Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article aborde les principes de mise en œuvre de l’oxydation hydrothermale, les conceptions développées à la fois pour exploiter les propriétés remarquables de l’eau supercritique vis-à-vis de la minéralisation des déchets organiques et gérer les difficultés induites par le fonctionnement de procédés continus sous pression et température. Il résume quelques notions de base sur la réaction de combustion dans l’eau supercritique, le comportement des charges salines. Il promeut l’apport de la mécanique des fluides numérique pour l’étude et l’extrapolation industrielle de ces procédés, pour lesquels le fort couplage entre chimie et thermohydraulique reste un sujet de développement.
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Hubert-Alexandre TURC : Ingénieur - Commissariat à l’Énergie Atomique, DEN/MAR/DTCD/SPDE - Centre de Marcoule, Bagnols-sur-Cèze, France
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Antoine LEYBROS : Ingénieur - Commissariat à l’Énergie Atomique, DEN/MAR/DTCD/SPDE/LPSD - Centre de Marcoule, Bagnols-sur-Cèze, France
INTRODUCTION
Avec l’augmentation de la production annuelle de déchets et la raréfaction des options de mises en décharge, l’élimination et/ou le recyclage des matériaux composant ces déchets sont devenus une impérieuse nécessité pour nos sociétés industrielles. Le cas des déchets organiques passe généralement par des traitements thermiques (voir par exemple [G2051]) lesquels permettent notamment de valoriser l’énergie calorifique libérée par la minéralisation des déchets.
Depuis quelques décennies, certains procédés innovants de traitement des déchets organiques ont vu le jour et parmi eux, les procédés dits d’oxydation hydrothermale, procédés extrêmement performants du point de vue de leur polyvalence, de leur efficacité, et de leur compacité. Ces procédés permettent la minéralisation dans l’eau supercritique, particulièrement adaptée pour le traitement de substances réfractaires, pour le traitement de substances organiques dangereuses ou toxiques présentes isolément, dans des effluents industriels, ou des eaux usées urbaines.
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MOTS-CLÉS
oxydation hydrothermale eau supercritique déchets organiques mécanique des fluides numérique
VERSIONS
- Version courante de août 2023 par Hubert-Alexandre TURC, Antoine LEYBROS
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Procédés d’oxydation hydrothermale (OHT)3. Précipitation/dépôt des sels minéraux
L’apparition de dépôts de sels dégrade le bon fonctionnement des réacteurs d’oxydation hydrothermale, par la diminution des transferts de chaleurs aux parois, à cause de l’encrassement, par l’apparition de corrosion entre la couche saline et la paroi interne, néfaste à la tenue mécanique des équipements sous pression, et par le colmatage, entraînant des difficultés de régulation de la pression opératoire pour des réacteurs opérant en continu . Le mécanisme de dépôt des sels issus de l’oxydation de déchets contenant des hétéroatomes est une combinaison de l’effet des conditions opératoires hostiles et de la nature desdits sels. La solubilité, le diagramme de phase de chaque espèce (des exemples de diagrammes de phase à 25 MPa se trouvent à la figure 4) et les modes de nucléation sont parmi les points clés pour la compréhension de ce mécanisme.
Un système eau-sel de type I est caractérisé par une courbe critique continue du point critique de l’eau jusqu’au point critique du sel. Un changement de phase isobare aboutit à la formation d’une phase liquide saturée et d’une phase supercritique saturée, dans les conditions supercritiques. La précipitation s’effectue à partir de gouttelettes au fur et à mesure de l’augmentation de température et aboutit à la formation de cristaux poreux d’une taille de quelque dizaines de microns. A contrario, la courbe critique du système eau-sel de type II présente des discontinuités. Le même changement de phase isobare aboutit à la formation d’une phase supercritique et d’une phase solide. Les cristaux formés sont de l’ordre du micron et ont tendance à s’agglomérer.
Dans les conditions de l’oxydation hydrothermale, la plupart des sels présente une solubilité faible en raison des conditions particulières de l’eau supercritique. Quelle que soit la nature du sel (type I ou type II) (tableau...
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Précipitation/dépôt des sels minéraux
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JAPAS (M.L.), FRANCK (E.U.) - High pressure phase equilibria & PVT data of the water/oxygen system including water/air to 673 K and 250 MPa - . Ber. Bensunges. Phys. Chem. 89, pp. 1268-1275 (1985).
-
(2) - UEMATSU (M.), FRANCK (E.U.) - Static Dielectric Constant of Water Steam - . J. Phys. Chem. Ref. Data, 9, pp. 1291-1306 (1980).
-
(3) - AKIYA (N.), SAVAGE (P.E.) - Roles of water for chemical reactions in high-temperature water. - Chem. Rev., 102, pp. 2725-2750 (2002).
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(4) - SAVAGE (P.E.), GOPALAN (S.G.), MIZAN (T.I.), MARTINO (C.J.), BROCK (E.E.) - Reactions at supercritical conditions : applications and fundamentals - . AIChE, 41, pp. 1723-1778 (1995).
-
(5) - LEYBROS (A.), ROUBAUD (A.), GUICHARDON (P.), BOUTIN (O.) - Supercritical water oxidation of ion exchange resins : Degradation mechanisms - . Proc. Safety & Env. Protect, 88, pp. 213-222 (2010).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
SCFI – AquaCritox® – Smarter Environmental Technology : http://www.scfi.eu/
Innoveox : http://www.innoveox.com/
Superwater Solutions : http://www.superwatersolutions.com/
General Atomics : http://ga.publishpath.com/hazardous-waste-destruction
Japan Environmental Safety Corporation : http://www.jesconet.co.jp/eg/facility/tokyo.html
HAUT DE PAGE
[Modar Inc.] – Processing Methods for the oxidation of organics in supercritical water – WO 81/03169
[Modar Inc] – Method for supercritical water oxidation – WO 92/21621
[Modell] – Supercritical water oxidation process and apparatus of organics with inorganics WO93/00304 – PCT/US92/05320
[Modar Inc] – Method and apparatus for solids separation in a wet oxidation type process – WO/8902874 – PCT/US88/03239
[General Atomics] – Downflow hydrothermal treatment – EP 1076042
[Chematur Engineering AB] – A high pressure and high temperature system – WO 01/17915
[Aerojet General Co] – Supercritical water oxidation reactor with wall conduits for boundary flow control – US 95/ 5387398
[Foster Wheeler] – Process and apparatus for supercritical water oxidation – EP 0708058
[ABB] – Method for supercritical...
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