288_Pierre.Moszkowicz_05_02_10

8/17/2019 288_Pierre.Moszkowicz_05_02_10

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Carbonatation des mâchefers d’incinération d’ordures ménagères :étude pilote et modélisation des effets thermiques

KAIBOUCHI Sonia, BROC Jean-Sébastien, BLANC Denise, GERMAIN Patri !, MOS"KO#IC" Pierre

Laboratoire $%Ana&'se En(ironne)enta&e $es Pro é$és et $es S'st*)es In$+strie&sINSA $e L'on, , a(en+e A&bert Einstein, ./. 0, 1i&&e+rbanne Cé$e2

Résumé

La arbonatation $es )3 4e5ers $%in inération $es or$+res )éna6*res 7MIOM8 est &a 9rin i9a&e réa tion4i)i:+e :+i on o+rt ; &e+r stabi&isation &ors $e &e+r )at+ration< Dans &es on$itions rée&&es, &es )3 4e5ers sont

entre9osés et so+)is a+2 on$itions at)os94éri:+es 9en$ant $es $+rées 9o+(ant attein$re 9&+sie+rs )ois< Laarbonatation $e &a 9ort&an$ite, o)9osé )a=e+r $es )3 4e5ers, =o+e nota))ent +n r>&e i)9ortant, en ré$+isant

&a 5ra tion so&+b&e et en in$+isant +n abaisse)ent $+ 9H $es so&+tions a:+e+ses en onta t a(e &e )atéria+< Unrés+&tat béné5i:+e est a&ors &a $i)in+tion $es so&+bi&ités $e ertains )éta+2 &o+r$s 7Pb, "n,?8 et &a ré$+ tion $+ris:+e $e &e+r )obi&isation, e :+i 9er)et &a (a&orisation $es MIOM en tra(a+2 9+b&i s<L%ob=e ti5 $e &%ét+$e est $e :+anti5ier ; &%é 4e&&e 9i&ote &a réa tion $e arbonatation $es )3 4e5ers, en

ara térisant &es (o&+)es $e 6a@ arboni:+e s+s e9tib&es $e réa6ir a(e &e so&i$e, et en )ettant en é(i$en e &es$i55érents 9ara)*tres 9o+(ant in5&+en er e 94éno)*ne $e arbonatation< Le $is9ositi5 e29éri)enta& est onstit+é$%+n '&in$re ontenant en(iron 0 $) $e MIOM et 9o+(ant tre ba&a'é 9ar +n o+rant $e CO 9+r< Cin:t4er)o o+9&es 9er)ettent $e s+i(re &es te)9érat+res $+ 6a@ ; $i55érents ni(ea+2 et ; &a sortie $e 9i&ote< En e55et,&a réa tion $e arbonatation est e2ot4er)i:+e et &a $onnée $es (ariations $es te)9érat+res 9e+t 9er)ettre$%i$enti5ier &es ara téristi:+es t4er)o$'na)i:+es et inéti:+es $e ette réa tion, $ans &es $i55érentes on$itionse29éri)enta&es $+ 9i&ote< Cette $é)ar 4e né essite &e $é(e&o99e)ent $%+n )o$*&e t4er)i:+e $+ 9ro é$é<Les rés+&tats obten+s 9er)ettent $e on5ir)er &e r>&e 9ré9on$érant $e &a arbonatation $e &a 9ort&an$ite< Le 5ront$e arbonatation :+i 9ro6resse $ans &e 9i&ote entra ne +ne )ontée br+ta&e $e &a te)9érat+re, s+i(ie 9ar +nre5roi$isse)ent ontr>&é 9ar &a on$+ tion<La )ét4o$o&o6ie ainsi )ise en +(re 9e+t 9er)ettre $e ara tériser &e 9otentie& $e arbonatabi&ité F $%+nMIOM, 9ara)*tre +ti&e 9o+r &a )a trise $+ 9ro é$é $e )at+ration )is en +(re s+r &e terrain<

