ACTIPOLISH® ET LA PURIFICATION DES SYNGAS

Traitement chimique ciblé des polluants des gaz de synthèse

La purification des gaz de synthèse constitue une étape essentielle de leur valorisation énergétique et chimique.
Les syngas produits par gazéification de biomasse, de bois, de déchets carbonés ou d'autres matières premières peuvent contenir des contaminants soufrés, des composés acides, des goudrons, des poussières et différents composés organiques.

PTC Systems développe la plateforme technologique ACTIPOLISH®, associant ACTIPOL® et BIOPOL®, pour la transformation chimique ciblée de polluants présents dans les milieux gazeux et liquides.

Dans les filières syngas, ACTIPOLISH® peut être étudié comme un traitement complémentaire de purification, notamment pour l'élimination de l'hydrogène sulfuré (H2S) et de certains mercaptans, après les opérations nécessaires de conditionnement du gaz.

1 — Les enjeux de la purification des syngas

Le gaz brut issu d'un gazéifieur peut présenter une composition complexe.
Outre ses constituants énergétiques principaux, hydrogène (H2), monoxyde de carbone (CO), méthane (CH4) et éventuellement d'autres hydrocarbures, il contient des impuretés dont la nature dépend de la matière première et des conditions de conversion thermochimique.

Ces contaminants peuvent entraîner une corrosion des installations, un encrassement des échangeurs et conduites, une dégradation des moteurs et turbines ou une désactivation des catalyseurs employés dans les procédés de synthèse.

Les spécifications de purification dépendent directement de l'utilisation finale : combustion en chaudière, cogénération, méthanation, production d'hydrogène, synthèse de méthanol ou fabrication de carburants de synthèse.

2 — Les contaminants concernés

ACTIPOLISH® ne prétend pas remplacer les dispositifs de dépoussiérage, de traitement des goudrons ou les procédés spécialisés d'élimination des métaux. Son intérêt réside dans son intégration à une chaîne de purification adaptée à la composition du syngas.

3 — Deux formulations complémentaires

La plateforme ACTIPOLISH® repose sur deux formulations aqueuses permettant d'adapter le traitement aux contraintes de composition du gaz, notamment à la présence de dioxyde de carbone.

Dans le cas d'un syngas présentant une concentration importante en CO2, la formulation BIOPOL® constitue une voie d'étude particulièrement intéressante. Le choix définitif doit cependant tenir compte de la composition complète du gaz, de sa température, de la concentration en H2S et des interactions avec les autres constituants.

4 — Principe de transformation chimique

Le traitement repose sur la mise en contact du gaz à purifier avec une solution aqueuse contenant un réactif actif. Les composés soufrés réactifs transférés dans la phase liquide subissent une transformation chimique ciblée.

L'objectif est de convertir les contaminants concernés en produits réactionnels destinés à un traitement biologique ultérieur, plutôt que de procéder uniquement à leur transfert physique vers un autre support.

Les études réalisées par PTC Systems ont confirmé la biodégradation des produits réactionnels dans les conditions examinées, sans formation de nouveaux polluants observée.

La composition confidentielle du réactif est protégée. Dans les communications publiques, son principe est désigné par la famille fonctionnelle Cl-organique-R, sans divulgation de sa structure détaillée.

5 — Simulation historique : purification d'un syngas de bois

L'exemple ci-dessous reprend la simulation de purification d'un gaz de synthèse issu de la gazéification de biomasse figurant dans le dossier initial de PTC Systems.

Il s'agit d'un cas de dimensionnement théorique et non d'un essai industriel réalisé sur syngas. Les compositions et concentrations constituent des hypothèses de travail.

Les pourcentages des gaz principaux représentent une composition simplifiée totalisant 100 %. Les contaminants minoritaires sont indiqués séparément. Une analyse réelle devra établir la composition exacte sur une même base, sèche ou humide.

Autres impuretés à caractériser

Le dossier initial mentionnait également les goudrons, hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), ammoniac, acide chlorhydrique, composés bromés et iodés, composés organiques volatils (COV), matières inorganiques et composés alcalins.

Leurs concentrations n'étant pas renseignées dans la simulation, elles doivent être déterminées avant tout dimensionnement industriel définitif.

6 — Bilan indicatif de l'hydrogène sulfuré

Pour illustrer l'ordre de grandeur du traitement, on retient un débit normalisé de 100 Nm3/h et une concentration de 105 ppmv de H2S sur gaz sec, à titre d'hypothèse complémentaire de calcul.

Ces valeurs sont calculées à partir d'un volume molaire normal d'environ 22,414 L/mol. Elles ne doivent pas être confondues avec un débit exprimé en m3/h aux conditions réelles de température et de pression.

7 — Évaluation des besoins en réactifs

Les coefficients de consommation validés pour la plateforme ACTIPOLISH® permettent d'établir une estimation théorique des quantités de formulations nécessaires à la transformation du H2S.

Ces estimations concernent uniquement la charge théorique de H2S du scénario étudié.
Elles ne comprennent ni la consommation éventuelle liée aux autres composés, ni les coûts énergétiques, les équipements, les effluents, la maintenance ou les frais d'exploitation.

