3.4 Reformage du biogaz
3.4.2 Etude bibliographique
Cas du reformage au CO2
Les compos´es pr´esents dans le biogaz se prˆetent `a la r´eaction de reformage auCO2.
Ce-pendant, la composition de base du biogaz ne respecte pas le rapport stœchiom´etrique de
la r´eaction, un d´efaut de dioxyde de carbone aboutit `a une faible conversion du m´ethane
et une production de carbone accrue. A l’inverse, un exc`es de dioxyde de carbone diminue
le rendement en hydrog`ene `a cause de la r´eaction inverse de Water Gas Shift mais
aug-mente la r´esistance envers la formation de carbone par la pr´esence d’esp`eces oxyg´en´ees `a
la surface du m´etal [73]. Lauet al.[100] ont ´etudi´e cette r´eaction sur un catalyseur Pt-Rh
d´epos´e sur un support contenant un m´elange d’oxydes (c´erium, zirconium et aluminium).
Certains des r´esultats sont pr´esent´es sur la figure 3.12. On constate qu’`a temp´erature
´egale, c’est le temps de passage le plus grand (ie le d´ebit le plus faible) qui assure la
meilleure conversion du m´ethane `a cause du temps de contact entre les r´eactifs et le
catalyseur.
Cas du vaporeformage
Kolbitsch et al. [97] pr´esentent une ´etude du vaporeformage d’un biogaz synth´etique
(60%CH4 et 40%CO2) sur un catalyseur de typeNi/(CaO,Al2O3). Cette m´ethode
per-met d’obtenir un gaz plus riche en hydrog`ene avec un rendement maximum en hydrog`ene
autour de 750°C. A cette temp´erature, l’augmentation du rapport S/C (vapeur d’eau sur
m´ethane) am´eliore l´eg`erement la conversion de CH4 et diminue fortement celle de CO2.
En effet, l’augmentation de la teneur en eau favorise la r´eaction de vaporeformage. La
s´electivit´e pour l’hydrog`ene (par rapport `a CO) augmente aussi avec le rapport S/C. Dans
ces conditions, les auteurs ne remarquent pas de formation de carbone sur le catalyseur.
Avraam et al. [101] proposent une ´etude exp´erimentale et th´eorique du
vaporefor-mage d’un biogaz synth´etique (25 % CH4, 25% CO2 et 50% H2O) sur un catalyseur
Ru/Al2O3. Le mod`ele d´evelopp´e d´ecrit tr`es bien les r´esultats exp´erimentaux. Il repose
sur les hypoth`eses suivantes : conditions d’´ecoulement de type piston ; dispersions axiale
et radiale n´egligeables ; les r´esistances au transfert (interne et externes) sont repr´esent´ees
par des facteurs d’efficacit´e associ´es aux r´eactions ; conditions isothermes ; particules de
taille uniforme ; porosit´e uniforme dans le lit de catalyseur ; r´eactions h´et´erog`enes
uni-quement ; prise en compte de cinq esp`eces (CH4, CO2, H2O, CO, H2). Les conclusions sur
l’influence de param`etres tels que la temp´erature, le temps de passage ou le ratio S/C sont
identiques `a celles pr´esent´ees plus haut. La composition du biogaz est `a priori une donn´ee
de base du proc´ed´e qui n’est pas amen´ee `a ˆetre modifi´ee (sauf changement de l’origine
du gaz) mais elle permet de faire varier le ratio H2/CO : ici ce dernier varie de 1,5 `a 4
lorsque le ratio CH4/CO2 varie de 0,5 `a 2,5. Les auteurs montrent que l’augmentation
du ratio CH4/CO2 augmente la fraction d’hydrog`ene produit mais r´eduit la conversion
du m´ethane.
Effendi et al.[69] ont ´etudi´e la r´eaction de vaporeformage d’un biogaz de composition
CH4/CO2 = 1,5 `a diff´erents ratio S/C dans un r´eacteur de type lit fixe et un r´eacteur `a lit
fluidis´e. En termes de conversion, les performances du second r´eacteur sont meilleures de
7 `a 15 %. Les conclusions sur l’influence de la temp´erature et du ratio S/C sont identiques
`a celles pr´esent´ees ci-dessus. L’utilisation d’un r´eacteur `a lit fluidis´e permet de r´esoudre
en partie le probl`eme de formation du carbone. Il introduit n´eanmoins le probl`eme de la
destruction du catalyseur par attrition.
Cas de l’oxydation partielle
Lau et al. [100] ont ´etudi´e cette r´eaction sur un catalyseur Pt-Rh d´epos´e sur un
support contenant un m´elange d’oxydes (c´erium, zirconium et aluminium). C’est `a faible
temp´erature (autour de 400°C) que l’ajout d’oxyg`ene a l’effet le plus remarquable car la
r´eaction d’oxydation partielle y est plus favoris´ee. Cet ajout a mˆeme un impact n´egatif
sur la production d’hydrog`ene lorsque le ratio O2/CH4 est faible `a des temp´eratures
comprises entre 500 et 800°C.
Izquierdo et al. [102] proposent une ´etude du reformage par oxydation partielle
ca-talytique, en lit fixe et en micro-r´eacteur, d’un biogaz synth´etique (60 % CH4 et 40 %
CO2) sur un catalyseur Ni et un catalyseur Rh-Ni dont les supports Al2O3 sont dop´es `a
l’aide de Ce et Zr pour am´eliorer la r´esistance `a la d´eposition de carbone. Les conversions
obtenues dans le micro-r´eacteur sont similaires `a celles du lit fixe, et mˆeme l´eg`erement
inf´erieures pour le m´ethane. Cependant les vitesses de r´eactions y sont sup´erieures d’un
ordre de grandeur.
Par reformage autotherme
Arakiet al.[103] ont ´etudi´e le reformage autotherme d’un biogaz (de composition 48,9
% CH4 et 51,1 % CO2) sur un catalyseur monolithique au nickel. Selon ces auteurs une
forte teneur en oxyg`ene tend `a oxyder l’hydrog`ene produit, c’est pourquoi la production
d’hydrog`ene connait un maximum pour O2/C = 0,45. Le ratio H2/CO peut ˆetre ajust´e
entre 2 et 3 tout en conservant une conversion du m´ethane sup´erieure `a 90 %.
L’augmen-tation de la teneur en eau du gaz entrant favorise la formation d’hydrog`ene et de dioxyde
de carbone via la r´eaction de WGS (CO +H2O = CO2 +H2). Une fois de plus, il est
possible d’ajuster le ratio H2/CO en conservant une conversion en m´ethane sup´erieure `a
90 %.
Troisi`eme partie
Chapitre 4
Absorption
Dans le document
Valorisation du biogaz par purification et par reformage
(Page 63-69)