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AQA Pro Pollutions Urbaines et Industrielles TRAITEMENT DES EMISSIONS INDUSTRIE

AQA Pro Pollutions Urbaines et Industrielles TRAITEMENT DES EMISSIONS INDUSTRIELLES P.E. PERROS, Professeur Université Paris 12 Tel : 01 45 17 15 25 Mail : perros@lisa.univ-paris12.fr REJETS GAZEUX TRAITEMENT DES EMISSIONS INDUSTRIELLES Abaissement des émissions de SO2 utilisation de gaz naturel élimination du soufre dans les fiouls élimination du SO2 dans les effluents gazeux dispersion des effluents au moyen de cheminées élevées. Remplacement de combustibles liquides ou solides par du gaz naturel Gaz naturel = CH4 Carbone réduit ⇒ S est aussi réduit ⇒ H2S Epuration très aisée Ex procédé Clauss H2S + 3/2 O2 Æ SO2 + H2O SO2 + 2 H2S Æ 2 H2O + 3 S Rentabilisation par la valorisation du produit final (S) Désulfuration des fiouls Le fioul lourd renferme d'importantes quantités de S (> 4 %) On estime que toutes les molécules renferment un ou plusieurs atomes de S vraisemblablement sous forme de composés thiophéniques complexes. S En raison de la solidité des liaisons S - C dans ces dérivés la désulfuration est un problème délicat La distillation n'est pas suffisante pour couper S - C. La solution : hydrogénation catalytique (désulfuration directe) Principe : on rompt les liaisons C - S par un traitement catalytique à l'hydrogène. | H2 | – C – S – → H2S + – C – H | Catalyseur | H2S récupéré et éliminé par simple lavage à l’eau Désulfuration des fiouls Suite Parallèlement à la coupure C - S on sature les = on détruit les hétérocycles. on peut également couper C - C. Suivant les catalyseurs on peut orienter la réaction ¾ soit vers un minimum de coupure de liaisons C - C : hydrodésulfuration ¾ soit vers la formation de produits légers : hydrocraquage. Désulfuration des fiouls Suite Evolution des processus de raffinage réduction des teneurs en soufre dans les distillats moyens que l'obligation d'utiliser du FBTS Ö augmentation des unités d'hydrodésulfuration. diminution de la consommation du fioul lourd Ö augmentation des unités de conversion. Viscoréducteur Î gaz oil et fioul Craqueurs catalytiques Î essence. Epuration des effluents gazeux Traitement réservé aux combustibles non vaporisables : CHARBON Deux grandes classes de traitements : voie sèche et voie humide. 1. Epuration par voie sèche : Consiste à injecter dans le réacteur un réactif alcalin sous forme solide afin d’assurer la neutralisation des gaz acides (SO2, HCl, HF) Comporte 2 modules ¾ Réacteur de neutralisation des gaz acides dans lequel est injecté le réactif (temps de contact 2 à 6 s) ¾ Système de dépoussiérage (électrofiltre ou filtre à manche) permet de capter : les poussières les sels produits par la neutralisation le réactif en excès Gaz Réactifs Réacteur Filtre à manche Cheminée Résidus Réactifs utilisés · Poudre de chaux vive CaO peu courant · Poudre de chaux éteinte ou hydratée Ca(OH)2 Réactions mises en jeu Ca(OH)2 + SO2 Æ CaSO3 + H2O Mais aussi : Ca(OH)2 + 2 HCl Æ CaCl2 + 2 H2O Ca(OH)2 + 2 HF Æ CaF2 + 2 H2O Sous produits de la réaction · Pas de rejets liquides · Constitué des sels de neutralisation mélangé avec les cendres volantes récupérées par le dépoussiéreur. Devenir des sous produits. Considérés comme toxiques de par leur teneur importante en polluant et par leur potentiel à relarguer ces polluants Ö Traitement par solidification/stabilisation avant d’être enfouis en centre de stockage de classe I. Avantages : ☺Mise en œuvre simple ☺Coût d’investissement réduit ☺Besoin en main d’œuvre réduit ☺Absence d’effluents liquide Inconvénients : / Exploitation peu souple (injection de chaux, régulation difficile...) / Consommation élevée de réactifs (> stoechiométrie) / Peu adapté aux grosses unités / Production importante de résidus solides / Pasd’évolutionencasderenforcementdelaréglementation 2. Épuration par voie humide : Principe : Capter les polluants en favorisant un contact intime entre les gaz et une solution de lavage pulvérisée à l’intérieur d’un laveur. Système de dépoussiérage : Pour éviter des encrassements dans le système de lavage. Refroidissement : Avant d’être neutralisés par le lavage les gaz doivent être préalablement saturés en eau. Lavage : Assure plusieurs fonctions : Capter les gaz acides (SO2, HCl, HF) par absorption Compléter le dépoussiérage Capter les métaux (Hg et