne sont pas conformes à la norme EN590. Les densités des échantillons analysés sont trop faibles et la teneur en soufre est trop élevée. Le point d’éclair du gasoil provenant de l’huile moteur était très bas, ce qui le rendait inanalysable. Les autres paramètres, la teneur en eau, la viscosité, la teneur en cendres, la teneur en manganèse, les FAME et le point d’éclair du gasoil plastique, sont conformes aux spécifications de la norme NEN-EN590.

Les résultats des deux laboratoires sont concordants.

Abréviations utilisées

Le tableau 1 présente les abréviations qui apparaissent dans le rapport d’étude.

Tableau 1 Liste des abréviations et de leur signification

Table des matières

1.0 Introduction.
1.1 Objectif
1.1.1 Question principale.
1.1.2 Sous-questions.
1.2 Recherche.
2.0 Matériel et méthode.
2.1 Échantillons et produits chimiques.
2.1.1 Échantillons.
2.1.2 Produits chimiques.
2.2 Equipement.
2.3 Méthode.
3.0 Résultats.
4.0 Discussion et conclusion.
Recommandations.
Bibliographie.
Annexe.

1.0 Introduction

Au cours de ce projet, des recherches ont été menées sur la qualité des différents diesels produits par Pyrolyze. Pyrolyze veut offrir une solution à l’un des plus grands problèmes du 21e siècle, les déchets. Grâce à la technologie innovante de la pyrolyse, les déchets sont transformés en matières premières utilisables. La pyrolyse permet de transformer les déchets plastiques, les huiles de moteur usagées et les vieux pneus de voiture en trois fractions :

• Fraction de gaz
• Fraction naphta
• Fraction diesel

La fraction gazeuse est utilisée comme combustible pour le processus de pyrolyse. La fraction diesel du système de pyrolyse est filtrée. Le diesel filtré et la fraction de naphta peuvent être vendus dans le commerce comme matière première et/ou carburant. Un résidu, appelé noir de carbone, reste dans le réacteur.

Pyrolyze s’intéresse à la qualité de ses deux produits commercialement utiles, la fraction diesel et la fraction naphta. La comparaison avec des produits comparables provenant de fournisseurs existants est également intéressante. Pour cette étude, la qualité de la fraction diesel a été comparée à celle du diesel provenant de diverses sources commerciales.

La mission consistait ensuite à analyser ces combustibles pyrolysés à l’aide du NEN-EN590 (NEN, 2017). La NEN-EN590 est une norme qui décrit les propriétés physiques et quantitatives auxquelles doit répondre tout carburant diesel destiné aux voitures au sein de l’Union européenne. Le diesel Pyrolyze est comparé au diesel standard B7 et au V-Power.

Les analyses ont été effectuées par l’employeur des deux étudiants, Annemiek chez Bureau Veritas et Remco chez Veritas Petroleum Services (VPS). Voici les connaissances et l’équipement nécessaires pour analyser les différents paramètres en interne.

1.1 Objectif

L’objectif du projet est de déterminer la qualité du diesel Pyrolyze.

Une question principale a été formulée avec un certain nombre de sous-questions.

1.1.1 Question principale

La qualité du gazole Pyrolyze est-elle comparable à celle du gazole des fournisseurs de gazole existants sur le marché ?

1.1.2 Sous-questions

• Quels sont les paramètres importants pour déterminer la qualité du diesel ?
• Quels sont les paramètres importants pour le diesel qui doit respecter les exigences environnementales ?
• Comment le Pyrolyze diesel se compare-t-il aux diesels disponibles sur le marché ?
• Le diesel Pyrolyze répond-il aux exigences environnementales ?
• Faut-il améliorer la pyrolyse des déchets ?
• Quelles sont les différences entre les résultats des deux laboratoires ?

1.2 Recherche

Pyrolyze a fourni 3 types d’échantillons :

• Gazole non filtré provenant de l’huile moteur
• Gazole non filtré provenant de déchets plastiques (PS/PP/PE 1:1:1)
• Gazole filtré à partir de déchets plastiques (PS/PP/PE 1:1:1)

Les déchets plastiques sont un mélange de différents plastiques sélectionnés par Pyrolyze. Le polystyrène (PS), le polypropylène (PP) et le polyéthylène (PE) ont été mélangés dans un rapport de 1 à 1 à 1 et traités avec le système de pyrolyse dans les fractions.

