Brevet FR3042423A1 — publié le 20170421

Système et procédé de diagnostic d'un dispositif de filtration d'effluents gazeux contenant des PCBs. L'invention a pour domaine technique les systèmes de diagnostic de dispositifs de filtration, et plus particulièrement les systèmes de diagnostic de dispositifs de filtration d'effluents gazeux contenant des polychlorobiphényles sous forme gazeuse et particulaire. Les PCB (polychlorobiphényles) sont des molécules stables et non inflammables qui étaient utilisées depuis plus de 80 ans dans plusieurs applications industrielles, et principalement comme fluides diélectriques dans les transformateurs et les condensateurs électriques. Ils sont actuellement considérés comme des polluants majeurs vu leur grande persistance, leur toxicité potentielle, et leur impact sur la santé et l'environnement. En France, la fabrication et l'utilisation des PCB sont interdites depuis 1987. En 2003 un plan national dit « plan PCB » a été établi et s'est fixé comme objectif l'élimination totale des PCB détenus par tous les industriels et collectivités nationales. En 2004, les PCB ont été inclus dans la convention de Stockholm sur les polluants organiques persistants (POPs), et sont devenus une priorité environnementale mondiale. Le plan PCB en France prévoyait l'élimination des PCB sur le territoire national dans les matrices très contaminées jusqu'à la fin 2010 (contenant plus de 500 ppm), et à l'horizon de 2022 pour les peu contaminés (moins de 500 ppm). La sous-estimation des stocks et la rareté des intervenants dans le traitement ont rallongé inexorablement ces délais. La décontamination des transformateurs et condensateurs contenant des PCB obéit à des normes drastiques de rejet dans l'environnement et met en oeuvre des procédés industriels complexes limitant le nombre d'entreprises compétentes dans le domaine. Trois technologies sont utilisées pour la décontamination d'appareils ou matrices contaminées : 3042423 2 - Vidange et étuvage pour "retrofilling" (terme anglais pour définir le remplacement de l'huile polluée par une huile non contaminée) ou élimination; - Autoclavage avec solvant ; 5 - Autoclavage sous vide sans solvant. Les procédés impliquant l'autoclavage nécessitent un traitement des effluents gazeux par un ensemble de dispositifs de condensation et de filtration, dimensionnés pour capter la quasi- 10 totalité des PCB sous formes particulaire et gazeuse; l'efficacité de chaque dispositif conditionnant l'efficacité de rendement de l'ensemble et le respect des normes de rejet environnementales. Actuellement, la mesure des PCB dans les rejets gazeux, qui requiert un délai d'analyse de 4 à 5 semaines, est réalisée en bout de procédé de 15 décontamination en sortie cheminée par exemple, ce qui entraîne, en cas de dépassement des normes, une remise en cause de l'ensemble des opérations unitaires de filtration, l'arrêt des installations et le remplacement de tous les filtres de manière curative sans savoir lequel est défaillant. Ceci engendre un coût financier très important avec une 20 perte de production due à l'arrêt des installations. L'analyse en bout de procédé, qui demande un délai de traitement de l'ordre de 5 semaines, ne permet donc pas d'identifier le maillon faible dans la chaîne de capture du polluant. Ceci compromet toute intervention préventive par le remplacement partiel du ou des dispositifs 25 défectueux en limitant les coûts et en évitant l'impact environnemental. Il n'existe actuellement aucune technique d'analyse sélective, continue et en temps réel des PCB. Ceci est dû aux doses extrêmement faibles à mesurer (ppm, 30 ppb), à la complexité des molécules de PCB avec plus de 209 congénères, dont 12 seulement sont toxiques (PCB-DL, pour Dioxin like) et à la présence potentielle d'autres contaminants au moins aussi complexes à détecter (Dioxines, Furanes ...). Ceci nécessite une analyse chromatographique très performante, réalisée par 3042423 3 chromatographie en phase gazeuse (CPG) couplée ou non à une spectrométrie de masse, afin de déterminer la concentration des PCB totaux dans les effluents ainsi que la proportion de chaque congénère. De plus, chaque dispositif de capture ou de filtration des 5 effluents gazeux doit assurer une part de l'élimination des PCB, dont l'efficacité est exprimée par un pourcentage d'abattement spécifique. L'addition des pourcentages d'abattement de chaque dispositif doit s'approcher en fin de procédé de 100%. On atteint alors dans ce cas les conditions du "rejet zéro". 