Download - Le Gleau Florent
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N dordre : 40831
COLE DES MINES DE DOUAI
UNIVERSIT LILLE 1 SCIENCES ET TECHNOLOGIES
THSE
prsente en vue
dobtenir le grade de
DOCTEUR
en
Spcialit : Optique et Laser, Physicochimie, Atmosphre
par
Florent LE GLAU
DOCTORAT DLIVR CONJOINTEMENT
PAR LCOLE DES MINES DE DOUAI ET LUNIVERSIT LILLE 1
tude d'un dispositif de traitement de fumes issues de
lincinration de dchets industriels spciaux
Soutenue le 25 Juin 2012 devant le jury dexamen :
Prsident Laurent GASNOT, Professeur, PC2A, Lille
Rapporteur Laurence LE COQ, Professeure, GEPEA, cole des Mines de Nantes
Rapporteur Gwnalle TROUV, Professeure, LGRE, Mulhouse
Examinateur Mazen AL HADDAD, Docteur, Leroux et Lotz Technologies, Eybens
Examinateur Sbastien CAILLAT, Matre-assistant, DEI, cole des Mines de Douai
Examinatrice Esperanza PERDRIX, Matre-assistante, DCE, cole des Mines de Douai
Directeur de thse Jean-Franois PAUWELS, Professeur, PC2A, Lille
Laboratoires daccueil : les Dpartements Chimie et Environnement et nergtique
Industrielle de lcole des Mines de Douai et le laboratoire de PhysicoChimie des Processus
de Combustion et de l'Atmosphre (PC2A) de l'Universit Lille 1
cole Doctorale SMRE 104 (Lille I, Artois, ULCO, Chimie Lille)
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Remerciements
Je remercie Jean-Claude Galloo, ancien directeur du Dpartement Chimie et Environnement
de l'cole des Mines de Douai, Patrice Coddeville, son successeur, Jean-Luc Harion, directeur
du Dpartement nergtique Industrielle de l'cole des Mines de Douai et Jean-Franois
Pauwels, directeur du PC2A de l'universit de Lille 1 de m'avoir accueilli au sein de leur
laboratoires.
Je remercie galement le Ministre de l'Industrie pour le financement de ma thse et le
programme de recherche IRENI pour le soutien financier. Je remercie galement la socit
Maguin pour son soutien logistique, notamment lors des campagnes de mesures.
J'adresse tous mes remerciements Jean-Franois Pauwels pour avoir dirig mes travaux de
thse. J'exprime toute ma reconnaissance mes trois encadrants de thse qui m'ont soutenu
tout au long de ces trois annes (et un peu plus) de thse. Merci donc Sbastien Caillat,
Laurent Gasnot et Esperanza Perdrix pour leur patience, leurs nombreux conseils et leurs
encouragements.
Un grand merci Jos Diez (Maguin) pour son aide lors des prlvements de solides sur
l'incinrateur, Damien Betrancourt pour son aide concernant l'ensemble des analyses
physiques (DRX, Fluo X, MEB) et Bruno Malet pour son soutien pour les analyses par ICP-
OES et Chromatographie ionique.
Je tiens remercier Thierry Lonardis pour son expertise et ses nombreux conseils qui m'ont
permis de raliser mon montage au laboratoire. Merci Daniel Lardillier pour ses conseils et
son aide sur l'utilisation de la chromatographie ionique, merci aussi pour le caf du matin
pendant mes deux premires annes.
Merci lensemble du dpartement CE, et en particulier Laurent Alleman et Paul Gravejat
pour leurs aides et leurs conseils.
Je remercie l'ensemble du groupe combustion du dpartement EI et en particulier Thomas, Lat
Grand, Peter et Tudor pour leur bonne humeur et leur soutien.
Je tiens galement remercier les doctorants de DCE, tout d'abord ceux qui m'ont support
successivement dans leur bureau, l'tage : Mokhtar (les premiers moments l'cole), Julien
(le temps d'un post-doc), Guillaume (jusqu' ce que le bureau change de couleur). Puis au rez-
de-chausse, Marius (grce qui la Roumanie n'a plus de secret pour moi ou presque),
Nourredine (presque parti), Zaher (et ses geles magiques ). Merci Marie (et ses bons
petits plats du midi !), Aude et Tristan (et les runions Esprance du Vendredi soir), Kvin (et
le p'tit caf de l'aprm) enfin un grand merci Vincent (l'autre Brestois !)
Et merci tous les autres : Giovani, Jrmy, Jolle, Trin, Alodie, Anas, Olivier, Stphanie,
Warda, Fred, Hichem, Nabil, Saliou.
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galement une pense pour les collocs rue du faubourg de Bthune (Romain, Thomas et
Thomas) pour les jeudis cin et autres
Je remercie toutes celles et ceux qui m'ont aid ou soutenu pendant ma thse et que j'aurais
oubli de citer.
Et enfin, pour leur soutien sans faille en toute circonstance, un grand merci mes parents,
La, Gautier et Lucie (et Simon!).
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TABLE DES MATIRES
ABRVIATIONS .............................................................................................................. vii
FORMULES CHIMIQUES DES ESPCES MINRALES .......................................... viii
INTRODUCTION ................................................................................................................1
CHAPITRE 1 : GNRATION ET TRAITEMENT DES FUMES
D'INCINRATION DE DCHETS INDUSTRIELS .........................................................5
1 L'incinration des dchets industriels ...............................................................................8
1.1 Les dchets ...............................................................................................................8
1.1.1 Les dchets industriels banals .............................................................................9
1.1.2 Les dchets industriels spciaux ....................................................................... 10
1.1.3 Les dchets d'animaux ...................................................................................... 11
1.1.4 Les boues de station d'puration ....................................................................... 13
1.2 Les installations industrielles d'incinration ............................................................. 14
1.3 Mcanismes de formation des principaux polluants gazeux ..................................... 16
1.3.1 Les gaz acides .................................................................................................. 16
1.3.2 Les oxydes d'azote............................................................................................ 17
1.3.3 Les composs organiques ................................................................................. 20
1.4 Composition et origines de la phase particulaire ...................................................... 21
1.4.1 Composition majoritaire des cendres volantes .................................................. 22
1.4.2 Les mtaux dans les particules solides .............................................................. 24
1.4.3 Les suies .......................................................................................................... 25
1.5 Cas particuliers : l'incinration des farines animales et des boues de STEP .............. 25
1.5.1 Incinration des farines..................................................................................... 25
1.5.2 Incinration des boues de STEP........................................................................ 30
2 Les systmes de traitement des fumes .......................................................................... 32
2.1 Traitement des gaz acides par le carbonate de sodium ............................................. 34
2.1.1 Le Carbonate de sodium : Na2CO3 .................................................................... 34
2.1.2 Mise en uvre du traitement par le bicarbonate de sodium ............................... 35
2.1.3 Ractions chimiques mises en jeu ..................................................................... 37
2.1.4 tude de la ractivit de Na2CO3 en laboratoire ................................................ 37
2.1.5 Avantages et inconvnients de l'utilisation du bicarbonate de sodium par rapport
d'autres adsorbants solides ...................................................................................... 39
2.1.6 Rle des cendres volantes ................................................................................. 41
2.2 Traitement des oxydes d'azote par SCR ................................................................... 41
2.2.1 Principe de dcomposition de l'ure .................................................................. 41
2.2.2 Catalyseurs utiliss pour la rduction slective des oxydes d'azote .................... 43
Conclusions du chapitre 1 et plan de travail ...................................................................... 45
Rfrences du chapitre 1 ................................................................................................... 47
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ii
CHAPITRE 2 : MATRIELS ET MTHODES D'CHANTILLONNAGE ET
D'ANALYSE SUR SITE ET EN LABORATOIRE .......................................................... 59
1 chantillonnage et analyse sur site industriel ................................................................. 62
1.1 Analyse in-situ des gaz ............................................................................................ 62
1.1.1 Conditionnement des gaz.................................................................................. 62
1.1.2 L'analyseur multi-gaz Horiba PG-250 ............................................................... 64
1.1.3 Caractrisation des mesures par Horiba PG-250 ............................................... 67
1.2 Prlvement de solides sur site industriel ................................................................ 68
1.2.1 Prlvement des solides en vrac........................................................................ 69
1.2.2 Prlvement isocintique des poussires ........................................................... 69
1.3 Prlvement de l'eau et HCl dans les fumes ........................................................... 72
2 chantillonnage et analyses en laboratoire ..................................................................... 74
2.1. Prtraitements ........................................................................................................ 74
2.2 Analyse immdiate .................................................................................................. 75
2.3 Analyse semi-quantitative par fluorescence X ......................................................... 75
2.3.1 Principe gnral de la fluorescence X ............................................................... 75
2.3.2 Dispositif exprimental .................................................................................... 76
2.4 Analyse par spectromtrie d'mission atomique de plasma couplage inductif ........ 78
2.4.1 Principe de l'ICP-OES ...................................................................................... 78
2.4.2 Dispositif exprimental .................................................................................... 78
2.5 Analyse par Chromatographie Ionique .................................................................... 80
2.5.1 Principe de la chromatographie ionique ............................................................ 80
2.5.2 Dispositif exprimental .................................................................................... 81
2.6 Analyse cristallographique par diffraction des rayons X .......................................... 83
2.6.1 Principe de la diffraction des rayons X ............................................................. 83
2.6.2 Dispositif exprimental .................................................................................... 83
2.7 Imagerie par microscope lectronique balayage et analyse lmentaire par
spectroscopie de rayon X dispersion d'nergie ............................................................ 84
2.7.1 Principe de la Microscopie Electronique Balayage ......................................... 84
2.7.2 Dispositif exprimental .................................................................................... 85
2.8 Analyse morphologique de particules ...................................................................... 87
2.8.1 Mesure par granulomtrie laser ........................................................................ 87
