PTC Systems
Plateforme
technologique ACTIPOLISH®
BIOÉNERGIES
02 — GAZÉIFICATION ET GAZ DE
SYNTHÈSE
Valorisation thermochimique de la biomasse
et des déchets carbonés
La gazéification constitue
une voie de valorisation énergétique
et chimique des matières carbonées.
Contrairement à la méthanisation,
qui repose sur l'activité de microorganismes,
la gazéification utilise des températures
élevées et un apport contrôlé d'agent
gazéifiant.
Elle permet de transformer la biomasse
et certains déchets en un gaz de synthèse,
également appelé syngas.
Ce gaz peut être destiné à des applications
énergétiques ou servir de matière
première pour des transformations
chimiques, sous réserve d'une purification
adaptée à son utilisation.
1. La gazéification dans les bioénergies
La gazéification est un procédé thermochimique
permettant la conversion de matières
carbonées en un mélange gazeux combustible.
Elle peut notamment être appliquée
à des ressources issues de la biomasse
et à certaines fractions de déchets
carbonés compatibles avec le procédé.
Le choix des matières premières et
leur préparation conditionnent fortement
les performances de l'installation.
2. Les ressources utilisables
| Ressources |
Exemples |
Points à considérer |
| Biomasse forestière |
Bois, plaquettes, résidus forestiers |
Humidité, granulométrie, teneur
en cendres |
| Résidus agricoles |
Pailles, coques, résidus lignocellulosiques |
Minéraux, comportement des cendres |
| Résidus industriels d'origine
végétale |
Sous-produits de transformation |
Composition et régularité de
l'alimentation |
| Déchets carbonés préparés |
Fractions compatibles avec une
valorisation thermochimique |
Tri, contaminants, contraintes
réglementaires |
Toutes les matières ne peuvent pas
être traitées dans les mêmes conditions.
La conception du gazéifieur doit être
adaptée aux caractéristiques de l'alimentation.
3. Principe de la gazéification
La gazéification repose sur une conversion
thermique réalisée avec une quantité
contrôlée d'oxygène, d'air, de vapeur
d'eau ou d'un mélange d'agents gazéifiants.
L'objectif est de produire un gaz
riche en constituants combustibles,
plutôt que de réaliser une combustion
complète de la matière première.
Les conditions opératoires dépendent
notamment de la technologie du réacteur,
de la température et de l'agent gazéifiant.
4. Les principales étapes de transformation
| Étape |
Transformation principale |
| 1. Séchage |
Élimination d'une partie de
l'humidité de la matière introduite. |
| 2. Pyrolyse |
Décomposition thermique produisant
des gaz, des vapeurs et un résidu
carboné. |
| 3. Oxydation partielle |
Réactions exothermiques fournissant
une partie de l'énergie nécessaire. |
| 4. Réduction et gazéification |
Formation de constituants du
gaz de synthèse, notamment CO
et H2. |
Ces transformations peuvent se dérouler
dans des zones distinctes ou se superposer
selon le type de gazéifieur.
5. Composition du gaz de synthèse
Le syngas est un mélange dont la composition
varie selon les matières premières et
les conditions de gazéification.
| Constituant |
Rôle ou caractéristique |
| Hydrogène — H2 |
Constituant combustible et matière
première chimique. |
| Monoxyde de carbone — CO |
Constituant combustible et réactif
de synthèse. |
| Dioxyde de carbone — CO2 |
Constituant non combustible
présent en proportion variable. |
| Méthane — CH4 |
Présence variable selon le procédé. |
| Azote — N2 |
Peut être important lorsque
l'air est utilisé comme agent
gazéifiant. |
| Vapeur d'eau |
Présence dépendant des conditions
de production et de refroidissement. |
La qualité du syngas doit être adaptée
à son utilisation finale.
