Production d hydrogène

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1 Production d hydrogène PRODUCTION STOCKAGE/DISTRIBUTION CONVERSION/UTILISATION EAU HYDROCARBONES PAR REFORMAGE Combustibles Fossiles ü Charbon ü Pétrole ü Gaz naturel Produits issus de Biomasse ü Alcools ü Biogaz (CH 4, H 2, CO,) PAR ELECTROLYSE ü Alcaline ü Haute pression ü Haute température ü Electrolyte polymère solide ü Photoélectrochimique PAR CRAQUAGE THERMOCHIMIQUE HYDROGENE ü Liquéfié ü Sous pression ü Hydrures ü Carbones ü C O M B U S T I O N E L E C T R O C HI M IE CHAUDIERES MOTEURS TURBINES PAC ü PEMFC ü SOFC FORME D ENERGIE THERMIQUE MECANIQUE ELECTRIQUE

2 Produc'on d hydrogène à par'r des procèdes de reformage et d oxyda'on par'elle Gilles Taillades GeSco

3 I Production par vaporeformage q Reformage : transformer des charges légères d hydrocarbures en gaz de synthèse par réaction avec la vapeur d eau q Gaz de synthèse H2+CO+CO2+CH4+H2O q Haute température ( C) q Pression modérée (20-30 bars) q Catalyseur au Ni q Le reformage peut etre suivie par différentes opérations pour : q Produire H2 q Obtenir des carburants de synthèse Associer une unité d oxydation partielle au vaporeformage pour avoir un gaz de synthèse approprié (H2/CO=2) q GN, CH4, maphta ( fraction liquide du brut)

4 Vaporeformage du GN q Le GN contient essentiellement du méthane q 4 étapes principales 4

5 Vaporeformage du GN q Le GN contient essentiellement du méthane q Il doit être dé- sulfurisé avant le vaporeformage Les composés soufrés présents dans le gaz sont généralement : du sulfure de dihydrogène H 2 S ; des mercaptans légers R SH; du sulfure de carbonyle Le S est le principal poison des catalyseur de reformage Energaia - Montpellier,

6 Désulfurisation 2 étapes : - Hydrogénation - Adsorption q Hydrogenation : transformation de tous les composés du soufre en H 2 S La réaction s effectue à environ 350 à 400 C Catalyseur d hydrogénation à base de Mo sur alumine Durée de vie 10 ans La teneur en hydrogène dans le gaz est de 2 à 5 % en volume ; cet hydrogène est généralement obtenu par recyclage d un peu du gaz 6

7 Désulfurisation- Hydrogenation q Le site d hydrogénation et de désulfuration est associé à une vacance anionique située sur une arête du cristal MoS 2. q Trois étapes élémentaires de réaction ont lieu au cours de la désulfuration du thiophène : activation de H 2 par adsorption dissociative : rupture de la liaison C S et stabilisation de S2 sur la lacune élimination du soufre de surface : 7

8 Désulfurisation- adsorption q ZnOs + H 2 S - > ZnS + H 2 O q La réaction de fixation de l H 2 S peut s effectuer à des températures comprises entre 200 et 400 o C q Exemple Pour un atelier d ammoniac de t/j utilisant environ Nm3/h de gaz contenant 30 mg de soufre par Nm3 de gaz, la quantité d oxyde de zinc mise en oeuvre pour une durée de vie de 1 an est de 35 m3 environ. 8

9 Reformage principales réactions q Production du gaz de synthèse : C est la réaction de vaporeformage (SMR) Endothermique 3 < H2/CO < 5 selon condition de P et T Favorisée par un fonctionnement à faible pression et une forte température q Conversion du CO : Water Gaz Shift (WGS) Exothermique Favorisée à basse T, P pas d effet Energaia - Montpellier,