2.8.2 Analyse BET (Brunauer, Emmett, Teller) ......................................................... 87
Conclusion sur les mthodes d'analyses utilises ........................................................... 88
Rfrence du chapitre 2 .................................................................................................... 89
CHAPITRE 3 : CARACTRISATION D'UN INCINRATEUR DE DCHETS
INDUSTRIELS SPCIAUX ET DE SON SYSTME DE TRAITEMENT DE FUMES
............................................................................................................................................. 93
1 Prsentation de l'incinrateur de dchets industriels spciaux ......................................... 97
1.1 Originalit du systme de traitement des fumes ..................................................... 99
1.2 Droulement de la campagne de mesures .............................................................. 102
1.3 Caractrisation des combustibles incinrs et des fumes gnres ........................ 104
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iii
1.3.1 Les combustibles ............................................................................................ 104
1.3.2 Espces gazeuses dans les fumes en sortie de chaudire ................................ 105
1.4 Efficacit du traitement des fumes ....................................................................... 114
1.4.1 Teneurs en O2 et CO2 en sortie des deux filtres ............................................... 115
1.4.2 Calcul des rendements d'abattement partir des concentrations mesures ....... 119
1.5 tude des dchets ultimes gnrs par la co-incinration de FVO et de boues de
STEP .......................................................................................................................... 123
1.5.1 tude de la composition des REFIDIS : cendres volantes et rsidus sodiques du
traitement des gaz acides ......................................................................................... 124
1.5.2 Voies de valorisation possibles des dchets ultimes ........................................ 129
2 Bilan de matire sur les lments quantifis ................................................................. 130
2.1 Dfinition du systme ........................................................................................... 130
2.2 Estimation des dbits d'entres et de sorties ........................................................... 132
2.3 Rsultats et cohrence du bilan de matire ............................................................ 135
2.4 Bilan sur la production de dchets ultimes ............................................................. 139
Conclusion de l'tude de l'incinrateur industriel ............................................................. 140
Rfrences ...................................................................................................................... 141
Chapitre 4 : Exprimentation en laboratoire de l'adsorption - raction des gaz sur le
gteau de filtration ........................................................................................................... 145
1 Matriels et mthodes .................................................................................................. 151
1.1 Montage de laboratoire.......................................................................................... 151
1.2 Description des tests d'adsorption de gaz dans un racteur en lit fixe ..................... 155
1.2.1 Diffrents types de milieux ractionnels tudis ............................................. 155
1.2.2 Dcomposition du bicarbonate de sodium....................................................... 157
1.2.3 Protocole d'analyse ......................................................................................... 158
2 Caractrisation de la mesure des gaz ............................................................................ 159
2.1 Temps de rponse ................................................................................................. 159
2.2 Identification des interfrences de mesure ............................................................. 161
2.2.1 Erreurs de mesure dues au conditionneur de gaz pour des fumes humides ne
contenant pas d'ammoniac ....................................................................................... 162
2.2.2 Erreur de mesures due au conditionneur de gaz pour des fumes humides
contenant de l'ammoniac ......................................................................................... 165
2.2.3 Conclusion sur les risques d'erreurs induits ..................................................... 167
3 Adsorption des gaz ...................................................................................................... 169
3.1 Exemple de rsultats dun test dadsorption de gaz ................................................ 169
3.2 Extrapolation des courbes de perce ...................................................................... 171
3.3 Effets de la quantit d'adsorbant et de la temprature sur l'adsorption de SO2 par
Na2CO3 pour des gaz secs ........................................................................................... 172
3.3.1 Rsultats des tests d'adsorption ....................................................................... 172
3.3.2 Discussion de l'effet de la temprature sur l'adsorption de SO2 par Na2CO3 en
condition de gaz secs............................................................................................... 174
3.3.3 Calcul d'incertitude sur les quantits de SO2 adsorbe .................................... 175
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iv
3.4 Adsorption des NOx sur Na2CO3 300 C en conditions de gaz secs .................... 176
3.5 Effet de l'humidit sur l'adsorption de NO2, SO2 et NO2/SO2 sur Na2CO3 300 C178
3.5.1 Rsultats des tests d'adsorption en conditions de gaz humides ........................ 178
3.5.2 Discussion sur l'effet de l'humidit sur le pigeage de SO2 par Na2CO3 .......... 180
3.6 Conclusion de l'tude sur l'adsorption des gaz ....................................................... 183
4 Modlisation de l'adsorption de SO2 sur Na2CO3.......................................................... 184
4.1 Modle de chimie-transport ................................................................................... 184
4.1.1 Modle de transfert......................................................................................... 184
4.1.2 Cintique de la raction .................................................................................. 186
4.2 Modle du grain cur rtrcissant ...................................................................... 186
4.2.1 Modle gnral ............................................................................................... 186
4.2.2 Cas o l'tape limitante de la cintique est la diffusion interne ........................ 189
4.3 Rsultats du modle de chimie transport................................................................ 190
4.3.1 Paramtres du modle .................................................................................... 190
4.3.2 Rsultats du modle pour des gaz secs ............................................................ 190
4.3.3 Rsultats du modle pour des gaz humides ..................................................... 192
4.4 Rsultats du modle du grain cur rtrcissant ................................................... 193
4.4.1 Rsolution du modle ..................................................................................... 193
4.4.2 Rsultats du modle pour des gaz secs ............................................................ 194
4.4.3 Rsultats du modle pour des gaz humides ..................................................... 196
4.5 Comparaison des deux modles ............................................................................. 197
Conclusion chapitre 4 ..................................................................................................... 198
Rfrences du chapitre 4 ................................................................................................. 201
CONCLUSION ................................................................................................................. 205
LISTE DES FIGURES ..................................................................................................... 211
LISTE DES TABLEAUX ................................................................................................. 215
Annexes ............................................................................................................................. 219
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v
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vi
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ABRVIATIONS
ATG Analyse ThermoGravimtrique
BET Brunauer, Emmett, Tellet (analyse de surface spcifique)
BREF Best available techniques REFerence document (document de rfrence
europen sur les meilleures techniques disponibles)
CID Charge Injection Device (Dtecteur Injection de Charge)
COV Composs Organiques Volatils
DeNOx Systme de traitement des oxydes d'azotes par rduction
DIB Dchets Industriels Banals
DIS Dchets Industriels Spciaux
DRX Diffraction des Rayon X
EPA Environmental Protection Agency
ESB Encphalopathie Spongiforme Bovine
EST Encphalopathie Spongiforme Transmissible
FC Filtre constitu de bougies en Cramique
FCC Filtre constitu de bougies en Cramique Catalytique
FVO Farines de Viandes et d'Os
HAP Hydrocarbures Aromatiques Polycycliques
ICP-OES Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry
INSEE Institut National de la Statistique et tudes conomiques
LD Limite de Dtection
LQ Limite de Quantification
MBM Meat and Bone Meal
MCSC Mchefers et Cendres Sous Chaudire
MEB Microscope lectronique Balayage
NDIR NonDispersive InfraRed
NIST National Institute of Standards and Technology
p.a.f. Perte au feu
PAT Protines Animales Transformes
PCDD/F PolyChloroDibenzo Dioxines/Furanes
PCI Pouvoir Calorifique Infrieur
REFIDI(S) Rsidus de FIltration des Dchets Industriels (Spciaux)
REFIOM Rsidus dpuration des Fumes d'Incinration dOrdures Mnagres
SCR Selective Catalytic Reduction : rduction catalytique des NOx
SDE Spectroscopie Dispersion d'nergie
SNCR Selective Non Catalytic Reduction : rduction non catalytique des NOx
STEP STation d'Puration
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viii
FORMULES CHIMIQUES DES ESPCES MINRALES
Nom Espce minrale Formule chimique
Bicarbonate de sodium NaHCO3
Carbonate de calcium Calcite CaCO3
Carbonate de sodium Na2CO3
Chaux (vive) CaO
Chaux (teinte) Ca(OH)2
Chlorure de sodium NaCl
Diphosphate de calcium Whitlockite Ca3(PO4)2
Fluorure de sodium NaF
Magnsie MgO
Oxyde de silicium Quartz SiO2
Sulfate de sodium Na2SO4
Sulfite de sodium Na2SO3
Triphosphate de calcium Hydroxylapatite Ca5(PO4)3(OH)
Trona Na3(CO3)(HCO3).2H2O
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ix
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x
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1
INTRODUCTION
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2
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3
Introduction
Les Dchets Industriels Spciaux (DIS) peuvent prsenter des caractristiques physico-
chimiques trs diverses et gnrer, par combustion, des fumes de composition spcifique, en
fonction des lments chimiques prsents, des tempratures de combustion atteintes et des
mcanismes de combustion mis en jeu, notamment. Le caractre dangereux de ce type de
dchet requiert en outre des procds de combustion et de traitement des fumes
particulirement efficaces. Bien que les fumes gnres ne soient pas systmatiquement
aussi dangereuses que les combustibles incinrs, ce type dinstallation doit comporter un
systme de traitement des fumes performant, permettant de respecter les exigences de la
rglementation en termes d'missions.
