LES GAZ INDUSTRIELS (oxygène, azote, argon, co2, hydrogène, ozone...) jouent un rôle important parmi les techniques propres. Les gaz, par leurs caractéristiques de haute pureté, leur manipulation facile et sûre, ont permis l'émergence de très nombreux procédés originaux: substitution de l'air par de l'oxygène pur, donc sans azote; travail en atmosphère contrôlée; oxydation poussée et propre.

Certains exemples de ces techniques sont explicités dans cet article mais ne sont qu'un faible éclairage des impressionnantes possibilités des gaz industriels dans l'amélioration des procédés industriels et pour la limitation de leur impact dans l'environnement.

L'oxydation propre

A mi-chemin entre les techniques "douces" comme les traitements biologiques et les techniques "destructives" comme l'incinération, I'oxydation chimique trouve sa place dans le traitement de flux liquides peu ou non biodégradables, même s'ils sont dilués. Malheureusement, les réactifs les plus répandus (permanganate, chlorés) produisent des résidus, peuvent être dangereux à manipuler ou sont suspects de dérivés toxiques.

D'où le recours aux trois grands oxydants propres:

* l'oxygène, fondement historiquedu Groupe, fabriqué par distillation de l'air à partir d'une centaine de centres de production cryogénique répartis dans 60 pays (dont une dizaine en France). D'autres moyens de production sont aujourd'hui disponibles grâce au développement de procédés d'adsorption sélective par passage de l'air sur des tamis moléculaires spécifiques (unités VSA, sur le site du client);

* le peroxyde d'hydrogène (eau oxygénée), fabriqué et commercialisé par Chemoxal sur trois sites situés à Jarrie (France), Becancour (Québec) et au Japon, avec une capacité supérieure à 150 000 tonnes/an;

* l'ozone, maintenant généré par ]es ozoneurs Ozonia, filiale commune avec Degrémont, créée en 1990, leader mondial des générateurs d'ozone, avec plus d'un millier d'installations dans le monde et une part de marché dépassant 60 % pour les installations de grande capacité (plus de 100 kg/h). Contrairement à l'oxygène et au peroxyde d'hydrogène, la molécule d'ozone est métastable et ne peut donc être stockée et transportée jusqu'à l'utilisateur : il convient donc de générer l'ozone sur le site de l'application, c'est le concept des unités "sur site" facturées au kg d'ozone produit. Enfin, par l'utilisation de l'oxygène comme matière première de préférence à l'air, les performances de la génération d'ozone ont été considérablement améliorées.

L'ensemble de ces trois molécules propres, alliées aux UV si nécessaire, utilisées éventuellement sous pression (oxydation humide subcritique) permet de résoudre de nombreux problèmes posés par l'industrie. Le nombre et la diversité des cas permettent de faire jouer l'ensemble des combinaisons possibles d'oxydants: une procédure adaptée conduira jusqu'à l'optimum économique et technique, en fonction de la question posée: rendre l'effluent biodégradable, détruire un composé toxique (décyanuration par exemple), décolorer, désinfecter en vue de recycler l'eau. . .

La production et l'utilisation de ces oxydants, aujourd'hui maîtrisées, permettent d'atteindre d'excellents résultats à un coût compétitif. Mais la complexité et la spécificité de tout effluent industriel nécessitent l'optimisation d'un tel traitement, en respectant une démarche progressive, de l'étude laboratoire au stade pilote pour aboutir à la réalisation industrielle. La photo ci-après montre un pilote d'optimisation des oxydants propres, pouvant être installé sur un site industriel.

 

Pâte à papier: une technique de production propre

Autre utilisation de l'ensemble des 3 oxydants propres, en papeterie où la réduction de la DCO et la DBO des effluents de blanchiment de pate (de 40 à 50 %) est possible, en rendant plus propre le procédé de délignification et d'extraction alcaline par l'oxygène. L'utilisation du chlore est ainsi réduite d'un facteur de deux à trois, en diminuant proportionnellement la quantité d' organochlorés difficilement dégradables. En France, le Centre technique du Papier, à Grenoble, avec le soutien de la profession, participe activement à la mise au point de procédés mettant en uvre l'ozone et l'eau oxygénée permettant de réduire encore plus la consommation de produits chlorés.

 

La combustion à l'oxygène

Dans le domaine de la combustion, si le problème des émissions de SO2 tend à se résoudre (par désulfuration des fumées, ou par changement de combustible), celui des émissions d'oxydes d'azote reste posé: les rendements des systèmes de dénitrification sont généralement insuffisants.

L'oxygène apporte là une véritable solution, en supprimant 80 % du volume d'air entrant, avec le double avantage de réduire très fortement les oxydes d'azote et de réduire très sensiblement la taille

des réacteurs et de l'équipement du traitement des gaz par le très faible volume de fumées restant. Pour les installations existantes, un dopage ou la substitution complète par l'oxygène permettra d'accroître la capacité de production des installations.

Deux exemples, l'un au cur d'un procédé (le four verrier), l'autre en traitement final (recyclage d'acide sulfurique) illustrent cette technique.

Les fours de verre tout oxygène: une technique de production propre

Dans l'industrie du verre, l'oxygène est utilisé en remplacement de l'air pour brûler le combustible servant à fondre le verre.