10 Reformage principales réactions q Production du gaz de synthèse : C est la réaction de vaporeformage (SMR) Endothermique 3 < H 2 /CO < 5 selon condition de P et T Favorisée par un fonctionnement à faible pression et une forte température q Conversion du CO : Water Gaz Shift (WGS) Exothermique Favorisée à basse T, P pas d effet Ces réactions sont favorisées par excès de vapeur mais cout pour la génération et la condensation H 2 O q Formation de noir de C Endothermique donc favorisée par une augmentation de T Energaia - Montpellier,

11 Reformage Constantes d équilibre q Le reformage est favorisé par Hte T q Le reformage est favorisé par Hte P q L excès de vapeur d eau est favorable aux 2 réactions Energaia - Montpellier,

12 Reformage Catalyseurs q Les catalyseurs de vaporeformage d hydrocarbures impliquent deux types de sites : un site métallique pour adsorber et dissocier l hydrocarbure ; un site oxyde pour adsorber et dissocier l eau q Oxyde de nickel (10-20%) déposé sur des supports réfractaires (aluminates de calcium, oxydes de magnésium et (ou) d aluminium) bon compromis entre une faible acidité qui réduit la formation de coke et une bonne stabilité thermique q Cokage : le dépôt de carbone résulte du craquage des hydrocarbures et constitue un problème majeur des catalyseurs de vaporeformage. restaure l activité du catalyseur à 900 C par un traitement à la vapeur d eau et à l air q Empoisonnement : Ni+H2S NiS+H2 Pour ne pas empoisonner le catalyseur, la teneur en soufre dans la charge est limitée à 0,1 ppm vol. Un catalyseur empoisonné par le soufre n a pas d activité au- dessous de 700 o C Energaia - Montpellier,

13 (a) TEM image of reacted Ni/Al2O3 catalyst, (b) Carbon mapping of reacted Ni/Al2O3 catalyst, Reformage Catalyseurs (c) sulfur mapping Energaia - Montpellier,

14 Reformage conditions operatoires q La conversion du réacteur de SMR est essentiellement fonction de trois paramètres : la température ; le choix d une température élevée minimise la perte en méthane non converti, de l ordre de 900 o C ; le rapport débit molaire de vapeur sur le débit molaire de carbone, un faible rapport minimise le rapport H2/CO ; la pression ; le choix d une faible pression minimise la perte de méthane. q Mais: travailler à haute température impose une métallurgie spécifique ; la pression retenue doit être suffisante pour éviter la compression du gaz de synthèse, ou minimiser la puissance nécessaire à cere dernière ; le rapport H2O/C doit être suffisamment élevé pour éviter la formation de carbone (en général au minimum 2,5) ; Energaia - Montpellier,

15 Reformage Mise en oeuvre q Le four de vaporeformage se compose de deux zones distinctes : La zone de radiation dans laquelle sont disposés les tubes de vaporeformage chauffés par des brûleurs 15

16 Reformage Mise en oeuvre la zone de convection qui a pour but de récupérer l énergie disponible dans les fumées en générant de la vapeur et en préchauffant les différents fluides 16

17 Purification du gaz de synthèse WGS q Cere réaction contribue pour 15 % environ de la production totale d hydrogène q Dans les schémas classiques, la réaction est réalisée en deux étapes : un premier réacteur catalytique de conversion à haute température (HT) un refroidissement des gaz et d un réacteur catalytique de conversion à basse température (BT). Energaia - Montpellier,

18 Purification du gaz de synthèse WGS q Les réacteurs de conversion sont simples : ce sont des enceintes de forme cylindrique, installées verticalement. Energaia - Montpellier,

19 Vaporeformage du GN Purification : élimination des composés soufrés Vaporeformage : - Oxyde de nickel (10-20%) C / bars - S/C = 3 Conversion du CO : - 2 Etapes : HT et BT - Oxydes de fer / oxydes de Cu 19