Parmi les principaux polluants gnrs par l'incinration, les particules reprsentent un risque
pour la sant humaine. En effet, en fonction de leur taille, elles peuvent pntrer plus ou
moins profondment dans l'appareil respiratoire et avoir des effets physiques (irritation) voire
toxiques en fonction de leur composition. Les composs gazeux peuvent galement
reprsenter un risque pour la sant et l'environnement. C'est notamment le cas des gaz acides,
tels que le dioxyde de soufre (SO2) en prsence de vapeur d'eau et le chlorure d'hydrogne
(HCl), ou des oxydes d'azote (NOx) qui sont en grande partie responsables des phnomnes
de pluies acides. Les NOx peuvent galement entrainer la formation d'ozone troposphrique
ou darosols secondaires. Les missions atmosphriques de ces polluants par des installations
industrielles sont rglementes aux niveaux national et europen. Un certain nombre de
techniques ont donc t dveloppes afin de limiter ces missions de manire efficace.
Ce travail de thse porte sur la caractrisation du traitement des fumes dune installation
industrielle de co-incinration de farines animales, dorigine porcine, et de boues dune
station dpuration (STEP), traitant les eaux dun abattoir et dune usine de transformation de
produits porcins. Cet incinrateur de DIS, ddi majoritairement au traitement de farines
animales, est unique en France. Son systme de traitement des fumes, modifi en 2008,
comporte un module de filtration catalytique, de conception rcente, sur lequel peu
dexprience a t ce jour capitalise. Des travaux antrieurs ont tudi les caractristiques
des rsidus ultimes solides, gnrs par cet incinrateur, en vue de dfinir des voies de
valorisation possibles. Cependant aucune des ces tudes na port sur la caractrisation des
performances du systme de traitement des fumes, en particulier dans sa configuration
actuelle.
Les objectifs de ce travail ont t :
de caractriser par des mesures sur site la distribution massique des 12 principaux
lments chimiques constitutifs des combustibles (C, H, O, N, S, Cl, Na, K, Ca, P, Fe
et Si) entre les diffrents flux gazeux et solides du systme et den dduire les
spcificits ventuelles des fumes et des rsidus solides, issus de la co-incinration de
farines animales et de boues de STEP industrielle.
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4
de comparer sur site lefficacit de deux systmes de traitement des gaz acides et des
oxydes dazote (NOx), mis en uvre en parallle aprs l'injection de bicarbonate de
sodium servant la neutralisation des gaz acides :
- lun compos dune filtration sur bougies en cramique, puis dune rduction
slective catalytique (SCR) des NOx par lure dans un racteur SCR;
- lautre combinant la filtration et la SCR dans un mme filtre catalytique, constitu
de bougies en cramique imprgnes de catalyseur.
de modliser la phase dadsorption de SO2 sur le carbonate de sodium solide, issu de
la dcomposition thermique in situ du bicarbonate de sodium, dans des conditions de
temprature et de composition en gaz variables et reprsentatives des conditions
industrielles, partir dun nouveau dispositif exprimental de laboratoire permettant
un coulement des gaz travers un lit fixe de particules solides.
Ce mmoire de thse est divis en quatre chapitres :
Le premier chapitre est une prsentation de la gnration et du traitement des fumes issues de
l'incinration de dchets industriels spciaux. Les mcanismes de formation des principaux
polluants gnrs par le processus d'incinration et leurs diffrents systmes de traitement y
sont prsents ainsi que la lgislation encadrant leurs missions atmosphriques par des
incinrateurs.
Le deuxime chapitre recense les diffrentes techniques d'analyses, physiques et chimiques,
utilises pendant ce travail de thse. Ces diffrentes mthodes ont t utilises lors des
campagnes de mesures sur l'incinrateur industriel tudi ou lors dexprimentations au
laboratoire.
Le troisime chapitre est consacr la caractrisation des flux de l'incinrateur industriel de
dchets spciaux. Dans un premier temps, une description dtaille de l'installation a t
effectue ; les performances de son systme de traitement des fumes ont t values. Dans
un second temps, la composition des dchets ultimes a t tudie afin de proposer des voies
de valorisation supplmentaires. Finalement, les flux de matire ont t quantifis, en se
basant sur le bilan de matire de l'installation.
Le quatrime chapitre correspond l'tude de la raction de SO2 gazeux avec Na2CO3 solide,
ralise sur un nouveau dispositif exprimental de laboratoire. Ce banc nous a permis de
caractriser diffrentes sources d'incertitudes des mesures de SO2 et de NOx. Ensuite, des
expriences d'adsorption de SO2 sur Na2CO3 ont t effectues pour diffrentes tempratures
et compositions de gaz. Enfin, cette raction a t modlise au moyen de deux approches
distinctes, d'une part avec un modle de chimie-transport et d'autre part avec un modle de
grain cur rtrcissant .
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5
CHAPITRE 1 : GNRATION ET
TRAITEMENT DES FUMES
D'INCINRATION DE DCHETS
INDUSTRIELS
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CHAPITRE 1 : GNRATION ET TRAITEMENT DES FUMES
D'INCINRATION DE DCHETS INDUSTRIELS .........................................................5
1 L'incinration des dchets industriels ...............................................................................8
1.1 Les dchets ...............................................................................................................8
1.2 Les installations industrielles d'incinration ............................................................. 14
1.3 Mcanismes de formation des principaux polluants gazeux ..................................... 16
1.4 Composition et origines de la phase particulaire ...................................................... 21
1.5 Cas particuliers: l'incinration des farines animales et des boues de STEP ............... 25
2 Les systmes de traitement des fumes .......................................................................... 32
2.1 Traitement des gaz acides par le carbonate de sodium ............................................. 34
2.2 Traitement des oxydes d'azote par SCR ................................................................... 41
Conclusions du chapitre 1 et plan de travail ...................................................................... 45
Rfrences du chapitre 1 ................................................................................................... 47
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Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
8
Ce premier chapitre prsente une tude bibliographique sur la gnration et le traitement des
fumes issues de l'incinration de dchets industriels spciaux. En effet, il existe diffrentes
voies de traitement des dchets industriels spciaux, notamment l'incinration. Les fumes
dincinration peuvent contenir des polluants et prsenter un danger pour la sant et
l'environnement. Les missions de polluants doivent donc tre limites et sont rglementes
par plusieurs directives et arrts. Afin de respecter les valeurs limites d'mission, diffrentes
mthodes de traitement ciblant chaque polluant sont dveloppes et mises en uvre.
Nous avons tudi, pendant cette thse, le fonctionnement dun incinrateur de farines
animales et de boues de station d'puration en mlange, constitu d'un four rotatif et d'un
systme de traitement combin des gaz acides et des oxydes d'azote, respectivement par
neutralisation au bicarbonate de sodium et par rduction catalytique lure.
Nous prsenterons dans un premier temps l'incinration des dchets industriels en particulier
par four rotatif, les missions que cela gnre notamment lors de la combustion des farines
animales et des boues de station dpuration, ainsi que les lgislations et rglementations qui
encadrent son fonctionnement. La seconde partie du chapitre dressera un bilan des traitements
des gaz acides par voie sche et notamment par le carbonate de sodium solide (Na2CO3), puis
prsentera le traitement des oxydes d'azotes (NOx), en particulier par rduction catalytique
(Selective Catalytique Reduction, SCR). Enfin, nous conclurons en rsumant les fondements
de ltude et en dtaillant le plan de travail.
1 L'incinration des dchets industriels
Malgr les efforts engags pour diminuer la quantit de dchets produits, que ce soit la
source ou par des systmes de tri permettant une revalorisation de la matire, l'incinration est
la seule valorisation possible d'une partie des dchets gnrs par les activits industrielles. Ce
choix peut tre justifi par des motifs sanitaires (exemple des dchets dactivits de soin
risques infectieux), par des critres technico-conomiques lies un pouvoir calorifique lev
(exemple des huiles noires ou des pneumatiques usags) ou par des raisons environnementales
afin de diminuer le volume et la masse des dchets ultimes placs en centre denfouissement
technique (cest--dire in fine de rduire les cots de transport et de stockage).
1.1 Les dchets
Selon le Code de l'Environnement (Art. L541-1-1), un dchet est dfini comme tant toute
substance ou tout objet, ou plus gnralement tout bien meuble, dont le dtenteur se dfait ou
dont il a l'intention ou l'obligation de se dfaire . Derrire cette dfinition trs gnrale se
trouvent des dchets trs varis, rpartis suivant diffrentes classifications qui se superposent,
en fonction notamment de leur provenance, de leur dangerosit et du type de risque qu'ils
reprsentent (Dcret no 2002-540 relatif la classification des dchets).
Selon leur provenance, on distingue donc les dchets :
des mnages ;
des collectivits locales ;
des industries.
