Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
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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Coal gasification is of significant interest in the current economic context as it allows for the supply of a great variety of products: electricity, chemical products, substitutes for natural gas and fuel for transportation. The electric production has become a developing market for gasification, all the more so as it leads to improving the environmental acceptability of coal. The production of chemical intermediates such as methanol, dimethylether, ammonia and olefins is booming in the USA and particularly in China. Likewise, in the same countries, the production of synthetic fuels through indirect coal liquefaction attracts renewed interest. Reversely, coal gasification as a substitute to natural gas remains limited to date.
Auteur(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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Description des procédés industriels modernes
En anglais
2. Défis technologiques
Depuis le déploiement industriel de la gazéification dans les années 1920, on a développé un grand nombre de procédés différents. Les technologies les plus robustes (pression atmosphérique, utilisation de l'air comme comburant) alimentaient soit l'industrie chimique, soit des réseaux de gaz d'éclairage depuis remplacés par le gaz naturel, et sont décrits dans la première édition du dossier Gazéification du charbon [J 5 410]. Nous ne décrirons ici que les technologies modernes qui permettent d'atteindre les capacités et les performances requises pour alimenter certaines centrales électriques (IGCC Integrated Gasification Combined Cycle ), les unités de production de carburants de synthèse (CTL Coal to Liquid ) et les unités de production d'hydrogène et de méthanol. Fondamentalement basés sur les mêmes principes, ces gazéifieurs diffèrent sensiblement par les solutions technologiques apportées pour résoudre un certain nombre de problèmes récurrents tels que :
-
l'introduction du charbon dans le réacteur ;
-
la technologie du brûleur ;
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le soutirage des cendres ;
-
les matériaux employés (réfractaires, métallurgie) pour résister aux très hautes températures qui règnent au sein du réacteur ;
-
la récupération thermique ;
-
la purification du gaz de synthèse.
Un récapitulatif des principales solutions technologiques appliquées dans les procédés actuels est donné dans le tableau 6.
2.1 Introduction du charbon dans le réacteur
2.1.1 Introduction du charbon sous différentes phases
-
Phase solide
Après séchage éventuel...
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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.
HAUT DE PAGE
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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