Soutenance mémoire
De grandes quantités de sous-produits industriels sont produites chaque année en Algérie, et une partie importante de ces sous-produits continue à être mise en décharge. En fonction de leurs caractéristiques, ces déchets peuvent représenter une source importante de matières premières, dans le but de remplacer les ressources naturelles. L’évolution rapide de la législation en matière d’environnement constitue un défi pour l’industrie. Celle-ci doit mettre en œuvre des procèdes de traitement, de contrôle et d’élimination des nuisances toujours plus performantes, pour qu’elles améliorent la qualité de leurs rejets.
L’Entreprise Nationale des Gaz Industriels (E.N.G.I.) produit de l’acétylène à partir de la réaction du carbure de calcium avec l’eau. Ce procédé conduit nécessairement à la production en parallèle de la chaux sous forme de lait de chaux. Après décantation, une partie de l’eau contenue dans ce lait de chaux est recyclée, et la bouillie de chaux produite et déchargée dans l’environnement [Ramasamy et al., 2002 ; Cardoso et al., 2009 ; MSDS, 1999 ; Hologado et al., 1992 ]. Ce rejet, très alcalin, a conduit à des catastrophes affectant le sol, l’eau, la faune et la flore [Ramasamy et al., 2002 ; Cardoso et al., 2009 ; Al-Khaja et al., 1992 ; MSDS, 2001]. Une prise de conscience générale de la gravité des problèmes engendrés par ce rejet, nous a incités à mener cette étude pour y remédier. Dans ce but, il s’est avéré nécessaire de résoudre ces problèmes en pensant à utiliser cette chaux résiduaire dans la protection de l’environnement [Ayoub et al., 2011 ; Vandamme et al., 2012 ; Renou et al., 2008 ; Renou et al., 2009 ; Vahedi et Gorczyca, 2001 ; Izaguirre et al., 2011 ; Chen et al., 2009 ; Baltpurvins et al., 1996 ; Fang et Wong, 1999 ; Tadesse et al., 2006]. La chaux offre une solution économique et efficace dans le domaine de la protection de l’environnement, notamment pour le traitement des eaux, des fumées, des déchets urbains et industriels [Lim et al., 2002 ; Hower et al., 1998].
Contexte industriel et position du problème
Production d’acétylène
L’acétylène joue un rôle très important dans un grand nombre de synthèses industrielles, et sert par ailleurs de combustible dans le chalumeau oxyacétylénique. L’acétylène s’obtient à partir de matières purement minérales et très courantes. Pour la fabrication technique de l’acétylène, on se sert généralement de carbure de calcium, qui réagit avec l’eau ou la vapeur d’eau suivant l’équation (I-1), avec un dégagement de chaleur très important. Un kilogramme de carbure de calcium produit environ 300 litres d’acétylène brut, qu’on recueille dans des générateurs spécialement construits au moyen d’un excès d’eau (minimum 10 litres par kilogramme de carbure), puis qu’on refroidit et lave avant de l’utiliser [Meinck et al., 1977 ; Ramasamy et al., 2002 ; Cardoso et al., 2009].
CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2 + 31 kcal (I-1)
Description du procédé
L’installation destinée à la production d’acétylène, dont le débit nominal est de 100 m3/h, comprend trois sections : le générateur, le traitement de l’acétylène et le recyclage de l’eau de process (Figure I-1) [Gout, 1993 ; Perrotey, 1968 ; Guérin, 1968 ; Couturier, 1986 ; ENGI].
Générateur
Le carbure de calcium commercial de granulométrie 25/50 mm est introduit dans le générateur par l’intermédiaire d’une vis sans fin commandée par une transmission mécanique débrayable, elle même commandée par un moteur électrique anti-déflagrant. Les morceaux de carbure de calcium tombent dans un panier tournant immergé dans l’eau de la cuve. L’entraînement mécanique du panier comporte un agitateur qui brasse en permanence l’eau de décomposition du carbure de calcium. Au contact de l’eau, le carbure de calcium se décompose en acétylène et en hydroxyde de calcium. L’acétylène qui se dégage passe vers la section de traitement à une température variant entre 55-70°.
Traitement de l’acétylène
Laveur du générateur
Le laveur du générateur a pour but de débarrasser l’acétylène des traces de chaux et d’absorber l’ammoniac et l’hydrogène sulfuré générés à partir de la cyanamide calcique et du soufre calcique contenus dans le carbure de calcium, selon les réactions (I-3 et I-4) [Libidif, 1977] :
Ca3N2 + 6 H2O → 3 Ca(OH)2 + 2 NH3 (I-3)
CaS + 2 H2O ⇄ Ca(OH)2 + H2S (I-4)
L’acétylène qui se dégage de la décomposition du carbure de calcium s’échappe à travers le laveur. Le contact acétylène-eau propre étant optimisé par un garnissage d’anneaux Pall. Des gicleurs assurent le débit de l’eau de lavage destinée à l’épuration primaire de l’acétylène.
Gazomètre
A la sortie du laveur du générateur, l’acétylène est canalisé vers le gazomètre à travers un intercepteur hydraulique dont le rôle est s’opposer au retour de l’acétylène stocké dans le gazomètre, c’est en fait un clapet anti-retour.
