Brevet FR3018204A1 — publié le 20150911

La présente invention concerne le traitement de gaz effluent contenant des hydrocarbures aromatiques polycycliques. Le domaine d'application de l'invention est plus particulièrement celui du traitement de gaz effluent produit par des installations industrielles de dépôt ou infiltration chimique en phase vapeur pour la formation de dépôt de carbone pyrolytique sur des substrats ou pour la densification de substrats poreux par une matrice de carbone pyrolytique. De telles installations sont très bien connues. Des substrats à revêtir ou à densifier par du carbone pyrolytique sont placés dans un four dans lequel un gaz réactif contenant un ou plusieurs précurseurs du carbone est introduit. Le gaz précurseur est un hydrocarbure, typiquement du méthane, du propane ou un mélange des deux. La pression et la température dans le four sont réglées pour produire le revêtement ou la matrice de carbone pyrolytique par décomposition (craquage) du gaz précurseur au contact des substrats. Le gaz effluent contenant des sous- produits de réaction est extrait du four par pompage de façon continue. Les sous-produits de réaction comprennent des composés organiques qui ont une température de solidification assez élevée, en particulier des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) tels que, notamment, le naphtalène, le pyrène, l'anthracène, l'acénaphtylène,... Par condensation, ces sous-produits de réaction forment des goudrons qui ont tendance à se déposer dans les canalisations de sortie du four lorsque le gaz effluent se refroidit. Ces goudrons se retrouvent également dans le dispositif de pompage, par exemple dans l'huile de pompes à vide ou dans les condensats d'éjecteurs à vapeur. Des problèmes similaires peuvent être rencontrés avec des installations industrielles autres que des fours de dépôt ou d'infiltration chimique en phase gazeuse utilisant des hydrocarbures comme gaz réactif, par exemple des fours de cémentation. Il est connu d'après la demande WO 03/047725 d'utiliser une huile minérale aromatique pour traiter le gaz effluent contenant des goudrons et en particulier des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) par une étape de lavage par pulvérisation de cette huile. Le piégeage des HAP est suivi par élévation du niveau dans le piège à goudrons. A partir d'un certain seuil de HAP capturés, l'huile chargée en HAP est enlevée pour être remplacée par de l'huile neuve; le seuil actuel est à environ 30% de reprise en volume. En poursuivant l'utilisation de l'huile nous avons montré que l'efficacité du piégeage se maintient jusqu'à plus de 60% en volume. Malheureusement, même si le piégeage peut se maintenir jusqu'à ces niveaux, les caractéristiques physico-chimiques de l'huile chargée en HAP évolue au cours du temps en fonction de sa teneur en HAP (densité, viscosité). En particulier sa viscosité va augmenter jusqu'à des valeurs inacceptables qui empêcheront son pompage et sa pulvérisation. La durée d'utilisation de cette huile minérale aromatique est donc limitée, ce qui oblige à la remplacer et donc rend le procédé onéreux. Les inventeurs ont découvert qu'il était possible d'ajouter une huile aromatique naphténique à l'huile minérale aromatique pour diminuer sa viscosité et permettre une utilisation plus longue de cette huile, sans toutefois gêner sa capacité de piégeage des HAP. Cette huile minérale, permet d'abaisser la viscosité de l'huile minérale aromatique ce qui permet de prolonger sa durée d'utilisation. La présente invention concerne donc un procédé de traitement de gaz effluent contenant des hydrocarbures aromatiques polycycliques comprenant une étape de lavage par pulvérisation d'une huile minérale afin de piéger lesdits hydrocarbures, caractérisé en ce que l'huile minérale comprend (avantageusement est constituée par) un mélange d'huile minérale aromatique et d'huile minérale naphténique. Par rapport à d'autres techniques de lavage de gaz, le lavage par pulvérisation permet de limiter la perte de charge subie par le gaz et de minimiser la formation de dépôts de goudrons sur des parois, comme cela pourrait être le cas avec l'utilisation de colonnes de lavage à plateaux. Avantageusement le mélange d'huile comprend au moins 20 % en volume d'huile minérale aromatique par rapport au volume total du mélange, avantageusement au moins 30% en volume d'huile minérale aromatique. La teneur en huile minérale naphténique dépend de la viscosité à atteindre dans le mélange. Le mélange d'huile peut comprendre au plus 80% en volume d'huile minérale