Brevet FR2833269A1 — publié le 20030613

PROCÉDÉ DE GAZÉIFICATION D'UNE MATIÈRE CARBONÉE CONDUCTRICE PAR APPLICATION D'IMPULSIONS HAUTE TENSION A LADITE MATIÈRE EN MILIEU AQUEUX DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE La présente invention a trait à un procédé électrique de gazéification d'une matière carbonée conductrice par application dans un milieu aqueux d'impulsions haute tension à ladite matière. Une des applications importantes de la présente invention, concerne la fabrication du gaz à l'eau à basse température. Une autre application de la présente invention concerne la destruction des déchets à base de matière carbonée conductrice, par exemple, de graphite nucléaire irradié par des neutrons au sein d'un réacteur nucléaire à modérateur de graphite. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Il est connu, que le carbone sous ses différentes formes et notamment le coke, réagit à haute température avec l'eau pour donner du gaz à l'eau, selon la réaction principale suivante : C + H20 CO + H2 Cette réaction a été largement mise à profit pour élaborer le gaz de ville. Cette réaction est notamment à l'origine de la chimie du carbone, ces deux gaz étant les précurseurs de composés organiques, tels que l'acide acétique, l'éthanol, l'acétaldéhyde, le diméthylformamide. Toutefois, l'inconvénient de la réaction de formation de gaz à l'eau, selon l'état de la technique, réside dans le fait que cette réaction ne peut se produire dans l'eau qu'à des températures supérieures à 100 C. En ce qui concerne le traitement des déchets, tels que le graphite nucléaire irradié neutroniquement, soit ils sont entreposés en totalité comme déchets, soit ils sont destinés à la combustion. Selon une première alternative, l'entreposage comme déchets nécessite un stockage de la matière irradiée dans des enceintes de confinement enfouies, ensuite, sous terre. Cette technique se révèle coûteuse et difficile à mettre en oeuvre. Selon une seconde alternative, la matière irradiée est broyée dans un premier temps selon un procédé mécanique de broyage, dans une enceinte de confinement, de manière à obtenir une taille de particules assez faible pour pouvoir ensuite constituer un lit fluidisé ou une suspension dans du fuel et effectuer la combustion des particules ainsi produites. Cependant, un tel broyage mécanique est difficile à appliquer en milieu confiné et les combustions classiques libèrent le tritium qui s'échappe par les systèmes de ventilation. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le but de la présente invention est de proposer un procédé de gazéification d'une matière carbonée conductrice permettant de contrer les inconvénients de l'art antérieur, notamment ceux concernant la production de gaz à l'eau et la destruction de matière carbonée conductrice contaminée, éventuellement par des éléments radioactifs. Pour ce faire, l'invention a pour objet un procédé e de gazéification d'une matière carbonée conductrice, consistant à soumettre ladite matière à des impulsions haute tension en milieu aqueux, lesdites impulsions ayant une énergie suffisante pour que des arcs électriques se déclenchent et assurent une rupture des liaisons constitutives des molécules d'eau et des liaisons carbone-carbone de ladite matière, le nombre d'impulsions haute tension étant fixé de façon à obtenir une transformation sous forme de gaz de ladite matière. On précise que, selon l'invention, on entend par impulsions haute tension des impulsions électriques pouvant véhiculer une tension de l'ordre de plusieurs kilovolts, de façon à obtenir un arc électrique dans l'eau. Par la suite, on raisonnera en terme d'énergie électrique, cette dernière étant à l'origine de la création d'arcs électriques responsables par leur interaction avec le milieu aqueux et la matière carbonée conductrice de la gazéification de ladite matière. Ainsi, on a constaté, de façon surprenante, qu'en soumettant sous eau, à température inférieure à 100 C, de la matière carbonée conductrice à des impulsions haute tension, on rompt les liaisons carbone-carbone, qui se trouvent ainsi activées et peuvent réagir avec les radicaux issus de la décomposition de l'eau. Les réactions sus-citées conduisent à la formation de CO, C02 et H2. Le schéma réactionnel le plus probable est le suivant : - C-+ E--C* 2H20 + E 20H- + H2 OH# + H2O # HO2# + H2 OH-±C*-. CO + (1/2) H2 HO2#+ -C* # CO2 + (1/2)H2 ---------------------------------------------------- 3H2O + -C- + E # CO2 + CO + 3H2 E représente l'énergie électrique, véhiculée par une impulsion haute tension ou plus précisément l'énergie des arcs électriques issues de celle des impulsions.