L'élimination de l'azote de l'air permet de réduire les émissions d'oxydes d'azote (NOx) de 80 %, de diminuer les quantités de fumées rejetées de 70 % tout en économisant de 15 à 40 % du combustible.

Les réglementations de plus en plus sévères qui se mettent en place aux Etats-Unis et en Europe, et de nouvelles méthodes de production d'oxygène à coût réduit favorisent

le développement rapide des fours de verre à l'oxygène. Cette technologie est déjà utilisée par plus de trente usines dans le monde et est amenée à croître rapidement.

Voici les NOx (kg/tonne de verre) obtenus sur un four de verre à régénérateurs à boucle utilisant du gaz naturel:

* four à l'air: 4,2 NOx;

* four à l'oxygène: 0,9 NOx ;

* nouvelle réglementation française (nouveaux fours): 3 NOx.

Recyclage d'acide sulfurique par incinération à l'oxygène

Début 1989. le groupe chimique ICI décidait d'investir plus de 1 milliard de francs pour la construction à Billingham (TeeSide) d'une nouvelle unité de méthacrylate de méthyle (MMA), l'une des matières premières utilisées dans la chimie des acryliques.

Environ 60 % de l'investissement total, soit 66 M£, ont servi à la mise au point et à la construction d'une unité de régénération des eaux sulfuriques (SAR) de 1 200 t/j. En effet la production d'une tonne de MMA génère trois tonnes de résidus sulfuriques dont 40 % étaient réutilisés sous forme d'engrais, le reste étant jusqu'ici rejeté en mer du Nord. Pour cette nouvelle unité, ICI a opté pour une nouvelle technique où l'incinération de ces eaux sulfuriques permettra la production de I 000 t/j d'acide sulfurique.

L'innovation vient de l'utilisation de l'oxygène pur comme seul et unique comburant qui permet:

une réduction de 40 % des investissements (unité plus petite),

une réduction de 20 % de la consommation en fuel,

une réduction significative des émissions de co2, NOx et so2.

Cette technique nécessite de maîtriser la température de flamme afin, entre autres, de ne pas endommager les réfractaires du four et de produire un maximum de so2, donc un minimum de so3 et de NOx, pour la fabrication ultérieure de l'acide sulfurique.

Pour la mise au point des paramètres de ce recyclage, la modélisation numérique a été couplée à une série d'essais à l'échelle pilote qui ont permis de confirmer les résultats informatiques. Les recherches portaient nota1nment sur des brûleurs, l'emplacement et la vitesse d'injection des produits, l'interaction entre le brûleur et la lance d'injection des déchets (liquides dans le cas d'ICI).

Enfin, dernière étape, le dessin et la construction des énormes brûleurs à gaz naturel - oxygène, (installation de plus de 60 MW, le plus puissant incinérateur fonctionnant à l'oxygène pur).

Cette réalisation a nécessité conjointement un outil informatique puissant et fiable, des essais pilotes, de l'ingénierie thermique et une longue expérience des réalités industrielles.

Aujourd'hui

Cryogénie

D'autres propriétés des gaz industriels utilisent la voie cryogénique, dans une gamme de températures de -78 °C (avec du Co2 liquide) à -196 °C (azote liquide). Les applications dans l'environnement sont nombreuses:

cryobroyage des pneus usés, permettant de les récupérer et de les valoriser sous forme de produit marchand,

cryodécapage de peintures,

cryonettoyage de surfaces (sans sablage),

enfin, une application intéressant la sidérurgie où les fumées rousses générées lors des transferts de métal en fusion peuvent être abattues à la neige carbonique. Simple, il fallait y penser !

Mais l'application la plus répandue est sans doute le piégeage cryogénique de solvants, lorsqu'ils nécessitent de basses températures de condensation, permettant de les recycler en fabrication ou simplement de ne pas les disperser dans l'atmosphère, comme dans l'exemple ci-après

Epuration de gaz issus de postes de remplissage d'hydrocarbures

La société Bragtank installée en Suisse réalise le stockage de produits pétroliers. Afin de contrôler les vapeurs d'hydrocarbures qui s'échappent des réservoirs lors des remplissages, un procédé de récupération par condensation cryogénique a été installé comportant trois

condensateurs montés en série. Le débit de gaz à traiter est de 0 à 1 250 Nm3/h avec une teneur en entrée variant de 0 à 300 g/Nm3 d'hydrocarbures, en présence d'air éventuelle1nent humide. Le premier échangeur permet de refroidir le gaz entrant avec le gaz épuré ce qui permet de réduire la consommation d'azote à environ 1,6 kg/kg d'essence récupérée. Les deux condenseurs principaux utilisent un fluide caloporteur et fonctionnent à environ 0 et - 100 oC.

La condensation cryogénique permet une régénération des solvants récupérés sans transfert de pollution, ni production d'autres composants nuisibles pour l'environnement. Elle permet ainsi de satisfaire aux contraintes environnementales les plus sévères, avec une installation flexible, fiable et compacte.

 

Conclusion

L'extrême variété des applications propres des gaz industriels est à la mesure des questions posées au milieu industriel par la protection de l'environnement.

L'Air Liquide, leader mondial des gaz industriels, met son point d'honneur à développer et appliquer des solutions toujours innovantes pour le progrès de l'industrie et son insertion durable dans l'environnement.

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