Procédé Ostwald

Le procédé Ostwald désigne la production industrielle d'acide nitrique par oxydation catalytique de l'ammoniac sur un réseau de platine-rhodium, suivi de l'absorption des oxydes d'azote dans de l'eau. Mis au point par Wilhelm Ostwald au début du xxe siècle, ce procédé constitue la voie quasi exclusive de fabrication de l'acide nitrique dans le monde. L'ammoniac réagit avec l'oxygène de l'air à haute température pour former du monoxyde d'azote (NO), qui est ensuite oxydé en dioxyde d'azote (NO2) puis absorbé pour donner HNO3. Les acides plus concentrés nécessitent une distillation extractive à l'acide sulfurique ou au nitrate de magnésium.

Principes de fonctionnement et étapes

La réaction d'oxydation s'effectue sur des filets catalytiques en alliage platine-rhodium. L'air, préalablement filtré et comprimé, est mélangé à l'ammoniac gazeux dans des proportions soigneusement contrôlées pour éviter les flammes. Le mélange passe à travers plusieurs couches de filets catalytiques disposés en série dans un convertisseur. Le monoxyde d'azote formé subit ensuite une oxydation secondaire en dioxyde d'azote, avant d'être absorbé dans des colonnes d'eau ou d'acide dilué.

Les condensats de procédé et l'acide nitrique dilué issus des étapes d'oxydation catalytique, d'oxydation et de post-oxydation sont réutilisés dans le procédé. Toutefois, la formation de condensats excède les besoins de production d'acide concentré ; une partie doit donc être valorisée dans d'autres productions ou traitée comme effluent^[1]. Pour les acides à plus forte teneur, les procédés indirects fondés sur la distillation extractive recourent à l'acide sulfurique ou au nitrate de magnésium comme agent déshydratant. Dans le cas du sulfate, l'acide nitrique dilué est préchauffé puis distillé en présence d'H2SO4 ; avec le nitrate de magnésium, une solution de Mg(NO3)2 extrait l'eau de l'acide nitrique. Les agents déshydratants sont régénérés sous vide, tandis que les condensats de procédé générés par cette concentration nécessitent un traitement adéquat des eaux résiduaires^[1].

Aspects environnementaux et abattement des émissions

Le procédé Ostwald constitue l'une des sources industrielles majeures d'émissions de protoxyde d'azote (N2O), gaz à effet de serre particulièrement préoccupant pour le réchauffement climatique. Des technologies d'abattement secondaire du N2O ont fait l'objet de développements industriels documentés dans des projets de réduction des émissions^[2]. La réduction catalytique sélective (SCR) a également été mise en œuvre pour diminuer les émissions d'oxydes d'azote (NOx) dans les gaz de queue des unités d'acide nitrique^[2]. La réglementation européenne incite fortement à l'adoption de ces techniques d'abattement.

Applications et chaîne de valeur

L'acide nitrique produit par le procédé Ostwald alimente principalement deux grands secteurs : les engrais azotés et les explosifs industriels. En fertilisation, il sert de matière première à la production de nitrate d'ammonium, de solutions azotées et d'engrais NPK par voie nitrophosphatée. L'acide nitrique entre aussi dans la fabrication de composés organiques nitratés et de divers produits chimiques de spécialité. La neutralisation de l'acide nitrique par l'ammoniac dans un réacteur tubulaire peut produire directement une solution de nitrate d'ammonium (ANS) à 97 % sans concentration ultérieure, lorsque l'acide à 63 % est préchauffé à 60 °C^[3]. Pour l'obtention de produits solides par prilling ou granulation, la solution est généralement concentrée par évaporation jusqu'à une teneur en eau inférieure à 1 %^[3].

Intégration dans l'industrie des engrais

Les unités d'acide nitrique sont le plus souvent intégrées sur des sites de production d'ammoniac et d'engrais, permettant l'optimisation énergétique et la réduction des coûts logistiques. La vapeur produite lors de la condensation des oxydes d'azote peut être récupérée et réutilisée dans les procédés en aval, notamment pour l'évaporation des solutions de nitrates^[3]. L'acide nitrique marchand, non intégré, représente une part marginale du commerce international par rapport aux produits dérivés comme le nitrate d'ammonium. Les contraintes de transport liées à la corrosivité de l'acide limitent les flux sur longue distance.