20 Reformage Energaia - Montpellier,

21 à 99,9999% Procédé «classique» Decarbonatation 21

22 Purification par PSA q Adsorption modulée en pression ou PSA (Pressure SwingAdsorption) q Procédé le plus répandu pour la production industrielle d hydrogène à très haute pureté, pouvant areindre 99,9999 % q Basé sur le phénomène d adsorption, qui est un phénomène d interaction entre des molécules en phase fluide et un solide adsorbant. q L intensité de ces interactions varie avec la nature des molécules et du solide adsorbant q Azote, mono et dioxyde de carbone, hydrocarbures légers présentent des interactions molécules/adsorbant plus fortes que les interactions hydrogène/adsorbant q Une fois l adsorbant saturé d impuretés, il doit être régénéré (par désorption) c est pourquoi le procédé fonctionne en mode cyclique. La régénération se fait alors en baissant la pression en phase gazeuse q 5 étapes Energaia - Montpellier,

23 Purification par PSA 23

24 Purification par PSA q Étape 1 d adsorption : le gaz impur entre sous pression dans un adsorbeur, les impuretés sont adsorbées et l hydrogène pur est produit. Lorsqu un adsorbeur a areint sa limite d adsorption, le gaz à traiter est automatiquement basculé sur un autre adsorbeur régénéré. q Étape 2 de dépressurisation à cocourant : récupérer une partie de l hydrogène présent dans les volumes non sélectifs de l adsorbeur. Le gaz ainsi récupéré (hydrogène pur) sert à purger et à recomprimer d autres adsorbeurs. q Étape 3 de dépressurisation à contre- courant : début de régénération par dépressurisation à contre- courant vers la purge, libération des impuretés q Étape 4 de purge à contre- courant : la fin de la régénération se fait par un balayage à contre- courant avec de l hydrogène pur issu d un autre adsorbeur en production ou d un adsorbeur en phase de dépressurisation à cocourant. q Étape 5 de repressurisation : réalisée par de l hydrogène pur issu de la dépressurisation cocourant d un adsorbeur et complétée par une fraction de l hydrogène produit. La repressurisation se fait généralement à contre- courant de manière à concentrer de l hydrogène pur à l extrémité de l adsorbeur duquel est extrait l hydrogène lors de l étape suivante d adsorption. Une fois que l adsorbeur a areint la pression d adsorption, le cycle est terminé et l adsorbeur est prêt pour une nouvelle étape d adsorption. 24

25 Procédé «classique» Decarbonatation q Procédés méthyldiéthanolamine (MDEA) q 2 Etapes : Globalement : q La MDEA seule ne peut être utilisée pour la décarbonatation efficace du gaz de synthèse. q des additifs couramment appelés activateurs ou promoteurs ou «énergiseurs» doivent être ajoutés à la MDEA. Ce sont des amines primaires ou secondaires qui vont permerre d accélérer l absorption du CO 2. 25

26 Procédé MDEA q Procédés méthyldiéthanolamine (MDEA) q 2 Etapes : MDEA 5 à 10 % 30 et 60 C Globalement : 120 et 130 oc q La MDEA seule ne peut être utilisée pour la décarbonatation efficace du gaz de synthèse. q des % additifs de CO2 couramment appelés activateurs ou promoteurs ou «énergiseurs» 24 doivent bar être ajoutés à la MDEA. Ce sont des amines primaires ou secondaires qui vont permerre d accélérer l absorption du CO2. Ballon flash : régénération partielle 26

27 Méthanisation du CO et CO2 résiduels q Le terme méthanisation s applique aux réactions des oxydes de carbone (CO, CO 2 ) avec l hydrogène pour former du méthane et de l eau. C est en quelque sorte la réaction inverse de celle du reformage du méthane par la vapeur d eau. q Les utilisations industrielles n apparurent que vers les années 1950, pour la production d hydrogène pur exempt de composés oxygénés et pour la production de gaz de synthèse d ammoniac q La méthanisation est aussi utilisée pour la production de substituts de gaz naturel et permet, à partir de gaz pauvres (gazéification de biomasse en particulier), de produire des gaz à haut pouvoir calorifique. 27

28 Méthanisation : Réactions chimiques q Réactions inverses : q L équilibre thermodynamique est en faveur du méthane à basse température ce qui conduit à opérer à une température comprise entre 230 oc et 320 oc. q Catalyseurs de méthanisation : oxyde de nickel déposé sur un support d alumine. La teneur en nickel est de 14 à 30 % en masse. (Le catalyseur est fourni sous forme oxydée mais est actif sous forme réduite ) 28