naphténique par rapport au volume total du mélange, en particulier au plus 70% en volume d'huile minérale naphténique. Dans un mode de réalisation avantageux, le mélange d'huile comprend au moins 10% en volume d'huile minérale naphténique par rapport au volume total du mélange, en particulier au moins 14% en volume d'huile minérale naphténique, plus particulièrement au moins 20% en volume d'huile minérale naphténique. De façon encore plus avantageuse, le mélange d'huile a une viscosité inférieure ou égale à 150 mm2/s à 0°C. La mesure de la viscosité cinématique d'une huile selon l'invention se fait selon la norme ASTM D445 avec un viscosimètre Ubbelhode avec des capillaires de diamètre 0,88 mm. Les viscosités sont mesurées à 5 et 10°C et la viscosité à 0°C est obtenue par extrapolation linéaire. En effet, la mesure à 0°C n'est pas directement réalisable en raison de la condensation formée à cause de la grande différence de température entre la pièce et le système d'analyse. La constante du viscosimètre est mesurée avec du undécane. Avantageusement, l'huile minérale aromatique utilisée dans le procédé selon la présente invention est telle que décrite dans la demande de brevet WO 03/047725. En particulier l'huile minérale aromatique doit rester en phase liquide pendant le processus de lavage afin de ne pas produire de vapeur entraînée par le gaz effluent. Dans le cas notamment de gaz effluent de four de dépôt ou d'infiltration chimique en phase gazeuse, la pression du gaz effluent en sortie du four est relativement faible. L'huile utilisée doit donc présenter une tension de vapeur suffisamment faible pour ne pas se vaporiser à la pression régnant en sortie du four, afin de ne pas charger le gaz effluent de vapeur d'huile. A titre indicatif, la pression dans le four lors de différentes phases du processus d'infiltration peut être inférieure à environ 200Pa. L'huile de lavage doit donc avantageusement présenter une faible tension de vapeur, de préférence inférieure à 1 Pa à 0°C. En outre, la composition de l'huile doit permettre une bonne absorption des goudrons à piéger. C'est pourquoi, on choisit de préférence une huile minérale aromatique capable d'absorber et de dissoudre des HAP. Avantageusement l'huile doit en outre initialement, avant qu'elle ne se charge en HAP, présenter une viscosité suffisamment basse pour être mise en circulation et former un brouillard en sortie des buses, en particulier une viscosité inférieure ou égale à 75 mm2/s à 0°C, plus particulièrement inférieure ou égale à 73 mm2/s à 0°C. La viscosité est mesurée comme indiqué ci-dessus pour le mélange d'huile. Dans un mode de réalisation avantageux l'huile minérale aromatique est une huile à base de xylènes. Une huile à base de xylènes, telle que l'huile de synthèse commercialisée sous la dénomination "Jaritherm AX 320" par la société française Arkema et constituée à 85 % en poids de monoxylyxylène et à 15 % en poids de di-xylyxylène, s'est révélée efficace. Cette huile a une viscosité de 73 mm2/s à 0°C et une tension de vapeur à 0°C inférieure à 1 Pa. L'huile minérale aromatique à base de xylène commercialisée par la société TOTAL LUBRIFIANTS sous la dénomination « Jaritherm DBT06» et constitué par un mélange d'isomères de dibenzyltoluène s'est également révélée efficace. De même l'huile aromatique AZOLLA NET HC commercialisée par la société TOTAL LUBRIFIANTS s'est également révélée particulièrement efficace. L'huile minérale naphténique utilisable selon l'invention peut être un distillat léger raffiné hydrodésulfurisé naphténique Sa teneur en huile paraffinique est avantageusement inférieure à 50 %. De même que pour l'huile minérale aromatique, l'huile minérale naphténique doit de façon avantageuse rester en phase liquide pendant le processus de lavage afin de ne pas produire de vapeur entraînée par le gaz effluent. L'huile utilisée doit donc avantageusement présenter une tension de vapeur suffisamment faible pour ne pas se vaporiser à la pression régnant en sortie du four, afin de ne pas charger le gaz effluent de vapeur d'huile. L'huile minérale naphténique doit donc avantageusement présenter une faible tension de vapeur, de préférence inférieure à 1Pa à 0°C. L'huile minérale naphténique doit en outre de façon avantageuse présenter une viscosité suffisamment basse pour être mise en circulation et former un brouillard en sortie des buses et en même temps abaisser la viscosité de l'huile minérale aromatique lorsque cette dernière est chargée en HAP. Ainsi avantageusement l'huile minérale naphténique a une viscosité inférieure ou égale