10 Les industriels chargés d'éliminer les PCB souhaiteraient disposer de techniques pour le suivi des performances des systèmes de capture et de filtration des effluents gazeux potentiellement contaminés, permettant ainsi les interventions préventives et réduisant les coûts et les rejets accidentels ou incontrôlés en cas de défaillance. 15 L'invention a pour objet un système de diagnostic d'un dispositif de filtration des effluents gazeux contenant des polychlorobiphényles (PCBs) sous forme gazeuse et/ou particulaire. Le système comprend: une conduite d'admission amont piquée sur une conduite 20 d'entrée du dispositif de filtration, une conduite d'admission aval piquée sur une conduite de sortie du dispositif de filtration, un premier système de piégeage connecté à la conduite d'admission amont et à un premier moyen de régulation de débits de 25 gaz, un deuxième système de piégeage connecté à la conduite d'admission aval et à un second moyen de régulation de débits de gaz, les systèmes de piégeage étant aptes à piéger les PCB dans un liquide pour analyse ultérieure, et 30 les moyens de régulation de débits de gaz étant aptes à prélever des volumes égaux de gaz par la conduite d'admission amont et par la conduite d'admission aval. Les premier et second moyens de régulations de débits de gaz peuvent être identiques ou différents. 3042423 4 Le système de piégeage peut comprendre un récipient extérieur recevant un liquide de piégeage, une canule connectée à la conduite d'admission et insérée dans le récipient extérieur et dans le liquide de piégeage, et un élément de captation connecté au moyen de régulation 5 de débit, apte à collecter les gaz admis par la conduite d'admission et la canule. Le système de piégeage peut comprendre des billes pleines disposées dans le liquide de piégeage de sorte à augmenter le temps de contact entre le gaz et le liquide de piégeage et limiter le volume du 10 liquide de piégeage pour atteindre un niveau prédéfini et optimal de remplissage du système de piégeage. Les billes pleines peuvent avoir des diamètres compris entre 1 et 10 mm. De préférence, les billes pleines peuvent avoir un diamètre de 4 15 mm. Les billes pleines peuvent être en verre. Le liquide de piégeage peut être choisi parmi un solvant organique, une phase aqueuse, une huile organique vierge ou une huile minérale. 20 L'invention a également pour objet un procédé de diagnostic d'un dispositif de filtration d'effluents gazeux contenant des polychlorobiphényles (PCBs) sous forme gazeuse et/ou particulaire. Le procédé comprend les étapes suivantes. On prélève des quantités égales de gaz en amont et en aval du 25 dispositif de filtration, pendant une durée de mesure prédéfinie, On réalise le barbotage des gaz prélevés en amont du dispositif de filtration dans un premier liquide de piégeage, On réalise le barbotage des gaz prélevés en aval du dispositif de filtration dans un deuxième liquide de piégeage, 30 On analyse le premier liquide de piégeage de sorte à connaître la quantité de PCB transitant en amont du dispositif de filtration pendant la durée de la mesure, et 3042423 5 On analyse le deuxième liquide de piégeage de sorte à connaître la quantité de PCB transitant en aval du dispositif de filtration pendant la durée de la mesure, On détermine le pourcentage d'abattement de la concentration 5 de PCB en aval du dispositif de filtration par rapport à la concentration de PCB en amont du dispositif de filtration, On détermine si le pourcentage d'abattement est supérieur au seuil prédéfini, Si tel n'est pas le cas, on considère que le dispositif de 10 filtration doit être changé. La durée de mesure peut être comprise entre quelques heures à plusieurs jours selon le débit de gaz et la concentration en PCB des gaz traversant le dispositif de filtration. 