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RÉSUMÉ
Le traitement thermique des déchets et des effluents industriels utilise différents processus de transformation thermochimique de la matière et de l’énergie. Un prétraitement peut préparer les déchets aux traitements. Puis les traitements en eux-mêmes reposent sur l'inflammation, l'oxydation, la pyrolyse, la solvolyse ou la gazéification. Ces traitements sont à l’origine de divers produits de transformation, à traiter avant rejet à l’atmosphère.
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Gérard ANTONINI : Professeur, Directeur du laboratoire UMR 6067 CNRS : Génie des procédés industriels à l’Université technologique de Compiègne - Directeur scientifique du GIE Procedis (UTC/Ineris)
INTRODUCTION
Le traitement thermique des déchets et effluents industriels repose sur différents processus de transformation thermochimique de la matière et de l’énergie. Ces processus mettent en œuvre des transferts de masse et de chaleur, associés à la réactivité de la matière à traiter dans les différents environnements réactionnels créés soit pour l’oxydation, la pyrolyse ou la gazéification de leur fraction organique, soit pour la fusion des résidus minéraux formés. Ils sont à l’origine de divers produits de transformation, à traiter avant rejet à l’atmosphère.
Ces processus thermochimiques sont mis en œuvre dans des procédés et équipements visant à l’élimination et/ou la valorisation matière/énergie des déchets ; ceux-ci seront décrits dans l’article
.
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Processus de solvolyse des déchets
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4. Processus de pyrolyse des déchets
Lorsque le facteur d’air
diminue (0 <
< 1), jusqu’à des teneurs en O2 < 1 %, l’atmosphère extérieure du déchet, en défaut d’oxygène, devient réductrice. Alors, un processus de chauffage imposé (convection ou rayonnement) entraîne le séchage du déchet, puis la « distillation » de ses matières volatiles, jusqu’à transformation de la matière en carbone fixe, l’absence d’oxygène ne permettant plus la combustion des produits de la réaction de décomposition. On parle alors de pyrolyse du déchet.
Ce processus de décomposition du déchet est endothermique. Le processus de pyrolyse se limite donc à la destruction thermochimique du déchet, sans dégagement de chaleur susceptible d’entretenir la réaction. Il est donc nécessaire de fournir de l’énergie au système, soit par un apport externe, en chauffage indirect, soit par combustion partielle ménagée d’une partie de la charge. Le schéma général de mise en œuvre d’un processus de pyrolyse de déchets est illustré en figure 4.
Pour des déchets complexes, du point de vue de leur composition, on préfère souvent ramener la variation d’enthalpie ΔH o (J/mol) nécessaire en unité J/kg. Par exemple, pour la pyrolyse de la cellulose, on a : ΔH o = + 359,5 kJ/kg, tandis que pour la pyrolyse de pneu : ΔH o = + 207 kJ/kg.
Si l’on suppose un matériau initialement sec, de masse volumique ρ, sa dégradation thermique au cours du temps peut être décrite dans ces conditions, en fonction de la température T supposée uniforme dans le matériau, par une cinétique assimilable à un premier ordre, par la relation [10] :
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