La première partie de ce chapitre présente les performances du microréacteur pour la dégradation de différents COV. Les résultats concernant les taux de conversion obtenus lors de l’oxydation catalytique de neuf COV dans le microréacteur sont tout d’abord présentés. Les différents COV ont été choisis en fonction de la composition des rejets industriels, et sont représentatifs de différentes familles chimiques. Une étude comparative des résultats obtenus lors de l’oxydation thermique dans le microréacteur est ensuite menée, en considérant le taux de conversion des COV, mais aussi en déterminant le rendement opératoire global et la sélectivité obtenus dans le microréacteur. Ensuite, une étude des produits formés lors de la réaction d’oxydation est proposée pour chaque COV. Enfin, dans le but de se rapprocher d’une problématique industrielle, trois effluents contenant plusieurs composés à dégrader simultanément sont testés.
La deuxième partie de ce chapitre est consacrée à l’étude approfondie de l’oxydation catalytique d’un COV : l’acétate d’éthyle. L’influence de divers paramètres sur le taux de conversion et sur la formation d’éventuels sous-produits issus de l’oxydation est alors considérée : l’influence de la concentration du COV dans l’effluent est tout d’abord traitée, puis les effets produits par une variation du débit ou de la température de l’effluent sont étudiés plus précisément. Enfin, l’étude de la désactivation du catalyseur, et donc de sa durée de vie, est présentée.
La troisième partie de ce chapitre concerne l’étude spécifique de pertes de charge induites par le microréacteur. Dans un premier temps, les résultats mesurés lors d’essais avec les deux types de microréacteur (thermique et catalytique) sont comparés. L’influence de la présence d’un COV dans l’effluent est alors discutée, en considérant la viscosité ainsi que la masse volumique
de l’effluent. Puis, le calcul des pertes de charge théoriques est effectué afin de comparer les valeurs théoriques avec les résultats expérimentaux. L’influence du débit et de la température sur les pertes de charge est finalement analysée.
I. Performances du microréacteur
Les performances du microréacteur catalytique sont étudiées pour l’oxydation de COV contenus dans un effluent gazeux. Dans un premier temps, neuf COV sont testés ; ils sont dilués (2500 ppm) et véhiculés par de l’air synthétique (0,5 NL/min). Les COV sélectionnés pour cette étude sont les suivants :
- acétate d’éthyle - éthanol - n-hexane
- acétone - 1-propanol - 1,4-dioxane
- méthyléthylcétone - isopropanol - toluène
Les analyses fournies par le chromatographe permettent d’évaluer et d’étudier le taux de conversion du COV dégradé, en fonction de la température du microréacteur. Les réactions d’oxydation des COV produisent principalement du CO2 (l’eau produite n’étant pas analysée), mais la présence de sous-produits peut également être détectée. La sélectivité de la réaction est donc étudiée. A titre comparatif, une étude parallèle a été effectuée sur un microréacteur ne contenant pas de catalyseur, les COV y sont ainsi dégradés uniquement par un processus thermique.
Dans un second temps, dans la mesure où les effluents industriels sont généralement constitués d’un mélange de composés à dégrader conjointement, trois effluents contenant plusieurs COV ont été oxydés dans le microréacteur catalytique : deux mélanges binaires, afin d’étudier l’influence de la présence d’un second composé, ainsi qu’un mélange comptant dix composants différents.
Les performances du microréacteur sont tout d’abord présentées pour la dégradation de COV seuls, du point de vue du taux de conversion du COV et du rendement en CO2 du microréacteur. L’étude des produits d’oxydation est ensuite proposée, pour chaque COV étudié. Les conditions optimales d’utilisation du microréacteur sont alors indiquées pour chacun d’eux. Enfin, les résultats concernant l’oxydation de mélanges de COV sont exposés dans une troisième partie.
I.1. Oxydation des COV
L’étude de l’oxydation des COV pris isolément est menée en considérant d’abord le taux de conversion du COV. Il dépend du composé dégradé, mais évolue également en fonction de la température. Les performances du microréacteur catalytique sont ainsi comparées en fonction du COV oxydé.
Par la suite, les résultats concernant des essais menés sur un microréacteur ne contenant pas de catalyseur sont présentés, afin de montrer le gain thermique (et donc énergétique) apporté par la présence du platine dans les microcanaux.
Enfin, une étude des rendements du microréacteur est proposée pour chaque COV, lors d’une oxydation catalytique mais aussi pour une dégradation thermique. Les différents critères considérés sont le taux de conversion du COV, la sélectivité en CO2 ainsi que le rendement opératoire global. La présence de sous-produits est alors mise en évidence.
I.1.a. Taux de conversion des COV
A l’issue de chaque essai d’oxydation dans le microréacteur, une courbe représentant le taux de conversion du COV en fonction de la température du microréacteur est obtenue. Les résultats pour les différents COV testés sont présentés ci-dessous, leur choix étant expliqué dans la partie II.1.b du chapitre 1. Alors que la Figure 4.1 concerne les alcools et les composés carbonylés, la Figure 4.2 est relative aux autres COV étudiés (alcane, composé aromatique, éther couronne). Afin de comparer les performances du microréacteur pour l’oxydation des COV, les températures nécessaires à l’obtention de 50 % et 90 % de conversion, notées T50 et T90 respectivement, sont utilisées.