Le volume fourni par type de diesel est d’environ 500 ml. En raison du faible volume, il n’a pas été possible d’effectuer toutes les analyses de la norme NEN-EN590. Le tableau 2 donne un aperçu des analyses effectuées conformément à la norme NEN-EN590. Un aperçu des analyses effectuées a été réalisé pour chaque laboratoire. La méthode utilisée pour chaque paramètre et la technique avec laquelle l’analyse est effectuée sont indiquées pour les deux lobatoires. Dans les dernières colonnes du tableau, les similitudes (vert) et les différences (rouge) de méthode entre les laboratoires sont indiquées en couleur. La couleur orange signifie que l’un des laboratoires ne peut pas effectuer cette analyse.

Tableau 2. Vue d’ensemble des analyses et des techniques associées des deux laboratoires

Les produits de pyrolyse et le matériau de référence ont été analysés dans les deux laboratoires pour les paramètres du tableau 3. Ce tableau indique les spécifications auxquelles le diesel doit répondre par paramètre selon la norme NEN-EN590 (NEN, 2017). La plage de mesure par paramètre des deux laboratoires est également indiquée. Le vert indique si la plage d’analyse se situe dans les limites des spécifications indiquées. La couleur orange indique que l’analyse ne peut pas être effectuée dans ce laboratoire.

Tableau 3.

Aperçu des spécifications selon NEN-EN590 et gamme de mesure Bureau Veritas et VPS.

2.0 Matériel et méthode

2.1 Échantillons et produits chimiques

2.1.1 Échantillons

Les échantillons suivants ont été examinés dans le cadre de ce projet :

Échantillons de pyrolyse

• Non filtré Pyrolyse du diesel à partir de l’huile moteur
• Gazole de pyrolyse non filtré issu de déchets plastiques (PS/PP/PE 1:1:1)
• Gazole de pyrolyse filtré provenant de déchets plastiques (PS/PP/PE 1:1:1)

Matériel de référence

• Tinq diesel
• Gazole Shell
• Shell v-power diesel

Les diesels Pyrolyze ont été remis personnellement par Peter Klaren lors d’une brève visite du laboratoire de Bureau Veritas.

Les diesels de référence ont été obtenus dans une station-service.

2.1.2 Produits chimiques

Les produits chimiques suivants ont été utilisés lors de l’analyse des échantillons :

• Premisolf
• Huile de paraffine
• Xylène

2.2 Equipement

Le tableau 4 présente les analyses effectuées avec les équipements utilisés dans les deux laboratoires au cours du projet.

Tableau 4. Matériel utilisé pendant le projet

2.3 Méthode

Ce chapitre décrit les différentes méthodes d’analyse des paramètres analysés. Le tableau 5 présente les paramètres analysés avec les méthodes ISO/ASTM utilisées dans les deux laboratoires.

Tableau 5 Méthodes de synthèse des deux laboratoires

3.0 Résultats

Les résultats de cette recherche sont présentés dans les figures ci-dessous. Dans ces figures, les résultats des deux laboratoires sont présentés dans des encadrés. Les cases en pointillé correspondent aux résultats du SPV et les cases en continu aux résultats du Bureau Veritas. Les figures indiquent les spécifications selon NEN_EN590 au moyen d’une ligne rouge. Lorsqu’un résultat est conforme aux spécifications, la case est verte, lorsqu’un résultat est en dehors des spécifications, la case est rouge.

Les textes des figures sont en anglais parce que le client l’a souhaité, afin qu’elles puissent être publiées directement sur son site internet sans autre explication.

La figure 1 montre les résultats de la teneur en eau. Selon les spécifications NEN-EN590, l’échantillon peut contenir un maximum de 200 mg/kg, ce qui est indiqué par une ligne rouge dans la figure. Les échantillons et les références de Pyrolyze sont conformes aux spécifications de la norme NEN-EN590.

