Désulfuration à l’ammoniac pour les gaz de combustion industriels : de l’élimination du SO₂ au recyclage des ressources soufrées

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La maîtrise industrielle du SO₂ évolue

Pendant de nombreuses années, la désulfuration industrielle a été considérée principalement comme un procédé de protection environnementale en bout de chaîne.

L’objectif était simple : éliminer le dioxyde de soufre des gaz de combustion avant qu’ils n’atteignent la cheminée.

Cet objectif demeure important, mais de nombreuses entreprises industrielles examinent désormais l’équilibre matériel global du procédé. Si un polluant peut être transformé en un produit utile, le système environnemental peut ainsi générer une valeur économique supplémentaire.

C’est ici que la désulfuration à l’ammoniac devient particulièrement intéressante.

Plutôt que d’utiliser de la chaux comme agent absorbant principal, on utilise de l’ammoniac pour capturer le dioxyde de soufre. Le soufre absorbé peut ensuite être converti en sulfate d’ammonium.

Pour les installations industrielles adaptées, ce procédé permet donc de combiner la maîtrise des émissions de SO₂ avec la récupération de soufre et d’azote.

MirShine Environmental Group propose des solutions de désulfuration à base d’ammoniac conçues spécifiquement en fonction des conditions réelles de fonctionnement des clients industriels.

Le principe fondamental de la désulfuration à l’ammoniac

L'ammoniac possède une forte capacité à réagir avec les composés soufrés acides.

Lorsque le dioxyde de soufre pénètre dans l'absorbeur, il entre en contact avec un liquide contenant de l'ammoniac.

Le SO₂ est absorbé dans la phase liquide et réagit avec l'ammoniac, formant des sulfites d'ammonium et des bisulfites d'ammonium.

Ces composés peuvent ensuite être oxydés en sulfate d'ammonium.

Le procédé simplifié peut être compris ainsi :

SO₂ → absorption → sulfite/bisulfite d'ammonium → oxydation → sulfate d'ammonium

Le procédé peut être ajusté selon la forme du produit souhaitée et les conditions de l'usine.

Pourquoi l'ammoniac constitue un réactif intéressant pour la désulfuration

Le choix du réactif influence directement à la fois le procédé et l'économie d'un système FGD.

La chaux vive est peu coûteuse et largement disponible, ce qui explique en partie pourquoi le procédé FGD à base de chaux vive et de gypse s'est généralisé dans les applications à grande échelle.

L'ammoniac présente un avantage différent.

Il peut participer directement à la formation de sulfate d'ammonium, un matériau utile sur le plan commercial.

Cela signifie que le soufre éliminé des gaz de combustion ne doit pas nécessairement être traité uniquement comme un déchet.

Pour les installations où l'ammoniac est facilement disponible et où le sulfate d'ammonium a une valeur marchande, cela peut modifier la rentabilité du procédé de désulfuration.

Applications dans l'industrie sidérurgique

La production d'acier comprend plusieurs procédés au cours desquels les émissions de dioxyde de soufre peuvent poser un problème environnemental.

Selon la voie de production ainsi que les caractéristiques du combustible ou des matières premières, le SO₂ peut être généré lors du frittage, du chauffage et d'autres opérations liées à la combustion.

Un système de désulfuration à base d'ammoniac peut être évalué pour ces applications lorsque les conditions des gaz sont compatibles avec le procédé.

L'un des avantages est que le système peut potentiellement être intégré à d'autres technologies environnementales.

Par exemple, une usine sidérurgique peut nécessiter :

• Désulfuration

• Dénitrification

• Élimination de la poussière

• Refroidissement des gaz

• Récupération de chaleur perdue

Une conception coordonnée peut aider à éviter de traiter chaque système de contrôle de la pollution comme une installation entièrement indépendante.

Applications dans les installations chimiques et pétrochimiques

Les usines chimiques et pétrochimiques peuvent présenter des courants de gaz relativement complexes.

Certaines installations disposent déjà d’infrastructures liées à l’ammoniac, ce qui peut simplifier l’intégration d’un système de Désulfuration par ammoniac (FGD).