15 D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre les principaux éléments d'un système de 20 diagnostic d'un dispositif de filtration de PCBs, - la figure 2 illustre les principaux éléments d'un système de piégeage d'un système de diagnostic, et - la figure 3 illustre les principales étapes d'un procédé de diagnostic d'un dispositif de filtration de PCBs. 25 Le système de diagnostic permet de capturer, en vue de leur analyse, les effluents gazeux, en amont et en aval d'un dispositif de filtration de gaz contenant des PCB sous forme gazeuse et/ou particulaire. Le système de diagnostic, baptisé FIPMO (Filter Performance Monitoring), nécessite des piquages dans les conduits de 30 gaz en amont et en aval de chaque dispositif de filtration. Ces piquages permettent de dévier une partie équivalente des gaz, en entrée et en sortie de chaque dispositif de filtration et sont assurés par tout instrument qui permet la régulation et le contrôle des débits des gaz. La fraction des gaz déviés en amont et en aval du dispositif de 3042423 6 filtration est ensuite amenée séparément à des systèmes de piégeage comprenant tout produit solide ou liquide capable de piéger les PCB qui peut ensuite être facilement et rapidement analysé. Idéalement, ce système de piégeage comprend un liquide qui 5 dissout efficacement les PCB, notamment une huile organique vierge. L'huile est préférée aux solvants organiques pour limiter l'évaporation en cours d'utilisation et pour assurer la sécurité du dispositif et des opérateurs. Afin de permettre d'atteindre des concentrations mesurables de 10 PCB, le volume d'huile est réduit au minimum par l'addition de billes de verre qui permettent une répartition homogène des gaz dans l'huile et un temps de contact optimal. Après un temps de "bullage" optimal pour chaque dispositif de capture ou de filtration, déterminé préalablement sur un banc d'essai, 15 l'huile est récupérée et analysée par chromatographie en phase gazeuse pour déterminer d'une part la concentration de PCB totaux et d'autre part la proportion de chaque congénère. Le pourcentage d'abattement de la concentration de PCB en aval du dispositif de capture ou de filtration doit atteindre les performances attendues. En cas de baisse 20 significative du pourcentage d'abattement la surveillance est accrue et au-delà d'un niveau d'alerte, calculé pour chaque dispositif de capture ou de filtration, ce dernier sera changé de manière préventive pour éviter de compromettre les performances des dispositifs en aval, et éviter tout dépassement des normes de rejet. 25 Sur la figure 1, est schématisé un système de diagnostic 1 aux bornes d'un dispositif 2 de filtration des effluents gazeux et particulaires contenant des PCBs. Le dispositif de filtration 2 comprend une conduite d'entrée 3 30 et une conduite de sortie 4. Lors d'un fonctionnement normal du dispositif de filtration 2, la quantité de PCBs dans les gaz circulant dans la conduite de sortie 4 est pratiquement nulle indépendamment de la quantité de PCB dans les gaz circulant dans la conduite d'entrée 3. 3042423 7 En cas de saturation de la capacité de capture du dispositif de filtration 2, la quantité de PCBs dans les gaz circulant dans la conduite de sortie 4 augment progressivement avec le temps. Le système de diagnostic 1 permet de vérifier l'efficacité de 5 capture du dispositif de filtration 2 en confirmant que des PCBs sont bien présents dans les gaz en amont du dispositif de filtration 2, en mesurant la quantité de PCBs présents dans les gaz en aval du dispositif de filtration 2, et en déterminant l'efficacité de capture des PCBs en fonction de ces deux quantités. 10 Le système de diagnostic 1 comprend une conduite d'admission amont 5a en amont du dispositif de filtration 2, connectée à l'entrée d'un premier système de piégeage 6a, une conduite d'admission aval 5b en aval du dispositif de filtration 2, connectée à l'entrée d'un deuxième système de piégeage 6b, d'un premier moyen de régulation 15 7a de débits de gaz connecté à la sortie du premier système de piégeage par une première conduite 8a et d'un second moyen de régulation 7b de débits de gaz connecté à la sortie du deuxième système de piégeage 6b par une deuxième conduite 8b. Les moyens de régulation 7a,7b de débits de gaz sont connectés en sortie à une mise à 20 l'air libre, éventuellement par l'intermédiaire d'un moyen de filtration, non représenté, permettant d'éviter tout rejet accidentel de PCBs lors du diagnostic. La conduite d'admission amont 5a est piquée sur une conduite d'entrée 3 du dispositif de filtration 2. De même, la conduite 25 d'admission aval 5b est piquée sur une conduite de sortie 4 du dispositif de filtration 2. Dans les deux cas, les conduites sont piquées de préférence de façon étanche de sorte à ne pas exposer les utilisateurs aux PCBs. Les moyens de régulation 7a,7b de débits de gaz permettent de 30 réguler de façon séparée ou commune le débit des gaz prélevés en amont en aval du dispositif de filtration. On privilégie un débit égal dans les conduites d'admission 5a et 51 de sorte à pouvoir directement comparer les quantités de PCBs mesurées. Les moyens de régulation 7a,7b de débits de gaz peuvent 3042423 8 être tout moyen d'aspiration de gaz. On citera notamment un ensemble de deux pompes distinctes à débit ajustable ou une pompe à deux têtes ajustables séparément. Les systèmes de piégeage 6a et 6b sont aptes à piéger les PCB 5 dans un liquide de piégeage 10 pour analyse ultérieure. Sur la figure 2, on peut voir qu'un système de piégeage 6 est un système de type à barbotage dans lequel les gaz admis sont contraints à transiter dans une phase liquide avant d'être collectés et évacués du système. 