Valorisation de la chaux résiduaire, sous-produit de la fabrication d’acétylène, dans le traitement des eaux

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.
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.
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.
Déshuileur-sécheur : Après compression, l’acétylène est chargé de traces d’huile de lubrification du compresseur et saturé de vapeur d’eau à la pression et à la température considérées. L’acétylène traverse le filtre déshuileur, destiné à retenir les particules d’huile de lubrification, puis il est déshumidifié par passage à travers un sécheur rempli de chlorure de calcium.
Remplissage : À la sortie du sécheur, l’acétylène est prêt pour procéder au remplissage dans des bouteilles, il est canalisé vers les rompes de chargement pour être conditionné. Le conditionnement est réalisé à une pression de 25 bars et une température de 15°C. L’installation a une capacité de production de 750 m3/jour.

Applications de la chaux dans la protection de l’environnement

Traitement des fumées : Dans les centrales électriques fonctionnant au charbon, lors de l’incinération des déchets ménagers et dans un certains nombres de production industrielle (verrerie, briqueteries,… etc), la chaux neutralise les acides sulfhydriques, chlorhydriques, fluorhydriques et adsorbe la plupart des métaux lourds présents dans les fumées. Traitement des déchets ménagers et industriels : La chaux joue un rôle très important (déshydratation, stabilisation et fixation des métaux lourds) dans les différentes opérations de traitement des déchets ménagers et industriels. C’est le moyen le plus sur de traiter les décharges d’immondices afin de prévenir le développement d’odeurs nauséabondes, la contamination des eaux de lixiviation et la présence d’animaux tels que les rats ou les oiseaux.
Traitement des eaux potables et usées : La chaux constitue une matière indispensable dans le traitement des eaux potables et usées. Elle surtout est utilisée : Pour corriger le pH des eaux trop acides et faire que les métaux dissous s’insolubilisent et précipitent sous forme d’hydroxyde de métal, Pour précipiter les phosphates, les sulfates et les fluors sous forme de sels calciques insolubles facilement récupérables, Reminéraliser une eau trop douce (agressive vis-à-vis des conduites), Décarbonater une eau trop dure (entartrante).

Caractérisation du lait de chaux résiduaire

En plus de l’acétylène , on obtient comme sous-produit des quantités considérables de lait de chaux, représentant un volume sensiblement double de celui du carbure de calcium frais. Ces boues ont un aspect blanc pur, gris blanc ou gris cendré, selon les impuretés découlant du mode de fabrication du carbure de calcium . Donc, on entend par lait de chaux une suspension de particules d’hydroxyde de calcium Ca(OH)2 en milieu aqueux. L’appellation de lait de chaux est utilisée lorsque la concentration en solide ou le rapport chaux/eau est supérieur à la solubilité de l’hydroxyde de calcium (1,35 g/L à 0°C) et inférieur à 300 g/L pour laquelle le lait de chaux devient visqueux.
On caractérise un lait de chaux par : la concentration en hydroxyde de calcium, la vitesse de sédimentation, son activité chimique que l’on définit par une mesure de la vitesse de neutralisation d’une solution acide, sa pureté (analyse moyenne).
Les propriétés du lait de chaux sont influencées par : la nature de la chaux de départ, le degré de cuisson de la chaux vive, la finesse, la qualité de l’eau (présence d’ions chlorures et/ou sulfates), la température d’extinction, l’agitation de la suspension.

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 , 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
Préparation du carbure de calcium : Le carbure de calcium est un produit manufacturé obtenu par la fusion, sous l’arc électrique, de chaux vive et de coke.
La réduction de la chaux par le coke donne naissance au carbure de calcium et au monoxyde de carbone .
La chaux vive est fabriquée par décomposition du calcaire dans des fours à chaux. Le calcaire utilisé doit contenir le moins possible de sulfure et de phosphore de calcium. Ces impuretés se retrouvent par la suite dans le carbure de calcium .
Le coke métallurgique utilisé pour la fabrication du carbure de calcium doit comporter le minimum de cendres (moins de 7 %) pour limiter au maximum la formation d’impuretés.

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
Chapitre V. Décarbonatation à la chaux
V.1. Introduction
V-2. Etude bibliographique
V-2.1. Etapes de la décarbonatation
V-2.2. Principe
V-2.3. Etude de la décarbonatation à la chaux
V-3. Matériel et méthodes
V-3.1. Eau étudiée
V-3.2. Méthodes analytiques de mesure des paramètres
V-3.3. Dispositif expérimental
V-3.4. Produits et réactifs
V-3.5. Procédure expérimentale de la décarbonatation à la chaux
V-4. Résultats et discussion
V-5. Conclusion
Chapitre VI. Précipitation des métaux lourds par la chaux résiduaire
VI-1. Introduction
VI-2. Etude bibliographique
VI-2.1. Comportement des métaux lourds dans l’environnement
VI-2.2. Procédés de transfert liquide-solide
VI-2.3. Précipitation aux hydroxydes
VI-3. Matériel et méthodes
VI-3.1. Préparation des solutions
VI-3.2. Dispositif expérimental
VI-3.3. Technique analytique
VI-4. Résultats et discussion
VI-5. Conclusion
Conclusion générale
Références bibliographiques