Toutefois, la présence d’autres gaz et de contaminants doit être évaluée avec soin.

Avant de sélectionner un procédé de désulfuration à base d’ammoniac, les ingénieurs doivent examiner :

• La concentration de SO₂

• Débit des gaz de combustion

• Température

• Humidité

• La poussière

• Chlorures

• Autres composants acides

L’objectif est de concevoir le procédé d’absorption et de traitement en aval autour de la composition réelle des gaz, plutôt que de partir d’une composition standard hypothétique.

Applications dans la production d'électricité

La production d’électricité demeure l’une des plus importantes applications industrielles de la désulfuration des gaz de combustion.

Lorsque des combustibles contenant du soufre sont utilisés, l’élimination du SO₂ constitue une composante essentielle du système de contrôle des émissions.

La désulfuration des gaz de combustion à l’ammoniac peut être envisagée lorsque l’installation dispose de :

• Un approvisionnement fiable en ammoniac

• Des conditions adéquates des gaz de combustion

• Une demande de sulfate d’ammonium

• Des infrastructures appropriées pour la manutention du produit

L’évaluation économique revêt une importance particulière, car les prix de l’ammoniac et la valeur des engrais peuvent évoluer dans le temps.

La valorisation des ressources modifie la manière dont la désulfuration des gaz de combustion est évaluée

Un projet environnemental classique est souvent évalué en fonction de l’investissement initial et des coûts d’exploitation.

Pour la désulfuration à l’ammoniac, le calcul peut être plus large.

Le projet peut comporter :

Consommation d’ammoniac + consommation énergétique + coût de maintenance

mais potentiellement aussi :

Valeur de production de sulfate d’ammonium

Cela ne signifie pas que tout projet de DSN à l’ammoniac sera automatiquement plus économique que celui à base de calcaire.

Le résultat final dépend des conditions locales.

Par exemple, le coût de l’ammoniac peut être élevé dans un lieu donné, tandis que la demande locale de sulfate d’ammonium est forte. Dans un autre lieu, la pierre calcaire peut être peu coûteuse et le gypse peut déjà bénéficier d’un marché bien établi.

Une étude de faisabilité spécifique au site est donc essentielle.

La maîtrise du procédé est critique

Un fonctionnement stable exige plus que l’ajout simple d’ammoniac aux gaz de combustion.

Le procédé d’absorption doit maintenir des conditions opératoires appropriées.

Les paramètres importants comprennent :

• Rapport liquide/gaz

• Concentration en ammoniac

• pH

• Conditions d’oxydation

• Température du gaz

• Débit de gaz

Si ces paramètres ne sont pas correctement contrôlés, l’efficacité du réactif peut diminuer et la qualité du produit devenir instable.

Cela revêt une importance particulière lorsque le sulfate d’ammonium est destiné à une utilisation commerciale.

Fuites d’ammoniac et optimisation du procédé

L’un des enjeux à contrôler rigoureusement dans les procédés à base d’ammoniac est l’excès d’ammoniac.

Si l’ammoniac est fourni en quantité nettement supérieure à celle strictement nécessaire à la réaction, le système peut connaître une consommation accrue d’ammoniac et éventuellement des fuites d’ammoniac plus importantes.

Une bonne conception de procédé vise à assurer une élimination suffisante du SO₂ sans suralimenter inutilement en ammoniac.

Cela nécessite une mesure fiable, une logique de commande appropriée et un bon contact gaz-liquide.

Traitement intégré des gaz de combustion

Les installations industrielles modernes ont rarement un seul polluant à maîtriser.

Une usine typique peut devoir traiter :

• NOX

• SO₂

• La poussière

• C.O.V. (composés organiques volatils)

• Gaz acides

Le portefeuille technologique environnemental de MirShine comprend la désulfuration, la dénitrification, l’élimination des poussières, le traitement des COV et les systèmes connexes.

Cela permet d’envisager conjointement différents procédés lorsqu’un projet exige un traitement global des gaz de combustion.