Mots clés : )3 4e5ers, arbonatation, e55ets t4er)i:+es, 9ort&an$ite

1. Introduction

La )at+ration est +ne éta9e &é 9o+r &a (a&orisation $es )3 4e5ers $%in inération $%or$+res )éna6*res 7MIOM8<Ce 9ro ess+s 9er)et $e $i)in+er &e ris:+e $e )obi&isation $es 9o&&+ants onten+s $ans es )atéria+2 so+)isa+2 a&éas $e &e+r )ise en +(re, 9ar e2e)9&e en te 4ni:+es ro+ti*res Ka'aba&i K


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Po+r ara tériser e 9ro ess+s $e arbonatation, no+s a(ons )is en onta t &e )3 4e5er a(e $+ CO 9+r $ans +n 9i&ote $e &aboratoire o+(ert 9o+r &e 6a@< C%est en s+i(ant &es é(o&+tions $es te)9érat+res :+e &a inéti:+e $e &aréa tion e2ot4er)i:+e 9e+t tre $éter)inée, en $é(e&o99ant +n )o$*&e o+9&ant &a réa tion 4i)i:+e et &es e55etst4er)i:+es<

. Matériels et mesures

Le 9i&ote insta&&é 75i6+re 08 est onstit+é 9ar +n '&in$re $e $ia)*tre interne , ) en a ier ino2 7é9aisse+r ))8< L%es9a e 9o+(ant tre re)9&i $e )3 4e5er a +n (o&+)e $e 0 L< La 4a+te+r $e re)9&issa6e a été 5i2ée ;

0 , )< Le 9i&ote est étan 4e ; &%air $e )ani*re ; é(iter to+te réa tion $%o2'$ation<Le )3 4e5er ét+$ié a été obten+ $ans +ne +sine $%in inération $e $é 4ets )+ni i9a+2 sit+ée ; L'on< Le )3 4e5er a été $é5errai&&é et 9résente +n as9e t 4o)o6*ne< Les é 4anti&&ons ont été 9ré&e(és s+r &%aire $e sto !a6e $e&%+sine et sont 36és F $e :+atre )ois< La o)9osition é&é)entaire a été $éter)inée 9ar ana&'se ICP-AES7In$+ ti(e$ Co+9&e$ P&as)a Ato)i E)ission S9e tros o9'8 a9r*s $i6estion a(e $+ )étaborate $e &it4i+)s+i(ie 9ar +ne atta:+e a i$e< Les 9rin i9a+2 rés+&tats sont ra99ortés $ans &e tab&ea+ 0< La (a&e+r $e &a

on$+ ti(ité t4er)i:+e a été é(a&+ée 9ar $es )es+res 9réa&ab&es, sans réa tion 4i)i:+e, a+ sein $+ )3 4e5er<Une (a&e+r $e , #


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-87Z - =∂−

=r r

T λ

88,77Z87Z ∝−=∂

−= T t z T h

r T

pext Rr λ

Θ 7r,@8 te)9érat+re $+ 6a@X7r,@8 te)9érat+re $+ )3 4e5er C 9 a9a ité a&ori5i:+e )assi:+e $+ )3 4e5er 4intZ$S oe55i ient $e trans5ert 6a@-so&i$e# r $ensité $e 9+issan e t4er)i:+e $e &a réa tion 4i)i:+e