29 Méthanisation : Mise en oeuvre q Un des facteurs importants à prendre en compte pour la définition d un réacteur de méthanisation est la forte exothermicité de la réaction. 29

30 Méthanisation : Mise en oeuvre 30

31 Vaporeformage autres charges 31

32 Schémas alternatifs avec captage du CO 2 q L énergie requise par la réaction est apportée par échange thermique avec des fumées très chaudes (température supérieure à oc) généralement obtenues par combustion de la purge du PSA, complétée d un appoint de gaz naturel q Dans le cas d une unité sans captage de CO2, la purge du PSA contient tout le CO2 du gaz de synthèse issu de la section de conversion du monoxyde de carbone. Il en résulte que les fumées de combustion d une telle purge rejerent une quantité importante de CO2. q Si le captage du CO2 est recherché, une section de décarbonatation telle qu un lavage aux amines (MDEA activée) est ajoutée en amont de la purification finale de l hydrogène sur PSA 32

33 Schémas alternatifs avec captage du CO2 33

34 Procédé HyGenSys Nouveau procédé de coproduction d hydrogène et d électricité Breveté par IFP Energies nouvelles, HyGenSys associe turbine à gaz et réacteur- échangeur compact de reformage à la vapeur. Le caractère innovant du procédé concerne principalement la manière dont la chaleur est apportée à la réaction très endothermique de reformage du gaz naturel 34

35 Procédé HyGenSys 1 - utilisation de fumées chaudes sous pressions issues d un générateur de gaz pour le chauffage du réacteur- échangeur 2 - intégration thermique poussée pour le réacteur- échangeur HyGenSys 3- un expandeur sur les fumées en aval du réacteur HyGenSys produisant de l électricité. L intégration thermique offerte par le réacteur- échangeur ainsi que l utilisation à plusieurs reprises du même flux de fumées conduit à un meilleur épuisement de l oxygène des fumées, une réduction des rejets en cheminée et donc à une amélioration des rendements énergétiques et du bilan environnemental 35

36 Bilan économique, énergétique et environnemental Coût fixe: (entretien, personnel, frais, généraux et assurances) 330 /h Consommation d utilités: - Electricité kwh/h - Vapeur 50 tonne de vapeur/h - Combustible 110 GJ/h - Catalyseur 66 /h Rendement énergétique: 65% en moyenne Emissions de CO 2 par tonne d hydrogène produite: 10 à 11 tonnes en moyenne Facteur d échelle et cogénération llunité de vaporeformage de Technip pour Syncrude Canada qui, en une seule ligne produira Nm3/h d hydrogène et, en outre, 75 MW d électricité 36

37 Bilan économique, énergétique et environnemental À titre d illustration, une unité de production d hydrogène à partir du gaz naturel type d une capacité de Nm3/h avec purification de l hydrogène par PSA (pureté 99,9 % en volume, taux de récupération d environ 90 %) représente un investissement d environ 120 M. Si la charge est du GPL ou du naphta, l investissement est accru de + 5 % respectivement + 7 %. En intégrant les coûts d utilités (positifs et négatifs en raison de la coproduction de vapeur), le prix de revient de l hydrogène est d environ /t avec comme hypothèses : 12 % de retour sur investissement et une durée d amortissement de 15 ans. Dans ces coûts ne sont pas inclus de coûts de captage du CO2 émis, sachant qu environ 7 à 10 kgco2 /kgh2 sont produits 37

38 II Oxydation Partielle (POX) q L oxydation partielle peut être effectuée sur des produits plus ou moins lourds du gaz naturel, aux résidus lourds, au charbon ou à la biomasse. q D un point de vue économique, l utilisation de ces charges lourdes pour une production d hydrogène ne se justifie que lorsque le surcroît d investissement par rapport au vaporeformage est compensé par le moindre coût de la matière première, résidus pétroliers lourds, coke de pétrole ou charbon par exemple. q A haute température (classiquement de 900 à 1500 C) q A pression élevée (classiquement 20 à 60 bars) 38

