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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 pour 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, et le comportement des charges salines. Il promeut l’apport de la mécanique des fluides numérique dans 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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This article gives an overview of the principles for implementing hydrothermal oxidation technology, and the designs developed to make use of the remarkable properties of supercritical water in the mineralization of organic waste, and to manage difficulties induced by the operation of these processes under pressure and temperature conditions. It summarizes some basic notions on the reaction of combustion in supercritical water, and the behavior of salt loads. It promotes the contribution of computational fluid dynamics to the study and industrial scale-up of these processes, where the strong coupling between chemistry and thermohydraulics is an area of development.
Auteur(s)
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Hubert-Alexandre TURC : Ingénieur - Commissariat à l’Énergie Atomique, DES/ISEC/DPME/SEIP - Centre de Marcoule, Bagnols-sur-Cèze, France
-
Antoine LEYBROS : Ingénieur - Commissariat à l’Énergie Atomique, DES/ISEC/DMRC/STDC/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. La gestion des déchets organiques passe généralement par des traitements thermiques (exemple [G 2 051]), lesquels permettent notamment de valoriser l’énergie calorifique libérée par la minéralisation des déchets.
Depuis les premiers développements en 1980, 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.
Les températures mises en œuvre (en dessous de 600 °C), ainsi que les effluents gazeux et aqueux générés compatibles avec l’environnement, positionnent l’oxydation en eau supercritique comme un concurrent pertinent aux procédés thermiques classiques (température entre 850 et 1 100 °C). La mise en œuvre de l’oxydation dans les conditions de l’eau supercritique, de par ses températures et ses pressions élevées, a nécessité la conception de réacteurs innovants permettant le contrôle de la réaction, ainsi que la gestion de la corrosion de la précipitation de la charge minérale. Les développements industriels de ce procédé sont présentés.
Le lecteur trouvera en fin d’article un glossaire et un tableau des sigles et des notations utilisés.
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MOTS-CLÉS
oxydation hydrothermale eau supercritique déchets organiques mécanique des fluides numérique
KEYWORDS
hydrothermal oxidation | supercritical water | organic effluent | computational fluid dynamics
VERSIONS
- Version archivée 1 de févr. 2017 par Hubert-Alexandre TURC, Antoine LEYBROS
DOI (Digital Object Identifier)
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7. Conclusion
Depuis les premiers développements en 1980, le traitement de déchets organiques par oxydation hydrothermale dans l’eau supercritique reste une technologie prometteuse, du fait de sa performance, de sa polyvalence, de sa compacité, de sa mise en œuvre en continu, et de la qualité des effluents gazeux et aqueux produits vis-à-vis de critères de rejets directs dans l’environnement.
Les développements industriels restent cependant relativement marginaux et positionnés sur des segments assez spécifiques ; même si les technologies de procédés sous pression et température sont relativement connues dans le milieu industriel, dans la pétrochimie notamment, les industriels producteurs de déchets ou les traiteurs de déchets ont une réticence à investir dans l’oxydation hydrothermale, notamment du fait de l’absence d’un retour d’expérience industriel significatif et d’une absence de garantie a priori sur les coûts d’investissement et d’exploitation de ces procédés.
La conversion et l’utilisation de l’énergie disponible représentent également un axe d’amélioration lors de la mise en œuvre de procédés à échelle commerciale/industrielle. De nombreuses stratégies sont encore au stade de faisabilité théorique et nécessitent le développement et la conception d’équipements spécifiques. Dans cette optique, la mise en œuvre de la détente de l’effluent à haute température, simple ou étagée, reste encore un challenge .
Il semble qu’une ouverture soit permise quand cette technique donne un avantage concurrentiel participant à l’économie globale du procédé. L’eau supercritique est non seulement un milieu idéal pour la minéralisation de composés carbonés, mais c’est également un milieu réactionnel intéressant pour ce qui concerne l’oxydation d’espèces minérales (Supercritical Water Synthesis, SWS). Deux exemples peuvent être cités :
-
Hanwha Chemicals Corp. (Corée...
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Conclusion
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).
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(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 J., 41, pp. 1723-1778 (1995).
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(5) - LEYBROS (A.), ROUBAUD (A.), GUICHARDON (P.), BOUTIN (O.) - Supercritical water oxidation of ion exchange resins: Degradation mechanisms. - Process Saf. Environ Protect., 88, pp. 213-222 (2010).
-
...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
SCFI – AquaCritox® – Smarter Environmental Technology : http://www.scfi.eu/
Superwater Solutions : http://www.superwatersolutions.com/
General Atomics : http://ga.publishpath.com/hazardous-waste-destruction
Aquarden : http://aquarden.com/
374Water : http://374water.com/
Circular Materials : http://circularmaterials.it/
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...
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