Désulfuration des gaz de combustion à base d'ammoniac dans l'industrie du coke

Introduction

La industrie du coke est une composante essentielle des secteurs sidérurgique et chimique, produisant du coke à partir de charbon pour alimenter les hauts-fourneaux et les procédés chimiques. Toutefois, le cokage est également associé à des émissions élevées de soufre , une composition complexe des gaz de combustion et des réglementations environnementales strictes. Le respect des exigences d’émissions ultra-basses en dioxyde de soufre (SO₂) et en oxydes d’azote (NOₓ) devient de plus en plus difficile, notamment sous la double pression de la conformité environnementale et du contrôle des coûts opérationnels.

Parmi les diverses technologies de désulfuration — désulfuration par voie humide au calcaire-gypse, méthodes à base de sodium et systèmes à base d’ammoniac — cette dernière s’est révélée la plus adaptée aux usines de cokéfaction , en raison de sa compatibilité avec les gaz de combustion à basse température et forte humidité, de sa capacité à valoriser les ressources d’ammoniac déjà disponibles et de sa possibilité de produire des sous-produits valorisables.

Défis liés au traitement des gaz de combustion issus de la cokéfaction

Les gaz de combustion provenant des fours à coke présentent plusieurs défis spécifiques :

• Basses températures et forte humidité : Les températures typiques des gaz de combustion varient de 180 à 280 °C, ce qui réduit l’efficacité des désulfurateurs à base de calcium conventionnels.

• Contaminants complexes : Les gaz de combustion contiennent du goudron, des poussières, des composés soufrés, des NOₓ et des métaux lourds en traces, ce qui exige un système robuste de contrôle multi-polluants.

• Fonctionnement continu : Les usines de cokéfaction fonctionnent en continu, ce qui nécessite un système fiable avec un temps d’arrêt minimal.

• Contraintes d'espace : Les installations de cokéfaction disposent souvent d’un espace limité pour l’ajout d’équipements supplémentaires, ce qui privilégie des solutions compactes et intégrées.

Avantages du désulfurateur à base d’ammoniac dans l’industrie de la cokéfaction

1. Efficacité élevée de désulfuration

Les systèmes de désulfuration des fumées (DSF) à base d’ammoniac peuvent systématiquement atteindre Des rendements d'élimination du SO₂ supérieurs à 98 % , répondant même aux normes d’émission les plus strictes. La réaction du SO₂ avec l’ammoniac produit sulfate d'ammonium , facile à collecter, à concentrer et à transformer en produits fertilisants de qualité. Cela permet aux usines de cokéfaction de se conformer à la réglementation environnementale sans investissement excessif dans le stockage de calcaire ou la manipulation de gypse.

2. Utilisation des ressources et économies de coûts

Les usines de cokéfaction produisent souvent de l'ammoniac comme sous-produit de la purification du gaz de haut fourneau. L'utilisation directe de cet ammoniac pour le désulfuration des gaz de combustion (FGD) réduit la nécessité de produits chimiques externes, limitant ainsi les coûts des matières premières et simplifiant la logistique. Le sulfate d'ammonium produit constitue un flux de revenus revenu complémentaire, compensant partiellement les frais d'exploitation et soutenant une approche d'économie circulaire.

3. Commande intégrée des multiples polluants

Les systèmes modernes de désulfuration des gaz de combustion (FGD) à base d'ammoniac sont conçus pour traiter plus que simplement le soufre. En intégrant des tours de pulvérisation à plusieurs étages, des éliminateurs de brouillard avancés et des séparateurs gaz-liquide , ces systèmes permettent également de réduire les matières particulaires (PM2,5), le mercure et d'autres métaux lourds. Cette commande intégrée améliore globalement la qualité des gaz de combustion et réduit l'impact environnemental.

4. Perturbation minimale de l'exploitation

Contrairement aux systèmes à base de chaux ou de calcaire, le DSR à base d'ammoniac possède une faible résistance du système et est moins sujet aux encrassements ou aux obstructions. La réaction liquide-gaz est rapide, et le procédé peut être intégré aux unités existantes de désulfuration des gaz de combustion et d’épuration des poussières, garantissant un fonctionnement ininterrompu du four à coke.

5. Synergie environnementale et économique

La capacité de transformer les émissions de soufre en engrais commercial sulfate d'ammonium crée un double avantage : réduire la pollution tout en générant de la valeur économique. L’engrais de haute qualité issu de la désulfuration des gaz de combustion peut répondre aux normes du marché, offrant ainsi aux usines de cokéfaction une source de revenus supplémentaire.

Points forts technologiques

Les systèmes de DSR à base d’ammoniac de pointe dans l’industrie de la cokéfaction intègrent plusieurs fonctionnalités avancées :

• Séparation et purification par étapes : Réduit le glissement d'ammoniac et la formation d'aérosols, éliminant ainsi la « fumée blanche » et garantissant des émissions ultra-basses.

• Absorption optimisée de la pulvérisation : Améliore le contact entre le dioxyde de soufre et l'ammoniac, maximisant ainsi l'efficacité de la réaction tout en minimisant la consommation de liquide.

• Fonctionnement économe en énergie : Les réactions exothermiques peuvent être récupérées, réduisant les pertes thermiques et la consommation énergétique globale du système.

• Élimination intégrée des poussières : Capture les matières particulaires fines en même temps que les composés soufrés, améliorant ainsi la qualité globale de l'air.

Étude de cas : Mise en œuvre par MirShine Environmental dans le Shandong

Dans une usine de cokéfaction à grande échelle, Le système désulfurateur à base d'ammoniac en étapes de MirShine Environmental a été déployé. Les principaux résultats obtenus étaient les suivants :

• Efficacité d’élimination du SO₂ supérieure à 98.5%, avec une concentration en sortie constamment inférieure à 30 mg/Nm³.

• Fuite d’ammoniac maintenue à moins de 1 mg/Nm³ , éliminant pratiquement les odeurs et l’impact environnemental.

• Élimination combinée des matières particulaires et des métaux lourds en traces, renforçant la maîtrise multi-polluants.

• Production annuelle d’engrais de sulfate d’ammonium de haute qualité, compensant 10–15 % des coûts opérationnels .

• Consommation d’énergie réduite de 18–20%par rapport aux systèmes traditionnels de désulfuration par boue de calcaire (FGD).

CONSIDÉRATIONS POUR LA MISE EN ŒUVRE

• Gestion de la source d'ammoniac : Assurer une disponibilité suffisante d'ammoniac sur site ou des contrats d'approvisionnement.

• Contrôle de la température et du débit gazeux : Maintenir les gaz de combustion dans les plages de température optimales pour l'absorption (180–280 °C).

• Intégration avec les systèmes SCR/SNCR : Le préconditionnement des gaz de combustion améliore l'efficacité ultérieure de l'élimination des NOₓ.

• Planification de la maintenance : Des matériaux résistants à la corrosion et des conceptions accessibles permettent un fonctionnement continu.

Conclusion

La Désulfuration des gaz de combustion (DGB) à base d'ammoniac offre une solution complète pour les usines de cokéfaction visant des émissions ultra-basses de SO₂, une efficacité opérationnelle et une viabilité économique. En transformant les émissions de soufre en un produit fertilisant commercialisable et en assurant un contrôle multi-polluants, cette technologie concilie responsabilité environnementale et avantage financier. Pour les exploitants du secteur de la cokéfaction, l’adoption d’une DGB à base d’ammoniac représente non seulement une conformité aux normes modernes en matière d’émissions, mais aussi un investissement stratégique dans une production durable et rentable.