Abattement monoxyde de carbone (CO) dans le secteur fonderie et métallurgie

Dans cette étude de cas nous décrivons une solution technique que Brofind a appliqué chez une importante entreprise européenne active dans le secteur de la récupération et de la réutilisation du zinc, une matière première noble présente dans différents déchets de production des métaux.

En particulier, cette opportunité de récupération est liée aux procédés de production de l’acier, qui génèrent d’élevées quantités de déchets, mieux connus sous l’acronyme anglais EAFD (Electric Arc Furnace Dust), un déchet classifié comme dangereux.

A l’intérieur des poussières EAFD la présence de zinc est particulièrement élevée. Il s’agit, compte tenu des coûts pour l’élimination des déchets, d’un facteur motivant pour l’introduction de solutions de réutilisation.

Pourtant, le procédé industriel de séparation, nettoyage et récupération du zinc à partir des déchets bruts (EAFD) produit de grandes quantités de monoxyde de carbone (CO).

L’élément à récupérer, c’est-à-dire le zinc, peut être présent à l’intérieur des déchets de production, sous forme de différents composés tels que par exemple:

•     oxyde de zinc
•     silicate de zinc
•     ferrite de zinc
•     sulfure de zinc
•     autres

Le procédé de récupération consiste à traiter les déchets de production avec un réducteur/combustible contenant carbone à l’intérieur d’un four rotatif à températures entre 1.000 °C et 1500 °C.

Ceci déclenche un procédé chimique connu comme procédé WAELZ qui prévoit la réduction des composés du zinc à zinc élémentaire qui, ayant un point d’ébullition de 907 °C, change d’état et s’oxyde en phase gazeuse à oxyde de zinc. L’oxyde de zinc est ensuite collecté en sortie du four par des filtres à manches qui, s’agissant de filtres mécaniques, sont utiles au dépoussiérage mais ne sont pas en gré d’abattre le monoxyde de carbone en excès généré dans le procédé d’oxydation.

Pour cette raison, sans un ultérieur procédé d’abattement, une quantité élevée de CO, qui est un gaz extrêmement venimeux (il suffit de penser qu’un homme adulte meurt dans 30 minutes dans un environnement contenant le 0,1 % de CO) serait libérée en atmosphère.

L’objectif d’épuration est celui de réduire au maximum l’émission en atmosphère de monoxyde de carbone (CO), permettant le respect des limites normatives prévues pour chaque polluant présent.

En considération du fait qu’en phase d’analyse les données ont clairement indiqué émissions avec caractéristiques de débit d’air presque constante et flux de masse polluants même considérables, le choix s’est porté sur une installation d’oxydation thermique régénérative à 5 chambres.

Dans cette solution, chaque chambre régénérative contient un lit céramique qui fonctionne comme un accumulateur de chaleur qui est chauffé, ou refroidi, selon la direction du flux de l’émission qui le traverse.

L’émission à épurer rejoint les chambres 1 et 2 et traverse le lit céramique qui a été chauffé pendant la phase précédente. De cette manière, elle est chauffée jusqu’à une température la plus proche possible à celle de réaction (900 °C environ).

Cette température est maintenue par auto-combustion des polluants présents dans l’émission, mais aussi elle peut être contrôlée grâce à l’immission de combustible auxiliaire dans les transitoires de chauffage. L’émission à traiter reste à la température de combustion pour un temps de résidence suffisant.

Après avoir abandonné la chambre de combustion, l’émission épurée coule verticalement de haut en bas à travers les chambres 3 et 4. La durée moyenne de ces intervalles est variable et elle est réglée automatiquement selon une logique qui est partie du savoir-faire de Brofind.

La cinquième chambre permet un ultérieur traitement de la partie d’émission non entièrement traitée qui, pendant l’inversion de flux pourrait, sans elle, être canalisée directement à la cheminée.

L’application spécifique, réalisée chez un leader dans l’industrie métallurgique du zinc, a nécessairement impliqué l’individuation et l’application d’installations personnalisées afin de rejoindre les objectifs suivants:

•     Optimisation du coût opérationnel et énergétique

• • minimisation de la consommation supplémentaire de combustible auxiliaire, obtenue grâce au préchauffage régénératif de l’air de déchargement à une température proche à celle de réaction
  • choix de matériaux céramiques en gré d’assurer consommations énergétiques minimales grâce à leur haute résistance à la compression et à leur inertie thermique élevée
  • récupération de l’énergie thermique en excès au cas où l’effluent à la cheminée serait doué d’une bonne température et donc permettrait de récupérer indirectement la chaleur en mettant en place un échangeur pour chauffer, par exemple, l’air comburant pour brûleurs, ou utiliser air pour machines à fletrir ou séchoirs

• Sécurité et fonctionnement

• • Projet finalisé à limiter les risques d’obstruction dus à la présence de poussières
  • Layout de l’installation réalisé pour faciliter les opérations de maintenance

•     Performance et conformité

• • Solution technique avec oxydeur régénératif à 5 chambres, garantie d’un gré élevé d’épuration de l’air
  • Gestion du procédé finalisée à une génération extrêmement limitée de contaminants secondaires (TOC ⥶  20 mg C/Nm3 , CO ⥶ 50 mg/Nm3, NOx ⥶ 50 mg/Nm3)