Figure 1. Résultats de la teneur en eau

La figure 2 montre les résultats de la viscosité mesurée à 40°C. Selon les spécifications NEN-EN590, la viscosité doit être comprise entre 2 et 4,45 mm2/s. La figure montre que tous les échantillons Pyrolyze et les échantillons de référence sont conformes aux spécifications.

Figure 2. Résultats de la viscosité à 40°C

La figure 3 montre les résultats de la teneur en cendres. Selon la spécification NEN-EN590, l’échantillon peut contenir un maximum de 0,01% de cendres m/m après incinération. La figure montre que les échantillons de pyrolyse et les échantillons de référence sont conformes à la spécification.

Figure 3. Résultats de la teneur en cendres

La figure 4 montre la teneur en manganèse. Selon la spécification NEN-EN590, l’échantillon peut contenir un maximum de 2 mg/L de manganèse. Le manganèse n’a été analysé que par le laboratoire de Bureau Veritas. Les résultats montrent que le diesel issu d’huiles moteur usagées contient une faible quantité de manganèse. Les autres diesels Pyrolyze et les diesels de référence ne contiennent pas de manganèse. Tous les échantillons sont conformes aux spécifications.

Figure 4. Résultats de la teneur en manganèse

La figure 5 montre les résultats de la teneur en esters méthyliques d’acides gras. Selon la spécification NEN-EN590, l’échantillon peut contenir un maximum de 7% v/v. La figure montre qu’il existe une différence entre les diesels Pyrolyze et les diesels de référence. Les diesels Pyrolyze ne contiennent pas d’EMAG et les diesels de référence en contiennent. On constate également que les résultats sont conformes aux spécifications de la norme NEN-EN590.

Figure 5. Résultats des esters méthyliques d’acides gras

La figure 6 montre les résultats des points d’éclair. Selon la spécification NEN-EN590, le point d’éclair doit être d’au moins 55°C. La figure montre que tous les diesels de référence et le diesel Pyrolyze en plastique sont conformes aux spécifications. Bureau Veritas n’a pas été en mesure de déterminer un point d’éclair pour tous les diesels Pyrolyze.

Le point d’éclair du diesel Pyrolyze à partir de l’huile de moteur est illustré dans la figure avec 0°C comme résultat. En effet, le résultat est inférieur à 40 (ISO2719).

Figure 6. Résultats du point d’éclair

La figure 7 montre les résultats de la densité. Conformément à la norme NEN-EN590

Les figures 8 et 9 montrent les résultats de la teneur en soufre. La figure 8 montre la teneur en soufre analysée avec le WDXRF. Les spécifications NEN-EN590 stipulent que la teneur en soufre ne doit pas dépasser 10 mg/kg. La figure montre que les diesels Pyrolyze et le diesel de référence ne répondent pas aux spécifications. Le diesel Pyrolyze issu de l’huile moteur a une teneur en soufre élevée par rapport au diesel issu du plastique.

En plus de la méthode WDXRF, les échantillons ont été analysés pour le soufre sur un Coulomètre par Bureau Veritas. Les résultats sont visibles dans la figure 9. Aucun résultat de VPS n’est donc présenté ici. La figure 9 montre la même tendance que la figure 8. Le diesel Pyrolyze issu de l’huile moteur a une teneur en soufre élevée par rapport au diesel issu du plastique. Le diesel Shell v-power est le seul diesel qui répond aux spécifications analysées par la technique du coulomètre.

Figure 8. Résultats teneur en soufre déterminée par VPS (méthode XRF)

Figure 9. Résultats de la teneur en soufre déterminés par le Bureau Veritas (méthode du coulomètre)

Les données brutes sur lesquelles ces chiffres sont basés sont présentées à l’annexe 2. Les certificats du Bureau Veritas figurent également à l’annexe 1.

4.0 Discussion et conclusion

La qualité du diesel Pyrolyze ne répond pas aux exigences pour un certain nombre de paramètres. Un certain nombre de paramètres ne correspondent pas aux spécifications de la norme NEN-EN590. Le diesel Pyrolyze diffère également, sur un certain nombre de paramètres, des diesels standards analysés comme référence.

Le diesel Pyrolyze ne répond pas aux spécifications NEN-EN590 pour les paramètres suivants :

• Soufre
• Densité
• Point d’éclair, uniquement pour l’huile moteur

Les autres paramètres analysés sont conformes aux spécifications.