à 75 mm2/s à 0°C, plus avantageusement inférieure ou égale à 70 mm2/s à 0°C, en particulier inférieure ou égale à 60 mm2/s à 0°C. La viscosité est mesurée comme indiqué ci-dessus pour le mélange d'huile. En particulier l'huile minérale naphténique commercialisée par la société TOTAL LUBRIFIANTS sous la dénomination « ISOVOLTINE II » est particulièrement intéressante dans le cadre du procédé selon la présente invention. Dans une première variante, l'huile minérale naphténique est présente dès le début du procédé. Ainsi l'huile minérale qui servira au lavage du gaz effluent comprend (en particulier est constituée par) dès le départ un mélange d'huile minérale aromatique et d'huile minérale naphténique tel que décrit ci-dessus et a en particulier une viscosité de 70 mm2/s à 0°C. Dans une deuxième variante, le procédé selon la présente invention comprend une phase d'initiation dans laquelle l'huile minérale ne comprend pas d'huile minérale naphténique et comprend de (en particulier est constitué par) l'huile minérale aromatique, de façon à obtenir une huile minérale aromatique chargée en hydrocarbures aromatiques polycycliques et présentant une viscosité supérieure à 150 mm2/s à 0°C. L'huile minérale naphténique est alors ajoutée à la fin de la phase d'initiation à l'huile minérale chargée en hydrocarbure aromatique polycyclique afin d'en réduire la viscosité. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'ajout de l'huile minérale naphténique se fait sous la forme d'un mélange d'huile minérale naphténique et d'huile minérale aromatique tel que décrit ci-dessus. Encore plus avantageusement cet ajout se fait par remplacement d'une partie de l'huile minérale aromatique chargée en hydrocarbures aromatiques par la même proportion en volume du mélange d'huile minérale naphténique et d'huile minérale aromatique, plus avantageusement par remplacement d'entre 20 à 35% du volume de l'huile minérale aromatique chargée en hydrocarbures aromatiques polycycliques par la même proportion en volume du mélange d'huile minérale naphténique et d'huile minérale aromatique. Lorsque l'huile naphténique se trouve sous la forme d'un mélange d'huile minérale naphténique et d'huile minérale aromatique, ce mélange peut comprendre au moins 20% en volume d'huile minérale aromatique par rapport au volume total du mélange, avantageusement au moins 30% en volume d'huile minérale aromatique. Il peut également comprendre au plus 80% en volume d'huile minérale naphténique par rapport au volume total du mélange, en particulier au plus 70% en volume d'huile minérale naphténique. De façon avantageuse le mélange d'huile a une viscosité inférieure ou égale à 150mm2/s à 0°C. Dans ce deuxième cas, on attend donc que l'huile minérale aromatique soit déjà chargée en HAP avant d'ajouter l'huile minérale naphténique. Le procédé comprend donc deux phases : une première phase appelée phase d'initiation où seule l'huile minérale aromatique est utilisée pour le lavage des gaz effluents et une deuxième phase où un mélange d'huile minérale aromatique et d'huile minérale naphténique est utilisé pour ce même lavage. Dans ces deux variantes, de l'huile minérale naphténique, en particulier sous forme de mélange d'huile minérale naphténique et d'huile minérale aromatique peut être continuellement ajoutée dès que le mélange d'huile utilisé pour le lavage après l'éventuelle phase d'initiation n'a plus la viscosité désirée en raison de son chargement en HAP, (c'est-à-dire a une viscosité supérieure à 150 mm2/s à 0°C), le mélange d'huile utilisé pour le lavage comprenant ainsi une quantité en volume de plus en plus importante d'huile naphténique, jusqu'à ce que cette dernière représente le composant majoritaire de ce mélange, avantageusement au plus 80% en volume du mélange d'huile utilisé pour le lavage, plus particulièrement au plus 70% en volume de ce mélange utilisé pour le lavage. Dans ces deux variantes, l'étape de lavage est en particulier telle que décrite dans la demande de brevet WO 03/047725. Ainsi donc avantageusement l'étape de lavage du gaz effluent est réalisée par injection de l'huile minérale (soit celle comprenant l'huile minérale aromatique, soit celle comprenant le mélange d'huile minérale aromatique et d'huile minérale naphténique, selon la variante utilisée et la phase du procédé) dans un courant de gaz effluent parcourant une colonne de pulvérisation, par exemple une colonne à venturi. De façon avantageuse comme décrit dans la demande brevet WO 03/047725, l'huile minérale (soit celle comprenant l'huile minérale aromatique, soit celle