Le choix des matériaux dans une usine d'engrais MAP/DAP ne se résume pas à une simple spécification. Le procédé traverse plusieurs environnements chimiques distincts : acide concentré par voie humide dans les systèmes d'alimentation, suspension de phosphate d'ammonium acide et chaude lors des réactions et de la granulation, produit sec et chaud lors du séchage et du refroidissement, poussières abrasives lors de la manipulation des gaz. Un matériau parfaitement adapté à une zone peut se dégrader rapidement dans une autre. Un mauvais choix à un endroit critique n'entraîne pas toujours une défaillance immédiate et spectaculaire ; il provoque généralement une dégradation progressive qui se traduit par des coûts de maintenance élevés, puis par un arrêt imprévu lorsque l'amincissement des parois ou la dégradation des soudures atteignent un point de rupture.
Nous aborderons les défis liés à la corrosion et à l'érosion par zone de processus, la logique des matériaux qui s'applique à chaque zone et les compromis pratiques entre le coût d'investissement et la durée de vie qui régissent les décisions de sélection.
Comprendre l'environnement de corrosion
Production MAP/DAP crée plusieurs environnements de corrosion distincts qui coexistent à proximité et nécessitent des réponses matérielles différentes.
L'acide phosphorique issu du procédé par voie humide est faiblement corrosif à faible concentration, mais devient beaucoup plus corrosif aux concentrations utilisées dans la production d'engrais (généralement 40 à 541 g P₂O₅ en poids). Il contient également des impuretés, des composés fluorés, des sulfates, du fer dissous, de l'aluminium et du magnésium, qui complexifient le phénomène de corrosion. Les fluorures provenant de la dissolution de la roche phosphatée créent du HF dans l'acide, lequel attaque les matériaux contenant de la silice et accroît la corrosion des surfaces métalliques. Les sulfates provenant de l'acide sulfurique utilisé pour la dissolution de la roche créent un potentiel de corrosion supplémentaire à haute température.
La suspension de phosphate d'ammonium présente dans la zone d'alimentation du préneutraliseur et du granulateur est chaude (généralement entre 90 et 120 °C selon la configuration du procédé), visqueuse et acide par rapport à la composition du produit final. La combinaison de chaleur, d'acidité et d'abrasion par la suspension (due aux matières en suspension et aux fragments de granulés dans le granulateur) constitue l'un des environnements les plus exigeants de l'usine pour les équipements en contact avec les matières premières.
Des flux de gaz chauds dans le sèche-linge, refroidisseur rotatif, Les gaz d'échappement des épurateurs transportent des poussières fines, de la vapeur d'eau, de l'ammoniac et des composés fluorés. La combinaison d'humidité, de fluorure et d'aérosols acides dans les zones de refroidissement du circuit de gaz crée un risque de corrosion par condensation dès que la température du gaz descend en dessous du point de rosée.
Les zones de produits secs, la majeure partie du tambour du séchoir, le refroidisseur, le tamis et le concasseur, sont moins agressives chimiquement mais sont sujettes à l'usure abrasive due à la cascade de granulés et au fonctionnement du tamis.
Systèmes de stockage et d'alimentation en acide phosphorique
L'acide phosphorique par voie humide à la concentration commerciale (environ 40–54% P2O5) nécessite des réservoirs de stockage en acier au carbone revêtus de caoutchouc ou en polyéthylène haute densité (PEHD) à température ambiante. L'acier au carbone en contact direct avec l'acide phosphorique commercial se corrode à un rythme inacceptable, même à température ambiante ; le revêtement en caoutchouc constitue la principale barrière anticorrosion, l'acier assurant le support structurel.
Pour les conduites d'alimentation en acide fonctionnant à haute température ou lorsque le revêtement en caoutchouc est impraticable, on utilise des alliages résistants à la corrosion. L'acier inoxydable 316L convient aux milieux acides dilués (inférieurs à environ 30% P2O5) à température ambiante, mais à des concentrations et températures plus élevées, les impuretés de chlorures et de fluorures présentes dans l'acide phosphaté (WPA) peuvent provoquer une corrosion par piqûres et une corrosion caverneuse. Les aciers inoxydables de qualité supérieure, tels que le 317L, l'alliage 20 (UNS N08020) ou les aciers inoxydables duplex comme le 2205, offrent une meilleure résistance aux milieux acides concentrés à températures modérées. Pour les milieux acides concentrés à haute température, les alliages spéciaux ou le revêtement en caoutchouc sur substrat métallique peuvent constituer la solution la plus économique, selon les conditions spécifiques.
Les pompes manipulant des boues WPA ou de l'acide chaud nécessitent des matériaux de roue et de corps présentant une résistance chimique et à l'abrasion. Les corps en acier au carbone revêtus de caoutchouc avec des roues recouvertes de caoutchouc naturel, ou les pompes centrifuges avec des pièces en contact avec le fluide en fonte blanche à haute teneur en chrome, sont des solutions courantes pour le pompage de boues acides.
Sections de préneutralisation et de réaction
Le préneutraliseur est soumis à la combinaison la plus concentrée de facteurs de corrosion : température élevée (généralement 100 à 120 °C selon la conception du procédé), suspension de phosphate d'ammonium avec résidus d'acide libre et contact direct entre l'acide et l'ammoniac. La paroi de la cuve est généralement en acier au carbone revêtu de caoutchouc, ce dernier étant choisi pour sa compatibilité avec la température et l'environnement chimique. Le caoutchouc naturel est performant en présence d'acide phosphorique à des températures modérées ; l'EPDM ou le néoprène sont des alternatives possibles selon la température et l'exposition chimique. Le revêtement en caoutchouc doit être continu et parfaitement adhérent à la paroi pour empêcher la pénétration de l'acide dans le substrat en acier ; un trou d'épingle ou un décollement du revêtement constitue un point de défaillance qui se propage rapidement en présence d'acide chaud.