10 Plus précisément, on peut voir que le système de piégeage 6 comprend trois éléments, un récipient extérieur 9, une canule 11 et un élément de collecte et/ou de captation 12. Le récipient extérieur 9 comprend un liquide de piégeage 10, dans lequel est insérée une canule 11 connectée à la conduite 15 d'admission 5. La canule 11 permet de forcer le passage des gaz admis dans le liquide de piégeage 10. Les gaz admis sont ensuite collectés par l'élément de collecte et/ou de captation 12 qui, connecté à une conduite 8, permet leur aspiration par l'intermédiaire du moyen de régulation 7 de débits de gaz. 20 Le récipient extérieur 9, la canule 11 et l'élément de collecte et/ou de captation 12 sont connectés de façon étanche de sorte que seul le circuit de cheminement décrit ci-dessus soit empruntable par les gaz admis. Le récipient extérieur 9, la canule 11 et l'élément de collecte 25 et/ou de captation 12 peuvent être en métal, en plastique ou en verre. Toutefois, le verre est privilégié afin d'offrir une surface inerte aux gaz admis et au liquide de piégeage 10 afin d'éviter toute interaction pouvant fausser la mesure. Le liquide de piégeage 10 peut être n'importe quel liquide, 30 aqueux ou organique capable de solubiliser les molécules à détecter (PCB). On privilégie les liquides très peu volatiles, notamment les huiles, de préférence une huile minérale sans additif ni contaminant. Le récipient extérieur 9 peut comprendre également des billes pleines 13 qui favorisent le temps de contact du gaz avec le liquide et 3042423 9 limitent la quantité de liquide de piégeage 10 requise pour un niveau prédéterminé de remplissage du système de piégeage 6. Ainsi, les gaz admis circulant par la canule 11 voient un chemin au moins aussi long pour rejoindre l'élément de collecte et/ou captation 12 que celui qu'ils 5 verraient dans un système de piégeage 6 dépourvu de billes pleines 13. Toutefois, la quantité de liquide dans un tel système de piégeage 6 étant inférieure à la quantité de liquide dans un système de piégeage 6 dépourvu de billes pleines 13, la concentration de PCBs dans le liquide de piégeage 10 augmente, pour un même flux gazeux, plus rapidement 10 que dans le liquide de piégeage 10 d'un système de piégeage 6 dépourvu de billes pleines 13. Tout comme le récipient extérieur 9, la canule 11 et l'élément de collecte et/ou captation 12, les billes pleines 13 peuvent être en métal, en plastique ou en verre. Toutefois, le verre est privilégié afin 15 d'offrir une surface inerte aux gaz admis et au liquide de piégeage 10 afin d'éviter toute interaction pouvant fausser les mesures. Alternativement, une version compacte du système de diagnostic est démunie de moyen de régulation 7 de débits de gaz. Une telle version comprend une sortie commune, reliée à la première 20 conduite 8a et à la deuxième conduite 8b, destinée à être connectée à des moyens externes de régulation 7 de débits de gaz. Sur la figure 3, on peut voir les principales étapes d'un procédé de diagnostic associé. Au cours d'une première étape 20, on prélève des quantités 25 égales de gaz en amont et en aval du dispositif de filtration 2, pendant une durée de mesure prédéfinie. La durée de mesure peut varier de quelques heures à plusieurs jours selon les débits de prélèvement et concentrations de PCBs à mesurer dans les effluents. Au cours d'une deuxième étape 21, on réalise le barbotage des 30 gaz prélevés en amont du dispositif de filtration 2 dans un premier liquide de piégeage. Au cours d'une troisième étape 22, on réalise le barbotage des gaz prélevés en aval du dispositif de filtration 2 dans un deuxième liquide de piégeage. 