comprenant le mélange d'huile minérale aromatique et d'huile minérale naphténique, selon la variante utilisée et la phase du procédé) circule en continu entre un bac de recirculation recueillant l'huile minérale chargée d'hydrocarbures aromatiques polycycliques et au moins une buse de pulvérisation d'huile dans un courant de gaz effluent. L'huile minérale est préférentiellement refroidie sur son trajet entre le bac de recirculation et la ou les buses de pulvérisation. En particulier le procédé selon la présente invention est caractérisé en ce que le gaz effluent est produit par un procédé de dépôt ou d'infiltration chimique en phase vapeur pour la formation de dépôt de carbone pyrolytique sur des substrats ou pour la densification des substrats poreux par une matrice de carbone pyrolytique. Ces procédés de dépôt et d'infiltration sont bien connus de l'homme du métier. Dans un mode de réalisation avantageux, le procédé selon l'invention 25 comprend une étape supplémentaire après l'étape de lavage, de passage du gaz effluent dans un dispositif de pompage. N'importe quel système de pompage connu de l'homme du métier peut être utilisé dans la cadre du procédé selon la présente invention. Avantageusement, le pompage du gaz effluent est réalisé par passage du gaz lavé dans au moins un éjecteur- condenseur à vapeur. Avantageusement, au moins une partie du gaz issu de l'éjecteur-condenseur est utilisée comme gaz de combustion pour un dispositif de production de la vapeur alimentant l'éjecteur- condenseur. Avantageusement encore, le condensat de vapeur en sortie de l'éjecteur-condenseur est traité par passage sur charbon actif afin de récupérer des hydrocarbures légers, notamment benzéniques, et un reliquat éventuel d'HAP contenu dans le condensat... Une matrice de carbone pyrolytique est formée au sein de la porosité des substrats par décomposition du ou des précurseur (s) gazeux. L'installation utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon la présente invention est en particulier décrite dans la demande de brevet WO 15 03/047725. La présente invention concerne en outre l'utilisation d'une huile minérale naphténique pour abaisser la viscosité d'une huile minérale aromatique chargée en hydrocarbures aromatiques polycycliques, avantageusement d'une huile minérale aromatique contenant au plus 30% en volume 20 d'hydrocarbures aromatiques polycycliques. De façon avantageuse les hydrocarbures aromatiques polycycliques sont choisis parmi le naphtalène, pyrène, anthracène, acénaphtylène et leurs mélanges. L'invention sera mieux comprise à la lumière des exemples et de la 25 description des figures qui suivent. La figure 1 représente la viscosité à 5°C d'une huile "Jaritherm AX 320" utilisée dans le procédé décrit par la demande de brevet W003/047725 en fonction du temps d'utilisation. La figure 2 représente la viscosité à 5°C d'une huile "Jaritherm AX 320" 5 utilisée dans le procédé décrit par la demande de brevet W003/047725 en fonction de son chargement en HAP (taux d'HAP en volume). La figure 3 représente la comparaison entre l'utilisation dans le procédé décrit par la demande de brevet W003/047725 d'une huile aromatique Jaritherm AX 320 et d'un mélange d'huile comprenant 70% en volume de 10 cette huile et 30% en volume du mélange d'huile naphténique ISOVOLTINE II et d'huile aromatique AZOLLA NET HC, le mélange ajouté ayant les proportions en volume suivantes : 75% d'huile naphténique ISOVOLTINE II et 25% d'huile aromatique AZOLLA NET HC sur la quantité de goudrons captée par litre d'huile en fonction du temps d'utilisation (en 15 heures). La figure 4 représente la comparaison entre l'utilisation dans le procédé décrit par la demande de brevet W003/047725 d'une huile aromatique Jaritherm AX 320 décrite dans la demande de brevet W003/047725 et de l'huile aromatique Jaritherm DBTO6 sur la quantité de goudrons captée par 20 litre d'huile en fonction du temps d'utilisation (en heures). Exemples de réalisation Le procédé décrit dans la demande de brevet W003/047725 est mis en oeuvre en utilisant : - L'huile aromatique Jaritherm AX 320 décrite dans cette demande ; 25 - L'huile aromatique Jaritherm DBT06; Un mélange d'huile comprenant 70% en volume d'une huile aromatique Jaritherm AX 320 et 30% en volume du mélange d'huile naphténique ISOVOLTINE II et d'huile aromatique AZOLLA NET HC, le mélange ajouté ayant les proportions en volume suivantes : 75% d'huile naphténique ISOVOLTINE II et 25% d'huile aromatique AZOLLA NET HC On remarque que les deux huiles aromatiques ont le même comportement (figure 4) et que