Étude d'un dispositif de traitement de fumées issues de l’incinération de déchets industriels spéciaux

Study of the flue gas cleaning system from a hazardous waste incineration plant

• Auteur / Autrice : Florent Le Gléau
• Direction : Jean-François Pauwels, Esperanza Perdrix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Optique et Laser, Physico-Chimie, Atmosphère
• Date : Soutenance le 25/06/2012
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement (Lille ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord). Département Sciences de l'Atmosphère et Génie de l'Environnement (....-2016) - PhysicoChimie des Processus de Combustion et de l’Atmosphère (PC2A)
• Partenaire(s) de recherche : École d'ingénieurs : École nationale supérieure des techniques industrielles et des mines (Douai, Nord ; 1878-2016)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bicarbonate de soude

Dioxyde de soufre

Cendres volantes

Gaz de combustion -- Épuration

Déchets industriels

Boues d'épuration (combustible)

Combustion

Déchets animaux

Mots clés libres

Farines animales -- Incinération

Gaz acides

Résumé

La valorisation thermique des farines animales par incinération génère des fumées qui doivent être traitées pour respecter la réglementation sur les émissions atmosphériques. Cette travail de thèse traite de la co-incinération de farines animales et de boues de station d'épuration, et a été mené dans une installation industrielle. Une campagne de mesures sur site a permis de déterminer la composition chimique des phases gazeuse (O2, CO2, H2O, NOx, SO2, HCl, NH3) et solides (C, H, O, N, S, Cl, Na, K, Ca, P, Fe, Si) de toutes les entrées et sorties de l'installation. Une méthode d’évaluation des flux massiques est proposée et un bilan de matière établi. Les résidus ultimes d’incinération sont constitués de cendres et de résidus de traitement des fumées (REFIDIS) qui représentent environ 25 % de la masse des déchets incinérés. Les cendres sont composées essentiellement de phosphates de calcium, les REFIDIS de sels sodiques. L'efficacité du système de traitement des gaz acides et des NOx a été estimée. Le traitement comprend une neutralisation des gaz acides au bicarbonate de sodium et une réduction catalytique des NOx à l’urée, menés sur deux voies en parallèle équipées de bougies en céramique catalytique ou non. Afin de mieux comprendre les phénomènes physico-chimiques mis en jeu, des tests d'absorption de SO2 par Na2CO3 à 250 °C et 300 °C ont été menés dans un réacteur de laboratoire, montrant l'influence de la température et surtout de l'humidité. Une modélisation de l'absorption de SO2 par Na2CO3 est proposée, basée sur une diminution du nombre des sites d'absorption en fonction du recouvrement de la surface.

Thermal valorisation of meat and bone meal (MBM) by incineration generates combustion gases that are treated to respect atmospheric emission regulations. This thesis is about MBM and sewage sludge co-incineration in an industrial plant. Measurements have been made to determine the chemical composition of the gaseous (O2, CO2, H2O, NOx, SO2, HCl, NH3) and solid phases (C, H, O, N, S, Cl, Na, K, Ca, P, Fe, Si) in all inlets and outlets. A mass flow evaluation method is proposed and a material balance is performed. The final wastes of incineration consist of ashes and air pollution control residues (APCR), representing about 25 % of the incinerated mass. The ashes are mainly composed of calcium phosphates and the APCR are mainly Na-based salts. The efficiency of the acid gases and NOx treatment is estimated. The treatment includes sodium bicarbonate neutralisation and catalytic reduction by urea, carried out on two parallel pathways equipped with catalytic or non-catalytic ceramic filters. To complete the understanding of physico chemical reactions in the filtering cake, tests of SO2 absorption by Na2CO3, at 250 °C and 300 °C where performed in a laboratory reactor, showing the influence of temperature and particularly humidity. A modelling of the SO2 absorption by Na2CO3 is proposed, based on an absorption site number decrease with the surface recovering.