Cd) condensés lors du refroidissement Le nombre d’étages est fonction de la performance souhaitée Filtre à manche ou Electro filtre Traitement des eaux Laveur Saturateur Refroidisseur Cheminée Eau + Sels dissous Eau Boues Résidus Réactions mises en jeu lors de la désulfuration Traitementpardessolutionsbasiques(SO2+d'eau Î H2SO3 ) Solutions d'alcalino-terreux (Ca, Mg) ou d'alcalins (Na, K) ou d'ammoniac ex : 2 NH4OH + SO2 Æ (NH4)2SO3 + H2O (NH4)2SO3 Æ 2NH3 + H2O + SO2 ∆ ↓ ↓ Recyclage élimination Valorisation du SO2 enrichi : - liquéfaction Î industrie du papier - fabrication de H2SO4 - fabrication de S (procédé Clauss) Avantages : ☺Performance > procédé sec ou semi humide ☺Faible consommation de réactif ☺Possibilité d’évolution facile par ajout d’un second laveur ☺Grande souplesse de fonctionnement Inconvénients : / Nécessité de traitement des eaux / Forte production d’effluents liquides contenant des sels / Coût d’investissement élevé (Traitement des eaux) / Consommation d’eau et d’électricité importante / Main d’œuvre > procédé sec (maintenance, surveillance, analyse) Utilisation de cheminées de grande hauteur Cette technique élaborée au début des années 70 a pour objet d'améliorer la diffusion du SO2. C'est de loin le procédé le plus employé. ) Influence des conditions météorologiques sur la diffusion et la dispersion. ) Choixdesemplacementsparrapportauxzonesrésidentielles Lamodélisationduproblèmeestdifficile (grand nombre de paramètres) Ö détermination empirique de la hauteur prenant en compte : ) la puissance de l'installation ) la teneur en soufre du combustible ) la vitesse d'éjection des fumées Le calcul de la hauteur est normalisé en France depuis 70. Principe : teneur en SO2, au niveau du sol, < 250 µg/m3 (valeurs moyennes sur 24 h) toutes sources confondues. Calcul des hauteurs de cheminées en France SO2 : ou autre gaz Hp q Cm R T = 3 4 0 1 3 ∆ Poussières :Hp q Cm R T = 6 80 1 3 ∆ SO2 CmA = 0.25 mg m-3 (24 h - 5 %) = 0.24 en zone peu polluée =0.15 en zone moyennement polluée = 0.10 en zone très polluée Hp = Hauteur en m au-dessus du sol q = Débit en polluants en kg h-1 R = Débit de gaz pollué en m3 h-1 ∆T = Tsortie - T moyenne ambiante Cm = CmA - CF CF = pollution existante CmA = pollution de référence Poussières CmA = 0.15 mg m-3 (24 h - 5 %) = 0.11 en zone peu polluée = 0.09 en zone moyennement polluée = 0.05 en zone très polluée Abaissement des émissions d'oxydes d'azote sources fixes 35 % sources de production de NOx sources automobiles 65 % Abaissement des émissions d'oxydes d'azote ⎫ sources fixes 35 % sources de production de NOx ⎬ ⎭ sources automobiles 65 % Pour parvenir à abaisser les émissions de NOx, il est nécessaire de bien connaître : les équilibres thermodynamiques de formation de NOx les vitesses de formation et de décomposition des différentes espèces formées. V Modification de la combustion : ) combustion à deux étages T° Ì Air Air Air en défaut Imbrûlés (CO) C + O2 →CO2 + 393 kJ/mol de C C + ½ O2 →CO + 110 kJ/mol de C CO + ½ O2 →CO2 + 283 kJ/mol de C V Modification de la combustion : ) combustion à deux étages ) utilisation de très faible excès d'air (risque de CO) V Modification de la combustion : ) combustion à deux étages ) utilisation de très faible excès d'air (risque de CO) ) lit fluidisé Air T° Ì Air V Modification de la combustion : ) combustion à deux étages ) utilisation de très faible excès d'air (risque de CO) ) lit fluidisé Ces trois techniques permet d'abaisser les émissions de ≈50 % V Traitement des fumées. ) réduction de NOx par H2 ou CH4. on distingue : ) la décoloration qui réduit NO2 → NO ) la réduction complète NOx → N2 Réactions catalysées Le coût du traitement dépend : 9 du gaz réducteur utilisé 9 de la durée de vie des catalyseurs employés Traitement des fumées : ) Réactions non catalytiques Réaction en phase gazeuse homogène entre 9 NOx, présent dans les gaz de combustion, 9 et l’ammoniaque (EXXON) ou l’urée (Fuel Tech) injecté. 4 NH3 + 4 NO + O2 Æ 4 N2 + 6 H2O 4 NH3 + 2 NO2 + O2 Æ 3 N2 + 6 H2O CO(NH2) + 2 NO + ½ O2 Æ 2 N2 + 2 H2O + CO2 850°C < T° < 1000 °C Si T° > 1000°C NH3 + 3/2 O2 + ½ H2O Æ NO + 2 H2O Si T° < 850°C NH3 ne réagit pas A forte concentration de NOx (200 à 400 mg/Nm3) 80% d’efficacité pour NH3 / NO = 1 A faible concentration de NOx (< 200 mg/m3) NH3/NO doit être = uploads/Industriel/ traitement-emissions-gazeux-pdf.pdf