-C-représente un atome de carbone pris dans une liaison carbone-carbone. Avantageusement, ce procédé permet, dans le cas d'une matière carbonée conductrice contaminée d'aboutir à une destruction de ladite matière sous forme de gaz, les éléments contaminants restant pour la plupart piégés dans le milieu aqueux, qui subira un traitement ultérieur. Dans le cas de la production de gaz à l'eau, ce procédé permet avantageusement d'obtenir ledit gaz, sans recourir à des températures élevées. Selon l'invention, pour obtenir une gazéification de la matière carbonée conductrice, l'homme du métier peut choisir les conditions d'application des impulsions haute tension (énergie, fréquence, durée et nombre d'impulsions envoyées) en fonction de la nature de la matière de départ étant entendu que plus l'énergie des impulsions sera importante, plus le nombre d'impulsions à appliquer sera moindre, pour obtenir ladite gazéification. Selon l'invention, l'énergie des impulsions haute tension peut être de 100 J à 100 kJ. Une telle valeur d'énergie des impulsions permet, à chaque impulsion, d'engendrer, de manière avantageuse, la rupture d'un grand nombre de molécules d'eau et de liaisons carbonecarbone constitutives de la matière carbonée conductrice. Selon l'invention, les impulsions haute tension peuvent s'échelonner selon une durée allant de l'ordre de 200 ns à 100 us avec de préférence, une durée de 1 us. Selon l'invention, les impulsions haute tension peuvent présenter une fréquence allant de 1 à 1000 Hz, de préférence 10 Hz. Le milieu aqueux peut contenir, selon l'invention, au moins un catalyseur de stabilisation de radicaux, permettant la stabilisation des radicaux formés. De préférence, le procédé de gazéification comporte, en outre, une phase d'évacuation et/ou d'utilisation des gaz produits. Cette étape présente l'avantage d'éviter tout phénomène de surpression inhérent à la production de gaz dans un milieu fermé et d'acheminer les gaz produits soit vers un lieu de stockage, soit vers un lieu de traitement. Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, l'évacuation des gaz s'effectue par balayage continu avec un gaz inerte, avec de préférence l'azote. La présente invention a également pour objet l'utilisation du procédé sus-mentionné pour la production de gaz à l'eau et pour la destruction de déchets à base de matière (s) carbonée (s) conductrice (s), en vue de la (les) transformer en monoxyde de carbone et dioxyde de carbone. En ce qui concerne l'utilisation de ce procédé pour le traitement des déchets, ledit procédé comportera de préférence, une phase de traitement du milieu aqueux. Ainsi, on peut utiliser ce procédé en lieu et place des procédés mis en jeu dans les incinérateurs conventionnels. Dans ce cas, la matière carbonée s'échappe sous forme de gaz CO, C02 et H2 et les résidus de la combustion sont lavés dans le milieu liquide réactionnel, qui est ensuite traité dans un système classique de traitement d'effluents liquides, qui récupère et reconcentre, par exemple, les métaux lourds associés à de nombreux déchets. Le procédé, selon l'invention, présente l'avantage de ne pas produire de dioxines, lors du traitement de tels déchets, du fait que ce procédé opère à des températures trop basses pour la formation de tels composés. On peut utiliser également le procédé selon l'invention dans la destruction de matière carbonée conductrice contaminée par des éléments radioactifs, tel que le graphite utilisé dans l'industrie nucléaire et contaminé par des radioéléments. On note, qu'à l'issue de la gazéification de ladite matière, l'eau ayant servi de milieu réactionnel et contenant les radioéléments présents initialement dans la matière est récupérée et soumise à un traitement visant à l'assainir. Par exemple, le césium radioactif, sous forme ionique dans l'eau, peut être piégé au moyen de résines échangeuses d'ions ou de calixarènes. Le cobalt, sous forme d'oxydes, peut être filtré. Le tritium, quant à lui, se fixe sur l'eau à la place de l'hydrogène par échange isotopique et peut être ensuite concentré pour désactivation. Dans la mise en oeuvre du procédé, on peut prévoir avant évacuation des gaz formés à l'atmosphère un système d'élimination du CO. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront mieux à la lecture des exemples, qui vont suivrent, donnés bien entendu à titre illustratif, en référence aux dessins annexés. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 illustre un dispositif particulier permettant de mettre en oeuvre l'invention. La figure 2 représente des courbes illustrant le taux % de gaz produit en fonction du nombre d'impulsions haute tension n, ces courbes provenant d'une expérimentation utilisant le dispositif de la figure 1. La figure 3 illustre un autre type de dispositif permettant de mettre en oeuvre l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE l'INVENTION. Le procédé selon l'invention consiste à gazéifier de la matière carbonée conductrice, par envoi sur ladite matière d'impulsions haute tension en milieu aqueux. Pour ce faire, la mise en oeuvre de ce procédé nécessite un dispositif approprié. La figure 1 illustre un tel dispositif permettant de procéder à la gazéification d'une matière carbonée conductrice. Ce dispositif comporte un réacteur 1 étanche et non métallique, par exemple, en polyéthylène. Le fond du réacteur est une plaque conductrice, constituant l'électrode de terre 2, reliée à un générateur de haute tension 3, du type générateur de Marx, ledit générateur alimentant une électrode de haute tension 4, dont il est possible de régler la distance vis-à-vis de l'électrode de terre 2, afin de pouvoir régler la différence de potentiel appliquée entre ces deux électrodes. Entre les électrodes 2 et 4, est placé un bloc de matière carbonée conductrice 5, ledit bloc étant totalement immergé dans de l'eau 6. Ce dispositif permet d'émettre des impulsions haute tension