Epuration des NOx (oxydes d’azote)

Concept (besoins et bénéfices)

Les oxydes d’azote contribuent à la pollution atmosphérique de manière très substantielle, même s’ils ne sont pas les seuls polluants. Les oxydes d’azote sont principalement deux gaz d’azote différents : le monoxyde d’azote (NO) et le dioxyde d’azote (NO2). Le terme NOX fait référence à la combinaison des gaz due aux facilités d’interconversion mutuelle qu’ils présentent en présence d’oxygène. Ces deux gaz ne sont pas les seuls, formellement le terme général « oxydes d’azote » englobe les composés suivants: NO2, N2O2, N2O4, N2O, N2O3, N2O5 y NO3, ce dernier étant instable.

On estime que 25 % des émissions de NOX dans l’atmosphère sont dues aux industries, les processus industriels générant du NOX en plus grosse quantité étant ceux de la production d’énergie, de la combustion de charbon, pétrole ou gaz naturel et les processus de galvanoplastie et de gravure de métaux. Le NO et le NO2 se forment lors des processus où, en présence d’azote et d’oxygène dans l’air, des températures supérieures à 1200 ºC sont atteintes.

Tous les oxydes d’azote ont en commun d’être des gaz polluants et leurs émissions ont un impact substantiel sur l’environnement. Les principaux effets qu’ils produisent sont:

  • Destruction de l’ozone atmosphérique
  • Contribution à l’effet de serre
  • Production de pluie acide
  • Génération de smog photochimique

Il est donc absolument nécessaire, en premier lieu, de minimiser leur production. Ensuite, de supprimer les oxydes d’azote si leur génération n’a pu être évitée. L’objectif de minimiser leur génération peut être atteint avec trois stratégies différentes:

  • En réduisant la température d’exploitation
  • En réduisant la durée de résistance des gaz, notamment l’azote, dans la zone de combustion où les températures sont élevées.
  • En diminuant le rapport oxygène-combustible. En réduisant l’excès d’oxygène, la génération de NOX est considérablement baissée.

Toutefois, il est impossible d’éviter complètement la génération d’oxydes d’azote et pour respecter la réglementation toujours plus exigeante, il faut utiliser des techniques qui permettent d’éliminer les NOX créés. Les techniques les plus utilisées pour cela sont:

  • Absorption par réaction chimique

    Cette technique consiste en l’absorption des NOX par une réaction chimique en phase liquide utilisant, généralement, de l’acide sulfurique. Celui-ci réagit avec les oxydes d’azote et forme l’espèce HSO4NO (acide nitrosylsulfurique), qui reste dans la phase liquide. En cas de forte pression (2 atm) et de basse température (35 ºC) les NOX sont absorbées dans la phase liquide. Le processus peut être inversé avec une forte température (180ºC) et une basse pression (0,5 atm) ; dans ces conditions, la molécule azotée (désormais acide nitrique à cause de la présence de l’eau) est séparée de l’acide sulfurique, qui peut être réutilisé.

    Ce processus présente l’inconvénient d’obliger à manipuler des réactifs chimiques corrosifs et dangereux, et requiert de l’espace. Les efficacités obtenues ne sont pas élevées, c’est pourquoi la technique est recommandable pour de faibles charges de NOX.

  • Réduction par réaction sélective non catalytique (SNCR)

    Cette technique permet de réduire les émissions d’oxydes d’azote en les convertissant en azote par une réaction chimique non catalytique. Pour effectuer cette conversion, sans la présence d’aucun catalyseur, il faut monter la température dans la fourchette 850-1100 ºC. La température d’exploitation dépend directement de l’agent réducteur utilisé, les plus courants étant l’ammoniac ou l’urée.

    Cette technique est souvent utilisée dans de petits chauffe-eau industriels, car sur des installations de plus grande taille les coûts de travail dans cette fourchette de températures explosent. La machine de SNCR ne requiert pas un grand espace, elle est facile à installer et à exploiter. Toutefois, l’efficacité de la réduction atteinte est modérée, ce qui fait que la technique est valable pour les cas où les émissions d’oxydes d’azote sont basses.

  • Réduction par réaction chimique catalytique sélective (SCR)

    Cette technique repose sur un processus catalytique où les oxydes d’azote sont réduits de manière sélective en présence d’un catalyseur, tandis que l’agent réducteur (ammoniac ou urée) est oxydé en azote. Le fait que la réaction se fasse sur la surface du catalyseur rend possible une température nécessaire comprise dans la fourchette 250-450 ºC. La température d’exploitation finira par dépendre de plusieurs facteurs, le catalyseur utilisé étant l’un des paramètres clés.

    L’agent réducteur, en pratique, peut être une dissolution aqueuse d’ammoniac, de l’ammoniac liquéfié ou bien une dissolution aqueuse d’urée. Des trois, l’utilisation d’ammoniac liquéfié est l’option la plus économique, ce qui se traduit par des coûts d’exploitation inférieurs. Par contre, la manipulation d’ammoniac liquéfié est beaucoup plus compliquée, à cause de ses caractéristiques, que celle d’une solution aqueuse d’ammoniac ou d’urée. L’utilisation, le stockage et le transport d’ammoniac liquéfié sont soumis à la Directive 96/82/CE (Directive Seveso II). L’ammoniac liquéfié doit être utilisé en suivant un protocole strict de sécurité, parce qu’il est très corrosif et très explosif en présence d’oxygène.

