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Comment traiter les gaz résiduaires azotés et salins dans un système RTO
10/09/2025
Avec l'industrialisation croissante, la qualité de vie s'est nettement améliorée et l'offre de biens de première nécessité n'a cessé d'augmenter. Cependant, la dégradation croissante de l'environnement écologique représente un défi majeur pour la survie et le développement de l'humanité.
Ces dernières années, de graves problèmes environnementaux tels que le smog, l'effet de serre, l'appauvrissement de la couche d'ozone et le smog photochimique — tous causés par la pollution atmosphérique — ont suscité une vive attention du public.
En Chine, les sources de pollution par les gaz résiduaires organiques sont principalement concentrées dans les industries pétrolières et chimiques. Lors des processus de production, ces industries génèrent des gaz résiduaires organiques azotés et des gaz résiduaires inorganiques du fait de leur consommation d'énergie. Le rejet de ces gaz résiduaires divers et fortement concentrés dans l'atmosphère a inévitablement des répercussions sur l'environnement et la santé humaine.
Pour traiter ces gaz résiduaires, un traitement technique est nécessaire afin de garantir qu'ils respectent les normes d'émission avant leur rejet, réduisant ainsi la pollution environnementale.
Procédés de traitement des gaz résiduaires contenant de l'azote
Sélection du processus
Parmi les différentes technologies de traitement des COV, l'incinération est actuellement la méthode la plus fiable. Les équipements les plus utilisés pour le traitement des COV par incinération comprennent les oxydateurs thermiques (OT). Oxydateur thermique régénératifs (RTO), oxydants catalytiques (CO) et oxydants catalytiques régénératifs (RCO).
Parmi les différentes technologies de traitement des COV, l'incinération est actuellement la méthode la plus fiable. Les équipements les plus utilisés pour le traitement des COV par incinération comprennent les oxydateurs thermiques (OT). Oxydateur thermique régénératifs (RTO), oxydants catalytiques (CO) et oxydants catalytiques régénératifs (RCO).
Le principe de fonctionnement d'un RTO repose sur le chauffage des gaz résiduaires organiques à plus de 760 °C, température à laquelle les COV qu'ils contiennent sont oxydés en dioxyde de carbone et en eau. Le gaz à haute température ainsi généré traverse un matériau de stockage thermique en céramique spécialement conçu, chauffant ce dernier et emmagasinant de l'énergie thermique. Cette chaleur stockée est ensuite utilisée pour préchauffer les gaz résiduaires organiques entrants, réduisant ainsi la consommation de combustible nécessaire à leur chauffage. Chaque chambre de stockage thermique fonctionne en continu selon un cycle comprenant le stockage, la restitution et la purge de la chaleur. Après la phase de restitution, la chambre doit être purgée avec une partie du gaz traité et épuré avant de pouvoir reprendre la phase de stockage.
Les RTO peuvent être classés en deux types : les types à commutation de vannes (à lit fixe) et les types à vannes rotatives.
Les RTO à commutation de vannes comprennent les RTO à deux chambres de première génération et les RTO à trois chambres ou à plusieurs chambres de deuxième génération. Ils sont constitués de deux chambres de stockage de chaleur ou plus, remplies de céramique, où des vannes de commutation modifient le sens du flux d'air pour préchauffer les gaz résiduaires COV.
Les RTO à commutation de vannes comprennent les RTO à deux chambres de première génération et les RTO à trois chambres ou à plusieurs chambres de deuxième génération. Ils sont constitués de deux chambres de stockage de chaleur ou plus, remplies de céramique, où des vannes de commutation modifient le sens du flux d'air pour préchauffer les gaz résiduaires COV.
En général, plus le nombre de chambres de stockage de chaleur est élevé, plus l'efficacité de purification est importante. Les RTO rotatifs comportent 12 chambres et présentent une conception cylindrique. Ils utilisent une seule vanne rotative pour remplacer plusieurs vannes de commutation pour la dérivation des gaz résiduaires, représentant ainsi une technologie de troisième génération et constituant actuellement le système RTO le plus avancé au monde.
Structure d'un RTO rotatif
Le RTO rotatif se compose principalement d'une chambre de combustion, de lits de garnissage en céramique et d'une vanne rotative.
Le four est divisé en 12 chambres : 5 pour l'entrée des gaz résiduaires, 5 pour la sortie des gaz purifiés, 1 pour la purge et 1 pour l'isolation.
Le RTO rotatif se compose principalement d'une chambre de combustion, de lits de garnissage en céramique et d'une vanne rotative.
Le four est divisé en 12 chambres : 5 pour l'entrée des gaz résiduaires, 5 pour la sortie des gaz purifiés, 1 pour la purge et 1 pour l'isolation.
La vanne de distribution des gaz résiduaires, actionnée par un moteur, tourne de manière continue et régulière. Sous l'action de cette vanne, les gaz résiduaires sont progressivement et continuellement répartis entre les 12 chambres.
La structure d'étanchéité du Rotary RTO utilise une étanchéité par contact, caractérisée par une résistance à l'usure, une résistance aux hautes températures et une résistance à la corrosion.
La structure d'étanchéité du Rotary RTO utilise une étanchéité par contact, caractérisée par une résistance à l'usure, une résistance aux hautes températures et une résistance à la corrosion.
Analyse des produits de combustion des composés organiques azotés
Mécanisme de formation des oxydes d'azote
Les oxydes d'azote (NOx) sont générés par les trois voies suivantes :
Les oxydes d'azote (NOx) sont générés par les trois voies suivantes :
- NOx thermiques : Formés par l'oxydation de l'azote dans l'air à des températures élevées (supérieures à 1400 °C), représentant 15 % à 25 % de la production totale de NOx.