Le diesel Pyrolyze se distingue des diesels standard par les paramètres suivants :

• FAME
• Densité
• point d’éclair

Les résultats de la densité du diesel Pyrolyze ne sont pas conformes aux spécifications de la norme NEN-EN590. Les résultats sont inférieurs à la limite inférieure. La densité des diesels Pyrolyze est comparable. Les diesels de référence sont conformes aux spécifications.

La teneur en FAME des diesels Pyrolyze est différente de celle des diesels de référence. La teneur en FAME est une valeur qui indique la quantité de biodiesel contenue dans l’échantillon mélangé. Les diesels Pyrolyze sont fabriqués uniquement à partir de plastique ou d’huile de moteur et ne contiennent donc pas d’EMAG. L’absence de biodiesel dans le diesel Pyrolyze peut également être à l’origine de la différence de densité.

Les résultats concernant la teneur en soufre des diesels Pyrolyze sont bien supérieurs à la limite supérieure des spécifications de la norme NEN-EN590. Le gazole issu de l’huile moteur, en particulier, a une teneur élevée en soufre. L’augmentation de la teneur en soufre est due au fait que l’huile moteur contient des composés sulfurés. Ils sont en partie responsables du pouvoir lubrifiant de l’huile. Les diesels en plastique ne répondent pas non plus aux spécifications fixées. Cela n’a pas de sens, car le plastique ne contient pas de soufre. Il est possible que le système ait été contaminé avant la pyrolyse du lot de plastique. Les échantillons de référence de VPS ne répondent pas non plus aux spécifications de la norme NEN-EN590. Les concentrations sont très faibles, ce qui signifie que l’équipement et l’étalonnage utilisés peuvent être insuffisants. Les diesels de référence analysés par le Bureau Veritas sont conformes aux spécifications.

Le point d’éclair des diesels plastiques Pyrolyze est plus élevé que celui des diesels de référence. Cela peut être dû à la composition du diesel. Pour s’en convaincre, il suffit de comparer les recherches antérieures de Pyrolyze et de l’université des sciences appliquées avec les résultats de la présente étude.

Le point d’éclair du diesel Pyrolyze issu de l’huile moteur est trop bas pour être déterminé avec les techniques disponibles. Cela signifie que l’échantillon contient des composants très volatils, ce qui explique que le point d’éclair soit si bas.

Recommandations

Pyrolyze a fait un bon premier pas dans le processus en cours de développement. Nous pouvons vous recommander les éléments suivants pour optimiser le processus :

Analyser les autres paramètres énumérés dans la norme NEN-EN590. Cela donne une image plus complète des diesels et de leurs caractéristiques. L’indice de cétane, le résidu de microcarbone sur 10 % de résidu de distillation (MCR 10 %) et la distillation sont des paramètres qui en disent long sur le diesel.
Dans le cadre des recherches ultérieures, il pourrait être décidé d’augmenter la teneur en FAME. Cela signifie qu’un pourcentage de biodiesel peut être ajouté aux échantillons existants. De cette manière, il est possible de voir s’il a une influence sur les diesels et leurs propriétés.
Au cours de ce projet, les diesels ont été testés par rapport à la norme NEN-EN590. Il s’agit d’une exigence de qualité très stricte. Il est possible d’adapter le diesel à d’autres marchés où les exigences sont moins strictes. L’utilisation du diesel comme carburant dans le secteur maritime en est un exemple.

Le diesel issu de l’huile de moteur présente un certain nombre de paramètres inquiétants pour son utilisation future. Le faible point d’éclair et la teneur élevée en soufre sont des paramètres importants pour la qualité des diesels. Le processus après la pyrolyse pourrait être adapté, avec pour fonction d’éliminer les fractions légères du diesel. Cela permettrait d’améliorer le point d’éclair. Cela peut également avoir une incidence sur la teneur en soufre. Des recherches plus approfondies pourraient être menées à ce sujet.
Les diesels en plastique, non filtrés et filtrés, contiennent des traces de soufre. L’origine n’est pas claire. Il est possible que le système soit contaminé avant la pyrolyse, ce qui entraîne la présence de soufre dans le gazole issu du plastique. Cela pourrait faire l’objet d’une enquête afin de s’assurer qu’aucun soufre ne sort du plastique. La recherche de l’origine du soufre est un bon pas en avant vers des diesels utilisables.