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Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
9
Les dchets industriels sont galement classs selon leur dangerosit :
les dchets industriels inertes (ex : gravats, briques), qui se prsentent sous forme solide et
sont inertes physiquement, chimiquement et biologiquement. Ils sont rglementairement
dfinis par la directive no 1999/31/CE relative la mise en centre denfouillissement
technique (CET) de dchets et par la dcision no 2003/33/CE qui tablit des critres et des
procdures dadmission des dchets dans les dcharges, uniquement par rapport cette
filire dlimination.
les dchets industriels banals (DIB), assimilables des dchets mnagers : dchets
demballages, chutes et rebuts de fabrication des activits manufacturires (Figure 1.1).
les dchets industriels spciaux (DIS) ou dangereux : dchets susceptibles de causer des
nuisances, ncessitant un traitement particulier (directive no 91/689/CEE).
On retrouve ces dfinitions pour le classement des dcharges, en trois types :
Classe I : destin au DIS,
Classe II : pour les DIB et assimils,
Classe III : pour les dchets inertes.
1.1.1 Les dchets industriels banals
La production nationale de DIB des entreprises industrielles et commerciales de plus de 10
salaris tait estime 21,7 millions de tonnes en 2004, dont 4,9 millions d'emballages
(Ademe, 2004). Grce une plus faible production de dchets et un meilleur tri, la quantit
de DIB gnrs en France en 2008 a t rduite 16,9 millions de tonnes selon l'Institut
National de Statistique et tudes conomique (INSEE). La majorit (71 %) des DIB est
recycle et la matire valorise (Figure 1.2). Mais la part de dchets valorise est ingale en
fonction du type de dchet, le recyclage concernant principalement les dchets mtalliques, le
bois, les papiers et les boues. La valorisation nergtique et l'incinration sans valorisation
nergtique reprsentent environ 20 % de la masse et concernent principalement le bois, les
boues et les mlanges de dchets banals.
2008
14,9 %13,8 %
27,3 %
3,2 %
2,1 %
38,1 %
0,6 %
0,2 %
Bois
Mlange
Papiers-cartons
Mtaux
Plastiques
Verre
Textiles
Caoutchouc
Figure 1.1 Principaux dchets industriels banals en France (INSEE, 2008)
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
10
55.7%
15.3%
4.5%
10.7%
5.8%6.8% 0.3%
0.9%
Recyclage, valorisation matire, pandage
Valorisation nergtique
Incinration sans valorisation nergtique
Mise en dcharge
Centre de tri ou dchterie
Station d'puration
Compostage
Mthanisation
Figure 1.2 Destination des dchets non dangereux en France (INSEE, 2008)
1.1.2 Les dchets industriels spciaux
La totalit des dchets dangereux (mnagers et industriels) reprsentait environ 3 % de la
masse totale de dchets gnre en Europe en 2006 (Kloek et Blumenthal, 2009). Le rapport
valuation de la production nationale des dchets des entreprises en 2004 de l'Ademe
rapporte que les entreprises industrielles et de commerce de plus de dix salaris produisent
environ 3,6 millions de tonnes de Dchets Industriels Spciaux (DIS) par an en France. Les
deux principaux secteurs gnrateurs de dchets dangereux sont la chimie/le raffinage et la
mtallurgie/le travail des mtaux (Figure 1.3). Les secteurs de la chimie et du raffinage
gnrent principalement des dpts et rsidus chimiques, des solvants et des boues. La
mtallurgie produit dimportantes quantits de rsidus doprations thermiques, de dchets
minraux et de dchets salins, acides et bases.
En dehors de ces deux secteurs, il est noter que les industries agricoles et alimentaires, ainsi
que celles du papier, du carton, de ldition et de limprimerie gnrent principalement des
boues.
4 %
9 %
39 %
11 %
3 %3 %
31 %
Chimie, raffinage
Mtallurgie et travail des mtaux
Fabrication de matriels de transport
Industries agricoles et alimentaires
Papier, carton, dition et imprimerie
Equipements lectriques et lectroniques
Autres
Figure 1.3 Origines des Dchets Industriels Spciaux (DIS) en France (Ademe, 2004)
Les principaux modes dlimination des dchets dangereux sont lincinration (39 % des
tonnages dont 64 % avec valorisation nergtique) et la valorisation matire (26 % des
tonnages). On observe tout de mme que 13 % des dchets dangereux sont stocks en
dcharge de classe I (spcifique aux dchets industriels spciaux)(Figure 1.4), essentiellement
sous la forme de boues, de rsidus doprations thermiques et de dchets minraux (Figure
1.5).
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
11
14 %
13 %
26 %
25 %
6 %
7 %9 %
Valorisation matireValorisation nergtiqueIncinrationDchargeTriNon renseignPhysico-chimique
Figure 1.4 Destination des DIS en France (Ademe, 2004)
36
153
157
105
122
54
208
96
80
197
62
162
88
285
49
21
22
81
76
1
133
90
21
206
28
55
26
24
60
34
32
27
17
40
94
40
9
145
26
23
64
14
14
208
6 6
7
5
16
15
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Huile
sDch
ets m
inrau
x
Rsid
us d'
opra
tions
therm
iques
Solva
nts
Dch
ets sa
lins,
acide
s et b
ases
Dch
ets de
prp
arati
on ch
imiqu
e
Boue
s
Dp
ts et
rsidu
s chim
iques
Masse de dchets traits en milliers de tonnes par an
Valorisation matire Valorisation nergtique Incinration Dcharge Tri Non renseign Physico-chimique Autre mode
Figure 1.5 Destinations des DIS en fonction de leur nature en France (Ademe, 2004)
1.1.3 Les dchets d'animaux
Plusieurs types de dchets spciaux font l'objet de lgislations particulires. C'est le cas des
dchets d'animaux qui prsentent un risque biologique particulier. Leur gestion est
rglemente par la directive no 90/667/CEE du 27 novembre 1990. Elle dfinie les rgles
sanitaires relatives l'limination et la transformation de dchets d'animaux, leur mise sur
le march et la protection contre les agents pathognes des aliments d'origine animale pour
animaux.
Le rglement Europen 1774/2002, en vigueur depuis 1er
mai 2003, divise les sous-produits
d'animaux en trois catgories :
Catgorie 1 : toutes parties du corps d'un animal suspect d'tre infect par une
Encphalopathie Spongiforme Transmissible (EST) ou pour lequel une EST a t
confirme, les animaux autres que les animaux d'levages, les mlanges de matires
contenant des matires de catgorie 1 ;
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
12
Catgorie 2 : Lisier et contenu de l'appareil digestif, toutes les matires d'origines animales
recueillies lors du traitement des eaux rsiduaires des abattoirs, les produits d'origine
animale contenant des rsidus de mdicaments vtrinaires ;
Catgories 3 : Les parties d'animaux abattus qui sont propres la consommation humaine,
les parties d'animaux dclares impropres la consommation humaine mais exemptes de
signe de maladies transmissibles ou issues de carcasses propres la consommation
humaine. Elles ont t rebaptises Protines Animales Transformes (PAT).
Lappellation farines animales recouvre une partie de ces sous-produits aprs leur
transformation (INRS, 2001) : Les Farines de Viandes et dOs (FVO, Meat and Bone Meal
(MBM) en anglais), les farines de volailles, les farines de poissons, les farines de plumes, les
farines de sang. Dans la suite de ce document le terme FVO dsigne des farines animales
produites partir de dchets d'abattoirs, et se compose des parties non commercialisables des
carcasses d'animaux (graisses, os, restes de chair).
En France en 2010, 250 074 tonnes de farines animales de catgorie 1 et 2 ont t produites
(SIFCO, 2010). La majorit (81,9 %) est valorise en incinration en France, 9,5 % sont
incinres hors de France et 8,6 % sont utilises comme engrais. Lincinration correspond
donc au traitement appliqu 91,4 % de la masse des farines animales.
1.1.3.1 Le procd de transformation des farines animales
Il existe diffrentes mthodes de transformation des farines animales, cependant, suite
l'pidmie de la maladie de Creutzfeldt-Jacob, une procdure a t dfinie par la Commission
Europenne pour assurer la neutralisation du prion (protine ayant des proprits
infectieuses) responsable de la transmission de la maladie (Dcision du conseil 99/534/CE,
1999). Cette mthode consiste broyer la matire premire (les parties non
commercialisables des carcasses) un diamtre infrieur 50 mm, puis cuire les farines
animales une temprature suprieure 133 C, plus de 3 bars (en autoclave), pendant un
temps suprieur 20 min.
1.1.3.2 La valorisation nergtique des farines animales
Les FVO taient largement utilises dans lalimentation danimaux dlevage avant que ces
pratiques ne soient interdites ds lors que leur responsabilit dans la transmission de
l'encphalopathie spongiforme bovine (ESB) a t tablie. Ainsi, jusqu'en 2000, une
distinction tait faite entre les farines dites haut risque qui taient incinres et celles
bas risque utilises dans l'alimentation animale (INRS, 2001). Depuis 2001, toutes les
farines animales doivent tre incinres pour des raisons sanitaires (Dcision du conseil
2000/766/CE, 2000).
L'incinration offre le double avantage de traiter les risques biologiques potentiels et de
permettre une valorisation nergtique, puisque les farines animales prsentent un Pouvoir
Calorifique Infrieur (PCI) relativement lev : de lordre de 14,50 MJ/kg 30,0 MJ/kg sur
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
13
sec (Senneca, 2008 ; Skodras et al., 2007 ; Conesa et al., 2003), c'est--dire quivalent voire
suprieur celui du bois.