3042423 10 Au cours d'une quatrième étape 23, on analyse le premier liquide de piégeage de sorte à connaître la quantité de PCB transitant en amont du dispositif de filtration 2 pendant la durée de la mesure. L'analyse peut par exemple être réalisée par chromatographie en phase 5 gazeuse. De même, au cours d'une cinquième étape 24, on analyse le deuxième liquide de piégeage de sorte à connaître la quantité de PCB transitant en aval du dispositif de filtration 2 pendant la durée de la mesure. 10 Au cours d'une sixième étape 25, on calcule le pourcentage d'abattement de la concentration de PCB en aval du dispositif de filtration 2 par rapport à la concentration de PCB en amont du dispositif de filtration 2, Au cours d'une septième étape 26, on détermine si le 15 pourcentage d'abattement est inférieur au seuil prédéfini. Si tel est le cas, on considère que le dispositif de filtration doit être changé. REVENDICATIONS1. Système de diagnostic d'un dispositif de filtration (2) des effluents gazeux contenant des polychlorobiphényles (PCBs) sous forme gazeuse et/ou particulaire, caractérisé par le fait qu'il comprend: une conduite d'admission amont (5a) piquée sur une conduite d'entrée (3) du dispositif de filtration, une conduite d'admission aval (5b) piquée sur une conduite de sortie (4) du dispositif de filtration, un premier système de piégeage (6a) connecté à la conduite d'admission amont (5a) et à un premier moyen de régulation de débits de gaz (7a), un deuxième système de piégeage (6b) connecté à la conduite d'admission aval (5b) et à un second moyen de régulation de débits de gaz (7b), les systèmes de piégeage (6a,6b) étant aptes à piéger les PCB dans un liquide (10) pour analyse ultérieure, et les moyens de régulation de débits de gaz (7a,7b) étant aptes à admettre des volumes égaux de gaz par la conduite d'admission amont (5a) et par la conduite d'admission aval (5b). 2. Système selon la revendication 1, dans lequel un système de piégeage (6a,6b) comprend un récipient extérieur (9) recevant un liquide de piégeage (10), une canule (11) connectée à la conduite d'admission (5) et insérée dans le récipient extérieur (9) et dans le liquide de piégeage (10), et un élément de collecte et/ou de captation (12) connecté à un moyen de régulation (7a,7b), apte à collecter les gaz admis par la conduite d'admission (5) et la canule (11). 3. Système selon la revendication 2, dans lequel le système de piégeage (6a,6b) comprend des billes pleines (13) disposées dans le liquide de piégeage (10) de sorte à limiter le volume du liquide de 3042423 12 piégeage pour atteindre un niveau prédéfini de remplissage du système de piégeage (6a,6b). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel les billes pleines (13) ont des diamètres compris entre 1 et 10 mm. .5 5. Système selon la revendication 3, dans lequel les billes pleines (13) ont des diamètres de 4 mm. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel les billes pleines (13) sont en verre. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, 10 dans lequel le liquide de piégeage (10) est choisi parmi un solvant organique, une phase aqueuse, une huile organique vierge ou une huile minérale. 8. Procédé de diagnostic d'un dispositif de filtration de polychlorobiphényles (PCBs) sous forme gazeuse ou de particules, 15 caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes On prélève des quantités égales de gaz en amont et en aval du dispositif de filtration, pendant une durée de mesure prédéfinie, On réalise le barbotage des gaz prélevés en amont du dispositif de filtration dans un premier liquide de piégeage, 20 On réalise le barbotage des gaz prélevés en aval du dispositif de filtration dans un deuxième liquide de piégeage, On analyse le premier liquide de piégeage de sorte à connaître la quantité de PCB transitant en amont du dispositif de filtration pendant la durée de la mesure, et 25 On analyse le deuxième liquide de piégeage de sorte à connaître la quantité de PCB transitant en aval du dispositif de filtration pendant la durée de la mesure, On calcule le pourcentage d'abattement de la concentration de PCB en aval du dispositif de filtration par rapport à la concentration 30 de PCB en amont du dispositif de filtration, On détermine si le pourcentage d'abattement est inférieur à un seuil prédéfini, Si tel est le cas, on considère que le dispositif de filtration doit être changé. 3042423 13 9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la durée de mesure est comprise entre quelques heures et plusieurs jours selon le débit de prélèvement de gaz et la concentration en PCB des gaz traversant le dispositif de filtration.