Bibliographie

ASTM. (2016, Dec 01). ASTM D7111 ; Méthode de test standard pour la détermination des éléments traces dans les combustibles de distillat moyen par spectrométrie d’émission atomique à plasma inductif (ICP-AES). Extrait du site de l’ASTM : https://www.astm.org/Standards/D7111.htm

ASTM. (2021, 28 janvier). ASTM D6304 ; Standard Test Method for Determination of Water in Petroleum Products, Lubricating Oils, and Additives by Coulometric Karl Fischer Titration (Méthode d’essai standard pour la détermination de l’eau dans les produits pétroliers, les huiles lubrifiantes et les additifs par titrage coulométrique Karl Fischer). Extrait du site de l’ASTM : https://www.astm.org/search/fullsite-search.html?query=D6304&

ISO. (1996, 01 juin). ISO 12185 ; Pétrole brut et produits pétroliers – Détermination de la masse volumique – Méthode du tube en U oscillant. Extrait de ISO:iso.org/standard/21124.html

ISO. (2000, Nov 01). ISO 12927 ; Produits pétroliers – Détermination de l’eau – Méthode de titrage coulométrique Karl Fischer. Extrait de l’ISO : https://www.iso.org/standard/2730.html

ISO. (2001, 01 octobre). ISO 6245 ; Produits pétroliers – Détermination des cendres. Extrait de l’ISO : https://www.iso.org/standard/31156.html

ISO. (2003, 01 juillet). ISO 8754 ; Produits pétroliers – Détermination de la teneur en soufre – Spectrométrie de fluorescence X à dispersion d’énergie. Extrait de l’ISO : https://www.iso.org/standard/30062.html

ISO. (2016, 01 juin). ISO 2719 ; Détermination du point d’éclair – Méthode de la coupelle fermée Pensky-Martens. Extrait de l’ISO : https://www.iso.org/standard/62263.html

ISO. (2018, 01 août). ISO 20884 ; Produits pétroliers – Détermination de la teneur en soufre des carburants pour automobiles – Spectrométrie de fluorescence X dispersive en longueur d’onde. Extrait de l’ISO : https://www.iso.org/standard/74314.html

ISO. (2019, 01 août). ISO 20846 ; Produits pétroliers – Détermination de la teneur en soufre des carburants pour automobiles – Méthode par fluorescence ultraviolette. Extrait de l’ISO : https://www.iso.org/standard/74313.html

ISO. (2020, Sep 01). ISO 3104 ; Produits pétroliers – Liquides transparents et opaques – Détermination de la viscosité cinématique et calcul de la viscosité dynamique. Extrait de l’ISO : https://www.iso.org/standard/67965.html

NEN. (2017, Nov 01). NEN-EN590 ; Carburants pour véhicules routiers – Diesel – Exigences et méthodes d’essai. Tiré de NEN : https://www.nen.nl/nen-en-590-2013-a1-2017-en-234751

NEN-EN. (2014, 01 mai). NEN-EN 14078 ; Produits pétroliers liquides – Détermination de la teneur en esters méthyliques d’acides gras (FAME) dans le distillat moyen – Méthode par spectrométrie infrarouge. Tiré de NEN-EN : https://www.nen.nl/nen-en-14078-2014-en-195412

NEN-EN. (2014, Nov 01). NEN-EN 16576 ; Carburants pour véhicules routiers – Détermination de la teneur en manganèse et en fer dans le diesel – Méthode par spectrométrie d’émission optique avec plasma à couplage inductif (ICP OES). Tiré de NEN-EN : https://www.nen.nl/nen-en-16576-2014-en-201413

Annexe 1

Annexe 1 : Certificats Bureau Veritas

Certificat Tinq diesel

Certificat Shell diesel

Certificat Shell V-Power

Certificat Non filtré Pyrolyser le diesel à partir de l’huile de moteur

Certificat Non filtré Pyrolyser du diesel à partir d’un mélange de plastiques

Certificat Filtré Pyrolyser le diesel à partir de mélanges plastiques

Annexe 2