Effets et perspectives d'application des générateurs d'ozone dans la purification des gaz de combustion
# Effets et perspectives d'application des générateurs d'ozone dans la purification des gaz de combustion
Avec l'accélération de l'industrialisation mondiale, les polluants tels que les oxydes d'azote (NOx), le dioxyde de soufre (SO₂) et les composés organiques volatils (COV) présents dans les émissions industrielles sont devenus des causes majeures de détérioration de la qualité de l'air. Les technologies traditionnelles de purification des gaz de combustion, telles que la réduction catalytique sélective (SCR) et la réduction sélective non catalytique (SNCR), sont confrontées à des problèmes tels que des fenêtres de température étroites, un empoisonnement du catalyseur et des risques élevés de pollution secondaire. Dans ce contexte, les générateurs d’ozone, avec leurs fortes propriétés oxydantes et leur capacité à traiter plusieurs polluants simultanément, deviennent progressivement une direction d’innovation technologique dans l’épuration des gaz de combustion.
## 1. Principes techniques et principaux avantages des générateurs d'ozone
L'ozone (O₃) a un potentiel rédox élevé allant jusqu'à 2,07 V, juste derrière le fluor, et sa génération dépend de la technologie de décharge corona : un champ électrique à haute tension décompose l'air ou l'oxygène, provoquant la dissociation et la recombinaison des molécules d'oxygène (O₂) en molécules d'ozone. Ce processus permet un contrôle précis de la concentration et de la production d'ozone en ajustant la tension, le courant et le débit de gaz.
Comparativement aux technologies traditionnelles, les générateurs d'ozone présentent trois avantages principaux :
1. **Dénitrification à haut rendement et capacité de traitement synergique** : L’ozone peut oxyder le NO (à faible valence) en oxydes d’azote (à valence élevée) tels que NO₂ et N₂O₅, facilement solubles dans l’eau et pouvant être combinés à des procédés de lavage humide ultérieurs pour une dénitrification efficace. Par exemple, le générateur d’ozone à haute concentration (180-300 mg/L) développé par Shandong Zhiwei pour le traitement des gaz de combustion de frittage dans les aciéries a atteint un taux d’élimination des NOx supérieur à 80 %, tout en éliminant simultanément le SO₂ et le mercure, améliorant ainsi considérablement l’efficacité globale de la purification.
2. **Large plage de températures d'utilisation** : Les réactions d'oxydation à l'ozone peuvent se produire dans une plage de températures allant de la température ambiante à 200 °C, sans qu'il soit nécessaire de chauffer ou de refroidir les gaz de combustion. Dans une usine d'incinération de déchets ménagers, par exemple, l'association de générateurs d'ozone et de procédés d'adsorption sur charbon actif a permis un fonctionnement stable malgré les variations de température des gaz de combustion, atteignant un taux d'élimination des NOx de 75 % sans consommation importante d'ammoniaque ou de calcaire comme agents réducteurs.
3. **Absence de pollution secondaire et faible consommation d'énergie** : L'ozone se décompose en oxygène après la réaction, sans laisser de résidus chimiques. L'équipement, de conception simple, occupe environ un tiers de l'espace d'un système SCR. Sa technologie de fréquence variable intelligente permet de réduire la consommation d'énergie de plus de 30 %. Une étude de cas menée dans une entreprise chimique a démontré que le coût d'exploitation du système de dénitrification à l'ozone était inférieur de 25 % à celui d'un système SCR, avec des intervalles de maintenance portés à six mois.
## 2. Scénarios d'application typiques et résultats empiriques
1. **Industrie sidérurgique** : Les gaz de combustion issus du processus de frittage se caractérisent par une température élevée, une teneur élevée en poussière et de grandes fluctuations de la concentration de NOx. Après avoir installé des générateurs d'ozone dans une grande aciérie, la concentration de poussières a d'abord été réduite grâce à un pré-dépoussiérage, puis les NOx ont été oxydés à l'aide de l'ozone et enfin l'élimination de plusieurs polluants a été obtenue grâce à une tour de désulfuration humide. Les données opérationnelles indiquent que lorsque le système fonctionne de manière stable, les concentrations d'émission de NOx sont inférieures à 50 mg/m³, répondant aux normes d'émission ultra-faibles, sans affecter de manière significative la valeur du pH de la boue de désulfuration.
