Les poussières et les fumées constituent généralement la première source de problèmes opérationnels dans une usine de DAP, et elles apparaissent souvent bien avant que l'on ne s'interroge sur la capacité nominale. L'ammoniac et les fines particules libérées lors des étapes de granulation et de séchage doivent être évacués, soit par un système de captage et de traitement bien conçu, soit dans l'environnement de l'usine et l'atmosphère. Dans une usine où le système de traitement des gaz a été négligé lors de la conception initiale, ou lorsque la conception, bien qu'adéquate pour les conditions de fonctionnement prévues, n'a pas pris en compte les variations, les conséquences se traduisent par des non-conformités réglementaires, des problèmes de propreté, des pertes de produit et des défaillances de roulements dues à l'accumulation de poussières dans les équipements rotatifs.
Nous aborderons les principales sources d'émissions dans un usine DAP, les options de lavage et de captage de poussière pour chacune, les principes qui régissent l'agencement des conduits et les considérations de conformité pertinentes pour les usines en Afrique et au Moyen-Orient.
Origine des émissions
Section de préneutralisation et de réaction. La suspension chaude de phosphate d'ammonium contenue dans le préneutralisation est en équilibre avec la vapeur d'ammoniac présente dans l'espace gazeux situé au-dessus. Même avec un contrôle précis du taux de neutralisation, une certaine quantité d'ammoniac subsiste sous forme de vapeur au-dessus de la suspension et doit être évacuée et traitée. Le volume de gaz provenant du préneutralisation est relativement faible comparé à celui du sécheur, mais la concentration en ammoniac peut être élevée. De plus, les composés fluorés présents dans le phosphate d'ammonium peuvent également se retrouver en phase gazeuse sous forme de fluorure d'hydrogène ou de fluorure de silicium, nécessitant un traitement avant rejet.
Le granulateur est l'une des principales sources d'émissions d'ammoniac dans une usine de DAP bien exploitée. La suspension chaude introduite dans le granulateur libère de l'ammoniac en phase gazeuse à l'intérieur du tambour, au contact du lit de granulés et par évaporation de l'ammoniac résiduel non réagi à la surface de la suspension. De l'ammoniac supplémentaire est ajouté intentionnellement dans l'ammoniateur-granulateur pour achever la réaction. Le gaz sortant du granulateur contient de l'ammoniac, de la vapeur d'eau, des composés fluorés et des poussières fines issues du produit ; ce mélange nécessite un traitement en plusieurs étapes pour atteindre des niveaux d'émission acceptables.
Les gaz d'échappement du séchoir constituent le flux gazeux le plus important de l'installation. L'air chaud provenant du brûleur traverse l'intégralité du volume du séchoir, entraînant avec lui de fines particules granulaires et de l'ammoniac issu de la production. Les gaz d'échappement sortant du séchoir peut transporter des charges de poussière importantes, en particulier pendant les périodes instables où le granulateur produit une fraction de fines supérieure à la normale, et contient également les composés fluorés et l'ammoniac résiduel transportés dans le séchoir avec l'alimentation en granulés.
L'échappement refroidi transporte moins d'ammoniac et moins de poussière que l'échappement du séchoir, mais la température plus basse de ce flux gazeux introduit un risque de condensation : si le gaz contient des aérosols acides ou des composés fluorés, ceux-ci peuvent se condenser sur les conduits d'échappement refroidis et les surfaces du laveur lorsque le gaz se refroidit en dessous du point de rosée, ce qui nécessite une construction résistante à la corrosion dans cette partie du trajet du gaz.
Les zones de manutention des produits secs, le concasseur, les cribles, ainsi que les sections de convoyage et de stockage des produits génèrent des poussières par abrasion et impacts lors du transfert. Ces poussières, composées de granulés de MAP ou de DAP, nécessitent une aspiration et une collecte à la source plutôt qu'un lavage humide, car elles sont récupérées et recyclées dans le procédé.
