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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Modélisation par mécanique des fluides numérique4. Procédés d’oxydation hydrothermale (OHT)
La cible des procédés d’oxydation hydrothermale est constituée par le traitement des déchets organiques en phase aqueuse d’une concentration pouvant aller de 1 à 20 % dans l’eau ; à plus de 20 %, le pouvoir calorifique inférieur (PCI) des déchets est suffisant pour que ceux-ci puissent être adressés à des technologies d’incinérations classiques ; à moins de 1 %, les procédés d’oxydation hydrothermale sont notamment concurrencés par des procédés d’adsorption tels que les charbons actifs ou des procédés à base biologique. Néanmoins, il est des cas particuliers où la technologie de l’oxydation hydrothermale est appliquée à des liquides organiques purs ; c’est le cas de certains déchets organiques liquides issus de l’assainissement d’installations nucléaires ; il est également des cas où des déchets très dilués sont adressés à l’oxydation hydrothermale, avec un apport de PCI via l’ajout d’un co-carburant dans le milieu réactionnel par exemple.
4.1 Principe de mise en œuvre
Les cinétiques rapides de réactions d’oxydation dans l’eau supercritique ont conduit à privilégier la mise en œuvre de procédés en continu. En effet, le mode discontinu conduit à générer des cycles de montées et descentes en pression et température fortement préjudiciables aux équipements, et peu efficaces d’un point de vue énergétique et économique ; le mode discontinu est réservé à des études de faisabilité ou à quelques cas particuliers, notamment quand la pompabilité du déchet à traiter n’est pas garantie. Les procédés continus d’oxydation hydrothermale sont généralement constitués d’une succession de cinq étapes élémentaires (pressurisation des réactifs et de l’eau, préchauffe des fluides, réaction isobare, dépressurisation et séparation des flux effluents), schématisées à la figure 5, pour un procédé à une pression opératoire ici égale à 25 MPa.
Les zones réactionnelles les plus simples sont constituées par des réacteurs tubulaires de grands rapports longueur/section. Ce sont celles qui sont généralement utilisées pour des études de base. Ces types de...
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Procédés d’oxydation hydrothermale (OHT)
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).
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(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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