Par exemple, une installation industrielle peut associer un désulfurateur à base d’ammoniac (FGD) à une dénitrification par catalyse sélective (SCR).

La configuration finale dépend de la séquence des procédés et des conditions réelles des gaz de combustion.

Pourquoi collaborer avec un bureau d’études expérimenté en désulfuration des gaz de combustion Entreprise ?

L’absorbeur lui-même ne constitue qu’une seule partie d’un système de désulfuration.

Le système complet peut comprendre :

• Équipements d’absorption

• Pompes de circulation

• Approvisionnement en ammoniac

• Oxydation

• Récupération du produit

• Instrumentation

• Système de contrôle

• Conduits

• Équipement de soutien

Un fournisseur disposant d’une expérience plus étendue en ingénierie est à même d’évaluer les interactions entre ces sous-systèmes.

MirShine fournit des solutions de conception et d’équipements pour le traitement industriel des fumées, en mettant l’accent sur des systèmes sur mesure plutôt que sur des offres standardisées.

Conclusion

La désulfuration à l’ammoniac offre une approche alternative pour la maîtrise industrielle du SO₂.

Sa caractéristique principale réside dans la possibilité de récupérer le soufre sous forme de sulfate d’ammonium, au lieu de générer uniquement un flux de déchets.

Pour les usines disposant d’un approvisionnement adéquat en ammoniac, de conditions gazeuses appropriées et d’un marché pour le sulfate d’ammonium, cette technologie peut offrir une combinaison intéressante de protection de l’environnement et de valorisation des ressources.

MirShine Environmental Group développe des solutions personnalisées de DSN à base d’ammoniac pour ses clients industriels et peut intégrer la désulfuration à d’autres technologies de traitement des gaz de combustion, selon les besoins.

Questions fréquemment posées

Comment l’ammoniac élimine-t-il le SO₂ ?

L’ammoniac réagit avec le dioxyde de soufre absorbé pour former du sulfite d’ammonium et du bisulfite d’ammonium. Ces composés peuvent ensuite être oxydés en sulfate d’ammonium.

Quel est l’avantage de la désulfuration à l’ammoniac ?

L’avantage principal est que le soufre extrait des gaz de combustion peut éventuellement être récupéré sous forme de sulfate d’ammonium, plutôt que d’être traité uniquement comme un déchet.

La DSN à l’ammoniac convient-elle aux aciéries ?

Elle peut convenir à certains procédés de production sidérurgique, selon la concentration de SO₂, le débit gazeux, la température, la teneur en poussières et d’autres caractéristiques des gaz.

À quoi sert le sulfate d’ammonium ?

Le sulfate d’ammonium est couramment utilisé comme engrais contenant de l’azote et du soufre, à condition que le produit réponde aux exigences de qualité applicables.

La désulfuration par lavage à l’ammoniac (FGD) est-elle meilleure que la désulfuration par lavage à la chaux ?

Aucune des deux technologies n’est universellement supérieure. Le choix approprié dépend des prix des réactifs, de la valeur du produit obtenu, des conditions des gaz, des infrastructures de l’usine et des exigences environnementales.

La désulfuration par lavage à l’ammoniac (FGD) et la réduction catalytique sélective (SCR) peuvent-elles être combinées ?

Oui. La désulfuration par lavage à l’ammoniac (FGD) et la dénitrification par SCR peuvent être intégrées dans un système global de traitement des fumées industrielles.

Quelles informations sont nécessaires pour établir une proposition de désulfuration par lavage à l’ammoniac (FGD) ?

Les informations typiques comprennent le débit gazeux, la concentration de SO₂, la température des gaz, la concentration de poussières, l’humidité, le niveau d’émission requis en sortie, les heures de fonctionnement et la disposition disponible sur le site.

MirShine fabrique-t-elle des équipements FGD ?

MirShine fournit des solutions d’ingénierie environnementale et d’équipements pour le traitement des fumées industrielles, y compris des systèmes de désulfuration sur mesure.