Traitement des gaz de combustion

Qu'est-ce que le traitement des gaz de combustion et pourquoi est-il si critique ?

Le traitement des gaz de combustion est un procédé de contrôle des émissions appliqué dans un très large éventail d'industries, des centrales au charbon et au lignite aux fours à ciment, en passant par les usines d'incinération de déchets et les usines de verre et de sidérurgie. Lors de la combustion, les composés de soufre, de chlore, de fluor et d'azote contenus dans le combustible s'oxydent en gaz acides, tandis que les cendres volantes, les résidus de carbone et les aérosols de métaux lourds se mêlent au flux gazeux. En l'absence de tout traitement, ces composants deviennent le principal déclencheur des pluies acides, de la pollution particulaire, de la dégradation de la couche d'ozone et des maladies respiratoires.

En Türkiye, en vertu de l'annexe 5 du Règlement sur le contrôle de la pollution atmosphérique d'origine industrielle (SKHKKY), une limite de 1700 mg/Nm³ de SO₂ (sur la base de 3 % d'oxygène dans les gaz de combustion) est prévue pour les grandes installations de combustion utilisant des combustibles liquides, et une limite de 2000 mg/Nm³ de SO₂ pour les installations à combustibles solides d'une puissance thermique inférieure à 50 MW. Du côté de l'Union européenne, la directive sur les émissions industrielles (IED) et les documents de référence sur les meilleures techniques disponibles (BAT) abaissent encore davantage ces valeurs pour la plupart des procédés.

En outre, des mécanismes tels que l'échange de quotas d'émission et le mécanisme d'ajustement carbone aux frontières (CBAM) obligent les installations industrielles exportatrices à adopter une approche plus stricte du contrôle des émissions.

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Quels polluants sont contrôlés dans les gaz de combustion ?

Les systèmes de mesure et de traitement des gaz de combustion ciblent simultanément plusieurs paramètres selon le type d'installation. Les principaux composants suivis lors d'une mesure d'émissions standard sont les suivants :

Dioxyde de soufre (SO₂) : la principale émission problématique lors de la combustion de combustibles à haute teneur en soufre tels que le charbon, le fioul lourd et le coke de pétrole.
HCl et HF : présents de manière intensive notamment dans les secteurs de l'incinération des déchets, du verre et de la céramique, ils provoquent de graves problèmes de corrosion.
Oxydes d'azote (NOx) : ils se forment à des températures de combustion élevées ; d'origine à la fois thermique et liée au combustible.
Particules (poussières, PM) : elles comprennent les cendres volantes, les résidus de carbone et les particules métalliques ; elles sont captées par électrofiltre ou filtre à manches.
Métaux lourds et dioxines/furanes : d'une importance critique notamment dans les installations d'incinération de déchets, de fusion de métaux et d'incinération de boues.

Chaque polluant est maîtrisé à un stade de traitement différent ; une ligne moderne type de traitement des gaz de combustion combine des étapes de contrôle des particules, de neutralisation des gaz acides, de réduction des NOx et de captage des métaux lourds/dioxines.

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FGD humide (Wet Scrubber)

Assure une élimination de 95 à 99 % du SO₂ avec du calcaire ou du lait de chaux, avec obtention de gypse pur de qualité industrielle comme sous-produit.

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Semi-sec (SDA)

Une suspension de chaux est atomisée dans les gaz de combustion, assurant une neutralisation efficace sans aucun rejet d'eaux usées.

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check_circle Faibles coûts d'investissement
check_circle Contrôle des métaux lourds et des dioxines
check_circle Durabilité opérationnelle

Le rôle des solutions à base de chaux dans le traitement des gaz de combustion

La chaux est l'épine dorsale chimique des systèmes de traitement des gaz de combustion. Dans les procédés humides, semi-secs comme secs, la neutralisation des gaz à caractère acide (SO₂, HCl, HF) repose directement sur des réactifs à base de calcium.

Chaux éteinte (hydratée, Ca(OH)₂) : le réactif principal de l'injection de sorbant sec et des systèmes SDA. Grâce à sa surface spécifique BET élevée (généralement >20 m²/g), elle maximise la vitesse de réaction.
Chaux vive (CaO) : utilisée pour préparer le lait de chaux dans les installations de FGD humide. Elle répond également au besoin d'alcalinité élevée dans les lignes intégrées.
Éliminateur de gaz acides (formule spéciale) : utilisé dans les installations à charges acides élevées et fluctuantes telles que l'incinération de déchets et la biomasse. Dosé avec du charbon actif, il contribue également à l'élimination des dioxines, des furanes et du mercure.

Points techniques à prendre en compte dans la mise en œuvre

Les performances de traitement dépendent non seulement de la pureté chimique du réactif, mais aussi de ses propriétés physiques et des paramètres du procédé :

Critère	Valeur optimale / Rôle
Surface spécifique du réactif	Surface BET de 20 m²/g et plus (idéale pour les systèmes secs).
Rapport stœchiométrique	Sec : 1,8 - 2,5 \| Semi-sec : 1,3 - 1,8
Température des gaz de combustion	140-180 °C pour le séchage par atomisation. À basse température, il existe un risque de condensation acide.
Intégration du filtre	Dans les filtres à manches, la couche de gâteau assure une élimination supplémentaire de 10 à 20 %.

