La conversion hydrothermale Une nouvelle famille de procédés combinant pression et température

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Didier Éthier
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1 La conversion hydrothermale Une nouvelle famille de procédés combinant pression et température Anne Roubaud, Ingénieur de Recherche, CEA Marcoule Association Innovation Fluides Supercritiques 1

2 Un traitement pour des effluents aqueux chargés en matières organiques Eaux Usées industrielles ou urbaines Residus domestiques : Sucres, protéines Graisses Résidus agricoles Composés azotés Composés phosphorés Effluents industriels, eaux chargées Métaux lourds(cu, Zn, Pb, Hg, Ni, etc ) Solvants huiles Boues d épuration Haute teneur en eau Haute teneur en matières minérales Micro organismes Traitements classiques Incinération Stockage Épandage 2

3 Une voie alternative Traitement d effluents aqueux chargés en matières organiques (de 1 à 30% m) Principe Le déchet est intégralement et rapidement transformé en gaz carbonique et en eau à haute pression (250 bars) et haute température (450 C) Eau supercritique Déchet organique + oxygène CO2 + eau + énergie + minéraux Zéro émissions nocives ou toxiques Production de chaleur valorisable Récupération de métaux précieux de minéraux (technosable) 3

4 CO 2 CO 2, O 2, N 2 Effluent Procédé H2O 4

5 Diagramme de l eau OHT : domaine supercritique Pressure (bar) T>374 C, P>221 bar Supercritical fluid 221 Solid Liquid Gas OVH : domaine sub-critique T> 330 C P > 165 bar 374 Temperature ( C) 5

Exemple de Traitement des boues de station d épuration OVH en France : Procédé ATHOS (Veolia) O 2 pur comme Oxydant 250 C, 50 bar Catalyseur (Sulfates de

6 Exemple de Traitement des boues de station d épuration OVH en France : Procédé ATHOS (Veolia) O 2 pur comme Oxydant 250 C, 50 bar Catalyseur (Sulfates de Cuivre) 85% réduction DCO A démarré en France à Toulouse Maintenant à Epernay (4 m 3 /h) La plus grande installation de ce type se trouve à Bruxelles 2*12m 3 /h 6

7 Bilan d étude technico-économique Alcimed (2004) Applications : OHT = alternative à l incinération (OHT) Marché cible confirmé sur les Déchets Industriels Dangereux Solvants halogénés Effluents aqueux Solvants non halogénés huiles Industrie chimique Industrie production de revêtement Industrie transformation des métaux tonnes en Rhône-alpes 7

8 Évolution de la technologie en 2008 Les principales réalisations industrielles fournissent des premiers ers résultats Localisation Société Performances Yeosu,, Corée États-unis Tokyo, Japon Brimsdown,, UK Hanwha Chemical Co. General Atomics Organo Corporation Johnson Matthey 50 et 840 t/j (effluents aqueux) Traitement déchets de l armement 2 t/j (traitement des PCBs) 3 m 3 /h (récupération des métaux précieux) Pas de traitement des déchets chlorés en Europe. Pas de plateforme industrielle en France. 8

9 Procédés développés en France OSTAU: brevet CNRS n WO 02/20414A1 Triple injection d oxydant Procédé adapté pour des déchets dilués entre 6-20% Réacteur en inconel, cout d investissement plus faible que pour le titane Mais pas adapté pour des déchets chlorés ou salins 9

10 Concept testé sur le pilote OSTAU (Lacq) par l APESA Capacité: 100 Kg/h Tests pendant 400 H 10

11 CEA: Brevet n Spécificité des réacteurs Réacteur agité double enveloppe Vanne de dilution Eau Air Colliers chauffants Coquille réfrigérantes Déchets Agitateur Tube interne en titane Enceinte externe CO + N 2 2 Eau + Sels dissous 11

12 Pompe Pompe Pompe Refroidissement Réacteur tubulaire en titane Compresseur The H2O project Ł The Chamber of Commerce and industry in Drome (CCID) and The CEA decided to promote SCWO through a pilot plant adapted to industrial organic waste Lab. Scale Pilot Scale Industrial plant EAU OXYGENE Préchauffage CO 2 x 10 Pompe Pompe Compresseur OXYGENE Pompe Compresseur DECHETS 5-10 L/h Effluent liquide EAU Préchauffage Refroidissement CO 2 Réacteur tubulaire en titane Effluent liquide x 10 EAU Pompe OXYGENE Préchauffage Refroidissement CO 2 Pompe Réacteur tubulaire en titane DECHETS 100 L/h Effluent liquide Pompe DECHETS Developed by CEA Reaction conditions well controlled and modelized H2O Project Economical and technical studies at a semi-industrial industrial scale L/h Aim of the project: Future development 12

13 Domaines de prédilection OHT: coût de traitement visé de /t Solvants halogénés, solvants non halogénés souillés, effluents aqueux OVH : coût de traitement visé < 50 /t Déchets industriels banals, déchets urbains, déchets non dangereux à DCO élevée Abaissement du coût de traitement = optimisation énergétique + valorisation sous-produits 13

14 Configuration prévisionnelle de la plateforme H 2 O Plateforme Polyvalente : double réacteur CO 2, N 2, O 2 Air OSTAU modifié : OVH, OHT DIB, STEP Type CEA : OHT DIS, Toxiques, Chlorés Déchet 100 L / h dans chaque réacteur Effluents aqueux: eau, sels minéraux, métaux 14

15 Conclusions Les procédés hydrothermaux (OVH sous-critique ou OHT supercritique) sont adaptés au traitement d eaux chargés en organiques entre 1 et 30% Récupération des matières minérales, métaux Captage du CO 2 en sortie possible (P>60 bar) Un début de développement pour les boues de STEP à taille industrielle en France Le procédé d OHT est appliqué de manière industrielle dans le monde sauf en France (Johnson Matthey, UK) Mise en place d une plateforme de démonstration à 100 L/h à Valence par la CCID Développement basé sur plus de 10 ans d expérience au CEA de procédés en eau supercritique Valorisation du Retour d Expérience de l installation de OSTAU Souhait de partenariat industriel pour le développement de ce type de procédé 15

16 Merci de votre attention 16

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