Ainsi, depuis quelques annes, plusieurs voies d'incinration ont t tudies :
Four grille : Il en existe plusieurs en Europe comme l'incinrateur EPR Glanford limited
au Royaume Uni (Glanford, 2012) qui incinre des FVO seules ou deux en Lituanie qui
font de la co-combustion de FVO avec du fioul ou des matires grasses rcupre lors de
l'abattage (Denafas et al., 2004). Mais le four grille ne semble pas tre la mthode la plus
adapte ce genre de combustible relativement poudreux et gras, car il offre peu
d'agitation et ne permet pas une bonne pntration de l'air dans le combustible.
Lit fluidis : le brassage qui a lieu dans ce type de foyer permet d'obtenir de bons rsultats
de co-combustion avec du charbon (Fryda et al., 2007 et Gulyurtlu et al., 2005) ou de la
tourbe (Cummins et al., 2006 et Mc Donnell et al., 2010).
Four tournant : il offre un bon brassage du combustible et permet des temps de
combustion relativement longs ; il est donc adapt aux combustibles poudreux et gras.
C'est le cas en cimenterie qui utilise les FVO comme combustible (Conesa et al., 2003 ;
Kntee et al., 2004 ; Infociments, 2002). En France, ce sont d'ailleurs les cimentiers qui
incinrent la quasi-totalit des FVO. C'est galement le type de four utilis sur
l'installation industrielle tudie. Elle est, notre connaissance, la seule ddie
l'incinration de FVO en France actuellement.
Une autre voie de valorisation nergtique est la mthanisation : des tests de mthanisation
ont galement t raliss sur les farines animales. Cependant, il semble qu'il y ait des
difficults de solubilisation, ncessaire la mthanisation (Wu et al., 2009).
1.1.4 Les boues de station d'puration
1.1.4.1 Origine des boues de station d'puration
Les boues de stations d'puration (STEP) sont issues de la sdimentation de la matire en
suspension prsente dans les eaux uses. La Figure 1.6 montre un exemple simplifi de station
d'puration par traitement biologique. Elles sont riches en matires organiques et peuvent
reprsenter un risque de contamination biologique. En France, le traitement des eaux uses
gnre lquivalent de 50 grammes de matire sche par jour et par habitant, sous forme de
boues, soit environ 1 million de tonnes par an. Entre 55 % et 60 % dentre elles sont pandues
en agriculture (les boues ont un pouvoir fertilisant, du fait de leur composition riche en azote,
phosphore et matire organique), tandis que 20 % 25 % sont mises en dcharge et 15 %
20 % sont incinres (Dudkowski, 2000).
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
14
Figure 1.6 Schma classique d'une station d'puration biologique (ADEME)
Afin de limiter les risques toxiques, les boues de STEP peuvent tre stabilises par diffrents
traitements : digestion arobie ou anarobie, traitement la chaux ou traitement thermique.
Ces traitements vont avoir des effets sur la composition des boues et sur la spciation des
lments, notamment les mtaux lourds (Fuentes et al., 2004).
1.1.4.2 Valorisation des boues de STEP
tant donnes les quantits produites travers le monde, de nombreuses voies de valorisation
de ces rsidus ont t tudies, notamment comme engrais : les boues de STEP peuvent tre
utilises comme source d'azote et de phosphore (Oliver et al., 2005). Cependant leur teneur en
mtaux lourds est souvent un frein cet emploi.
Les autres voies de valorisation consistent gnralement les utiliser comme combustibles,
par exemple sous forme de pellet (Lee et Bae, 2009). En effet, les boues de STEP ont un PCI
relativement lev de 18 23,9 MJ/kg sur masse sche (Leckner et al., 2004 ; Murakami et al,
2009 et Cusid et Soriano, 2011). Ainsi les boues de STEP peuvent tre utilises en
cimenterie (Tay et al., 2000), voire tre utilises pour la fabrication de briques en cramique
(Cusid et Soriano, 2011).
1.2 Les installations industrielles d'incinration
Une installation d'incinration-type est constitue successivement d'un four, dans lequel a lieu
la combustion des dchets (solides, liquides ou gazeux), dune zone de post-combustion o
sont oxyds les gaz dvolatiliss, dune chaudire pour la rcupration d'nergie contenue
dans les fumes et enfin dun systme de traitement des fumes avant leur mission en
chemine (Figure 1.7). La Figure 1.8 montre un exemple d'incinrateur de dchets solides
dans un four tournant avec son systme de traitement des fumes.
Figure 1.7 Schma simplifi d'un incinrateur et de son systme de traitement des fumes
L'incinration industrielle de combustibles solides produit des rsidus de combustion solides
appels mchefers et cendres sous foyer. Les mchefers sont des composs granulaires
incombustibles, de taille trs variable comprise entre quelques centaines de micromtres et
Chaudire Traitement des
fumes
Rsidus de
traitement
Post-
combustion Four
Mchefers
Fumes mises
en chemine
Cendres sous
chaudire
Combustible
Dgrillage Dessablage Dgraissage
Boues
Eau
traite
Prtraitement
Eau
use
Traitement
biologique
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
15
quelques centimtres, et dont la masse reprsente moins de 0,5 % du combustible pour des
bois presque 50 % pour des boues de station dpuration des eaux (STEP) (Tableau 1.1). En
fonction de leur composition chimique et de leurs proprits physiques, ces mchefers
peuvent tre valoriss en tant que matriau inerte (remblais routier par exemple) ou placs en
centre de stockage de dchets ultimes (Circulaire DPPR/SEI/BPSIED no 94-IV-1, remplac
par l'arrt du 18/11/2011 partir du 01/07/2012).
Figure 1.8 Schma d'un incinrateur four tournant avec un systme de traitement des gaz par voie sche
avec filtration sur mdia filtrant (Gambier, 2008)
Tableau 1.1 Taux de cendre de diffrents types de combustibles (%massique).
Combustible Taux de cendres
(% massique) Rfrences
Biomasse 0,3 - 57,8 IEA Task 32, 2012
Charbon 6,2 - 17 Skodras et al., 2007 ; Gulyurtlu et al., 2005 ; Leckner et al., 2004
Farines animales 10,4 - 28,7 Skodras et al., 2007 ; Senneca, 2008 ; Conesa, 2003
Boues de STEP sches 37,6 - 47,9 Snger et al., 2001 ; Adegoroy et al., 2004
Mchefers
(% massique)
Ordures mnagres 25 - 30 Mnard, 2003
la sortie de la chaudire, les fumes contiennent de nombreux polluants pouvant reprsenter
un risque sanitaire ou environnemental. Un systme de traitement de fumes est donc
ncessaire. Ce traitement peut comprendre un procd de dpoussirage mcanique des
fumes tel quun multicyclone, un lectrofiltre ou un filtre manches, qui vise sparer les
cendres volantes du flux gazeux. Il peut aussi ncessiter la mise en uvre de ractifs (acide,
base, rducteur, adsorbant, agglomrant), gnrant ainsi de nouveaux rsidus, solides ou
liquides (en fonction du procd), appels rsidus dpuration des fumes dincinration de
dchets industriels Spciaux (REFIDIS), qui pourront galement tre valoriss ou placs en
centre de stockage en fonction de leurs proprits physiques et chimiques.
Four tournant
Post-combustion
Chaudire
Traitement des
fumes Combustibles Brleur
Air de
combustion
Ventilateur
d'extraction
Injection de ractifs
Chemine
Brleur
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
16
1.3 Mcanismes de formation des principaux polluants gazeux
La combustion de solides se fait en plusieurs tapes. Aprs le schage, sous l'effet de la
chaleur, le solide va subir diffrents processus parmi lesquels on peut distinguer :
- la deshydratation ;
- la dvolatilisation : une partie du solide passe sous forme gazeuse. Ce sont
gnralement des gaz lgers tel que CO, H2, CH4 Ce processus peut concerner
jusqu' 70 % de la masse initiale de combustible pour le charbon et 95 % pour la
biomasse (Di Nola, 2007) ;
- la combustion du tar (ou goudron) : ce sont des hydrocarbures plus lourds, qui
s'vaporent plus haute temprature ;
- la combustion du char (ou carbonisat) : c'est la portion de matires organiques
non volatiles du compos, sa combustion se fait l'tat solide.
Cette combustion globale gnre des cendres majoritairement minrales, ainsi que des gaz de
combustion. On regroupe sous l'appellation fume , l'ensemble des gaz et des poussires en
suspension la sortie du four. Ces fumes sont principalement composes :
- de constituant de l'air : N2, O2
- de gaz de combustion classiques : CO2, H2O ;
- de polluants gazeux qui peuvent tre fonction de la composition du combustible :
CO, NO, NO2, SO2, HCl, HF, mtaux volatils, HAP
- de particules : suies, combustible imbrl, cendres volantes, particules issues de la
condensation homogne ou htrogne despces volatiles ou semi-volatiles
(PCDD/F).
Les paragraphes suivants dtaillent les mcanismes de formation de ces diffrents polluants.
Les cas de l'incinration de farines animales et de boues de STEP sont dtaills au 1.5.1.
1.3.1 Les gaz acides
Les principaux gaz acides prsents dans les gaz de combustion sont les SOx, HCl et dans une
moindre mesure HF. Les quantits mises dpendent de la composition en soufre, chlore et
fluor du combustible.