Par ailleurs, à compter de 2026, le processus d'alignement de la Türkiye sur le Pacte vert européen a accru la pression pour ramener les valeurs limites de SO₂, de HCl et de poussières aux niveaux de référence BAT dans les cimenteries, la sidérurgie, le verre, l'incinération de déchets et les grandes installations de combustion. Les exemples de bonnes pratiques incluent l'utilisation de chaux à surface spécifique élevée et l'optimisation du dosage en temps réel intégrée aux systèmes CEMS.

Questions fréquentes

Le traitement des gaz de combustion consiste à capter, par des procédés physiques et chimiques, les polluants tels que le SO₂, le HCl, le HF, les NOx, les poussières et les métaux lourds émis par les installations industrielles de combustion et de procédé, avant leur rejet dans l'atmosphère. L'objectif est à la fois de préserver la qualité de l'air et de respecter les valeurs limites d'émission définies par le Règlement sur le contrôle de la pollution atmosphérique d'origine industrielle et par les directives de l'UE.

La surveillance standard des émissions porte sur le dioxyde de soufre (SO₂), les oxydes d'azote (NOx), le chlorure d'hydrogène (HCl), le fluorure d'hydrogène (HF), les particules (poussières), le monoxyde de carbone (CO), les métaux lourds et, dans les installations d'incinération de déchets, les dioxines/furanes. Un étage de traitement distinct est conçu pour chaque paramètre.

La DGC humide est un procédé à haut rendement (95-99 %), mais dont la consommation d'eau et la charge d'eaux usées sont élevées. Les systèmes semi-secs (SDA) fonctionnent avec une suspension de chaux hydratée et produisent des cendres sèches. L'injection de sorbant sec (DSI) est quant à elle la solution au coût d'investissement le plus faible ; elle offre un rendement proche de 90 % avec une chaux hydratée à haute surface spécifique.

La chaux éteinte Ca(OH)₂ est le principal réactif des systèmes d'injection de sorbant sec et des absorbeurs semi-secs de type spray dryer. Elle est injectée à sec dans le conduit de fumées ou pulvérisée sous forme de suspension. Par la réaction Ca(OH)₂ + SO₂ → CaSO₃ + H₂O, elle neutralise les gaz acides, qui sont retenus sous forme de sels solides dans le filtre à manches.

La chaux vive CaO est utilisée en particulier dans les installations de DGC humide pour produire du lait de chaux sur site. Mise en réaction avec une quantité d'eau contrôlée dans une unité d'extinction, elle permet d'obtenir du Ca(OH)₂ frais. Cette approche réduit les coûts de transport et convient aux cimenteries et aux usines sidérurgiques qui ont besoin de grands volumes de lait de chaux à haute réactivité.

L'agent d'épuration des gaz acides est un produit à base de chaux, spécialement formulé pour les applications à teneurs élevées et fluctuantes en HCl, SO₂ et HF, telles que l'incinération de déchets, la combustion de biomasse, l'incinération de boues et les lignes de gaz de décharge. Grâce à sa surface spécifique BET élevée, il assure un rendement d'épuration important à un ratio stœchiométrique plus faible et, associé au charbon actif, contribue également à l'élimination des dioxines et du mercure.

Le rendement dépend de la surface spécifique du réactif, du ratio stœchiométrique, de la température des gaz de combustion, de l'humidité relative, du temps de contact et de l'intégration du filtre à manches. Dans les systèmes secs, un rendement de l'ordre de 85-90 % est généralement visé avec un ratio stœchiométrique de 1,8-2,5 et une chaux hydratée présentant une surface spécifique supérieure à 20 m²/g.

Le contrôle des NOx repose sur des brûleurs bas-NOx à la source de combustion et sur des systèmes SCR (Selective Catalytic Reduction) ou SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction) sur la ligne de fumées. Dans ces systèmes, les NOx sont réduits en azote gazeux et en vapeur d'eau à l'aide d'un réactif à base d'urée ou d'ammoniac. Les systèmes à base de chaux n'assurent pas l'élimination des NOx.

Dans le cadre de l'annexe 5 du règlement SKHKKY, la limite est de 1700 mg/Nm³ de SO₂ sur la base de 3 % d'O₂ pour les combustibles liquides, et de 2000 mg/Nm³ de SO₂ pour les installations à combustible solide de moins de 50 MW. Un seuil de 400 mg/Nm³ de NOx s'applique aux installations d'une puissance thermique de combustion de 10 MW et plus. Pour les valeurs spécifiques, il convient de consulter les annexes du SKHKKY et les références MTD (BAT) applicables.

Dans les installations d'incinération de déchets, les gaz de combustion sont multicomposants et contiennent du HCl, du HF, des dioxines, du mercure et des métaux lourds. C'est pourquoi, en complément du traitement des gaz acides à base de chaux, on associe l'injection de charbon actif, une filtration à manches multi-étagée et parfois un lavage humide étagé. Les produits d'épuration des gaz constituent le standard de ces installations.