Brevet FR2861210A1 — publié le 20050422

Procédé et dispositif pour la dépollution d'un 2 fluide diélectrique contaminé par des 3 polychlorobiphényles L'invention a trait à un procédé de dépollution et 6 de régénération d'un fluide diélectrique contaminé 7 par des polychlorobiphényles (PCB) contenu dans un 8 appareil électrique de puissance et à un dispositif 9 pour la mise en oeuvre d'un tel procédé. 10 11 Les appareils électriques de puissance et, en 12 particulier, les transformateurs électriques, ont 13 une fonction névralgique dans les systèmes de 14 production et de distribution d'énergie électrique. De tels appareils comportent des fluides 16 diélectriques permettant leur isolement ainsi que 17 leur refroidissement. 18 1 Néanmoins, ces fluides diélectriques captent les 2 produits de dégradation des éléments internes des 3 appareils électriques de puissance voire, lorsque 4 lesdits appareils électriques de puissance sont respirants, les poussières ou autres contaminants du 6 milieu environnant. Lorsqu'il s'agit d'appareils 7 hermétiques, ces produits de dégradation proviennent 8 notamment de papiers isolants du type thermopox 9 (TM), de flasques bois du type Lamiper (TM) ou de différentes colles. Les fluides diélectriques sont 11 alors susceptibles de présenter une certaine 12 toxicité et un certain degré d'oxydation, en 13 particulier, lorsque lesdits produits de dégradation 14 comprennent des produits chlorés tels que les PCB. 15 16 En effet, les PCB, qui forment un groupe de 209 17 composés répondant à la formule chimique C12H1 o-nCln 18 où n est un nombre entier compris entre 1 et 10, 19 notamment entre 1 et 7, présentent une grande stabilité et ont des effets carcinogène et 21 tératogène. 22 23 C'est la raison pour laquelle des dispositions 24 législatives nationales et internationales imposent aujourd'hui l'élimination des PCB. On se référera 26 par exemple au décret français référencé 2001-63, en 27 date du 18 janvier 2001, modifiant le décret 1987-59 28 en date du 2 février 1987, et transcrivant en droit 29 français la directive européenne 96/59 relative à 31 (polychloroterphényles). 1 La seconde édition du document intitulé 2 L'inventaire des capacités mondiales de destruction 3 des PCB , publiée en septembre 1999 dans le cadre du 4 programme inter-organisme pour la gestion rationnelle des produits chimiques (IOMC), 6 répertorie les procédés de dépollution de fluides 7 contaminés par des PCB. 9 Ces procédés sont de trois types principaux. 11 Les procédés par incinération utilisant, par 12 exemple, des fours rotatifs, permettent de détruire 13 les PCB. Toutefois, ces procédés sont coûteux et la 14 température d'incinération est comprise entre 1100 et 1300 C de sorte que les fluides, qui, pour 16 certains, ont un point éclair de l'ordre de 75 C, 17 perdent leur propriétés diélectriques. 18 19 Les procédés par déchloration chimique et traitement à l'hydrogène sont basés sur des réactions chimiques 21 entre les PCB et un métal alcalin lié organiquement 22 tel que le naphtalure de sodium ou le polyéthylène 23 glycol de sodium, ou un hydroxyde métallique 24 alcalin. Toutefois, ces procédés, complexes à mettre en uvre, exigent de même que les fluides soient 26 portés à hautes températures, en pratique 27 supérieures à 200 C. En outre, ils nécessitent des 28 étapes de séparation des résidus chimiques des 29 réactions de dégradation des PCB. 30 31 Les procédés utilisant des fours à plasma d'arc sont 32 de même complexes à mettre en uvre et nécessitent 1 que les fluides à traiter soient portés à des 2 températures supérieures à 5000 C. 4 Aucun de ces procédés ne permet la dépollution du fluide diélectrique. Dans tous les cas, les 6 propriétés diélectriques du fluide sont altérées 7 voire perdues après traitement. 8 9 Compte tenu de l'état de la technique précité, un problème que se propose de résoudre l'invention est 11 de réaliser un procédé de dépollution d'un fluide 12 diélectrique contaminé par des polychlorobiphényles, 13 ledit fluide étant contenu dans un appareil 14 électrique de puissance ainsi qu'un dispositif pour la mise en uvre d'un tel procédé, qui ne 16 nécessitent pas de mise en uvre de réactions 17 chimiques avec transformation des PCB en résidus à 18 éliminer et ne nécessite pas la mise en uvre 19 d'étapes de transformation impliquant notamment des températures élevées. 