Design and setup of an automated wet air oxidation process used with heterogeneous catalysts (CWAO) : application to the treatment of aqueous effluents polluted with methyl ter-butyl ether (MTBE).

• Auteur / Autrice : Alexis El Khoury
• Direction : Alain Delacroix
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et haute technologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés libres

Oxydation par Voie Humide Catalytique [OVHC]

OVH [Oxydation par Voie Humide]

Contrôle

Supervision

Ruthénium

Cérium

Méthyltertiobutyléther [MTBE]

Résumé

L’identification dans l’eau de produits organiques réfractaires, non biodégradables et toxiques, provenant de l’industrie chimique et pétrochimique, a défié les techniques conventionnelles de traitement des effluents aqueux tels que l’incinération ou l’abattement biologique. Le développement de technologies alternatives permettant de traiter efficacement ces contaminants s’est avéré nécessaire. Parmi les procédés de traitement développés, l’Oxydation par Voie Humide (OVH) se présente comme une technologie destructive basée sur l’oxydation en phase aqueuse des polluants organiques ou inorganiques, en utilisant de l’oxygène moléculaire ou de l’air comme source d’oxydant. Généralement, le polluant n’est pas complètement éliminé mais partiellement converti, selon un mécanisme radicalaire, en plusieurs intermédiaires de toxicité significativement réduite. L’OVH à l’oxygène ou à l’air peut être non catalysée ou effectuée en présence de catalyseur homogène ou hétérogène. Dans le cadre de cette étude, l’OVH est effectuée en présence d’un catalyseur (à base de ruthénium et de cérium) déposé sur un support solide (billes d’alumine) afin de traiter des déchets organiques persistants en phase aqueuse dans des conditions de pression et température nettement plus douces que l’OVH simple. L’essentiel du travail réside dans la conception et la commande du procédé d’OVHC : notamment la régulation de la température du réacteur à lit fixe gaz/liquide/solide, le contrôle de sa pression et son maintien en régime stationnaire par le contrôle de la sortie liquide du procédé. Dans cette optique, la conduite du système développé est assurée par un ensemble de modules intelligents permettant la commande de la partie opérative du procédé. Le pilotage à distance du système est rendu possible grâce au développement d’une interface numérique de supervision répondant aux aspects ergonomiques et techniques requis pour le maintien de la bonne conduite et de la sécurité de l’installation

The identification of highly refractory and non-biodegradable organic pollutants in wastewater, especially coming from the chemical and petrochemical industry, has challenged the conventional wastewater treatment such as incineration or biological abatement. There is a clear need to test and set-up emerging alternative technologies that can deal with highly concentrated and/or toxic non-biodegradable organic water pollutants. Among the novel water treatment processes, Wet Air Oxidation (WAO) is described as a destructive technology based upon the oxidation of organic and inorganic pollutants. The system uses molecular oxygen or air as a potential source of oxidant. Generally, the pollutant is not totally eliminated but partially converted, through a radical mechanism, to multiple intermediates of less toxicity. WAO either could be a non-catalytic process or could occur in the presence of homogeneous or heterogeneous catalysts. In this work, catalytic tests of WAO had been conducted using a supported catalyst of ruthenium and cerium over alumina in order to treat aqueous contaminated effluents. The major part of the work consists of the conception and control of the developed process. Regulation loops integrated within a set of sensor modules had been developed in order to control the gas flow, the reactor temperature and the liquid evacuation unit. The process supervision and monitoring had been achieved through the deployment of a SCADA software application compliant with the latest technical and esthetical specifications needed for the proper operation of the system. The graphical interface developed for this purpose monitors the major parts of the process. We have tested the process efficiency and performance through the destruction of Methyl ter-butyl ether (MTBE) dissolved in water. This compound, commonly added to gasoline as an octane enhancer, has been recognized as a groundwater pollutant. It is highly soluble in water and transports easily in ground and surface water. Some typical results are presented pointing out the most important parameters of the process and showing the behavior of the catalyst prepared at the laboratory. Almost, a total destruction (more than 99% of conversion rate) of the pollutant could be obtained at 200°C using 200 g of catalyst for an oxygen pressure of 16 bar. Under theses conditions, the oxidation of the pollutant yields to 10% of intermediates among which we have identified acetic acid, acetone and tertiarybutylalcohol (TBA)