Les arbres et les turbines de l'agitateur du préneutraliseur doivent être de construction métallique capable de résister à la corrosion et aux contraintes mécaniques liées à l'agitation d'une suspension dense. On utilise couramment des aciers inoxydables de nuance 316L ou supérieure, en tenant compte du pH et de la température réels dans la zone de mélange. Les joints d'arbre doivent être compatibles avec la chimie de la suspension et conçus pour un entretien aisé, car il s'agit d'un composant soumis à une forte usure en service continu.
Les composants internes d'un réacteur tubulaire sont soumis aux conditions les plus extrêmes de l'installation ; la zone de réaction où l'acide et l'ammoniac entrent en contact est la plus chaude et la plus réactive chimiquement. Les tubes du réacteur sont souvent fabriqués en acier inoxydable fortement allié ou en alliages de nickel, selon les températures de procédé et la composition de l'acide. L'intérieur d'un réacteur tubulaire n'est généralement pas accessible pour inspection en cours de fonctionnement, ce qui impose un choix de matériaux garantissant une grande fiabilité et un faible besoin de remplacement.
Granulateur : extrémité d'alimentation vs extrémité de décharge
Le tambour du granulateur présente un gradient de conditions entre l'entrée (contact avec une suspension humide, chaude et acide) et la sortie (environnement plus sec, plus froid et moins agressif chimiquement). Le choix des matériaux pour le granulateur tient compte de ce gradient.
L'enveloppe est généralement revêtue intégralement de caoutchouc EPDM, assurant à la fois une protection chimique et une surface résiliente qui empêche l'adhérence des granulés à l'acier. Les spécifications du revêtement en caoutchouc du granulateur doivent être validées en fonction de la composition chimique de la suspension utilisée. En application MAP, où le milieu de la suspension est plus acide qu'en application DAP, le choix du caoutchouc doit être particulièrement attentif à sa résistance aux acides.
Les buses de pulvérisation et les composants de distribution de liquide du granulateur en contact direct avec la suspension acide chaude sont souvent fabriqués en acier inoxydable de nuances supérieures à la corrosion, telles que le 316L, l'alliage 20, le duplex 2205, ou, dans certains cas, en alliages à base de nickel pour les zones les plus exposées à l'acide. Ces composants sont également des pièces d'usure nécessitant un remplacement périodique. conception végétale devrait faciliter l'accès et le retrait.
Les plaques de levage internes, qui assurent le mouvement en cascade du lit, sont recouvertes de caoutchouc et subissent principalement une usure abrasive plutôt qu'une agression chimique dans les zones de tambour intermédiaire et de déchargement. Leur fréquence de remplacement dépend de la dureté des granulés et du débit.
Séchoir et refroidisseur
Dans la zone d'alimentation du séchoir rotatif (où le gaz chaud entre en contact avec les granulés humides), le mélange de gaz chaud, humide et légèrement acide et la surface humide des granulés sont exposés. Dans cette zone, la surface interne peut être revêtue de caoutchouc ou construite en acier inoxydable, selon la température de fonctionnement et la concentration d'acide dans le gaz. Plus loin dans le séchoir, à mesure que le produit sèche et que la température du gaz diminue, l'environnement devient moins agressif et l'acier au carbone convient généralement.
Le refroidisseur fonctionne avec de l'air plus froid et un produit séché, et est généralement construit en acier au carbone sans revêtement spécial. Les surfaces du côté gaz du refroidisseur, dans le circuit d'échappement, peuvent présenter une condensation acide si le flux gazeux contient du fluorure ou des aérosols acides provenant du sécheur ; ces zones doivent être revêtues ou traitées pour résister à la chimie de la condensation.
Cyclones, coudes et manutention du gaz
Dans les systèmes de traitement des gaz, les séparateurs cycloniques sont exposés à des gaz chargés de poussières à grande vitesse et subissent une érosion au niveau de la paroi extérieure du corps du cyclone et de l'entrée supérieure. Les revêtements résistants à l'abrasion, généralement en fonte à haute teneur en chrome, en céramique ou en caoutchouc, prolongent la durée de vie des cyclones dans les environnements fortement poussiéreux. Le choix du revêtement dépend de la température du gaz et des caractéristiques des particules : le revêtement en caoutchouc supporte bien les températures modérées et offre une excellente résistance à l'abrasion, mais ne convient pas aux zones de très haute température situées immédiatement en aval du sécheur.
Les conduits de distribution de gaz, notamment dans les sections où des aérosols de boues ou des condensats acides peuvent entrer en contact avec la paroi, sont revêtus de caoutchouc ou de PRV (polymère renforcé de fibres) selon la température. Les conduits en acier au carbone se corrodent rapidement dans ces zones et sont généralement évités.
Épurateurs et traitement du gaz
Les épurateurs à voie humide des systèmes de traitement des gaz traitent un mélange d'ammoniac, de fluorure, d'aérosols acides et de fines poussières de produits dans un environnement aqueux ou en solution acide diluée. La cuve de l'épurateur et le garnissage interne ou les buses de pulvérisation sont généralement fabriqués en polypropylène (PP), en PRV ou en acier revêtu de caoutchouc, selon la température et la composition de la solution d'épuration. Les épurateurs utilisant une solution acide doivent être de construction métallique et comporter des alliages ou un revêtement résistants à la corrosion.
Ceylan Machine & Process conçoit des installations de production d'engrais MAP/DAP en sélectionnant des matériaux adaptés à chaque zone pour une résistance optimale à la corrosion et à l'usure. Pour toute question technique concernant les matériaux de construction adaptés à votre installation, veuillez contacter notre équipe d'ingénieurs.