Les oxydes de soufre se composent de dioxyde de soufre (SO2) et trioxyde de soufre (SO3).
SO2 provient de loxydation du soufre initialement prsent dans le combustible par loxygne
de lair lors de la combustion selon la raction R. 1.01 (Bicocchi et al., 2009).
S + O2 SO2 (R. 1.01)
Si l'excs d'air est suffisant, une oxydation de SO2 en SO3 a lieu (R. 1.02) entre 300 et 500 C
(Guide ASTEE, 2003).
SO2 + 1/2 O2 SO3 (R. 1.02)
Lors de la combustion de biomasse telle que le bois, le chlore contenu dans le combustible est
libr en grande quantit (environ 85 %) 500 C, et presque entirement (>95 %) 700 C.
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
17
La majorit du chlore tant sous forme de sels de mtaux alcalins, il ragit avec la matire
organique suivant les ractions R. 1.03 et R. 1.04 (Tillman et al. 2009).
R-COOH + KCl(s) R-COOK(s) + HCl(g) (R. 1.03)
R-COOH + NaCl(s) R-COONa(s) + HCl(g) (R. 1.04)
Les proportions relatives entre Cl2 et HCl sont rgies par l'quilibre de Deacon (R. 1.05).
2Cl2 + 2H2O 4HCl + O2 (R. 1.05)
La raction R. 1.05 tant endothermique l'lvation de la temprature oriente donc l'quation
vers la formation de HCl.
Une partie du chlore et du soufre reste sous forme de sels dans les mchefers et les cendres
volantes, notamment base de Na et K. En prsence de mtaux alcalins, il y a une
interdpendance entre le SO2 et le HCl selon les ractions R. 1.06 et R. 1.07 (Boonsongsup,
1997 ; Lisa et al., 1999 ; Tillman et al. 2009).
2KCl(s,l) + SO2(g) +1/2O2(g) + H2O(g) K2SO4(s,l) + 2HCl(g) (R. 1.06)
2NaCl(s,l) + SO2(g) +1/2O2(g) + H2O(g) Na2SO4(s,l) + 2HCl(g) (R. 1.07)
De plus le SO2 peut galement jouer le rle de rducteur dans la raction de Deacon (Tillman
et al., 2009) tel que dans la raction R. 1.08.
Cl2 + H2O +SO2 2HCl + SO3 (R. 1.08)
Les plupart des systmes de captation du chlore sont bass sur la ractivit de HCl (voir
2.1), il est donc important pour l'efficacit des traitements que le chlore soit sous forme de
HCl. Cet quilibre peut-tre contrl par l'humidit des fumes par exemple.
1.3.2 Les oxydes d'azote
Dans l'ensemble de ce document le terme NOx fait rfrence l'ensemble des oxydes d'azote
mesurs par l'analyseur Horiba PG-250 (Cf. chapitre 2), c'est--dire ceux convertis en NO par
le catalyseur Horiba en charbon actif recouvert de molybdne. Dans les gaz de combustion, il
s'agit essentiellement de NO et NO2.
Cependant d'autres espces azotes minoritaires telles que N2O5, HONO2, ou de l'azote
organique peuvent en partie ragir la surface du catalyseur et former du NO, ils sont alors
compts comme NOx par l'analyseur (Grosjean et Harrison, 1985 ; Winer et al., 1974).
Les NOx sont produits lors de toute combustion l'air et on peut distinguer trois principaux
mcanismes de formation (Di Nola, 2007) :
le NO-Combustible qui correspond loxydation de lazote prsent dans la matrice du
combustible ;
le NO-Prcoce qui est li aux ractions entre les radicaux CHi (i = 0, 1, 2 ou 3)
produits dans la zone ractionnelle de la flamme et lazote molculaire de lair ;
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
18
le NO-Thermique qui correspond l'oxydation du N2 de lair haute temprature (T >
1800 K).
La contribution de chacun de ces mcanismes dpend principalement du combustible et de la
temprature de combustion. La Figure 1.9 prsente l'influence de la temprature sur les
mcanismes de formation des NOx pour un combustible donn.
Figure 1.9 Reprsentation de l'influence thorique de la temprature sur la
formation de NOx pour une combustion de biomasse (Di Nola, 2007)
NO-combustible
Les mcanismes de formation du NO-combustible (Figure 1.10) comprennent une premire
tape de pyrolyse pendant laquelle l'azote prsent dans le combustible (Nx) va former de
l'acide cyanhydrique (Fenimore et Jones, 1961). Cet acide ragit avec l'oxygne radicalaire
prsent dans la flamme et forme NCO, qui son tour, ragit avec des radicaux H et forme NH
et NH2. Ces radicaux NHi ragissent avec les radicaux oxygns (O, OH) pour former du NO,
une partie ragit galement avec le NO pour former N2. Dans le cas de combustibles azots
solides (par exemple de la biomasse) et des tempratures infrieures 1600 C, c'est le NO-
combustible qui reprsente la majorit du NO gnr.
Figure 1.10 Mcanisme du NO-combustible (Fenimore et Jones, 1961)
NO-Prcoce
Jusqu' rcemment, la voie de formation du NO-prcoce que l'on trouvait dans la littrature
tait celle propose par Fenimore en 1971, avec une formation de HCN par raction de CH
Nx HCN
Pyrolyse
NCO + O
+ H + O, OH
+ NO
NHi
NO
+ N
N2
NOx thermique
NOx combustible
NOx prcoce
Temprature en C
C
on
cen
tra
tio
n e
n N
Ox (
mg
/m3)
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
19
avec N2 puis une oxydation de HCN comme dans le cas de la formation du NO-combustible
(R. 1.09). Plus rcemment, des travaux ont montr que la formation de HCN tait
thermodynamiquement impossible (Moskaleva et Lin, 2000 ; Moskaleva et al., 2000 ; Miller
et al., 2005). Une nouvelle voie ractionnelle avec NCN comme intermdiaire au lieu de HCN
a alors t propose (R. 1.10), et NCN a pu tre mesure dans une flamme de laboratoire
justifiant cette nouvelle raction dinitiation (Lamoureux et al., 2008). La Figure 1.11
prsente le schma ractionnel menant la fois la formation de NO prcoce partir de N2
(Lamoureux et al., 2010) et N2 combustible partir de Ni (Di Nola, 2007).
CH + N2 HCN + N (R. 1.09)
CH + N2 NCN + H (R. 1.10)
Ni
CHi + N2
HCN NCO NH N N2
HOCN HNCO
NH2
NH3+H
+H2
+H
+OH
+O
+H2+H
CN
HCON NO H2CN
+H
+CH3
+OH, +O2
+NO+H +H+O
+CH, +CH2
+CH2, +HCCO
+H2
+OH, +O2
+OH
+M
+OH, +H
NCN
+OH, +H
O2
O +C
Figure 1.11 Schma ractionnel de la formation de NO combustible et prcoce
(Di Nola, 2007 et Lamoureux et al., 2010)
NO-thermique
Le NO-thermique ne se forme en quantit significative qu haute temprature (>1800 K) et a
essentiellement lieu dans les gaz brls (Mahmoudi et al., 2010). En effet, la raction
(R. 1.11) demande une grande quantit dnergie pour rompre la triple liaison de l'azote
molculaire. Le mcanisme suivant a t propos par Zeldovich (1946) et complt par
Fenimore (1971).
N2 + O NO + N (R. 1.11)
N + O2 NO + O (R. 1.12)
N + OH NO + H (R. 1.13)
La combinaison de (R. 11) et (R. 12) donne la raction (R. 14).
N2 + O2 2NO (R. 1.14)
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
20
Ractivit de NO
Le NO form par ces diffrents mcanismes peut galement ragir dans les fumes. La
raction de dcomposition de NO (R. 1.15), c'est--dire linverse de la raction R. 1.14, ne se
produit pas spontanment car la cintique est trop lente. (Busca et al., 2005, Leblanc et al.,
1999).
NO N2+ O2 (R. 1.15)
Lorsque les fumes refroidissent, le NO ragit avec loxygne pour former NO2 (R. 1.16)
(Leblanc et al., 1999).
NO + O2 NO2 (R. 1.16)
En se basant sur les travaux de Leblanc et al. (1999) il est possible de calculer les proportions
thoriques en NO ( NOy ) et NO2 ( 2NOy ) la sortie de la zone de post-combustion en fonction
de la teneur en oxygne dans les fumes selon les quations Eq. 1.01 et Eq. 1.02.
1
1
2NO 1 O2 2
y 1 K .x
(Eq. 1.01)
et
NO NO2y 1 y (Eq. 1.02)
avec NOi
NOiNO NO2
xy
x x
(i = 1 ou 2)
xj : Fraction molaire de lespce j,
K1 : Constante thermodynamique d'quilibre de la raction R. 16, 13990
8
1 1,2.10 .T K
K T e
Ainsi, si on considre une temprature de fumes de 850 C et un taux d'oxygne de 11 %
(valeur d'O2 utilise pour la normalisation des concentrations dans les incinrateurs de
dchets) on obtient une proportion yNO2 infrieure 2 %.
1.3.3 Les composs organiques
Les hydrocarbures aromatiques polycycliques
Les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) sont issus d'une combustion incomplte
des molcules carbones. Des composs organiques volatils de faible masse (actylne,
propylne), en ragissant entre eux, forment des premiers cycles benzniques. Ces
benznes ragissent entre eux et avec des composs organiques lgers pour former des
molcules plus lourdes. Les molcules sont considres comme HAP partir du moment o
elles possdent au moins deux cycles aromatiques.
