Évaluation des performances d'un épurateur à pulvérisation pour l'élimination des nanoparticules contenues dans les fumées d'incinération

Evaluation of the performance of a spray scrubber for the removal of nanoparticles contained in incineration fumes

• Auteur / Autrice : Emmanuel Adah
• Direction : Laurence Le Coq, Aurélie Joubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et bioprocédés
• Date : Soutenance le 06/03/2023
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Valorisation Energie-matière des Résidus et Traitement des Emissions - Département Systèmes Energétiques et Environnement - Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Pascal Borra
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurence Le Coq, Aurélie Joubert, Eberhard Schmidt, Cornelius Schönnenbeck, Emmanuel Porcheron
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eberhard Schmidt, Cornelius Schönnenbeck

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz de combustion -- Épuration

Nanoparticules

Incinération

Mots clés libres

Incinération

Epurateur par pulvérisation

Nanoparticules

Efficacité de collecte

Conception de Box-Behnken

Incineration

Spray scrubber

Nanoparticle

Collection efficiency

Box-Behnken design

Résumé

L'augmentation des produits industriels et de consommation contenant des nanomatériaux manufacturés (ENM) conduit, à leur fin de vie, à une plus grande quantité d'ENM dans les flux de déchets. À l'échelle mondiale, plus de 300 000 tonnes de ENM se retrouvent annuellement dans les centres de stockage des déchets, mais également rejetés dans le sol, l'eau et l'air. Des recherches récentes ont montré que les nanomatériaux manufacturés peuvent survivre au processus de combustion dans le four d’incinération des déchets et se retrouver dans les gaz de combustion. Cependant, on connaît mal l'efficacité de capture des ENM au sein des technologies d'épuration des fumées d’incinération. Les laveurs humides qui sont principalement conçus pour traiter les polluants acides, peuvent également contribuer à réduire les rejets de particules (PM). Cependant, aucune étude n'a été réalisée pour évaluer l’efficacité d'un épurateur à pulvérisation vis-à-vis de la collecte de nanoparticules dans des conditions d'incinération de déchets. La présente thèse vise à évaluer les performances d'un laveur pilote de laboratoire vis-à-vis de la collecte de nanoparticules contenues dans les fumées d'incinération dans des conditions opératoires et de similitude d’échelle représentatives d'un laveur à pulvérisation d'une usine d'incinération de déchets dangereux en termes de rapport hauteur/diamètre, de rapport liquide/gaz, de températures d'entrée/sortie du gaz, d'humidité du gaz, de temps de résidence du gaz, et de régime d'écoulement du gaz, de diamètre des gouttelettes et de concentrations des particules. L'influence de trois facteurs opérationnels - débit de gaz, débit de liquide et diamètre des gouttelettes - sur l’efficacité de collecte de nanoparticules de carbone du laveur pilote a été étudiée à l'aide de la méthodologie du plan d'expérience - Box-Behnken.

As the use of engineered nanomaterials (ENM) in industrial and consumer products increases, a larger amount of ENM will likely end up in waste streams at the end of their life and potentially be released into the environment. Globally, it is estimated that more than 300,000 metric tons of ENM are released into landfills, soil, water, and air each year. Recent research has shown that engineered nanomaterials can survive the combustion process in waste incineration and end up in flue gas. However, little is known about the capture efficiency of ENMs within incineration flue gas cleaning technologies. Wet scrubbers, which are primarily designed to treat acidic pollutants, can also help reduce particulate matter (PM) emissions. However, no studies have been conducted to evaluate the effectiveness of a spray scrubber in collecting nanoparticles under waste incineration conditions. The present thesis aims to evaluate the performance of a pilot-scale scrubber concerning nanoparticle collection contained in an incineration flue gas representing the conditions of a hazardous waste incineration plant spray scrubber in terms of height-to-diameter ratio, liquid-to-gas ratio, gas inlet/outlet temperatures, gas humidity, gas residence time, and gas flow regime, droplet diameter and particle concentrations. Also, the influence of three independent operating factors - gas flowrate, liquid flowrate and droplet diameter on the collection of carbon nanoparticles by a pilot-scale scrubber was investigated using the Design of Experiment - Box- Behnken design methodology.