Bibliographie & annexes
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Auteur(s)
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Michel KLAEYLÉ : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Lille (ENSCL) - Docteur en chimie de la combustion - Ingénieur du groupe « techniques de combustion propre » à Électricité de France, Centre National d’Équipement Thermique
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Férid NANDJEE : Ingénieur de l’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA) - Responsable du groupe « turbines à combustion, diesels, cycles combinés » à EDF, Centre National d’Équipement Thermique
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Lire l’articleINTRODUCTION
La production thermique d’énergie électrique doit répondre simultanément aux impératifs économiques et à des critères liés à la protection de l’environnement de plus en plus stricts. Les cycles combinés alimentés au gaz naturel ou au fuel permettent de très bons rendements énergétiques (nettement supérieurs à 50 %) et des émissions polluantes très faibles, mais consomment des combustibles dont les réserves estimées sont faibles et dont le coût est incertain à long terme.
Au contraire, les très abondantes réserves de charbon dispersées à travers le monde et leur coût plus avantageux permettent, à long terme, d’envisager l’utilisation du charbon pour la production d’énergie électrique. Les filières classiques de combustion du charbon présentent généralement des performances moyennes en matière de rendement et de protection de l’environnement ou nécessitent des équipements annexes (désulfuration des fumées, …).
La gazéification intégrée à un cycle combiné (GICC, ou en anglais IGCC : integrated gasification combined cycle) permet de transformer le charbon en un combustible propre et utilisable par un cycle combiné, au lieu de le brûler directement. Cette technologie permet de bénéficier des avantages intrinsèques des cycles combinés au gaz, mais à partir d’un combustible moins noble : quasiment tous les charbons, la biomasse, les cokes de pétrole, les combustibles à haute viscosité (CHV), l’orimulsion, etc. En particulier, l’IGCC permet de brûler des combustibles de qualité moindre (forte teneur en soufre, en chlore ou en cendres) en respectant, sans installation complémentaire, les normes, actuelles et en préparation, relatives aux limitations des émissions de polluants.
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Épuration et conditionnement du gaz de synthèse
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2. Gazéification du charbon
La combustion est, par nature, un ensemble de phénomènes ayant lieu en phase gazeuse. Lorsque le combustible n’est pas gazeux, la combustion est donc précédée d’une étape de transformation de celui-ci en un gaz par évaporation, pyrolyse et oxydation partielle. Dans les brûleurs classiques à charbon pulvérisé, la gazéification et la combustion du gaz ne sont pas dissociées, et on observe seulement un phénomène global.
Historique de la gazéification
L’idée consistant à séparer les phases de gazéification et de combustion est relativement ancienne. D’après les éléments historiques disponibles, la production de gaz de charbon a été utilisée la première fois en Angleterre en 1792. Dès 1812, la première société de gazéification de charbon est créée à Londres. Baltimore est la première ville à développer un réseau de distribution de gaz de charbon en 1816, principalement pour l’éclairage public. L’utilisation du gaz de charbon s’est considérablement développée dans le monde, et on a dénombré plus de 11 000 gazéifieurs aux États-Unis vers 1930. Le gaz était produit par des gazéifieurs atmosphériques dits de première génération, parmi lesquels les plus importants étaient ceux qui utilisaient les procédés Winkler (lit fluidisé, 1926), Lurgi (lit fixe, 1936) et Koppers – Totzek (lit entraîné, 1952). Le développement du gaz naturel et des produits pétroliers à bas prix ont entraîné la disparition des gazéifieurs dans presque tous les pays, à l’exception de l’Afrique du Sud. Les efforts de recherche et développement, poussés par le premier choc pétrolier de 1973, ont permis la mise au point de procédés dits de deuxième génération. Il s’agit pour la plupart de versions améliorées des procédés anciens. Les modifications apportées ont permis d’augmenter la température et la pression de travail, la gamme de combustibles utilisables, le rendement et la capacité unitaire de production de gaz.
2.1 Production du gaz de synthèse
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Gazéification du charbon
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - GEOSITS (R.F.), MOHAMMAD-ZADEH (Y.), BLAMIRE (D.K.), GRANATSTEIN (D.L.) - Évaluation de l’intégration du CCIGC. - 240 p., Association canadienne de l’Électricité, sept. 1994.
-
(2) - RUBY (J.), PETCHTL (P.), WESTSIK (J.) - Recueil de données techniques ACE sur les cycles de production d’énergie améliorés, volume III : Production d’électricité en cycle combiné à la gazéification du charbon. - 98 p., 26 tabl., 41 fig., Association canadienne de l’Électricité.
-
(3) - SENDIN (U.), SCHELLBERG (W.), EMSPERGER (W.), BERNAL (D.) - The Puertollano IGCC project, a 335 MW demonstration power plant for the electricity companies in Europe (Le projet IGCC de Puertollano, une centrale thermique de 335 MW pour les compagnies d’électricité européennes). - 13o EPRI Conference on gasification power plants, 7 tabl., 12 fig., Electric Power Research Institute, États-Unis, 19-21 oct. 1994.
-
(4) - JUDKINS (R.R.), STINTON (D.P.), DE VAN (H.J.) - A review of the efficacy of silicon carbide hot gas filters in coal gasification and pressurized fluidized bed combustion environments (Une revue de l’efficacité des filtres en carbure de silicium dans des environnements de gazéification du charbon et de combustion en lit fluidisé sous...
1 Constructeurs (listes non exhaustive)
La construction d’une centrale IGCC fait généralement appel à trois constructeurs, un pour chacun des principaux îlots : gazéifieur, cycle combiné, unité de séparation d’air. Les tableaux 1, 2 et 3 rassemblent les principaux construteurs connus dans le monde pour les gazéifieurs, les unités de séparation d’air et les cycles combinés.
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Le tableau 4 présente les principaux exploitants des centrales IGCC de taille industrielle existantes ou en construction à travers le monde. Cette liste est susceptible de s’allonger dans un proche avenir, car toutes les sociétés d’électricité sont susceptibles de s’équiper de centrales IGCC, puisque cette filière fait partie des technologies de combustion propre du charbon.
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