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RÉSUMÉ
Cet article aborde les principes de mise en œuvre de l’oxydation hydrothermale, les conceptions développées à la fois pour exploiter les propriétés remarquables de l’eau supercritique vis-à-vis de la minéralisation des déchets organiques et gérer les difficultés induites par le fonctionnement de procédés continus sous pression et température. Il résume quelques notions de base sur la réaction de combustion dans l’eau supercritique, le comportement des charges salines. Il promeut l’apport de la mécanique des fluides numérique pour l’étude et l’extrapolation industrielle de ces procédés, pour lesquels le fort couplage entre chimie et thermohydraulique reste un sujet de développement.
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Hubert-Alexandre TURC : Ingénieur - Commissariat à l’Énergie Atomique, DEN/MAR/DTCD/SPDE - Centre de Marcoule, Bagnols-sur-Cèze, France
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Antoine LEYBROS : Ingénieur - Commissariat à l’Énergie Atomique, DEN/MAR/DTCD/SPDE/LPSD - Centre de Marcoule, Bagnols-sur-Cèze, France
INTRODUCTION
Avec l’augmentation de la production annuelle de déchets et la raréfaction des options de mises en décharge, l’élimination et/ou le recyclage des matériaux composant ces déchets sont devenus une impérieuse nécessité pour nos sociétés industrielles. Le cas des déchets organiques passe généralement par des traitements thermiques (voir par exemple [G2051]) lesquels permettent notamment de valoriser l’énergie calorifique libérée par la minéralisation des déchets.
Depuis quelques décennies, certains procédés innovants de traitement des déchets organiques ont vu le jour et parmi eux, les procédés dits d’oxydation hydrothermale, procédés extrêmement performants du point de vue de leur polyvalence, de leur efficacité, et de leur compacité. Ces procédés permettent la minéralisation dans l’eau supercritique, particulièrement adaptée pour le traitement de substances réfractaires, pour le traitement de substances organiques dangereuses ou toxiques présentes isolément, dans des effluents industriels, ou des eaux usées urbaines.
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MOTS-CLÉS
oxydation hydrothermale eau supercritique déchets organiques mécanique des fluides numérique
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- Version courante de août 2023 par Hubert-Alexandre TURC, Antoine LEYBROS
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1. Des propriétés de l’eau supercritique aux performances de l’oxydation hydrothermale
Aux conditions normales de pression et de température, un corps pur peut se trouver sous les trois états classiques : solide, liquide ou gaz. L’étude du diagramme de phase (figure 1) met en évidence, à l’extrémité de la courbe de coexistence liquide-gaz, la présence d’un point singulier appelé « point critique ».
Un fluide est dit « supercritique » si la température et la pression sont simultanément supérieures à la température critique et à la pression critique. Les coordonnées du point critique de l’eau sont P c = 22,1 MPa et T c = 647 K (221 bar / 374 °C).
L’eau voit ses propriétés thermodynamiques et de transport modifiées lors du passage du point critique. Ces propriétés physiques de l’eau supercritique ont des caractéristiques intermédiaires entre celles de l’eau liquide et celles de la vapeur d’eau (tableau 1). Le diagramme de phase donné figure 1 met également en évidence quelques courbes d’isodensité dans le domaine supercritique de l’eau.
L’article Gazéification de biomasse en eau supercritique [J 7 010] de O. Boutin et J.C. Ruiz donne plus de détails sur les propriétés physico-chimiques de l’eau supercritique.
Des études des diagrammes de phase des systèmes aqueux binaires ont été réalisées avec l’eau et les composés suivants : CO2, N2, O2, dans des domaines allant jusqu’à 200 MPa et 450 °C ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - JAPAS (M.L.), FRANCK (E.U.) - High pressure phase equilibria & PVT data of the water/oxygen system including water/air to 673 K and 250 MPa - . Ber. Bensunges. Phys. Chem. 89, pp. 1268-1275 (1985).
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(2) - UEMATSU (M.), FRANCK (E.U.) - Static Dielectric Constant of Water Steam - . J. Phys. Chem. Ref. Data, 9, pp. 1291-1306 (1980).
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(3) - AKIYA (N.), SAVAGE (P.E.) - Roles of water for chemical reactions in high-temperature water. - Chem. Rev., 102, pp. 2725-2750 (2002).
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(4) - SAVAGE (P.E.), GOPALAN (S.G.), MIZAN (T.I.), MARTINO (C.J.), BROCK (E.E.) - Reactions at supercritical conditions : applications and fundamentals - . AIChE, 41, pp. 1723-1778 (1995).
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(5) - LEYBROS (A.), ROUBAUD (A.), GUICHARDON (P.), BOUTIN (O.) - Supercritical water oxidation of ion exchange resins : Degradation mechanisms - . Proc. Safety & Env. Protect, 88, pp. 213-222 (2010).
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...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
SCFI – AquaCritox® – Smarter Environmental Technology : http://www.scfi.eu/
Innoveox : http://www.innoveox.com/
Superwater Solutions : http://www.superwatersolutions.com/
General Atomics : http://ga.publishpath.com/hazardous-waste-destruction
Japan Environmental Safety Corporation : http://www.jesconet.co.jp/eg/facility/tokyo.html
HAUT DE PAGE
[Modar Inc.] – Processing Methods for the oxidation of organics in supercritical water – WO 81/03169
[Modar Inc] – Method for supercritical water oxidation – WO 92/21621
[Modell] – Supercritical water oxidation process and apparatus of organics with inorganics WO93/00304 – PCT/US92/05320
[Modar Inc] – Method and apparatus for solids separation in a wet oxidation type process – WO/8902874 – PCT/US88/03239
[General Atomics] – Downflow hydrothermal treatment – EP 1076042
[Chematur Engineering AB] – A high pressure and high temperature system – WO 01/17915
[Aerojet General Co] – Supercritical water oxidation reactor with wall conduits for boundary flow control – US 95/ 5387398
[Foster Wheeler] – Process and apparatus for supercritical water oxidation – EP 0708058
[ABB] – Method for supercritical...
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