Options de conception des épurateurs
Le traitement standard des flux gazeux contenant de l'ammoniac et du fluorure provenant du granulateur, du sécheur et du préneutraliseur repose sur un système de lavage humide utilisant une solution acide comme milieu absorbant. Cette solution est généralement de l'acide phosphorique dilué ou la solution de phosphate d'ammonium produite par la réaction d'absorption elle-même. Au contact de la solution acide dans le laveur, l'ammoniac réagit pour former du phosphate d'ammonium, qui est recyclé vers le préneutraliseur ou le granulateur comme charge. Ce procédé d'absorption réactive transforme les émissions d'ammoniac en produit et les réintègre au processus au lieu de les rejeter comme déchet.
Les épurateurs à passage unique font passer le gaz une seule fois dans une cuve d'épuration, puis rejettent le gaz traité. Les systèmes d'épuration multi-étages font passer le gaz à travers deux étages d'épuration ou plus, chacun utilisant une liqueur neuve ou recirculée, permettant ainsi d'obtenir des concentrations d'ammoniac progressivement plus faibles dans le gaz de sortie. Le choix entre un système d'épuration à passage unique ou multi-étages dépend de la concentration d'ammoniac à l'entrée (qui est plus élevée lorsque l'installation fonctionne avec des taux de recyclage élevés ou lorsque la granulation est instable) et de la limite d'émission applicable sur le site.
Les laveurs Venturi et les laveurs à garnissage sont tous deux utilisés dans les usines de traitement du DAP. Les laveurs Venturi sont compacts et ne comportent pas de garnissage interne susceptible de s'encrasser ou de se corroder, ce qui les rend plus adaptés aux flux gazeux fortement chargés en poussières, où l'encrassement du garnissage engendrerait des contraintes de maintenance importantes. Les laveurs à garnissage permettent un meilleur contact gaz-liquide pour un volume de cuve donné et peuvent atteindre des concentrations de sortie plus faibles pour le gaz propre ou prétraité, mais nécessitent des matériaux de garnissage compatibles avec la chimie de la liqueur de lavage et un accès pour l'inspection et le nettoyage périodiques.
La préséparation par cyclone avant lavage humide est une pratique courante pour les gaz d'échappement du sécheur, qui présentent la charge de poussière la plus élevée de tous les flux gazeux. L'élimination des particules de poussière les plus grossières dans le cyclone avant l'entrée du gaz dans le laveur réduit l'encrassement des parois internes de ce dernier et les pertes de produit dans la liqueur de lavage. La poussière de produit sec récupérée à la sortie du cyclone peut être recyclée directement vers le granulateur.
Principes de conception des conduits
La configuration des conduits entre les sources d'émission et le système de traitement influe considérablement sur la fiabilité du système de gestion des gaz. Plusieurs principes déterminent une configuration optimale :
Il est essentiel de maintenir une vitesse de gaz suffisante dans toutes les gaines afin d'éviter le dépôt de poussières. Dans les flux gazeux transportant des poussières fines, il existe une vitesse de transport minimale en deçà de laquelle les particules commencent à se déposer au fond de la gaine. Le dimensionnement des gaines doit garantir que la vitesse du gaz reste supérieure à ce minimum quelles que soient les conditions de débit, y compris en fonctionnement à charge réduite. Les zones mortes, les sections à faible vitesse et les tronçons horizontaux où la vitesse d'écoulement est insuffisante sont les endroits les plus fréquents où s'accumulent les poussières, ce qui finit par provoquer des obstructions et des interventions de maintenance imprévues.
Il convient d'éviter les coudes brusques dans les flux chargés de poussière. Chaque changement de direction du gaz dans un flux chargé de poussière provoque une usure abrasive sur le rayon extérieur du coude, et les coudes brusques entraînent une usure plus concentrée que les courbes douces. Lorsque les coudes sont inévitables, ils doivent être conçus avec un revêtement résistant à l'usure sur le rayon extérieur et un accès pour l'inspection et le remplacement.