leur viscosité augmente en fonction du temps d'utilisation et donc de leur taux de HAP (figures 1 et 2). Par ailleurs, la présence du mélange huile naphténique/ huile aromatique (au moins 30% en volume) et donc d'huile naphténique n'a pas d'impact sur le volume de goudrons captés. Le mélange d'huile peut donc toujours être utilisé de façon efficace pour capter les goudrons et donc les HAP, tout en maintenant une viscosité plus faible (la viscosité de l'huile naphténique est plus faible que celle de l'huile aromatique) ce qui permet d'utiliser le mélange plus longtemps. REVENDICATIONS1. Procédé de traitement de gaz effluent contenant des hydrocarbures aromatiques polycycliques comprenant une étape de lavage par pulvérisation d'une huile minérale afin de piéger lesdits hydrocarbures, caractérisé en ce que l'huile minérale comprend un mélange d'huile minérale aromatique et d' huile minérale naphténique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le mélange d'huile minérale comprend au moins 20% en volume d'huile minérale aromatique par rapport au volume total du mélange, avantageusement au 10 moins 30% en volume d'huile minérale aromatique. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange d'huile a une viscosité inférieure ou égale à 150 mm2/s à 0°C. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en 15 ce qu'il comprend une phase d'initiation dans laquelle l'huile minérale ne comprend pas d'huile minérale naphténique et comprend une huile minérale aromatique, de façon à obtenir une huile minérale aromatique chargée en hydrocarbures aromatiques polycycliques et présentant une viscosité supérieure à 150 mm2/s à 0°C. 20 5. Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que de l'huile minérale naphténique est ajoutée à l'huile minérale comprenant de l'huile minérale aromatique chargée en hydrocarbures aromatiques polycycliques obtenue durant la phase d'initiation. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que l'huile minérale 25 naphténique ajoutée se trouve sous la forme d'un mélange d'huile minérale naphténique et d'huile minérale aromatique et que l'ajout se faitpar remplacement d'une partie de l'huile minérale aromatique chargée en hydrocarbures aromatiques polycycliques par la même proportion en volume du mélange d'huile minérale naphténique et d'huile minérale aromatique, avantageusement par remplacement d'entre 20 à 35% du volume de l'huile minérale aromatique chargée en hydrocarbures aromatiques polycycliques. 7. Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que le mélange d'huile ajouté contient au moins 20% en volume d'huile minérale aromatique par rapport au volume total du mélange, avantageusement au 10 moins 30% en volume. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'huile minérale aromatique a une tension de vapeur inférieure à 1 Pa à 0°C. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en 15 ce que l'huile minérale aromatique est une huile à base de xylènes. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'huile minérale naphténique a une viscosité inférieure ou égale à 75 mm2/s à 0°C, avantageusement inférieure ou égale à 70 mm2/s à 0°C, en particulier inférieure ou égale à 60 mm2/s à 0°C. 20 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'huile minérale naphténique a une tension de vapeur inférieure à 1 Pa à 0°C. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'étape de lavage du gaz effluent est réalisée par injection de 25 l'huile minérale dans un courant de gaz effluent parcourant une colonne de pulvérisation. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que huile minérale circule en continu entre un bac de recirculation recueillant l'huile minérale chargée d'hydrocarbures aromatiques polycycliques et au moins une buse de pulvérisation d'huile dans un courant de gaz effluent. 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'huile minérale est refroidie sur son trajet entre le bac de recirculation et la ou les buses de pulvérisation. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que le gaz effluent est produit par un procédé de dépôt ou d'infiltration chimique en phase vapeur pour la formation de dépôt de carbone pyrolytique sur des substrats ou pour la densification des substrats poreux par une matrice de carbone pyrolytique. 16. Utilisation d'une huile minérale naphténique pour abaisser la viscosité d'une huile minérale aromatique chargée en hydrocarbures aromatiques polycycliques, avantageusement d'une huile minérale aromatique contenant au plus 30% en volume d'hydrocarbures aromatiques polycycliques.