39 II Oxydation Partielle (POX) q En présence d oxygène en tant qu oxydant et d un modérateur de température (la vapeur d eau) q La POX des hydrocarbures conduit, à l instar du vaporeformage, à la production de gaz de synthèse q la réaction est exothermique q se déroule (en général) sans catalyseur. q Depuis les années 40 avec le procédé Lurgi, de nombreuses technologies de gazéification existent au stade industriel. q Les deux technologies les plus connues sont les procédés Shell et Texaco. 39

40 POX q En présence d oxygène en tant qu oxydant et d un modérateur de température (la vapeur d eau) q La POX des hydrocarbures conduit, à l instar du vaporeformage, à la production de gaz de synthèse q la réaction est exothermique q se déroule (en général) sans catalyseur. q Depuis les années 40 avec le procédé Lurgi, de nombreuses technologies de gazéification existent au stade industriel. q Les deux technologies les plus connues sont les procédés Shell et Texaco. 40

41 POX : réactions q 2 Réactions principales : q La réaction 1 correspond à l oxydation partielle proprement dit. q q Elle est totale dans les conditions opératpoires q C est en fait une combustion menée en défaut d oxygène par rapport à la stoechiométrie totale. q Elle est exothermique. 41

42 POX : réactions annexes q Elle représente le résultat global d un grand nombre de réactions qui conduisent principalement à la formation de CO et d H2 mais aussi de : H2O, C (suie) et CH4 : 42

43 POX : composition du gaz de synthese q Charge : Résidu pétrolier lourd : q Le rapport H2/CO du gaz de synthèse dépend : Ø du rapport H/C de la charge Ø de la température, de la pression Ø de la quantité de vapeur haute pression q Pour des résidus pétroliers lourds, ce rapport varie entre 0.5 et 1 q Contient souvent des produits soufrés éliminés avant (Shell) ou après (Texaco) l étape de conversion du CO. 43

44 POX : Shell vs Texaco q Dans l industrie, les technologies d oxydation partielle sont le procédé Shell et le procédé Texaco elles comprennenet : Ø un brûleur ; Ø une section de récupération de la chaleur qui génère de la Ø vapeur dans le cas du procédé Shell et un dispositif de refroidissement Ø par trempe pour le procédé Texaco ; Ø une section d élimination des suies. q la réaction deconversion du CO est presque complète et similaire à celle déjà décrite dans le cas du vaporeformage. q Le rendement massique maximal en hydrogène par rapport au résidu sous vide est de 0,26, soit 26 %. Les deux étapes suivantes sont la décarbonatation et la purification de l hydrogène par méthanation ou par adsorption 44

45 POX : Shell vs Texaco 45

46 POX : Rendement, consommation et investissement 46

47 Oxydation partielle de gaz naturel q La charge est essentiellement composée de méthane. Les deux réactions sont : q Cere réaction exothermique est caractérisée par un rapport H2/CO de l ordre de 2 : q Cere réaction est également exothermique et presque complète. q Le rendement massique maximal en hydrogène par rapport au méthane est de 37,5 %, donc plus faible que celui obtenu avec le vaporeformage qui areint 50 %. q Les processus de décarbonatation et de purification de l hydrogène sont identiques à ceux précédemment décrits 47

48 REFORMAGE AUTOTHERME q Le reformage Autotherme (ou ATR) est un procédé particulièrement intéressant. q On l utilise essentiellement sur gaz naturel. q Il est basé sur l association, au sein d un même réacteur, d une oxydation partielle à l oxygène pur, suivie d'ʹune zone catalytique de vaporeformage. q Compenser les réactions endothermiques du vaporeformage par les réactions exothermiques de l oxydation partielle. q Le gaz naturel et l oxygène sont mélangés en parallèle à de la vapeur d eau q Ils sont préchauffés. q Ils sont ensuite dirigés vers le réacteur - catalyseur à base de nickel, - pression de 20 à 60 bars - température de 900 à 1100 C 48