Colonne d’absorption de l’ammoniac
Cette colonne a pour but d’éliminer les traces d’ammoniac qui pourraient subsister en sortie du laveur. Au-delà du point de déviation du gazomètre, l’acétylène est envoyé vers la colonne de lavage à l’eau traversée de bas en haut par l’acétylène, à travers un lit d’anneaux Pall (en polyéthylène). L’eau est pulvérisée par un gicleur situé au-dessus du premier lit. Un second lit de garnissage est disposé en partie haute de la colonne pour retenir les gouttes d’eau entraînées par le gaz.
Refroidissement
L’acétylène est refroidi à contre-courant à l’aide d’un débit d’eau froide. Le but de cet échangeur thermique est l’obtention de l’acétylène à une température suffisamment basse pour éviter les risques de polymérisation dans le traitement à l’acide.
Colonne de lavage à l’acide
Après refroidissement, l’acétylène est canalisé vers la colonne de lavage à l’acide, qu’il traverse de bas en haut à travers un lit garni de scelle de Berl. A contre-courant d’un débit d’acide sulfurique concentré à 96-97%, le but de ce lavage à l’acide est d’éliminer l’hydrogène phosphoré (PH3) contenu dans l’acétylène, causé par la présence de phosphore de calcium dans le carbure de calcium (réaction I-5).
P2Ca3 + 6 H2O → 2 PH3 + 3 Ca(OH)2 (I-5)
Colonne de lavage à la soude
Le but de cette colonne est la neutralisation des composés acides (SO2 et H2S) produits par le lavage à l’acide. L’acétylène sortant au sommet de la colonne de lavage à l’acide est envoyé vers la colonne de lavage à la soude. Il pénètre à la base du garnissage de la colonne où il est lavé par une lessive de soude à une concentration de 10 %. La partie supérieure de la colonne est disposée d’un lit de garnissage qui a pour but de retenir les entraînements de lessive de soude dans l’acétylène.
Compression
L’acétylène est comprimé dans un compresseur à trois étages. Cette compression a pour objectif d’élever la pression de l’acétylène jusqu’à 25 bars et de permettre son conditionnement en bouteilles.
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Table des matières
Introduction générale
Chapitre I. Contexte industriel et position du problème
I-1. Production d’acétylène
I-1.1. Préparation du carbure de calcium
I-2. Description du procédé
I-2.1. Générateur
I-2.2. Traitement de l’acétylène
I-2.2.1. Laveur du générateur
I-2.2.2. Gazomètre
I-2.2.3. Colonne d’absorption de l’ammoniac
I-2.2.4. Refroidissement
I-2.2.5. Colonne de lavage à l’acide
I-2.2.6. Colonne de lavage à la soude
I-2.2.7. Compression
I-2.2.8. Déshuileur-sécheur
I-2.2.9. Remplissage
I-2.3. Récupération de l’eau du lait de chaux
I-3. Position du problème
Chapitre II. Recherche bibliographique sur l’utilisation de la chaux
II-1. Introduction
II-2. Applications de la chaux dans la protection de l’environnement
II-2.1. Traitement des fumées
II-2.1.1. Désulfurations
II-2.1.2. Captation des acides halogénés
a) Déchloruration
b) Défluoruration
II-2.2. Traitement des déchets ménagers et industriels
II-2.3. Traitement des eaux potables et usées
II-2.3.1. Préparation de l’eau à usage domestique ou industriel
a) Décarbonatation
b) Reminéralisation
c) Correction du pH
II-2.3.2. Traitement des eaux usées
a) Coagulation et floculation
b) Précipitation des métaux lourds et des phosphates
II-2.4. Traitement des boues
II-2-4-1. Avant filtration
II-2-4-2. Après filtration
II-3. Conclusion
Chapitre III. Caractérisation du lait de chaux résiduaire
III-1. Introduction
III-2. Teneur en matières sèches
III-3. Répartition granulométrique
III-4. Analyse par diffraction des rayons X
III-5. Caractérisation de la surface par la microscopie électronique à balayage (MEB) couplée à l’analyse chimique (EDS)
III-6. Réactivité chimique de la chaux
III-7. Activité chimique de la chaux
III-8. Vitesse d’hydratation (réactivité)
III-9. Vitesse de sédimentation
III-10. Caractérisation physico-chimique du lait de chaux
III-10.1. Turbidité
III-10.2. pH
III-10.3. Conductivité
III-10.4. Densité
III-11. Analyse de la chaux résiduaire de l’ENGI
III-12. Détermination de la teneur de NH3 dans la chaux
III-13. Conclusion
Chapitre IV. Epuration des eaux usées de la ville de Annaba par la chaux résiduaire
IV-1. Introduction
IV-2. Matériel et méthodes
IV-2.1. Eau utilisée
IV-2.2. Méthodes analytiques de mesure des paramètres physico-chimique
IV-2.3. Principe et appareillage
IV-2.4. Cinétique de la coagulation-floculation
IV-2.4.1. Optimisations des paramètres des mélanges
a) Optimisation de la vitesse d’agitation rapide
b) Optimisation du temps d’agitation rapide
c) Optimisation de la vitesse d’agitation lente
d) Optimisation du temps d’agitation lente
IV-2.5. Optimisation de la dose de coagulant (chaux résiduaire)
IV-2.6. Effet de la dose de chaux sur l’élimination des bactéries
IV-3. Conclusion
Conclusion générale