- NOx rapides : Ils sont générés lorsque les radicaux CH issus de la décomposition à haute température des hydrocarbures contenus dans les composés volatils du carburant réagissent avec l’azote de l’air pour former du HCN et du N₂, qui réagissent ensuite rapidement avec l’oxygène pour former des NOx. Ce type de NOx représente généralement moins de 5 % de la production totale de NOx.
- NOx du carburant : produits lorsque les composés azotés du carburant sont oxydés lors de la combustion.
Facteurs influençant la génération de NOx
Les produits de combustion des composés organiques azotés sont un mélange de N₂ et de NOx. La teneur en NOx dépend de divers facteurs, notamment la température, les concentrations d'azote (N) et d'oxygène (O), les caractéristiques du combustible et le temps de séjour. Lorsque le gaz combustible contient des composés azotés tels que le HCN, la pyridine ou la quinoléine, l'azote de ces composés est d'abord converti en HCN lors de la combustion (dans la flamme, contrairement aux NOx thermiques qui se forment en aval de la flamme), puis en NH ou NH₂.
Les produits de combustion des composés organiques azotés sont un mélange de N₂ et de NOx. La teneur en NOx dépend de divers facteurs, notamment la température, les concentrations d'azote (N) et d'oxygène (O), les caractéristiques du combustible et le temps de séjour. Lorsque le gaz combustible contient des composés azotés tels que le HCN, la pyridine ou la quinoléine, l'azote de ces composés est d'abord converti en HCN lors de la combustion (dans la flamme, contrairement aux NOx thermiques qui se forment en aval de la flamme), puis en NH ou NH₂.
NH et NH₂ peuvent réagir avec l'oxygène pour former NO + H₂O : 2NH₂ + 2O₂ → NO + 2H₂O. Ils peuvent également réagir avec NO pour former N₂ + H₂O. Dans la flamme, la proportion d'azote du combustible convertie en NO dépend du rapport NO/O₂. Lorsque α est inférieur à 0,7, la production de NO est quasi nulle.
Des expériences montrent que 20 % à 80 % des composants azotés du carburant sont convertis en NO lors de la combustion. En cas d'insuffisance d'oxygène pendant la combustion (α
- Des températures de combustion élevées favorisent la formation de NOx. Il est recommandé de contrôler la température de combustion lors de la combustion de composés organiques azotés.
- Une teneur plus élevée en oxygène lors de la combustion favorise la formation de NOx. Si des composés organiques azotés contiennent de l'oxygène (par exemple, des composés nitrés), cela augmente également la teneur en NOx.
- Lors de la combustion, les composés organiques azotés sont d'abord convertis en HCN, puis en NH ou NH2, qui réagissent avec l'oxygène pour former des NOx. Par conséquent, la quantité de NOx générée suit l'ordre suivant : composés (sub)aminés (-NH ou -NH2) > composés cyanés (-CN).
Analyse des produits de combustion de certains composés organiques azotés
Les conclusions suivantes peuvent être tirées des calculs ci-dessus :
- À mesure que la température augmente, la pente de la courbe de conversion s'accentue. Des températures plus élevées entraînent une production accrue de NOx thermiques.
- L'ajout de substituants plus nombreux et de chaînes plus longues entraîne une diminution du taux de conversion. En effet, ces substituants rendent les molécules moins stables, plus susceptibles de réagir avec l'oxygène et réduisent la probabilité que l'azote se combine à l'oxygène.
- Les composés organiques azotés contenant de l'oxygène présentent des taux de conversion plus élevés.
Introduction aux procédés de traitement des gaz résiduaires azotés
Les gaz résiduaires azotés sont collectés et dirigés vers le système RTO. Le ventilateur principal les achemine, à travers un pare-flammes, vers le RTO, où ils sont répartis par la vanne rotative dans les chambres de stockage de chaleur. Lors de leur ascension, les gaz absorbent la chaleur et sont préchauffés à plus de 850 °C avant d'entrer dans la chambre de réaction. Lorsque la température dans la chambre de réaction supérieure atteint 900 °C, les composants azotés sont presque entièrement oxydés et décomposés.
Les gaz résiduaires séjournent dans la chambre supérieure pendant au moins une seconde. Après combustion complète dans la chambre de réaction à haute température, les gaz purifiés ainsi obtenus pénètrent dans cinq autres chambres de stockage de chaleur pour y dissiper la chaleur. Les gaz sont ensuite évacués par des conduites basse température, se mélangent à des conduites haute température et entrent dans un échangeur de chaleur à plaques pour être refroidis. Les gaz refroidis sont traités par un système de dénitrification SCR afin d'éliminer les NOx, polluants secondaires générés lors de la combustion. Les gaz purifiés sont ensuite rejetés par une cheminée d'échappement via un ventilateur d'extraction.
Étant donné que les gaz résiduaires contenant de l'ammoniac génèrent des NOx après combustion, des mesures anticorrosion sont nécessaires pour les canalisations basse température du RTO.
Les technologies exclusives développées par Yurcent Environment, notamment la technologie de dénitrification RTO + SCR et la technologie anti-colmatage au sel d'ammonium pour les gaz résiduaires azotés et salins, offrent aux clients des solutions de haute qualité à faibles émissions. Solutions de traitement des gaz résiduairesCes technologies ont démontré une efficacité remarquable et ont été reconnues par de nombreuses entreprises clientes.