Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
La gazéification du charbon présente un intérêt non négligeable dans le contexte économique actuel, puisqu’elle permet de fournir une grande variété de produits : électricité, produits chimiques, substituant au gaz naturel, carburants pour le transport. La production électrique est devenue un marché porteur pour la gazéification, d’autant plus qu’elle joue en faveur d’une meilleure acceptabilité environnementale du charbon. La production d'intermédiaires chimiques, comme le méthanol, le diméthyléther, ammoniac, oléfines est également en plein essor aux USA et principalement en Chine. De même, et dans les mêmes pays, la production de carburants synthétiques, par l’intermédiaire de la liquéfaction indirecte du charbon, présente un regain d'intérêt certain. Par contre, la gazéification de charbon comme substitut au gaz naturel reste limitée à ce jour.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Nicolas BOUDET : Ingénieur procédés - Institut français du pétrole IFP
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Pierre MARION : Expert technico-économique - Institut français du pétrole IFP
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Magalie ROY-AUBERGER : Docteur Ingénieur, chargée de Veille - Institut français du pétrole IFP
INTRODUCTION
Le terme de gazéification couvre la conversion de toute matière carbonée en un produit gazeux ayant un pouvoir calorifique utilisable (essentiellement CO, H2 , CH4). La gazéification du charbon comprend une étape initiale de pyrolyse suivie d'une oxydation partielle produisant un gaz de synthèse (ou « syngas ») comprenant principalement du CO et de l'hydrogène en teneurs variables. L'oxydant peut être l'oxygène, l'air ou la vapeur d'eau. Cette technologie a connu un fort développement au cours des années 1945-1955, avant l'utilisation du gaz naturel, puis les développements ont fluctué en fonction des prix et des disponibilités du pétrole et du gaz (voir aperçu historique). La gazéification du charbon permet de fournir une grande variété de produits : électricité, produits chimiques, substituant au gaz naturel (SNG), carburants pour le transport, et présente un intérêt non négligeable dans le contexte économique actuel (figure 1).
La production électrique est devenue un marché porteur pour la gazéification qui est perçue comme un moyen d'augmenter l'acceptabilité environnementale du charbon. L'idée d'utiliser le gaz de synthèse dans les turbines n'est pas nouvelle. Dès 1950, les problèmes techniques tels que l'augmentation de la température dans les turbines ont été étudiés ; des prototypes ont été construits aux USA et en Europe, et depuis une dizaine d'années des unités commerciales sont en fonctionnement. Un intérêt majeur pour l'IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle) est apparu en 2003 et s'est concrétisé par le rachat aux USA de la technologie Texaco par GE Energy et en Europe celui de Future Energy par Siemens.
La production d'intermédiaires chimiques de base CTC (Coal to Chemicals) est également une voie en plein essor (méthanol, diméthyléther DME, ammoniac, oléfines). Les développements se font aux USA et principalement en Chine.
La gazéification de charbon comme substitut au gaz naturel reste limitée (Unité de Dakota – Beula), mais de nombreux projets sont à l'étude vue l'augmentation du prix du gaz naturel.
Enfin la liquéfaction indirecte du charbon CTL (Coal To Liquids) pour la production de carburants synthétiques, via la gazéification du charbon puis la synthèse Fischer Tropsch présente un regain d'intérêt au-delà de l'Afrique du Sud, en Chine mais aussi aux États-Unis, même si le bilan économique (et environnemental) de cette filière est nettement moins favorable que celui du GTL (Gas to Liquid). Ce dernier point de la liquéfaction indirecte du charbon sera traité en détails dans un autre dossier.
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Propriétés des charbons et principales réactions chimiques
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4. Applications
La gazéification du charbon permet de fournir une grande variété de produits : électricité, chimie, substituts du gaz naturel (SNG), carburants de synthèse. Elle présente un intérêt stratégique dans un contexte de tension sur les marchés pétroliers et gaziers.
4.1 IGCC + CCS
L'IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle ) est une combinaison de gazéification et de cycle combiné (turbine à gaz + turbines à vapeur). Son avantage par rapport à une centrale à charbon classique est un meilleur rendement électrique grâce aux performances des turbines à gaz. De plus, ce schéma permet une désulfuration aisée du gaz avant combustion, et autorise le captage du CO2 (CCS CO2 capture and storage ) dans de bonnes conditions économiques (concept du « charbon propre »).
La technologie IGCC est bien connue, mais de nombreux développements sont en cours, de manière à optimiser l'intégration entre les deux procédés pour en réduire les coûts.
HAUT DE PAGE4.2 CTL Coal to liquids – voie indirecte
Le procédé CTL consiste à produire le gaz de synthèse via la gazéification du charbon, le purifier puis à produire des carburants liquides via la synthèse Fischer-Tropsch (cf. [J 5 210] Liquéfaction du charbon). Mis à part le cas particulier de l'Afrique du Sud et un intérêt nouveau en Chine, la liquéfaction du charbon n'est généralement pas économiquement attractive avec les prix de pétrole brut actuels.
HAUT DE PAGE4.3 CTC Coal to Chemicals (méthanol, DME, et autres produits chimiques)
Le mélange H2 + CO...
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BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES
HIGMAN (C.), VAN DER BURGT (M.) - Gasification. - Elsevier.
RUDOLF (P.) - Lurgi Coal Gasification (moving bed gasifier). - MEYERS (R.A.) (ed.), Handbook of Synfuels Technology, MacGraw-Hill, New York (1984).
SUPP (E.) - How to Produce Methanol from Coal. - Berlin Springer (1990).
* - Perry's Chemical Engineers'Handbook.
Gasification. - SFA Pacific, Inc.
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Gazeification Technology Council https://globalsyngas.org/
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ASTM D 3175 (2007), Standard Test Method for Volatile Matter in the Analysis Sample of Coal and Coke
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