49 REFORMAGE AUTOTHERME q Le procédé possède la souplesse nécessaire pour ajuster le rapport H2/CO entre 1 et 3.5 selon les besoins de l utilisateur final - une augmentation de la quantité de vapeur d eau injectée permet de l augmenter - le recyclage total ou partiel du CO2 en sortie de réacteur permet de le diminuer 49

50 III Gazéification du charbon q Les ressources de charbons sont abondantes et bien réparties, le transport maritime de charbon est simple et bon marché q Les prix du charbon, comparés à ceux du pétrole et du gaz naturel, sont modérés et peu volatils q Une proportion importante de la population mondiale est dépendante du charbon (Chine, Inde ) q La production d hydrogène à partir de charbon avec capture et stockage de CO 2 peut être économiquement très arractive et compétitive par rapport à la production à partir de gaz naturel, si les prix du gaz continuent de croître q Réserves = 900 milliards de tonnes q Au rythme actuel d exploitation = 150 ans de réserves

51 Réserves mondiales q A l inverse du pétrole, le charbon est présent dans le sous sol de nombreux pays.

52 Réserves mondiales

53 Retour au charbon? En 2007, la Chine démarrait une centrale au charbon par semaine La part de la production d électricité issue du charbon en 2012 est de 81% en Chine et de 43% aux États- Unis. Une des centrales à charbon allemandes qui produisent près de 40% de l'ʹélectricité nationale

54 Peut- on remplacer un solide salissant par une énergie plus propre? q On peut combiner judicieusement les réactions (1) et (2) de façon à obtenir un bilan calorifique nul (athermique) ou mieux légèrement exothermique («autotherme»)

55 Représentation graphique de la gazéification

56 Composition du syngaz en fonction de l apport d oxydant La gazéification emploie 30 à 50% de l O2 d une combustion stoechiométrique

57 Gaz de synthèse : historique Le «gaz de ville» : Produit initialement par carbonisation (pyrolyse) du bois, puis du charbon bois/charbon - > composés volatils + coke En volume En poids H2 50 % 8,4 % CH4 32 % 41,6 % CO 8 % 18,8 % hydrocarbures 4 % 9,4 % N2 3 % 7,1 % CO2 2 % 7,4 % aromatiques 1 % 7,3 % Appelé gaz bleu ou gaz de ville (avant 1950) En France, la dernière usine à gaz, celle de Belfort ferme en 1971

58 Gazogène : ancêtre de la gazéification q Puis par combustion riche du charbon (gazogène : gaz à l air) q Le gazogène réalise une combustion incomplète (riche) du bois ou du charbon: on limite l'ʹarrivée d air au foyer (le carbone est donc en excès). q On produit alors des gaz imbrûlés (surtout CO) Combustion C + O2 CO2 Production du gaz à l air CO2 + C 2 CO -

59 Gazogène : ancêtre de la gazéification q Puis par réaction de vapeur d eau sur le coke (gaz à l eau) q Augmente la production de H2 Combustion C + O2 à CO2 (1) Réaction du gaz à l eau : C + H2O à CO + H2 (2) (2) est endothermique, il faut donc une marche cyclique

60 Le charbon : la genèse La biomasse est progressivement enfouie par les sédiments et se «carbonise»

61 Composition q La composition des charbons varie considérablement d un type de charbon à l autre q Influence sur les réactions de gazéification. q Paramètres importants: Ø le taux de matières volatiles (indice MV) égal à la masse de matière volatile moins la perte en eau rapportée à la masse (7 min à 950oC ASTM D3175) Ø le taux d hydratation (Moisture) est déterminé en séchant le charbon dans des conditions standard (1 h, oC) Ø le taux de cendres (Ash) est la masse de résidus inorganique restant après combustion du charbon Ø - La composition élémentaire.