21 22 La solution proposée de 23 technique a pour objet, 24 diélectrique contaminé par des polychlorobiphényles, 26 27 28 29 30 31 32 l'invention à ce problème conformément à un premier aspect, un procédé de dépollution d'un fluide ledit fluide provenant d'un appareil puissance, caractérisé en ce qu'il étapes suivantes selon lesquelles diélectrique est extrait de l'appareil électrique de comprend les le fluide électrique de puissance et mis en circulation mobile de traitement comportant un actif; le fluide diélectrique est dans une unité filtre à charbon filtré par ledit 1 filtre à charbon actif; et le fluide diélectrique, 2 sensiblement exempt de polychlorobiphényles, est 3 réintroduit dans l'appareil de puissance. 4 Conformément à un second aspect, l'invention a pour 6 objet un dispositif de dépollution d'un fluide 7 diélectrique contaminé par des polychlorobiphényles, 8 ledit fluide étant contenu dans un appareil 9 électrique de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend: une unité mobile de traitement comportant 11 un filtre à charbon actif; des moyens pour extraire 12 ledit fluide de l'appareil électrique de puissance 13 et le mettre en circulation dans un circuit de 14 ladite unité mobile de traitement; et des moyens pour réintroduire le fluide diélectrique dans ledit 16 appareil de puissance. 17 18 Ainsi, le fluide pollué est filtré par le charbon 19 actif et débarrassé des contaminants qu'il comporte sans qu'aucune réaction chimique ne soit nécessaire 21 et sans nécessité d'accroître la température jusqu'à 22 des températures excédant le point éclair du fluide 23 traité. 24 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la 26 description qui suit d'exemples non limitatifs de 27 mise en uvre et au regard des dessins annexés dans 28 lesquels: 29 - la figure 1 montre, en vue de côté, un 31 véhicule professionnel portant un dispositif de 32 dépollution selon l'invention; 2 - la figure 2 illustre les différents moyens de 3 l'unité mobile pour la mise en uvre du procédé 4 selon l'invention; 5 6 - la figure 3 montre, en coupe, un filtre à 7 charbon actif pour la mise en uvre du procédé selon 8 l'invention; et la figure 4 est une représentation de la 11 structure des charbons actifs. 13 Le procédé et le dispositif de l'invention ont pour 14 objet la dépollution et la régénération d'un fluide diélectrique contaminé par des PCB. Ce fluide 16 diélectrique est, en particulier, une huile 17 minérale. 19 Le fluide diélectrique à dépolluer et à régénéré est contenu dans un appareil électrique de puissance où 21 il assure des fonctions d'isolation et de 22 refroidissement. 11 s'agit par exemple d'un 23 transformateur' électrique susceptible de transformer 24 de très hautes tensions, par exemple, de 225, 125 ou 63 kV, en hautes tensions de 20 kV, ou alors, de 26 hautes tensions de 20 kV en basses tensions de 410 V 27 triphasé ou 230 V monophasé. 29 Selon l'invention, pour la dépollution et la bonification d'une huile d'un transformateur 31 électrique, on utilise un véhicule 10 tel que 32 représenté à la figure 1. Ce véhicule 10 porte un 1 laboratoire d'analyse 20, une unité de traitement 2 30, un réservoir d'huile neuve 40, un réservoir de 3 solvant propre 41, ainsi qu'un groupe électrogène 4 50. 5 6 Le laboratoire d'analyse 20 comprend des moyens 7 d'analyse de l'huile et notamment un spintermètre 8 jusqu'à 80 kV en vue de déterminer la tension de 9 claquage de l'huile après traitement, un mégohmmètre portatif ISOL 5000 (TM) continu alternatif 5000 V, 11 une trousse pour mesure d'acidité, un voltmètre, un 12 ampèremètre, des pinces ampèremétriques permettant 13 des contrôles jusqu'à 2500 Ampères. 