La formation du premier cycle benznique se fait principalement par la raction de deux
radicaux propargyles (C3H3) et par la raction d'espces en C4Hx avec de l'actylne
(Bauschlicher et Ricca, 2000).
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
21
Les dioxines et furanes
Les dioxines et furanes se forment partir dhydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP)
et de dichlore (Cl2). Les dioxines comptent 75 congnres de la famille des
polychlorodibenzo-dioxine (PCDD), et les furanes comptent 135 congnres de la famille des
polychlorodibenzo-furane (PCDF). (Figure 1.12)
Figure 1.12 Structure molculaire des polychloro dibenzo-dioxines (a) et furanes (b) (Stanmore, 2004)
Tableau 1.2 Facteur d'quivalent toxique (FET) pour des PCDD/F (Van den Berg, 2006)
Compos FET Compos FET
2,3,7,8-TCDD 1 2,3,7,8-TCDF 0,1
1,2,3,7,8-PeCDD 1 1,2,3,7,8-PeCDF 0,03
1,2,3,4,7,8-HxCDD 0,1 2,3,4,7,8-PeCDF 0,3
1,2,3,6,7,8-HxCDD 0,1 1,2,3,4,7,8-HxCDF 0,1
1,2,3,7,8,9-HxCDD 0,1 1,2,3,6,7,8-HxCDF 0,1
1,2,3,4,6,7,8-HpCDD 0,01 1,2,3,7,8,9-HxCDF 0,1
OCDD 0,0003 2,3,4,6,7,8-HxCDF 0,1
1,2,3,4,6,7,8-HpCDF 0,01
1,2,3,4,7,8,9-HpCDF 0,01
OCDF 0,0003
Le contrle des missions de dioxines et furanes consiste doser un certain nombre de ces
congnres et d'en faire une moyenne pondre en fonction de leur quivalent toxique :
c'est une valeur reprsentative de la toxicit relative de chaque congnre par rapport au plus
toxique (le 2,3,7,8-TCDD) dont la valeur est fixe 1. Une liste de 17 molcules a t tablie
et est gnralement utilise pour le dosage des dioxines et furanes. Les valeurs de leur
quivalent toxique sont indiques dans le Tableau 1.2.
1.4 Composition et origines de la phase particulaire
La composition en particules solides prsentes dans les fumes depuis le foyer jusqu' la
chemine volue, notamment du fait de la diminution de temprature, et des ventuelles
injections de ractifs pour le traitement des gaz.
Les cendres de foyer se distinguent des mchefers essentiellement par leur taille plus petite
(infrieure la centaine de micromtres) qui leur confre un caractre pulvrulent. La
proportion de cendres de foyer par rapport aux mchefers dpend des points de fusion des
matriaux en prsence et de leurs proportions dans le combustible : les constituants fusibles (
point de fusion infrieur la temprature du foyer) auront tendance agglomrer les
x = 0 4, y = 0 4, x + y 1 x = 0 4, y = 0 4, x + y 1
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
22
particules et donc favoriser les mchefers. Les deux rsidus de combustion, cendres de foyer
et mchefers, sont gnralement rcuprs au mme endroit, en mlange.
En sortie de foyer (aprs la combustion et la post-combustion), les fumes constitues de gaz
de combustion, de l'air de combustion en excs et de phases particulaires plus ou moins
condenses, traversent des changeurs thermiques, communment dnomms chaudire .
Dans cette zone, la temprature des fumes diminue et favorise la production dautres rsidus
dincinration : les cendres sous chaudire. Celles-ci se dposent sur les parois des changeurs
thermiques sous leffet de linertie (par impaction) ou du gradient thermique local (par
thermophorse). Dans ce cas, leur composition chimique sapparente celle des cendres
volantes , fraction des rsidus de combustion entrans physiquement par la phase gazeuse,
correspondant en partie la fraction la plus fine des cendres sous foyer. Mais les cendres sous
chaudire peuvent aussi se former directement la surface des changeurs par condensation
despces semi-volatiles ou par raction chimique despces gazeuses. Dans ce cas, leur
composition chimique diffre notablement des mchefers et cendres sous foyer, et se
caractrise par davantage despces mtalliques, alcalines, halognes et soufres.
Les poussires prsentes dans les fumes (ou cendres volantes) en sortie de la chaudire sont
donc htrognes ; elles se composent de suies, de combustible imbrl, de rsidus de
combustion (cendres) la surface desquelles des espces volatiles vont venir se fixer mais
aussi de particules issues de la condensation homogne despces volatiles.
1.4.1 Composition majoritaire des cendres volantes
La quantit et la composition de ces cendres volantes dpend principalement de la nature du
combustible. Le Tableau 1.3 prsente des exemples de composition chimique de cendres
volantes en lments majeurs pour diffrents types de combustibles.
On observe que les cendres issues des charbons sont principalement composes d'alumino-
silicates alors que celles de farines animales contiennent majoritairement du calcium et du
phosphore. Les boues de stations d'puration ont des compositions de cendres volantes trs
variables.
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
23
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-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
24
1.4.2 Les mtaux dans les particules solides
Les mtaux dans les particules solides proviennent principalement du combustible. Une partie
peut provenir de l'enceinte de combustion mais dans des conditions normales d'abrasion elles
sont ngligeables. titre d'exemple, la Figure 1.13 reprsente l'incinrateur d'ordures
mnagres tudi par Mnard (2003). L'installation est compose d'un four grilles puis de
son systme de traitement des fumes : un lectrofiltre et une tour de lavage.
Figure 1.13 Schma de l'incinrateur d'ordures mnagres de Strasbourg et les rsidus solides et liquides
tudis par Mnard (2003)
Selon leur volatilit, les mtaux initialement prsents dans le combustible peuvent se
retrouver dans les mchefers, dans les cendres volantes et/ou dans les boues de lavages. Le
Tableau 1.4 reprsente la rpartition massique de mtaux diffrents points cls d'une unit
d'incinration d'ordures mnagres et de son systme de traitement des fumes (Mnard,
2003).
Tableau 1.4 Rpartition (en % massique) des mtaux lourds entre les rejets solides d'UIOM
(Mnard, 2003)
Mchefers CV (C + EF) BL EG
Hg 2 - 5 % 10 - 13 % 70 - 80 % < 10%
Cd 10 - 12 % 80 - 85 % 3 % 2,5 %
As 45 - 60 % 35 % < 1 % < 1 %
Pb 60 - 65 % 30 - 35 % < 1 % < 1 %
Zn 70 % 30 % < 1 % < 1 %
Cr > 90 % 5 - 6 % < 1 % < 1 %
Cu > 90 % 5 - 7 % < 1 % < 1 %
Ni > 90 % 5 % < 1 % < 1 %
CV : cendres volantes, C : chaudire, EF : lectrofiltre, BL : boues de lavage, EG : missions gazeuses
Mchefers
Cendres
volantes
Boues de
lavage
Four grille lectrofiltres
Tour de
lavage
Chemine
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
25
Ainsi, le mercure (qui a une temprature d'bullition de 356,6 C) se vaporise trs facilement
au cours de lincinration et, transport dans les fumes, ne se condense quen sortie de
chaudire. Plus des trois quarts du mercure se retrouvent ainsi dans les Rsidus dpuration
des Fumes d'Incinration dOrdures Mnagres (REFIOM). Par contre certains mtaux plus
rfractaires (Cu, Cr, Ni) restent essentiellement pigs dans les mchefers (> 90 %)
(Mnard, 2003).
1.4.3 Les suies
Les particules de suies se forment partir des HAP qui ragissent entre eux pour former des
molcules de plus en plus grandes jusqu' la formation de particules (Richter et Howard,
2000). C'est particules croissent ensuite par addition de molcules organiques qui ragissent
leur surface, puis par un processus physique de coagulation de ces particules entre elles
(Figure 1.14).
Coagulation
Combustible et oxydant
(prmlang)
50 nm
0,5 nm
Zone molculaire
Zone particulaire
Tem
ps
de
ra
ctio
n
Formation de particule
Croissance en surface
et coagulation
Figure 1.14 Formation de particules de suies dans une flamme (Mauss, 1994)
1.5 Cas particuliers : l'incinration des farines animales et des
boues de STEP
1.5.1 Incinration des farines
1.5.1.1 La composition des farines animales
Les farines animales sont des composs organiques, donc principalement constitues de
carbone, hydrogne, oxygne, azote et soufre. Mais elles contiennent galement des quantits
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
26
importantes de matires minrales apportes par les os. Le Tableau 1.5 prsente les
compositions en lments majeurs (C, H, O, N et S) trouves dans la littrature. En ce qui
concerne les lments mineurs, les quantits en lments varient dune source lautre
(Tableau 1.6). Cependant, on retrouve certains lments en proportions importantes: le
calcium (de 2 % 11 %), le phosphore (de 2,5 % 7 %), le sodium (de lordre de 1 %), le
chlore et le potassium (de 0,2 % 1,3 %) et galement des mtaux (fer, aluminium et zinc) de
lordre de quelques dizaines de ppm.