    Au niveau de l’exploitation, plus grande sera la relation NH3/NOX alimentée, plus grande sera l’efficacité obtenue. Toutefois, la quantité d’ammoniac n’ayant pas réagi et gaspillé dans le courant de gaz augmentera aussi. Cette perte d’ammoniac n’ayant pas réagi doit être minimisée, car celui-ci réagit en présence d’eau avec le SO3, pour produire du bisulfate d’ammonium (NH4HSO4), qui est corrosif et qui salit les installations. La clé d’une exploitation optimale est l’alimentation en ammoniac dans une mesure telle que l’on parvient à un bon rendement tout en minimisant la quantité d’ammoniac n’ayant pas réagi.

    Le choix du catalyseur est déterminant dans le processus, car il influence des paramètres clés comme la température d’exploitation et l’extension de la réaction. Il existe quatre matériaux différents utilisés comme catalyseurs :

    • Oxydes métalliques (de vanadium, tungstène, molybdène ou chrome) sur une base de dioxyde de titane (TiO2)
    • Zéolites
    • Oxydes de fer enveloppés d’une fine couche de phosphate de fer
    • Charbon actif

    Le choix du catalyseur conditionne aussi directement les coûts d’exploitation, car tous n’ont pas les mêmes propriétés, coût et vie utile.

    Les principaux avantages de la technologie SCR reposent sur le rendement d’élimination de NOX, qui est très élevé, en plus de transformer les NOX en azote sans produire aucun sous-produit ni déchet.

    Les principales différences entre les techniques décrites pour l’élimination des NOX sont résumées dans le tableau.

    Ainsi, l’émission d’oxydes d’azote doit être contrôlée car elle est strictement régulée par la réglementation en vigueur. La première étape pour son contrôle est de minimiser la production de ces gaz. La production qui ne peut pas être évitée devra être correctement traitée avant de libérer les autres gaz dans l’atmosphère. Pour éliminer les NOX la technique la plus efficace est la réduction par réaction chimique catalytique sélective (SCR).

Offre de Condorchem Envitech

L’équipe d’experts en traitement de l’air de Condorchem Envitech a de l’expérience dans tous les processus de traitement NOX les plus efficaces détaillés plus haut:

De plus, Condorchem Envitech a développé et breveté un nouveau processus (DeNOx®) pour le traitement des émissions de NOX produites dans les centrales thermosolaires de génération d’énergie, en transformant les NOX en produits réutilisés dans le processus de la centrale.

Dans une centrale solaire thermique, la lumière du soleil est concentrée à travers des miroirs dans un récepteur qui atteint des températures allant jusqu’à 1 000º C. Cette chaleur est utilisée pour réchauffer un fluide et générer de la vapeur, qui déplace une turbine et produit de l’électricité. Les premières centrales ne pouvaient opérer que pendant les heures de rayonnement solaire, mais il est aujourd’hui possible de stocker la chaleur, afin de produire la nuit.

L’énergie obtenue du rayonnement solaire est stockée dans des sels, un mélange de nitrate de sodium et de nitrate de potassium, qui possèdent un point de fusion approprié. Ils se trouvent à l’état liquide, c’est pourquoi une température de 280º C est nécessaire. Les sels liquides sont réchauffés jusqu’à 565º C, température à laquelle ils sont stockés. L’innovation repose sur le fait que la génération d’électricité dépend du niveau de sels chauds stockés et non pas du rayonnement solaire. Pour produire l’électricité, des sels chauds sont utilisés pour faire bouillir l’eau dans un échangeur de chaleur et produire de la vapeur à 540º C et 100 bars. A travers une turbine, la vapeur permet de produire de l’électricité, en fonction de la demande présente, en temps réel.

Malgré les nombreux avantages de cette technique, elle pose également un important problème environnemental. Pendant le réchauffement, les sels liquides libèrent des oxydes d’azote (NOX), sous forme d’émissions discontinues et à concentration variable.

Le procédé DeNOx® émule les mécanismes naturels d’autoépuration de l’atmosphère elle-même, à travers une combinaison contrôlée des émissions de NOX avec de la vapeur d’eau, de l’ozone et des rayons ultraviolets. Ce procédé, d’une élégante simplicité, qui garantit de hautes performances dans le traitement des NOX, réunit une grande efficacité et un fonctionnement robuste et fiable..

Les principaux avantages du procédé DeNOx® par rapport aux alternatives traditionnelles sont :

  • Rendement de l’élimination de NOX supérieur à 99 %
  • Valorisation des déchets en matière première réutilisable dans le procédé d’accumulation d’énergie solaire thermique
  • Ne génère pas de déchets chimiques
  • Absence de composés dangereux dans les émissions atmosphériques
  • Réplique du mécanisme naturel atmosphérique de l’auto-régénération
  • Fonctionnement simple et fiable
  • Procédé complètement automatisé et de fonctionnement robuste

Nos équipements

Secteurs et technologies

Au niveau industriel, les NOX sont créés dans les processus où sont brûlés des combustibles fossiles. Ces technologies peuvent donc être appliquées au sein d’un grand nombre d’installations industrielles dans lesquelles est générée de l’énergie thermique par un processus de combustion alimenté par des combustibles fossiles. Enfin, le processus DeNOx® est une alternative très récente et compétitive pour le traitement des émissions de NOX dans les centrales thermosolaires.