Incinération de déchets dangereux : Vers une économie circulaire. Cas particulier de la valorisation du soufre

Hazardous waste incineration : Towards a circular economy. Special case of sulfur recovery

• Auteur / Autrice : Rodolphe Vautherin
• Direction : Hassen Benbelkacem
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Procédés
• Date : Soutenance le 03/12/2024
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Membre de : Université de Lyon (2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : DEEP - Déchets Eaux Environnement Pollutions, EA 7429 (Lyon, INSA)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Buffière
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hassen Benbelkacem, Pierre Buffière, Gilles Hebrard, Annabelle Couvert, Eric Dumont, Hélène Métivier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Hebrard, Annabelle Couvert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Désulfuration

Incinération

Déchets dangereux -- Épuration

Mots clés libres

Environnement

Traitement des déchets

Bisulfite de sodium - NaHSO3

Déchet dangereux

Economie circulaire

Incinération

Valorisation des déchets

Dioxyde de foufre - SO2

Désulfuration

Environment

Waste treatment

NaHSO3 - Sodium bisulfite

Hazardous waste

Circular economy

Incineration

Waste recovery

SO2 - Sulfur dioxide

Desulfurization

Résumé

L’entreprise SUEZ RR IWS CHEMICALS France, via son unité de Roussillon, traite des déchets dangereux fortement chargés en soufre organique, générant du SO2 dans les fumées d’incinération. Actuellement, ce SO2 est éliminé par un procédé classique de lavage à la soude sur le site. Cette thèse vise à évaluer l’intégration d’un nouveau procédé de désulfuration pour valoriser le SO2 sous forme d’une solution de bisulfite de sodium concentrée, tout en épurant la grande majorité du SO2 contenu dans les fumées. Une étude à l’échelle laboratoire a été menée sur un gaz synthétique pour étudier la réaction entre le dioxyde de soufre et le sulfite de sodium. L’influence de la concentration en Na2SO3, celle de la température et celle du taux de SO2 sur le rendement d’absorption ont été étudiées, avec un focus concernant l’effet du pH. Les performances du procédé ont ainsi été évaluées en milieu acide et basique. Un pilote industriel a ensuite été dimensionné et installé sur le site de Roussillon pour tester le procédé en conditions réelles. Bien que des rendements d’absorption élevés aient été observés, les concentrations en bisulfite de sodium obtenues étaient insuffisantes au regard des critères à atteindre pour une commercialisation de la solution. De plus, des espèces secondaires indésirables, comme des halogènes et métaux, ont été détectées dans les solutions. Des pistes d’améliorations ont été identifiées pour augmenter les concentrations en bisulfite et améliorer la qualité des solutions. La modélisation du procédé mis en place sur le site industriel a finalement été utilisée pour mettre en évidence les paramètres clés afin d’optimiser les rendements d’absorption à pH acide, étude qui n’a pas pu être réalisée à l’échelle pilote. Cette partie a révélé la nécessité d’ajouter une étape supplémentaire au procédé initial pour obtenir une solution de bisulfite de sodium plus concentrée. Globalement, cette thèse présente des résultats prometteurs pour l’industrialisation de ce procédé.

SUEZ RR IWS CHEMICALS France's Roussillon plant processes hazardous waste with a high organic sulfur content, generating SO2 in the incineration fumes. Currently, this SO2 is eliminated by a conventional soda washing process on site. The aim of this thesis is to evaluate the integration of a new desulfurization process to recover SO2 in the form of a concentrated sodium bisulfite solution, while purifying the vast majority of the SO2 contained in the flue gases. A laboratory-scale study was carried out on a synthetic gas to investigate the reaction between sulfur dioxide and sodium sulfite. The influence of Na2SO3 concentration, temperature and SO2 content on absorption efficiency were studied, with a focus on the effect of pH. Process performance was evaluated in acidic and basic environments. An industrial pilot plant was then designed and installed at the industrial site to test the process under real conditions. Although high absorption yields were observed, the sodium bisulfite concentrations obtained were insufficient to meet the criteria required to market the solution. In addition, undesirable secondary species, such as halogens and metals, were detected in the solutions. Avenues of improvement were identified to increase bisulfite concentrations and improve solution quality. Modeling of the process implemented on the industrial site was finally used to highlight the key parameters for optimizing absorption yields at acid pH, a study which could not be carried out on a pilot scale. This part revealed the need to add an additional step to the initial process to obtain a more concentrated sodium bisulfite solution. Overall, this thesis presents promising results for the industrialization of this process.