62 Composition

63 Principales Réactions 63

64 Eléments de cinétique Les réactions homogènes (6), (7), (8) et (9) sont très rapides et peuvent être considérées comme pratiquement instantanées dans lesconditions de températures élevées régnant au sein du gazéifieur. Les réactions hétérogènes : - (1) et (2) d oxydation de la charge par l oxygène sont les plus rapides. - L oxydation du carbone par la vapeur d eau (4) est 50 fois plus lente, - l oxydation du carbone par le CO 2 (3) 150 fois plus lente. - > dimensionnement des gazéifieurs du commerce

65 Conditions opératoires et composition du gaz de synthèse Température un taux d injection de vapeur de 0,5 mol/mol qui garantit l absence de suies

66 Conditions opératoires et composition du gaz de synthèse Taux d injection de vapeur q Le taux de vapeur est dicté par le choix de la technologie de gazéification et notamment par la technique d introduction du charbon dans le réacteur. Ø le ratio vapeur/carbone de l ordre 0,5 mol/mol pour flux entraîné Ø 3,5 mol/mol, pour lit fixe. q Il existe un taux minimal sous lequel une partie du carbone se transforme quantitativement en suies. Ø ce minimum est d environ 0,2 mol/mol pour un charbon bitumineux classique. q un taux de vapeur élevé se traduit par une augmentation du rapport H2/ CO dans le syngas par déplacement de l équilibre de Shift :

67 Conditions opératoires et composition du gaz de synthèse Pression q Les gazéifieurs sont généralement dimensionnés à une pression permerant l alimentation directe en gaz de synthèse des unités aval (15 à 60 bar) sans recompression. q L énergie dépensée dans les différentes étapes de compression est considérablement réduite, car il est plus efficace de comprimer l oxygène (débit relativement faible) que le gaz de synthèse q En principe, une augmentation de pression se traduit par une diminution de la teneur en produits valorisables H2 + CO due à l augmentation de la production de CH4. Cependant, cere dégradation est négligeable à oc

68 Conditions opératoires et composition du gaz de synthèse Pression q Les gazéifieurs sont généralement dimensionnés à une pression permerant l alimentation directe en gaz de synthèse des unités aval (15 à 60 bar) sans recompression. q L énergie dépensée dans les différentes étapes de compression est considérablement réduite, car il est plus efficace de comprimer l oxygène (débit relativement faible) que le gaz de synthèse q En principe, une augmentation de pression se traduit par une diminution de la teneur en produits valorisables H2 + CO due à l augmentation de la production de CH4. Cependant, cere dégradation est négligeable à oc

69 Conditions opératoires et composition du gaz de synthèse Pression

70 Défis Technologiques q l introduction du charbon dans le réacteur q la technologie du brûleur q le soutirage des cendres q les matériaux employés (réfractaires, métallurgie) pour résister aux très hautes températures qui règnent au sein du réacteur q la récupération thermique q la purification du gaz de synthèse.

71 L introduction du charbon dans le réacteur q En Phase solide q Phase liquide ou slurry Après broyage, le charbon est mélangé à de l eau pour produire un slurry (ou mélange liquide + particules solides) peut se manipuler et être mis en pression comme un liquide (pompes, vannes...). Des pressions de l ordre de 70 bar sont areintes sans problème. La diminution d efficacité thermique globale inhérente à l évaporation de l eau du slurry dans la flamme peut être contrôlée en maximisant la concentration en charbon dans le slurry (50 à 70 % masse dans le gazéifieur General Electric).

72 Technologie du bruleur : Gazéifieurs en lit fixe - - Contre courant Grains de diamètre 1 et 5 mm ( I ) Pas de réaction, mais d échanges thermiques (le courant d air s échauffe au contact des cendres) (2) le charbon brûle en donnant du CO2 Les équilibres s établissent (3) réduction par les dernières traces de carbone du CO2 et de l H2O formés en CO et H2 (4) au contact du courant gazeux ascendant qu il refroidit, le charbon froid et humide, introduit à la partie supérieure, s échauffe à contre- courant jusqu à 900 à oc - Le syngas sort du réacteur encore chaud (700 à 800 oc).

73 Technologie du bruleur : Gazéifieurs en lit fixe