Réduction non catalytique sélective
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La réduction non catalytique sélective est une méthode de réduction des émissions d'oxydes d'azote dans les gaz de combustion ou d'incinération. Elle consiste à injecter un agent réducteur azoté pour réduire les NOx en diazote. Cette méthode traitement des fumées, comme la réduction catalytique sélective, fait partie des meilleures technologies disponibles validées par la Communauté Européenne pour la réduction des émissions de polluants pour l'incinération de déchets[1] et pour les grandes installations de combustion[2].
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L'objectif est de transformer les deux molécules formant les oxydes d'azote : NO et NO2, en diazote. Pour cela, on utilise un agent réducteur qui contient lui-même un ou plusieurs atomes d'azote. Trois molécules sont utilisées dans la pratique :
- l'ammoniac : NH3 ;
- l'urée : CO(NH3)2 ;
- l'acide isocyanurique : (HOCN)3.
Historiquement, NH3 a été la première molécule étudiée et R. K. Lyon a breveté le procédé en 1973 sous la dénomination Thermal DeNOx[3]. Les réactions globales peuvent s'écrire[4]:
4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O
2 NO2 + 4 NH3 + O2 → 3 N2 + 6 H2O
Le mécanisme de ces réactions est en fait beaucoup plus complexe et comprend plusieurs dizaines de réactions élémentaires mettant en jeu des espèces intermédiaires radicalaires[5]. Contrairement à la réduction catalytique sélective, on n'utilise pas de catalyseur, il est donc nécessaire d'avoir une température relativement élevée: entre 750 et 1100°C.
L'ammoniac étant un gaz toxique, l'utilisation de l'urée s'avère intéressante puisqu'on peut l'utiliser sous forme solide. Aux températures élevées, on observe la réaction:
CO(NH3)2 + H2O → CO2 + 2 NH3
L'urée permet donc de générer in situ dans le réacteur de l'ammoniac.
L'acide isocyanurique se présente aussi sous forme solide, par sublimation à haute température, on obtient HNCO qui peut servir d'agent réducteur azoté. Ce procédé a été breveté sous le nom RapreNOx[6].
Les NOx sont en général formées dans des réactions se déroulant à haute température (entre 1000°C et 2000°C). La SNCR est utilisée in situ dans le réacteur, mais après cette zone de formation.
La principale difficulté dans la mise en œuvre de ce procédé est que la fenêtre de température dans laquelle on doit l'utiliser est étroite et dépend de l'agent réducteur utilisé. Si la température est trop basse, les réactions de réduction ne se font pas; si la température est trop élevée, l'agent réducteur peut être oxydé en NOx[7]. En utilisant de l'ammoniac, la température doit être comprise entre 900 et 1000°C. Il est donc nécessaire de parfaitement connaître son installation pour savoir à quel endroit dans le réacteur on doit injecter l'agent réducteur. En utilisant des mélanges d'agents réducteurs, par exemple ammoniac + dihydrogène, on peut modifier cette fenêtre de température.
La seconde difficulté est que si l'agent réducteur n'est pas totalement utilisé pour la réaction de réduction, le flux gazeux contient non seulement des NOx mais aussi d'autres produits azotés potentiellement gênants pour l'installation et/ou polluants. Par exemple, l'ammoniac qui n'a pas servi à réduire les NOx peut réagir avec des produits soufrés pour former du sulfate d'ammonium, (NH4)2SO4, qui est corrosif. Pour éviter ce phénomène, on préfère souvent réduire la quantité d'agent réducteur injectée même si cela réduit le taux d'élimination des NOx[4]. Toujours pour limiter ce phénomène, on mesure la concentration en oxydes d'azote en sortie de réacteur et on utilise une boucle de régulation pour ajuster la quantité d'agent réducteur.
Cette méthode peut potentiellement permettre d'éliminer jusqu'à 80% des oxydes d'azote. Cependant, en pratique, les taux de réduction observés sont en général compris entre 30% et 50% [2].
Dans le cas ou on utilise l'urée ou l'acide isocyanurique, il peut aussi y avoir formation de protoxyde d'azote (N2O) au lieu de diazote. N2O est aussi un polluant (c'est un gaz à effet de serre), sa formation est donc une limitation importante à ces procédés [7].
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