14 Ainsi que cela est montré en figure 2, l'unité de 16 traitement 30 comprend une arrivée d'huile polluée 17 300 en provenance du transformateur électrique, une 18 sortie d'huile dépolluée et régénérée 301 et un 19 premier circuit de circulation d'huile compris entre ladite arrivée 300 et ladite sortie 301. Le circuit 21 de circulation d'huile comprend, en aval de 22 l'arrivée 300, une première crépine 302 puis une 23 première pompe hydraulique électrique 303, une 24 chaudière 304, un régulateur de débit 305 couplé à une soupape de décharge 306, deux thermostats 307, 26 une seconde crépine 308 couplée à un indicateur de 27 colmatage 309, une cuve de 28 déshydratation/dégazéification 310, un flotteur 29 régulateur 311, une seconde pompe hydraulique électrique 312 et un clapet anti-retour 313. Le 31 flotteur régulateur 311 est branché sur une pompe à 32 vide primaire 314 disposée en aval d'un clapet anti- 1 retour 315 et d'une seconde pompe 316 munie d'un 2 clapet de sécurité 317. Un second circuit de 3 circulation d'huile est connecté au premier circuit, 4 entre la première pompe hydraulique électrique 303 et la chaudière 304. Ce second circuit comprend, 6 selon l'invention, une cuve de filtration à charbon 7 actif 60. Par ailleurs, l'unité de traitement 30 8 comporte une pluralité de manomètres/débitmètres 9 318, vannes simples 319 pour le prélèvement ou la vidange 320 ou de remise à l'air automatique 321 11 ainsi qu'un tableau de commande 322 montré en figure 12 1. 13 14 La cuve de filtration à charbon actif 60 est détaillée à la figure 3. Cette cuve est sensiblement 16 cylindrique de 45 cm de hauteur et de 40 cm de 17 largeur. Elle présente, dans sa partie haute, une 18 partie conique amovible 61 traversée en son 19 extrémité centrale 62 par un raccord coudé d'arrivée d'huile 63 à dépolluer. Elle présente, dans sa 21 partie basse, une vanne de vidange 63 ainsi qu'une 22 vanne 64 de sortie d'huile filtrée. La vanne 64 de 23 sortie d'huile filtrée est piquée le long de la 24 paroi latérale de la cuve, à environ 5 centimètres de son point le plus bas, de sorte que les impuretés 26 entraînées par l'huile au travers du charbon actif 27 ne soient pas entraînées dans l'huile filtrée. En 28 outre, la cuve de filtration comporte un panier 65 29 en métal inoxydable réversible, de l'ordre de 40 cm de hauteur, dont la partie basse forme un tamis 31 percé de trous débouchants de 2 mm de diamètre sur 32 une hauteur de 10 cm. Ce panier 65 porte des 1 charbons actifs 67. La cuve 60 elle-même est portée 2 par des pieds 68. 3 4 Les charbons actifs selon l'invention sont avantageusement à base de coques de noix de coco. De 6 tels charbons présentent la particularité d'être 7 très durs lorsque les techniques employées pour leur 8 production sont parfaitement contrôlées. Ce sont des 9 produits qui résistent particulièrement bien à l'attrition. Ainsi, ces charbons peuvent être 11 manipulés sans s'effriter et, par suite, sans 12 polluer l'unité de traitement. En outre, ils ne 13 perdent pas les PCB qu'ils sont chargés de capter et 14 sont susceptibles de faire l'objet d'une régénération en étant traversés, en sens inverse du 16 sens d'écoulement de l'huile filtrée, par un solvant 17 de rinçage. 18 19 On notera que d'autres charbons peuvent satisfaire aux exigences de l'invention. C'est le cas notamment 21 des charbons à base de bois qui sont susceptibles de 22 présenter une grande résistance lorsqu'ils sont 23 utilisés en phase liquide. Toutefois, ces charbons 24 sont moins denses que les charbons à base de coques de noix de coco. 27 Les charbons actifs selon l'invention présentent des 28 pores de diamètres différents. Il s'agit de 29 macropores lorsque le diamètre est inférieur à 20 À, de mésopores lorsque ce diamètre est compris entre 31 20 et 500 P et de macropores lorsqu'il est supérieur 32 à 500 Â. Préférentiellement, selon l'invention, les 1 charbons actifs présentent des macropores dont le 2 diamètre est, par exemple, compris entre 700 et 1500 3 Â. 4 Dans l'invention, les charbons actifs ont de 6 préférence une superficie interne comprise entre 75 7 et 200 m2/g et, préférentiellement, entre 100 et 130 8 m2/g. Ainsi, les temps de filtration sont 9 acceptables et les pressions nécessaires à la poussée de l'huile au travers des charbons actifs ne 11 sont pas trop importantes. 12 13 Le degré d'activation, la surface spécifique et la 14 capacité d'absorption constituent trois paramètres intimement liés dans la mesure où, plus un charbon 16 est activé, plus il développe une surface spécifique 17 importante et plus sa capacité d'absorption est 18 élevée. La surface spécifique varie notamment en 19 fonction du temps passé dans le four d'activation. Plus ce temps est important, plus le charbon est 21 activé en profondeur. En d'autres termes, ses pores 22 sont plus nombreux et plus profonds. 