Le COS présent à 20 ppm n'est pas intégré à cette estimation. Son traitement exige une étude spécifique de sa réactivité et, le cas échéant, une étape préalable de conversion en H2S.

8 — Intégration dans une installation de gazéification

L'intégration d'ACTIPOLISH® dans une chaîne de purification des syngas peut être envisagée après les opérations nécessaires de refroidissement et de séparation des contaminants susceptibles de perturber le contact gaz-liquide.

9 — Le module de lavage chimique

Le dossier initial prévoit un module de lavage à contre-courant utilisant BIOPOL® pour le traitement de l'H2S et de certaines autres impuretés.

Dans une configuration industrielle, le syngas conditionné circule dans une colonne de contact tandis que la solution de traitement est distribuée en sens opposé. Un garnissage adapté favorise les échanges entre phases gazeuse et liquide.

La solution peut être recirculée dans un réservoir associé à la colonne.
Une alimentation en réactif permet de maintenir les conditions nécessaires à la transformation chimique des polluants.

Le dimensionnement dépend notamment du débit gazeux, des charges polluantes, de la température, de la perte de charge admissible, de la composition en CO2 et du niveau de purification recherché.

Les conditions opératoires de la plateforme ACTIPOLISH® étudiées à ce jour comprennent des applications à pression atmosphérique et à des températures de l'ordre de 20 à 85-90 °C. Leur transposition à un syngas réel doit être vérifiée.

10 — Traitement des effluents liquides

La transformation chimique des composés soufrés conduit à la formation de produits réactionnels dans la phase aqueuse.

Les résultats biologiques obtenus par PTC Systems ont confirmé la biodégradation des produits réactionnels étudiés, sans formation de nouveaux polluants observée dans les conditions des essais.

Dans une installation industrielle, les purges liquides pourront être orientées vers un traitement biologique adapté, sous réserve de vérification de leur composition et de leur compatibilité avec la station réceptrice.

Traitement complémentaire par POA SYSTEM

POA SYSTEM — Procédé d'oxydation avancée originale et brevetée développé par PTC Systems.

Ce procédé peut être étudié comme une étape complémentaire de traitement des effluents issus du lavage chimique, notamment lorsque les conditions locales ne permettent pas leur acheminement direct vers une station d'épuration biologique.

Le traitement final doit être défini à partir d'analyses des effluents et d'essais adaptés. Il ne peut être présumé conduire systématiquement à une minéralisation totale de tous les constituants.

11 — Références industrielles de la plateforme

Les résultats expérimentaux obtenus dans d'autres secteurs industriels constituent des références pour l'étude du traitement des syngas. Ils démontrent les possibilités de transformation des composés soufrés ciblés, sans constituer une validation directe sur gaz de synthèse.

Ces résultats concernent des gaz industriels ou des émissions de stations d'épuration, et non des syngas. La présence de CO, H2, CO2, COS, goudrons et autres contaminants dans les gaz de synthèse nécessite des validations complémentaires.

12 — Intérêt technico-économique

L'intérêt potentiel d'ACTIPOLISH® dans une filière syngas réside dans la possibilité de traiter chimiquement des contaminants soufrés ciblés au sein d'une chaîne de purification existante.

L'utilisation de formulations aqueuses, le fonctionnement envisagé à pression atmosphérique et les coûts matières calculés à partir des consommations stœchiométriques constituent des paramètres intéressants pour une étude industrielle.

La comparaison avec les techniques conventionnelles doit toutefois prendre en compte l'ensemble des charges d'exploitation, les contraintes de qualité du gaz, la gestion des effluents, les investissements nécessaires et la durée de fonctionnement des équipements.

13 — Perspectives industrielles

Les syngas représentent un domaine d'application potentiel de la plateforme ACTIPOLISH®, notamment dans les installations de gazéification de biomasse, de valorisation de déchets carbonés, de cogénération et de production de méthane de synthèse.

Une démarche de validation pourrait être engagée à partir d'un syngas réel, avec caractérisation des polluants à l'entrée, essais de contact gaz-liquide, suivi analytique du gaz traité, bilans de consommation et étude du devenir des effluents.

Les objectifs de traitement seraient établis en fonction des spécifications du procédé utilisateur et des résultats expérimentaux.

14 — Conclusion

La purification des syngas constitue une opération déterminante pour leur valorisation énergétique et chimique.
Elle nécessite généralement une succession d'étapes complémentaires destinées à éliminer les particules, les goudrons, les composés soufrés et les autres contaminants incompatibles avec les équipements utilisateurs.

La plateforme ACTIPOLISH® de PTC Systems propose une approche originale de transformation chimique ciblée, associée à une biodégradation confirmée des produits réactionnels dans les conditions étudiées.

Les références industrielles obtenues sur H2S et mercaptans permettent d'envisager l'étude de cette technologie dans les filières syngas, notamment pour une désulfuration complémentaire. Son efficacité et ses conditions économiques devront être confirmées sur les compositions gazeuses concernées.

PTC Systems — Dossier Syngas — Octobre 2026