Les $i55érents ter)es $e &%é:+ation tra$+isent &es 94éno)*nes $%a +)+&ation $%éner6ie o+ (ariation $[éner6ieinterne, $e on$+ tion ; &%intérie+r $e &a 94ase so&i$e, $%é 4an6e on(e ti5 entre &a 94ase so&i$e et &a 94ase 6a@,et $e $é6a6e)ent $e 4a&e+r 9ar &a réa tion $e arbonatation 7a(e \ 0 si &a réa tion s%e55e t+e, \ si &aréa tion n%a 9as $éb+té o+ est ter)inée8<La on$ition initia&e est &a s+i(ante

t , X7r,@8 X∝ ∀ r et @, a(e X∝ te)9érat+re a)biante

La 9aroi &atéra&e $+ réa te+r est so+)ise ; +ne on$ition a+2 &i)ites $e o+rier< En e55et, a+ ni(ea+ $e &a 9aroi&atéra&e, &e 5&+2 on$+ ti5 &atéra& entre &e so&i$e 9ore+2 et &%a)bian e e2térie+re, ; tra(ers &a 9aroi )éta&&i:+e,

9e+t tre ara térisé 9ar +n oe55i ient $e trans5ert 6&oba& 4e2t

r R ∀ t et @

S+r &[a2e $e ré(o&+tion $+ '&in$re, &e 5&+2 on$+ ti5 en r est n+&

r ∀ t et @

3.2.2. Conservation de l’énergie en phase gaz :

oY ε oe55i ient $e 9orositéρ[ )asse (o&+)i:+e $+ 6a@X7r,@8 te)9érat+re $+ )3 4e5er Θ 7r,@8 te)9érat+re $+ 6a@C% 9 a9a ité a&ori5i:+e )assi:+e $+ )3 4e5er ( (itesse $+ 6a@

Les $i55érents ter)es $e &%é:+ation tra$+isent &es 94éno)*nes $%a +)+&ation $%éner6ie, $e trans9ort $e 4a&e+r $ a+ 5&+2 $e 6a@, $%é 4an6e on(e ti5 entre &a 94ase 6a@ et &a 94ase so&i$e<A+ $éb+t $e &%e29érien e, &a 94ase 6a@ et &a 94ase so&i$e $+ )3 4e5er sont s+99osées ; &%é:+i&ibre et $on ; &a) )e te)9érat+re

t θ X∝ ∀ r et @

Le 6a@ est in=e té 9ar &e 5on$ $+ réa te+r< La te)9érat+re $e &a 94ase 6a@ en @ 9e+t $on tre s+99oséeonstante 7 on$ition $e Diri 4&et8

@ θ θ6a@ ∀ t et r a(e θ6a@ te)9érat+re $[entrée $+ 6a@

87ZZ[C[ZZZ(Zt

[ZC[ZZ int 9 9 T dS h z −−

∂

∂−=

∂

∂θ ρ

θ ε

θ ρ ε


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nCa7OH8 onso))ées )o&es $e Ca7OH8 onso))ées 9ar !6 $e MIOMnCO absorbées )o&es $e CO absorbées 9ar !6 $e MIOM_ )asse (o&+)i:+e $+ CO ; C1 (o&+)e $e CO absorbé 9ar !6 $e MIOMMCa7OH8 )asse )o&aire $e &a 9ort&an$ite_MIOM )asse (o&+)i:+e $+ MIOM

Le o+9&a6e entre &e )o$*&e t4er)i:+e et &e )o$*&e réa tionne& re9ose $on s+r $e+2 4'9ot4*ses- +n $é9&a e)ent $+ 5ront $e réa tion ; +ne (itesse ( 9ro9ortionne&&e ; &a (itesse $e réa tion- +ne 9+issan e t4er)i:+e # r e&&e a+ssi 9ro9ortionne&&e ; &a (itesse $e réa tion 7&a (a&e+r $e &%ent4a&9ie $eréa tion $e arbonatation $e &a 9ort&an$ite a +ne (a&e+r :+i 9e+t $é9en$re $+ onte2te 4i)i:+e on re&*(e $es(a&e+rs a&&ant $e ` / !J&é 9ar &estrans5erts $e 4a&e+r $+ so&i$e 4a+$ (ers &e 6a@ 9&+s 5roi$ :+i &e tra(erse<