24 Pour la mise en uvre de l'invention, le véhicule 10 est avancé à proximité du transformateur comportant 26 l'huile à décontaminer et à régénérer. 27 28 Un échantillon d'huile aura préalablement été 29 prélevé puis analysé. La teneur en PCB de cet échantillon aura été déterminée selon la norme CEI 31 EN 61619. 32 1 Un rinçage du filtre à charbon activé est effectué 2 avec un minimum de trente litres d'huile neuve 3 contenue dans l'un des réservoirs 40 et au moyen 4 d'un solvant approprié non inflammable. 5 6 L'arrivée d'huile 300 est raccordée au 7 transformateur puis l'huile est pompée dans les 8 premier et second circuits de circulation d'huile de 9 l'unité mobile de traitement 30 au moyen des pompes 303, 314 et 316. Dans cette unité, l'huile est 11 filtrée au moyen des crépines 302, 308 puis portée à 12 une température comprise entre 55 et 80 C et, plus 13 préférentiellement, entre environ 65 et environ 70 C 14 au moyen de la chaudière 304. On notera que ces températures sont de l'ordre ou légèrement 16 inférieures au point éclair de l'huile à traiter. On 17 notera par ailleurs que la montée en température du 18 fluide à traiter selon l'invention est contrôlée. 19 Par la suite, l'huile est amenée dans la cuve de déshydratation/dégazéification 310 dans laquelle 21 elle est déshydratée et dégazéifiée. 22 23 Dans le cas où l'huile est contaminée par des PCB, 24 la vanne 320 située à l'entrée du second circuit de circulation d'huile est ouverte et l'huile 26 contaminée est dirigée vers le coude d'arrivée 27 d'huile 63 de la cuve de filtration à charbon actif 28 60. Etant donné que la partie supérieure 61 de la 29 cuve 60 est conique, et présente un angle d'environ 110 , l'huile se répand sensiblement uniformément 31 sur les charbons actifs 67 portés par le panier 65. 32 L'huile ainsi répandue s'infiltre au sein des 1 charbons actifs 67 et fait l'objet d'une filtration 2 avant d'être évacuée par la vanne de sortie 64, au 3 bas de la cuve. Les PCB sont captés ou adsorbés par 4 les charbons actifs. 5 6 On notera que, de manière à éviter un colmatage 7 rapide des charbons actifs, la teneur en eau de 8 l'huile polluée avant décontamination doit être la 9 plus faible possible. Aussi, pratiquement, l'étape de déshydratation est effectuée préalablement à 11 l'étape de décontamination jusqu'à ce que la teneur 12 en eau dans l'huile polluée soit inférieure à 20 13 mg/l environ. 14 En fonction de son degré de contamination en PCB, 16 l'huile polluée est susceptible de faire l'objet de 17 plusieurs cycles de filtration dans l'unité mobile 18 de traitement et être ainsi filtrée une pluralité de 19 fois par le charbon actif contenu dans la cuve de filtration 60. 21 22 Selon l'invention, l'huile à traiter est polluée par 23 500 ppm de PCB ou moins. Le temps de décontamination 24 varie selon la quantité et la contamination de PCB présente. Pour environ 1000 litres d'huile polluée 26 par 50 à 100 ppm de PCB, le temps d'intervention est 27 de l'ordre 3 heures de cycle. Pour environ 1000 28 litres d'huile polluée par 100 à 250 ppm de PCB, ce 29 temps d'intervention est de l'ordre 5 heures de cycle et pour environ 1000 litres d'huile polluée 31 par 250 à 500 ppm de PCB, ce temps d'intervention 32 est de l'ordre de 7 heures de cycle. Tout le 1 traitement de l'huile à dépolluer est effectué sous 2 vide, à une dépression de l'ordre de 0,2 mbar. 3 4 Après traitement, deux échantillons de l'huile décontaminée sont prélevés puis analysés dans un 6 laboratoire d'analyse. La teneur en PCB de cet 7 échantillon est déterminée selon la norme CEI 61619. 8 Le deuxième est conservé par le client pour un 9 éventuel second contrôle ou dans un cas de litige. Selon l'invention, à ce stade, l'huile décontaminée 11 comporte moins de 25 ppm de PCB. Elle satisfait 12 ainsi aux conditions du décret français référencé 13 2001-63, en date du 18 janvier 2001, modifiant le 14 décret 1987-59 en date du 2 février 1987 et transcrivant en droit français la directive 16 européenne 96/59 en ce qui concerne les PCB. Elle 17 pourra donc être réintroduite dans le transformateur 18 via la sortie 301. On considèrera, aux termes de la 19 présente description, qu'une huile comportant 25 ppm ou moins de PCB est sensiblement exempte de PCB. 21 22 Le procédé de dépollution selon l'invention 23 s'effectue sans remplacement du diélectrique. 