6. Les contaminants du syngas brut
Le gaz de synthèse brut peut contenir
des substances indésirables nécessitant
plusieurs étapes de traitement.
| Famille de contaminants |
Exemples |
Conséquences possibles |
| Particules |
Poussières, cendres, fines carbonées |
Encrassement, érosion et dépôts |
| Goudrons |
Composés organiques condensables |
Condensation, colmatage et dépôts |
| Composés soufrés |
H2S, COS et autres espèces selon
la matière première |
Corrosion, émissions et contraintes
sur les procédés aval |
| Composés azotés |
NH3, HCN selon les conditions |
Pollution, contraintes de purification |
| Composés halogénés |
HCl et autres espèces possibles |
Corrosion et contraintes sur
les équipements |
| Humidité |
Vapeur d'eau et condensats |
Condensation et gestion des
liquides |
La nature et les quantités de contaminants
dépendent fortement de la composition
des matières traitées.
7. Les étapes de purification du syngas
La purification du gaz de synthèse
est généralement organisée en plusieurs
opérations complémentaires.
| Opération |
Fonction |
| Séparation des particules |
Élimination des poussières et
des solides entraînés. |
| Traitement des goudrons |
Réduction ou transformation
des composés condensables. |
| Refroidissement et conditionnement |
Adaptation de la température
et gestion des condensats. |
| Traitement des gaz acides et
des composés soufrés |
Réduction des contaminants selon
les exigences du procédé aval. |
| Purification complémentaire |
Atteinte de la qualité nécessaire
à l'usage final. |
L'ordre exact des opérations dépend
du procédé et de la composition du gaz.
8. La contribution d'ACTIPOLISH®
La plateforme ACTIPOLISH® de PTC Systems
repose sur une technologie de transformation
chimique ciblée des polluants.
Dans le domaine de la gazéification,
son intégration peut être étudiée pour
le traitement de certains contaminants
du gaz de synthèse, notamment des composés
soufrés.
La formulation à retenir dépend de
la composition du gaz et des conditions
de fonctionnement.
| Formulation |
Caractéristiques |
Positionnement à étudier |
| ACTIPOL® |
Formulation alcaline à 21,2
% d'actif. |
Traitement chimique ciblé des
composés soufrés dans des conditions
adaptées. |
| BIOPOL® |
Formulation carbonatée à 5 %
d'actif. |
Traitement de composés soufrés
dans les gaz présentant une teneur
importante en CO2. |
ACTIPOLISH® intervient
dans la chaîne de purification du
gaz de synthèse.
La plateforme ne remplace pas les
équipements destinés à séparer les
particules ou à éliminer les goudrons.
Son positionnement doit être déterminé
en fonction des polluants ciblés,
de la température et de la qualité
de gaz recherchée.
9. Positionnement dans la chaîne industrielle
Une chaîne de gazéification peut comporter
les étapes suivantes.
| Étape |
Fonction industrielle |
| 1. Préparation de la
biomasse |
Tri, séchage et adaptation granulométrique. |
| 2. Gazéification |
Production du gaz de synthèse
brut. |
| 3. Séparation des solides |
Retrait des cendres et particules
entraînées. |
| 4. Traitement des goudrons |
Réduction des composés condensables. |
| 5. Conditionnement du
gaz |
Adaptation de la température
et gestion des condensats. |
| 6. Traitement ACTIPOLISH® |
Transformation chimique ciblée
de polluants dans des conditions
adaptées. |
| 7. Purification finale |
Respect des spécifications de
l'utilisation prévue. |
| 8. Valorisation |
Production d'énergie ou transformation
chimique. |
Ce tableau constitue
un schéma de principe. Il ne définit
pas une succession obligatoire pour
toutes les technologies de gazéification.
10. Conditions d'intégration industrielle
L'étude d'une installation ACTIPOLISH®
doit notamment prendre en considération
:
- Le débit du syngas à traiter.
- Sa température et sa pression.
- Sa composition en H2, CO et CO2.
- Les concentrations des contaminants
ciblés.
- La présence résiduelle de particules
et de goudrons.
- Les exigences de qualité en sortie.
- La compatibilité des matériaux
et des équipements.
Le traitement par contact gaz-liquide
nécessite une étude particulière du
conditionnement du syngas.
Les applications envisagées doivent
être vérifiées par des essais représentatifs
des conditions industrielles.