2. **Incinération des déchets** : Les gaz de combustion issus de l’incinération des déchets contiennent des composés complexes tels que des NOx, des dioxines et des gaz acides. Après l’introduction de générateurs d’ozone dans une usine d’incinération de déchets à Shanghai, l’ozone a oxydé et détruit la structure moléculaire des dioxines tout en convertissant le NO en NO₂. Après un traitement ultérieur par une tour d’adsorption sur charbon actif, la concentration d’émissions de dioxines a chuté à 0,05 ng-TEQ/m³ et le taux d’élimination des NOx a atteint 78 %, dépassant largement les normes de l’UE.
3. **Industries chimiques et métallurgiques non ferreuses** : Une entreprise chimique traitant des gaz d'échappement mixtes contenant des NOx et des COV a adopté un procédé de décomposition catalytique par oxydation à l'ozone, obtenant un double effet : une élimination de 92 % des NOx et de 85 % des COV, tandis que les coûts d'exploitation ont été réduits de 40 % par rapport à la technologie d'incinération RTO traditionnelle.
## 3. Perspectives du marché et facteurs politiques
Les réglementations environnementales mondiales durcissent sans cesse les limites d'émissions de NOx. Le « Plan de mise en œuvre pour la modernisation à très faibles émissions dans l'industrie sidérurgique » chinois exige que les émissions de NOx provenant des gaz de combustion des machines de frittage ne dépassent pas 50 mg/m³, tandis que la « Directive sur les émissions industrielles » de l'UE a abaissé les limites de NOx pour les industries clés à 100 mg/m³. Dans ce contexte, le marché des générateurs d'ozone connaît une croissance exponentielle.
Prévisions de taille du marché : D’ici 2025, le marché mondial des générateurs d’ozone pour la dénitrification des gaz de combustion devrait atteindre 1,2 milliard de dollars, avec un taux de croissance annuel composé de 15 %. Le marché chinois devrait dépasser 8 milliards de yuans, représentant plus de 60 % de la part de marché mondiale.
Extension des domaines d'application : Outre les industries traditionnelles telles que la sidérurgie, l'énergie et la cimenterie, les générateurs d'ozone sont de plus en plus utilisés pour le traitement des gaz de combustion à basse température, notamment dans les fours de fusion du verre, les fours à céramique et les chaudières à biomasse. Par exemple, après la mise en œuvre d'une dénitrification à l'ozone, une verrerie a atteint un taux d'élimination des NOx de 85 % à une température des gaz de combustion de 120 °C, comblant ainsi un manque de performance à basse température que la technologie SCR traditionnelle ne permettait pas de résoudre.
Mesures incitatives : Le 14e plan quinquennal chinois mentionne explicitement la technologie d’oxydation à l’ozone parmi les équipements clés de protection de l’environnement promus, et les collectivités locales accordent des subventions de 30 % à 50 % sur l’achat d’équipements pour les entreprises adoptant la dénitrification à l’ozone. Le Pacte vert pour l’Europe de l’UE intègre également cette technologie dans sa feuille de route pour la décarbonation industrielle, favorisant ainsi son évolution vers la neutralité carbone.
## 4. Défis techniques et orientations futures
Actuellement, les générateurs d'ozone présentent encore des défis tels qu'un faible rendement en ozone, une consommation d'énergie relativement élevée et une résistance insuffisante à la corrosion des matériaux. Les futures avancées technologiques s'articuleront autour de trois axes principaux :
1. Nouvelles technologies de décharge : En combinant la décharge à barrière diélectrique (DBD) avec des alimentations pulsées, la concentration d'ozone peut être augmentée à plus de 500 mg/L tout en réduisant la consommation d'énergie par unité.
2. Innovation matérielle : Développement d'électrodes composites à base de titane et de matériaux isolants céramiques pour prolonger la durée de vie des équipements à plus de 10 ans.
3. Contrôle intelligent : Intégration de l'Internet des objets (IoT) et des algorithmes d'IA pour adapter dynamiquement le dosage d'ozone aux composants des gaz de combustion, optimisant ainsi les paramètres opérationnels.
Grâce à ses caractéristiques techniques performantes, flexibles et respectueuses de l'environnement, le générateur d'ozone, autrefois marginal, s'impose progressivement comme une solution courante pour la purification des gaz de combustion. Avec les progrès technologiques et le soutien des politiques publiques, il devrait représenter plus de 30 % du marché mondial de la dénitrification des gaz de combustion d'ici 2030, contribuant ainsi de manière essentielle à l'amélioration de la qualité de l'air à l'échelle mondiale.