24 Après traitement, du solvant propre est mis en 26 circulation dans la cuve de filtration après que le 27 panier de filtration ait été retourné. Les PCB 28 adsorbés par les charbons actifs sont captés par le 29 solvant, pour régénérer les charbons actifs. 30 31 Il est bien entendu que la description ci-dessus se 32 réfère à un mode de réalisation particulier de 1 l'invention et que d'autres modes de réalisation 2 sont possibles. En particulier, l'huile polluée, qui 3 provient de l'appareil électrique de puissance, peut 4 être stockée dans un réservoir de stockage et amenée, dudit réservoir, vers une cuve de filtration 6 à charbon actif selon l'invention. L'huile ainsi 7 filtrée peut être portée à une température 8 déterminée, de l'ordre 45 à 70 C, par exemple, au 9 moyen d'un réchauffeur comportant un bloc de résistances blindées. Une première pompe permet la 11 circulation du fluide dans le circuit et une 12 deuxième pompe, à vide, permet le dégazage, la 13 déshydratation et la filtration à 1}.cm du fluide. 14 Par ailleurs, dans le cas où l'appareil à décontaminer est dans un lieu confiné, tel qu'une 16 cave, des remontés mécaniques, ou tous autres lieux 17 difficiles d'accès, le système selon l'invention 18 peut être utilisé avec un équipement portatif 19 simplifié comportant une pompe d'introduction, un filtre à pores 5 pm, un dispositif à charbons 21 actifs, un corps de chauffe électrique dans une cuve 22 passante de, par exemple, 15 litres de capacité, une 23 pompe à vide aspirante dans une petite cloche prévue 24 à cet effet et une sortie en circuit fermé. 1 Revendications 2 3 4 1. Procédé de dépollution d'un fluide diélectrique contaminé par des polychlorobiphényles, ledit fluide 6 étant issu d'un appareil électrique de puissance, 7 caractérisé en ce qu'il comprend les étapes 8 suivantes selon lesquelles: 9 le fluide diélectrique est extrait de l'appareil électrique de puissance et mis en 11 circulation dans une unité mobile de traitement (30) 12 comportant un filtre à charbon actif (60) ; 13 le fluide diélectrique est filtré par ledit 14 filtre à charbon actif (60) ; et le fluide diélectrique, sensiblement exempt de 16 polychlorobiphényles, est réintroduit dans 17 l'appareil de puissance. 19 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le fluide diélectrique est une huile 21 minérale. 23 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, 24 caractérisé en ce que l'appareil électrique de puissance est un transformateur électrique. 26 27 4. Procédé selon l'une des revendications 1, 2 ou 28 3, caractérisé en ce que la température de 29 traitement du fluide diélectrique est comprise entre 55 et 80 C et, plus préférentiellement, entre 65 et 31 70 C. 32 1 5. Dispositif de dépollution d'un fluide 2 diélectrique contaminé par des polychlorobiphényles, 3 ledit fluide étant contenu dans un appareil 4 électrique de puissance, caractérisé en ce qu'il comprend: 6 une unité mobile de traitement (30) comportant 7 un filtre à charbon actif (60) ; 8 des moyens pour extraire ledit fluide de 9 l'appareil électrique de puissance et le mettre en circulation dans ladite unité mobile de traitement 11 (30) comportant ledit filtre à charbon actif; et 12 des moyens pour réintroduire le fluide 13 diélectrique dans ledit appareil électrique de 14 puissance. 15 16 6. Dispositif selon la revendication 5, 17 caractérisé en ce que le charbon actif est un 18 charbon actif (67) à base de coque de noix de coco 19 ou à base de charbon de bois. 20 21 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 22 6, caractérisé en ce que le charbon actif présente 23 des macropores don't le diamètre est comris entre 24 700 et 1500 Angstr3ms. 25 26 8. Dispositif selon l'une des revendications 5, 6 27 ou 7, caractérisé en ce que la cuve comprend un 28 panier réversible (65) formant, en partie basse, un 29 tamis percé de trous débouchants d'environ 2 mm de diamètre. 1 9. Dispositif selon l'une des revendications 5 à 2 8, caractérisé en ce que le fluide diélectrique est 3 une huile minérale. 4 10. dispositif selon l'une des revendications 5 à 6 9, caractérisé en ce que l'appareil de puissance est 7 un transformateur électrique.