Les o+rbes $e &a 5i6+re )ettent en re&ation &es (ariations $e $ébit et $e te)9érat+re $+ 6a@ en sortie $+ 9i&ote<Xrois 94ases 9rin i9a&es sont obser(ab&es< La 9re)i*re orres9on$ ; &a 9+r6e $+ 9i&ote< Le $ébit $e sortie 4+te

=+s:+%; attein$re +ne (a&e+r 9ro 4e $e 9en$ant :+e &a arbonatation s%a)or e< Lors $e ette 94ase, &ate)9érat+re $+ 6a@ en sortie reste onstante< En e55et e&&e orres9on$ a&ors ; &%air :+i était initia&e)ent 9résent$ans &e 9i&ote a(ant &e $éb+t $e &%e29érien e et :+i n%est 9as ré 4a+55é 9ar &a réa tion $e arbonatation< Lase on$e 94ase orres9on$ ; &a 9ério$e $e arbonatation a+ sein $+ 9i&ote< Le $ébit $e sortie est :+asi-n+&, ar &e6a@ entrant est tota&e)ent onso))é 9ar &a réa tion< La 4a&e+r &ibérée 9ar &a réa tion 9ro(o:+e +n $éb+t$%é 4a+55e)ent $+ 6a@< La troisi*)e 94ase orres9on$ ; +ne a+6)entation 9ro6ressi(e $+ $ébit $e 6a@ en sortie$+ réa te+r< Cette é(o&+tion re&ati(ise &%4'9ot4*se $+ 5ront $e arbonatation en e55et, en arri*re F $+ 5ront $e

arbonatation, i& reste $e &a 9ort&an$ite et $+ CO 9e+t en ore tre onso))é 9ar &a réa tion $e arbonatation< En 9ara&&*&e &a te)9érat+re $e sortie $+ 6a@ a+6)ente 5orte)ent ar &e 6a@, $ont &e $ébit est 5aib&e, est 5orte)entré 4a+55é 9ar &a réa tion et a+ onta t $+ so&i$e 4a+$< A &a 5in $e ette 94ase, on note +ne 4+te br+ta&e $e &ate)9érat+re< Cette 4+te orres9on$ ; &%arri(ée en t te $+ 9i&ote $+ 5ront $e arbonatation< En5in, $ébit ette)9érat+re re(iennent &ente)ent (ers &es (a&e+rs &i)ites 7$ébit $%entrée $+ 6a@ et te)9érat+re a)biante8 enabsen e $e réa tion<

%. . (alidation de la modélisation

Les 5i6+res T et 9résentent &es o+rbes e29éri)enta&es et obten+es 9ar si)+&ation 9o+r $e+2 9oints sit+és ;

&%intérie+r $+ 9i&ote 7@ , ) r )8 et 7@ 0T ) r )8< Les si)+&ations ont été obten+es a9r*si$enti5i ation $es trois 9ara)*tres a=+stab&es $+ )o$*&e 7 9ar )ini)isation $e &%é art :+a$rati:+e entre rés+&tatse29éri)enta+2 et si)+&és8

- oe55i ient $e trans5ert interne so&i$e-6a@, 4inZt$S 0 #


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La sensibi&ité s+r &a (a&e+r i$enti5iée $e Hr est 5orte ar e 9ara)*tre in5&+e 5orte)ent s+r &es te)9érat+res)a2i)a&es obten+es 9ar si)+&ation< La (a&e+r i$enti5iée ara térise $on nette)ent &%e55et t4er)i:+e $e &aréa tion $e arbonatation< E&&e est $%ai&&e+rs o4érente a(e &a (a&e+r t4éori:+e :+i (arie en 5on tion $+ 9H 00 <Dans &e 9i&ote, &e 9H $+ )i&ie+ réa tionne& é(o&+e 9en$ant &a arbonatation $ans +ne 6a))e :+i 9e+t 9ro(o:+er +ne (ariation $e &%ent4a&9ie $e réa tion $e &%or$re $e 0 V< La (a&e+r i$enti5iée re9résente $on +ne (a&e+r )o'enne :+i int*6re ette (ariabi&ité<

