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Introduction
Les composés organiques volatils (COV) sont devenus un enjeu environnemental majeur alors que les industries mondiales s'orientent vers une production plus propre et durable. Ces composés, largement présents dans le traitement chimique, la métallurgie, les revêtements, l'imprimerie et de nombreux autres secteurs industriels, présentent des risques importants pour la qualité de l'air, la santé humaine et la stabilité écologique. Alors que les réglementations environnementales se renforcent à travers le monde, les industries doivent adopter des systèmes efficaces de maîtrise des COV afin de réduire les émissions et garantir la conformité.
Cet article fournit un aperçu approfondi de la manière dont les COV sont générés dans les principales industries et explore les technologies les plus efficaces pour leur traitement. Du traitement chimique du charbon à l'impression et à l'emballage, la compréhension de ces mécanismes est essentielle pour concevoir des solutions à la fois écologiquement responsables et économiquement viables.
Qu'est-ce que les COV ?
Les composés organiques volatils constituent une vaste catégorie de produits chimiques à base de carbone possédant une pression de vapeur élevée à température ambiante, ce qui leur permet de s'évaporer facilement dans l'air. Les COV incluent généralement des substances dont le point d'ébullition à pression normale se situe entre 50 °C et 260 °C ou celles dont la pression de vapeur saturée est supérieure à 133,32 Pa dans des conditions ambiantes.
Catégories courantes de COV
En fonction de leur structure chimique, les COV se répartissent en huit grandes catégories :
Alcanes
Hydrocarbures aromatiques
Alcènes
Hydrocarbures halogénés
Esters
Aldehydes
Les cétones
Autres composés organiques
Exemples typiques de COV
Hydrocarbures aromatiques : benzène, toluène, xylène, styrène
Hydrocarbures en chaîne : butane, composants de l'essence
Hydrocarbures halogénés : tétrachlorure de carbone, chloroforme
Alcools et aldéhydes : méthanol, acétaldéhyde, acétone
Esters : acétate d'éthyle, acétate de butyle
Autres : acétonitrile, acrylonitrile, chlorofluorocarbures
Ces composés proviennent de la combustion de carburants, de réactions chimiques, de l'évaporation de solvants et de divers procédés industriels. En raison de leur forte réactivité et de leur toxicité, les COV nécessitent un contrôle systématique.
Principales sources industrielles d'émissions de COV
1. COV dans l'industrie chimique du charbon
Le secteur chimique du charbon est l'un des principaux contributeurs industriels aux émissions de COV. Les COV proviennent principalement de deux processus :
Cokéfaction du charbon
Gazéification du charbon en gaz de synthèse
1.1 Émissions de COV pendant la cokéfaction du charbon
La cokéfaction consiste à chauffer le charbon à haute température, ce qui provoque la volatilisation de composés organiques complexes. Les émissions se produisent principalement en deux phases :
A. Phase de chargement du charbon
Lorsque du charbon brut est introduit dans des fours à coke à haute température, il entre en contact avec des surfaces chaudes et libère un mélange composé de :
Hydrocarbures aromatiques polycycliques
Vapeur de goudron
Gaz organiques
Ces polluants contribuent aux risques professionnels et à la contamination de l'environnement.
B. Zone de récupération des sous-produits du coke
Les zones clés comprennent l'unité de condensation, l'unité de désulfuration, l'unité de sulfate d'ammonium et l'unité de benzène brut. Chacune génère des profils de COV différents :
Section de condensation
Émissions : ammoniac, sulfure d'hydrogène, naphtalène, COV mixtes
Sources : cuves à goudron, cuves à eau ammoniacale, conduites, scellements hydrauliques
Caractéristiques : concentration élevée, grandes fluctuations, gaz riche en humidité
Section de désulfuration et de sulfate d'ammonium
Émissions : gaz sulfurés, ammoniac, faible teneur en COV
Émissions continues avec concentrations élevées en ammoniac
Section de benzène brut
Émissions : benzène, toluène, xylène
Volume de gaz faible mais concentration très élevée
Zone de traitement des eaux usées
Émissions : benzène, phénols, sulfures, composés organiques azotés
Provenant des bassins de régulation, des bassins d'urgence, des bassins anaérobies, du traitement des boues
Cette combinaison rend le traitement difficile en raison de sa composition complexe.
1.2 COV dans la gazéification du charbon et la production de gaz naturel
Les usines de gazéification du charbon produisent des gaz résiduaires chargés en COV lors des opérations de :
Lavage au méthanol à basse température
Réservoirs de stockage de gaz/liquides (pertes par respiration)
Traitement des eaux usées
Unités de stockage d'huile
A. Gaz résiduaire du lavage au méthanol à basse température
Ce flux comprend :
Méthane
Éthylène, éthane
Propane, propylène
Vapeur de méthanol
Il est difficile à réutiliser et est généralement traité par RTO (Oxydateur thermique régénératif) afin d'être complètement incinéré.
Pourquoi un RTO plutôt qu'un RCO ?
Les catalyseurs RCO sont sensibles à l'empoisonnement par le soufre et ont une régénération limitée, ce qui rend le RTO plus robuste pour les applications chimiques du charbon.
B. Pertes par respiration des cuves de stockage
Les cuves de stockage de gaz/liquide libèrent des vapeurs contenant des composés soufrés, de l'ammoniac et des COV lors des variations de température et de pression. Ces gaz nécessitent également une oxydation thermique.
C. COV issus du traitement des eaux usées
Ces émissions proviennent principalement de :
Le traitement préliminaire (séparation de l'huile, égalisation, acidification)
Les bassins d'aération
Les salles de déshydratation des boues
Les concentrations varient considérablement, et la teneur en humidité est élevée.