en direction du bloc. Les impulsions ainsi émises d'énergie donnée provoquent l'apparition d'un arc électrique entre les électrodes qui, sur son passage, dissocie l'eau en radicaux libres et cassent des liaisons carbone-carbone au contact de la matière carbonée, pour former des radicaux carbonés. La réaction chimique entre les atomes de carbone sous forme de radicaux et les radicaux issus de la décomposition de l'eau conduisent à la formation de CO, C02 et H2. Les gaz 7 produits sont acheminés, par l'intermédiaire d'une pompe 8 à un détecteur de gaz 9 comportant des moyens de détection du monoxyde de carbone 10, du dioxyde de carbone 11, de l'oxygène 12 et du méthane 13. Une fois passés par le détecteur 9, les gaz produits sont acheminés, à nouveau vers le réacteur 1. Un système de gazomètre 14 est prévu pour mesurer la production de gaz et éviter toute surpression. Un système, non représenté sur ladite figure, destiné à assurer la régénération du milieu aqueux, afin de maintenir les qualités dudit milieu nécessaires à la formation d'arcs électriques, peut être envisagé. Exemple de réalisation suivant la figure 1. Dans un réacteur du type précédemment décrit, on place 10 g de graphite en un seul morceau. Le graphite est complètement recouvert d'eau dont le volume total est de 1.5 1. Initialement, le volume mort au dessus de l'eau est balayé, temporairement par de l'azote de manière à éliminer l'oxygène de l'air. Sur le graphite est envoyé des impulsions de l'ordre de 1 kJ. Au bout de quelques minutes, on met en évidence la présence de monoxyde de carbone, de dioxyde de carbone, d'hydrogène et l'absence de méthane. La figure 2 reporte les taux % de monoxyde de carbone et de dioxyde de carbone relevés en fonction du nombre d'impulsions appliquées n. On constate, que le taux de CO, représenté sur la courbe CO, et le taux de C02, représenté sur la courbe C02, augmentent avec le nombre d'impulsions jusqu'à atteindre une forme de plateau, à partir de 220 tirs, selon les conditions de réalisation de cet exemple. Selon les applications désirées, d'autres dispositifs, pour mettre en oeuvre le procédé, selon l'invention, peuvent être envisagés. Ainsi, la figure 3 illustre un dispositif de mise en oeuvre de l'invention avec, dans ce cas, un balayage continu avec un gaz inerte. Cette figure propose un dispositif similaire au précédent, si ce n'est que le réacteur 1 est alimenté par un débit continu et constant en gaz inerte, tel que N2, au moyen d'une bouteille 18 munie d'un manomètre. Les gaz produits sont toujours acheminés vers un dispositif de détection 9 pourvu de moyens de détection du monoxyde de carbone 10, du dioxyde de carbone 11, de l'oxygène 12 et du méthane 13 au moyen d'une pompe 8, le tout étant relié à un système de traitements des données 20, qui va permettre, notamment, de produire des courbes, mettant en évidence le taux de gaz produits à un instant donné, vu que les gaz ne stagnent plus dans le réacteur. Un débitmètre 19 mesure le débit des gaz totaux, qui sont rejetés. Ce dernier dispositif est plus facile à gérer, car il évite l'accumulation des gaz et la possibilité d'existence de mélanges explosifs. REVENDICATIONS 1. Procédé de gazéification d'une matière carbonée conductrice, consistant à soumettre ladite matière à des impulsions haute tension en milieu aqueux, lesdites impulsions ayant une énergie suffisante pour que des arcs électriques se déclenchent et assurent une rupture des liaisons constitutives des molécules d'eau et des liaisons carbone-carbone de ladite matière, le nombre d'impulsions haute tension étant fixé de façon à obtenir une transformation sous forme de gaz de ladite matière. 2. Procédé de gazéification selon la revendication 1, dans lequel l'énergie des impulsions haute tension est de 100 J à 100 kJ. 3. Procédé de gazéification selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les impulsions haute tension présentent une durée allant de 200 ns à 100 lis. 4. Procédé de gazéification selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les impulsions haute tension présentent une fréquence allant de 1 à 1000 Hz. 5. Procédé de gazéification selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le milieu aqueux contient, au moins, un catalyseur de stabilisation de radicaux. 6. Procédé de gazéification selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant une phase d'évacuation et/ou d'utilisation des gaz produits. 7. Procédé de gazéification selon la revendication 6, dans lequel la phase d'évacuation des gaz s'effectue par balayage continu d'un gaz inerte. 8. Procédé de gazéification selon la revendication 7, dans lequel le gaz inerte est de l'azote. 9. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 pour la production de gaz à l'eau. 10. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, pour la destruction de déchets à base de matière (s) carbonée (s) conductrice (s), en vue de la (les) transformer en monoxyde de carbone et dioxyde de carbone. 11. Utilisation du procédé selon la revendication 10, ledit procédé comportant une phase de traitement du milieu aqueux. 12. Utilisation du procédé selon la revendication 10, dans laquelle la matière carbonée conductrice est un graphite utilisé dans l'industrie nucléaire et contaminé par des radioéléments.