11. Les différentes valorisations
du syngas
Après purification, le gaz de synthèse
peut être utilisé dans plusieurs filières.
| Valorisation |
Principe |
| Production de chaleur |
Combustion du gaz dans des équipements
adaptés. |
| Production d'électricité |
Alimentation de moteurs, turbines
ou autres systèmes compatibles. |
| Production d'hydrogène |
Conversion et séparation selon
une chaîne de procédés appropriée. |
| Production de méthanol |
Synthèse chimique à partir d'un
gaz de composition adaptée. |
| Carburants de synthèse |
Conversion catalytique dans
des installations spécialisées. |
Les applications chimiques exigent
généralement des spécifications de pureté
plus contraignantes que certaines utilisations
énergétiques.
12. Aspects environnementaux
La gazéification peut contribuer à
la valorisation de ressources carbonées
qui ne sont pas toujours adaptées à
la méthanisation.
Ses performances environnementales
dépendent notamment de l'origine des
matières premières, du rendement énergétique,
des émissions, des consommations et
de la gestion des résidus.
La purification du syngas joue un
rôle important dans la limitation des
contaminants et la protection des équipements
aval.
13. Gestion des effluents de traitement
Les procédés de lavage des gaz peuvent
produire des effluents liquides dont
la composition doit être caractérisée.
Les travaux de PTC Systems ont confirmé
la biodégradation des produits réactionnels
étudiés, sans formation de nouveaux
polluants dans les conditions des essais
réalisés.
Cette observation ne dispense pas
de vérifier les effluents issus d'un
syngas réel, qui peuvent contenir d'autres
contaminants.
Un traitement complémentaire par POA
SYSTEM, procédé d'oxydation
avancée original et breveté développé
par PTC Systems, peut être étudié pour
les effluents liquides.
14. Méthanisation et gazéification
: comparaison
| Critère |
Méthanisation |
Gazéification |
| Nature du procédé |
Biologique |
Thermochimique |
| Matières principales |
Déchets organiques biodégradables |
Biomasse et matières carbonées
compatibles |
| Conditions |
Digestion anaérobie à température
modérée |
Conversion à température élevée |
| Gaz produit |
Biogaz |
Syngas |
| Constituants énergétiques |
Principalement CH4 |
Principalement CO et H2, avec
composition variable |
| Traitements associés |
Désulfuration et éventuellement
séparation CO2 / CH4 |
Particules, goudrons, contaminants
gazeux et purification adaptée |
| Formulation ACTIPOLISH® |
BIOPOL® pour gaz riches en CO2 |
ACTIPOL® ou BIOPOL® selon la
composition et les conditions
à valider |
15. Complémentarité des deux filières
La méthanisation et la gazéification
répondent à des besoins de valorisation
différents.
La première convient notamment aux
matières organiques biodégradables et
souvent humides.
La seconde peut être adaptée à des
matières carbonées plus sèches, selon
les caractéristiques du gazéifieur.
Leur complémentarité permet d'envisager
différentes voies de valorisation des
ressources.
16. Dossier technique SYNGAS
PTC Systems a développé un dossier
technique spécifique consacré à la gazéification
et au traitement du gaz de synthèse.
Ce dossier approfondit les étapes
du procédé, les contaminants et les
possibilités d'intégration d'ACTIPOLISH®
dans les installations industrielles.
17. Conclusion générale
La gazéification représente
une voie de valorisation énergétique
et chimique de la biomasse et de certaines
matières carbonées.
La production d'un syngas exploitable
nécessite une purification adaptée
à sa composition et à son utilisation
finale.
La plateforme ACTIPOLISH® de PTC
Systems offre une approche de transformation
chimique ciblée de certains polluants,
dont l'intégration dans les chaînes
de traitement du syngas peut être
étudiée.
La méthanisation et la
gazéification constituent ainsi deux
filières complémentaires dans le domaine
des bioénergies.
18. Pour approfondir
La première page du présent dossier
présente la méthanisation, le biogaz
et le biométhane.
Le dossier technique SYNGAS développe
plus précisément la gazéification et
le traitement du gaz de synthèse.
PTC Systems — ACTIPOLISH®
www.ptc.systems