Il est essentiel de minimiser la distance entre les sources d'émission et l'épurateur. Les longs conduits transportant des flux de gaz ammoniacaux augmentent le risque de pertes de NH₃ par perméation ou fuites à travers les parois, ainsi que les pertes de chaleur dues aux flux de gaz chauds, ce qui peut entraîner de la condensation dans les conduits. En installant le système de traitement des gaz au plus près des principales sources d'émission, on réduit ces risques.
L'accès aux conduits pour le nettoyage et l'inspection est essentiel. Les sections de conduits transportant des aérosols ou des poussières collantes finissent par s'encrasser, même avec un système de contrôle de la vitesse. Des trappes d'accès, installées à intervalles réguliers le long du conduit, ainsi qu'à chaque coude et point de transition, permettent un nettoyage et une inspection planifiés sans démontage important. Dans une usine conçue sans accès adéquat aux conduits, le nettoyage régulier devient impossible, les dépôts s'accumulent pendant des mois et le nettoyage final nécessite un arrêt de production plus long qu'une simple inspection.
Considérations de conformité pour l'Afrique et le Moyen-Orient
Les réglementations relatives aux émissions des usines d'engrais varient considérablement à travers le continent africain et le Moyen-Orient, et l'environnement réglementaire constitue un élément important de la conception du système de traitement des gaz qui ne peut être ignoré.
Dans certains pays et régions, des normes officielles de qualité de l'air ambiant ou des limites d'émission ponctuelles pour l'ammoniac et les particules fines existent et sont rigoureusement appliquées. Le Maroc et l'Afrique du Sud, par exemple, ont mis en place des cadres environnementaux avec des valeurs limites d'émission applicables aux installations industrielles, notamment les usines d'engrais. Les exploitants et les promoteurs de projets dans ces juridictions doivent obtenir des études d'impact environnemental et des permis d'émission spécifiques à chaque site. Le système de traitement des gaz doit être conçu pour respecter les limites applicables avec une marge de sécurité raisonnable, et non pas à la limite même.
Dans d'autres régions d'Afrique subsaharienne et du Moyen-Orient, les réglementations formelles en matière d'émissions sont soit naissantes, soit mal appliquées, soit encore inexistantes dans le secteur de la fabrication d'engrais. Dans ces contextes, les exploitants sont confrontés à une pression différente, mais tout aussi réelle : les bailleurs de fonds internationaux, les clients des marchés d'exportation et les investisseurs exigent de plus en plus que les usines soient conçues et exploitées conformément aux normes internationales reconnues, telles que les Lignes directrices de la SFI relatives à l'environnement, à la santé et à la sécurité dans la fabrication d'engrais, indépendamment des réglementations locales. Les usines construites selon les normes internationales bénéficient d'un meilleur accès au financement et aux marchés d'exportation réglementés que celles construites selon les normes locales minimales.
Concrètement, pour la conception des systèmes de traitement des gaz, il convient de spécifier le système d'épuration des gaz en fonction des performances d'émission d'ammoniac, conformément aux directives internationales reconnues (les directives IFC/Banque mondiale en matière d'environnement, de santé et de sécurité préconisent généralement des niveaux d'émission de NH₃ inférieurs à 30 mg/Nm³ comme valeur de référence pour l'ammoniac), plutôt que de se conformer aux exigences locales minimales. Cette approche protège l'installation contre un durcissement de la réglementation et lui permet de conserver l'accès à un large éventail de financements et de partenaires commerciaux.
Ceylan Machine & Process conçoit des installations de production d'engrais DAP et MAP avec des systèmes intégrés de traitement des gaz, comprenant des épurateurs, des séparateurs cycloniques et des systèmes de dépoussiérage, conformes aux normes internationales d'émissions. Pour toute question technique relative à la conception du système de traitement des gaz de votre installation, veuillez contacter notre équipe d'ingénierie.