Des travaux prcdents raliss sur les rsidus solides de lincinrateur tudi ont montr que
les mchefers et cendres volantes taient majoritairement composes d'hydroxyapatite
(Ca5(PO4)3OH) et de whitlockite (Ca3(PO4)2) (Coutand et al., 2008 ; Cyr et al., 2006).
L'hydroxyapatite est le constituant inorganique majeur des os, c'est pourquoi on le retrouve
dans les farines, et que les concentrations en Ca et P sont aussi leves.
Tableau 1.5 Composition massique (en %) en C, H, O, N et S de FVO de diffrentes provenances
FVO C H O N S
Senneca, 2008 43,40 6,40 nd 9,20 0,40
Conesa, 2003 40,40 6,40 11,90 7,80 0,50
Fryda et al., 2007 55,70 8,03 18,58 7,15 0,05
Skodras et al., 2007 55,67 8,03 29,1 7,15 0,05
Gulyurtlu et al., 2005 35,3 4,9 nd 8,4 0,5
Tableau 1.6 Composition massique (en %) en Ca, P, Na, Cl, K, Mg, Fe, Al de FVO
de diffrentes provenances
FVO Ca P Na Cl K Mg Fe Al
Min et max de 17
fournisseurs
(Garcia et al., 2008)
6,2 - 14,8 3,0 - 6,6 0,58 - 1,78 0,39 - 1,75 0,32 - 0,90 0,18 - 0,59 0,03 - 0,11 0,01 - 0,06
Senneca, 2008 1,98 6,00 1,14 0,30 0,39 0,18 0,014 0,006
Gulyurtlu et al. 2005 10,60 6,40 0,55 0,26 0,26 0,25 0,030
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
27
prsent provient des os et se trouve associ au phosphore, sous forme dhydroxyapatite
(Ca5(PO4)3OH), qui est un compos thermochimiquement stable et donc peut ractif.
Cependant Gulyurtlu et al. (2005), dans leur tude sur la co-combustion du charbon et des
farines animales, obtiennent au contraire une diminution du SO2 en prsence de farines, quils
attribuent en partie laction de lhydroxyapatite. Cette structure cristalline aurait, haute
temprature (leurs tests sont raliss 780 C), la capacit de fixer le soufre sous forme de
sulfates la place des phosphates, ainsi que de fixer des lments halogns la place des
groupements hydroxyle, en formant des composs de formule gnrale : (Ca, Mg)5(PO4, SO4,
CO3, SiO4)3(OH, F, Cl, Br). Cependant cette explication nest base que sur ltude en milieu
aqueux de Ma et al. (1994).
Lacide chlorhydrique :
Les farines animales peuvent contenir de 0,25 % plus de 0,80 % en masse de chlore,
provenant notamment des fluides biologiques riches en NaCl. La prsence de chlore peut
induire la production de divers polluants atmosphriques, tels que lacide chlorhydrique, le
dichlore, les dioxines et furanes ou les particules chlores.
Des tests de co-combustion avec du charbon (contenant moins de Cl que les FVO) ont montr
qu'une grande partie du chlore se retrouve dans la phase particulaire (Gulyurtlu et al., 2005).
Des concentration en HCl ont t mesures en sortie de four de l'ordre de 40 mg/Nm3, que ce
soit lors de combustion en four grille (Denafas et al., 2004) ou en lit fluidis (Cummins
et al., 2006). Elles sont donc relativement faibles notamment compares celle de SO2. En
effet, les farines contiennent des quantits importantes de chlore, mais majoritairement sous
forme de sel, donc peu propices la formation d'HCl.
Les oxydes d'azote (NOx) :
Ltude de Fryda et al. (2007) sur la co-combustion des farines animales avec du charbon en
lit fluidis montre une augmentation des taux dmission de NOx avec l'augmentation de la
part de FVO dans le mlange. Ils l'attribuent aux fortes teneurs en azote des farines.
Gulyurtlu et al. (2005), par contre, constatent une diminution du taux dmission des NOx de
25 % lors de la co-combustion de charbon (80 %) et de farines animales (20 %) alors quelles
contiennent cinq fois plus dazote. Ils attribuent cette diminution au fait que l'azote est en
grande partie sous forme rduite dans les farines, et quil est libr sous forme dammoniac
NH3, permettant ainsi une diminution des NOx par rduction non catalytique (SNCR). Pour
des mlanges contenant encore plus de FVO (50 et 100 %), les taux d'missions en NOx
augmentent et sont plus importants que pour le charbon seul.
Les particules :
Gulyurtlu et al. (2005) ont observ, lors de la co-combustion de FVO et de charbon,
lmission trs importante de particules submicromtriques (< 1 m) en prsence de teneurs
importantes (50 % et 100 %) en FVO (Figure 1.15). Ils relvent des taux en chlorures 50 fois
plus importants dans les particules mises par la combustion des farines animales que dans
celles mises par la combustion du charbon.
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
28
La mme observation est tablie par Lopes et al. (2009) qui remarquent, en outre, une
corrlation entre la production de particules submicroniques et la somme des teneurs en
mtaux alcalins et en chlore (Figure 1.16) : plus cette somme est leve (cas des farines), plus
la taille des particules mises diminue.
100 % FVO 50 % FVO
20 % FVO 0 % FVO
Fr
qu
ence
(%
)
Fr
qu
ence
(%
)
Fr
qu
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(%
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Fr
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100 % FVO 50 % FVO
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Fr
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(%
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Figure 1.15 Rpartition des particules mises lors de la combustion de FVO et de charbon en fonction de
leur taille. (Gulyurtlu et al., 2005)
K + Na + Cl (% dans le combustible)
100% CCI 100% FVO
Figure 1.16 Corrlation entre le diamtre mdian des particules mises et la somme des teneurs en
potassium, sodium et chlore dans les combustibles (CCI : charbon colombien) (Lopes et al., 2009)
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
29
Les dioxines et furanes :
Daprs Conesa et al. (2005), lincinration de farines animales gnrerait moins de dioxines
et de furanes que lincinration dautres combustibles comme les boues de station dpuration.
Ceci sexpliquerait en partie par le fait que la majorit du chlore contenu dans les FVO l'est
sous forme de chlorure de sodium, NaCl, provenant notamment des fluides biologiques. Or
Addink et al. (1998) ont montr que les chlorures navaient quune trs faible capacit
former des dioxines et furanes. Samaras et al. (2000) ont galement montr que les peptides
contenus dans la viande conduisent la formation dure et dammoniac qui inhibent la
formation de dioxines. Nanmoins, plus rcemment, lors de tests effectus sur un pilote en lit
fluidis, Lopes et al. (2009) ont observ une mission plus leve de dioxines et furanes lors
de la combustion de farines animales seules par rapport la co-combustion de farines et de
charbon en mlange. Ils attribuent ce phnomne la formation de catalyseurs mtalliques
dposs sur des particules fines, tous deux forms base de chlorures de mtaux, lors de la
combustion des farines seules :
dune part, formation de chlorures de mtaux alcalins, sodium et potassium, qui
favorisent la gnration de particules submicroniques (< 1m), grande surface
spcifique ;
dautre part, la formation de chlorures de mtaux tels que le chlorure de cuivre,
CuCl2, qui se dposeraient la surface des particules submicroniques et
catalyseraient la formation de dioxines et furanes.
Ces processus seraient inhibs par la prsence de soufre dans le charbon, les sulfates entrant
en comptition avec les chlorures. Le soufre est aussi connu pour inhiber par lquilibre de
Deacon (cf. 1.3.1) la formation de dichlore, Cl2, qui est un agent de chloration efficace pour
la formation de dioxines et furanes (Van Caneghem et al., 2012)
Impacts sur les installations
Encrassement de l'installation :
La combustion de farines animales semble produire plus de rsidus solides (mchefers,
cendres sous chaudire et rsidus de filtration) que la combustion de charbon ; ceci est
mettre en relation avec sa composition plus riche en matire minrale (Gulyurtlu et al., 2005 ;
Senneca, 2008). Dans une tude sur la co-combustion de farines animales et de charbon,
Senneca (2008) rapporte que la prsence de quantits relativement importantes de matire
minrale dans les farines entrane un comportement particulier lors de la combustion. En effet,
les ractions et transformations physiques de cette matire limitent la combustion et
diminuent la ractivit du char lors de la combustion. Ceci entranerait une formation de
cendres volantes contenant des quantits dimbrls plus importantes quand la proportion de
FVO augmente.
Empoisonnement des catalyseurs :
Les farines animales contiennent d'importantes quantits de phosphore, la majorit tant sous
forme d'hydroxyapatite (Ca5(PO4)3OH) et de whitlockite (Ca3(PO4)2), mais une partie peut
-
Chapitre 1 : Gnration et traitement des fumes d'incinration de dchets industriels
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tre sous forme organique. Or le phosphore organique est peu stable : il est libr vers 500 C
et forme des oxydes de phosphore (P4O10), des phosphates de calcium et de l'acide
phosphorique (H3PO4).
Les farines contiennent galement de grandes quantits de mtaux alcalins, qui sont en grande
partie sous forme de sels, comme NaCl, KCl, Na2SO4, K2SO4, et qui contribuent la
formation de particules submicroniques dans les cendres volantes.
Beck et al. (2004) ont identifi diffrents mcanismes, physiques ou chimiques, de
dsactivation des catalyseurs partir des composs phosphors :
Obturation des pores par de fine