Un :+atri*)e 9ara)*tre $e &a )o$é&isation =o+e +n r>&e )oin$re &e oe55i ient $e trans5ert 4 e2t ; &a 9aroi &atéra&e$+ 9i&ote, :+i ne 9e+t 9as tre i$enti5ié 9ar &a se+&e )es+re $es te)9érat+res s+r &%a2e $+ 9i&ote< L%in5&+en e $e e

9ara)*tre serait sensib&e s+r &es 9ro5i&s ra$ia+2 $e te)9érat+res et s+r &e re5roi$isse)ent 5ina& $+ 9i&ote<

). Conclusions

Le s+i(i $es te)9érat+res $ans +n 9i&ote $e &aboratoire $e arbonatation $%+n )3 4e5er ont 9er)is $eara tériser &es as9e ts t4er)o inéti:+es $e &a réa tion< Les rés+&tats e29éri)enta+2 on5ir)ent :+e &a réa tion

$e arbonatation $e &a 9ort&an$ite est &a réa tion 9ré9on$érante et :+e &a inéti:+e est ontr>&ée 9ar &es trans5erts6a@-&i:+i$e et so&i$e-&i:+i$e, e+2-) )es &i)ités 9ar &es so&+bi&ités $+ CO et $+ a& i+) $ans &a 94ase a:+e+se<La )o$é&isation o+9&ant trans5erts t4er)i:+es et réa tion 4i)i:+e 9er)et, ) )e so+s +ne 5or)e si)9&i5iée74'9ot4*se $e &a 9ro9a6ation $%+n 5ront $e arbonatation instantanée8, $e bien ren$re o)9te $es 9rin i9a+2rés+&tats e29éri)enta+2 et $%i$enti5ier :+antitati(e)ent &%ent4a&9ie $e &a réa tion $e arbonatation< Unea)é&ioration né essaire reste &a &e(ée $e &%4'9ot4*se si)9&i5i atri e $+ 5ront $e arbonatation instantanée, enintro$+isant +ne inéti:+e $e réa tion :+i 9ren$ra en o)9te &e 5ait :+e &a 9ort&an$ite n%est 9as tota&e)enta essib&e instantané)ent a+ CO $isso+s< I& sera a&ors 9ossib&e $%obtenir &es é&é)ents né essaires 9o+r 9ré(oir s+r &e 9&+s &on6 ter)e &e $éro+&e)ent $e &a réa tion tota&e $e arbonatation<Cette e29érien e 9e+t a&ors ertaine)ent tre )ise ; 9ro5it 9o+r &%é&aboration $%+ne )ét4o$e $e $éter)ination$%+n in$i ate+r $e arbonatabi&ité F $%+n )3 4e5er et $%+n o+ti& 9ré(isionne&, :+i serait +ti&e 9o+r 9er)ettre+ne )ei&&e+re 6estion &o6isti:+e $e es )atéria+2 9en$ant &a 9ério$e $e sto !a6e s+r &a 9&ate5or)e $e)at+ration<

ReferencesKa'aba&i K


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*igure 1 s 4é)a $+ 9i&ote $e arbonatation


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*igure ` E(o&+tions $es te)9érat+res a+ sein $+ MIOM

*igure ! (ariations $+ $ébit et $e &a te)9érat+re $+ 6a@ en sortie $+ réa te+r


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*igure % é(o&+tions $es te)9érat+res e29éri)enta&es et si)+&ées 7@ < )8

*igure ) é(o&+tions $es te)9érat+res )es+rées et si)+&ées 7@ 0T )8

Co)9osé V )assi:+e Co)9osé V )assi:+eSiO T/, M6O ,.CaO 0., Na O .,

A&O , K O 0,0e O ,. XiO ,.

MnO ,0 P O 0,

+ableau 1 ana&'se $+ MIOM en é&é)ents )a=e+rs

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