Bibliographie & annexes
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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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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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3. Description des procédés industriels modernes
3.1 Gazéifieur en lit fixe (Sasol-Lurgi)
Le gazéifieur en lit fixe sous pression a été développé par Lurgi à partir des années 1930 (première application commerciale : 1936), initialement pour de la lignite et en utilisant de l'oxygène pur. Sasol-Lurgi est la référence pour la technologie à lit fixe à pression modérée, actuellement la plus répandue dans le monde. Appliquée dès 1940 en Europe Centrale sur des lignites, elle a bénéficié à partir de 1955 d'un développement très important en Afrique du Sud pour la production de carburants de synthèse. Environ 28 % de la capacité installée de gazéification utilise cette technologie. Un gazéifieur récent (mark V) peut produire 90 000 Nm3/h de syngas, à partir de 75 t/h de charbon. Les tailles standard de réacteurs sont portées dans le tableau 7.
Le gazéifieur FBGG (Fixed Bed Grate Gasifier) à lit fixe et à grille de Sasol-Lurgi fonctionne à pression et température moyenne : 30 bar, 500 oC en sortie de syngas, 1 150 à 1 300 oC dans le réacteur. Le ratio volumique vapeur sur oxygène (4 à 5) est élevé pour maintenir la température au-dessous de la température de fusion des cendres. Le principe (figure 10) est celui décrit § 2.1.2.1 : le mélange oxygène-vapeur est soufflé par le fond à travers une grille sous une pression de 20 à 30 bar. Le syngas sort à la même pression à la perte de charge près. Il est épuré et refroidi sous pression. Le charbon est introduit en tête via un système de sas (alimentation cyclique). Un autre dispositif de sas permet l'évacuation périodique des cendres. Le réacteur lui-même est à double paroi.
L'espace entre les deux parois est rempli d'eau qui permet le refroidissement...
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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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