Les grands types de procédés/technologies de gazogènes

Les différentes technologies de gazogènes, actuellement utilisées, peuvent être classées en six groupes [2]:

 Les gazogènes à lit fixe co-courant et contre-courant

 Les gazogènes à lit fluidisé dense ou circulant et à lit entraîné

Gaz de Pyrolyse + Coke + Oxydant CO2 + H2O + Chaleur

Coke + CO2 + H2O + Chaleur CO + H2

 Les gazogènes indirects

 Les gazogènes à arc à plasma

Les deux plus grands types sont : les procédés à lit fixe et les procédés à lit fluidisé.

Le choix d'un type de procédé est guidé par différents paramètres tels que la taille de l'installation, le combustible utilisé, l'usage du gaz produit ou parfois la maturité des technologies.

Procédés à lit fixe

Il se caractérise par une zone d’oxydation/réduction stationnaire où le coke est maintenu par une grille. C’est la méthode traditionnelle de gazéification. L’agent oxydant utilisé est systématiquement de l’air, avec éventuellement ajout de vapeur. Selon le sens d’écoulement du gaz, les gazogènes à lit fixe sont différenciés : co-courant, contre-courant.

Un schéma de fonctionnement des deux types est présenté par les figure 2.3 et 2.4. Ces gazogènes sont sensibles à la taille des particules de la biomasse utilisée et ne sont pas utilisables pour des installations de grande puissance. Par contre leur simplicité d’utilisation, la relative bonne connaissance du procédé ainsi que son contrôle simple en font le type privilégié pour les installations de faible à moyenne puissance utilisant des déchets boisés.

- Les procédés à contre-courant ou "updraft"

Dans les procédés à contre-courant, l’alimentation en biomasse se fait en partie haute tandis que l’air est introduit par le bas. Ces procédés ont l’avantage d’accepter des biomasses avec un taux d’humidité important. Le problème est que le gaz produit est fortement chargé en goudrons formés lors de la phase de pyrolyse. En effet, ceux -ci ne traversant pas de zone chaude avant d’être évacués, il n’y a pas de possibilité de craquage thermique de ces goudrons. Leur concentration importante dans le gaz produit rend les procédés à contre-courant inadaptés à la production d’électricité.

Figure 1.3 : Procédés à lit fixe à contre-courant [9]

- Les procédés à co-courant ou « downdraft »

Dans les procédés à co-courant, la biomasse et l’air sont tous deux introduits en partie haute du réacteur. La zone d’injection de l’air présente en général une restriction de diamètre pour permettre de créer un espace vide favorable à l’oxydation des matières volatiles. Dans un tel procédé, le gaz produit traverse la zone d’oxydation à haute température avant d’être évacué

; cette dernière favorise le craquage thermique des goudrons. La teneur en goudrons du gaz produit est donc beaucoup plus faible que dans le cas d’un procédé à contre-courant.

- Les procédés étagés :

La gazéification étagée, repose sur la séparation physique entre les différentes étapes du processus. Plusieurs configurations sont possibles. Celle développée initialement par Delacotte sépare la combustion des gaz du reste du procédé. Une autre variante de la gazéification étagée utilise deux réacteurs, l’un pour le séchage/pyrolyse et l’autre la combustion/réduction chacun muni d’une vis tournante (voir la figure 1.5). Cette méthode permet de dégager dans la zone de pyrolyse tous les goudrons de la biomasse, qui passent donc obligatoirement par la zone très chaude d’oxydation puis par le lit de coke. Le craquage primaire des goudrons qui en résulte, outre l’élimination d’un polluant, améliore la composition du gaz final et en augmente la quantité produite.

Figure 1.5: Gazogène Viking [9]

Procédés à lit fluidisé

Dans un procédé à lit fluidisé, les particules sont en "suspension" dans le réacteur. Cela favorise les échanges thermiques et massiques entre le gaz et le solide. Les conditions opératoires sont bien maîtrisées et les vitesses de réaction beaucoup plus importantes que dans les procédés à lit fixe. Cependant, la fluidisation n'est possible qu'avec des particules de petite taille (2 à 5 mm), ce qui nécessite généralement un broyage préalable de la

biomasse. D'autre part, le gaz produit est fortement chargé en particules, exigeant la mise en œuvre de traitements de goudrons avant sa valorisation.

Figure 1.6 : Procédés à lit fluidisé [9]

Dans ce type de réacteur, les différents mécanismes de séchage, pyrolyse, oxydation homogène et hétérogène ont lieu dans une seule et même zone du réacteur.

On répertorie trois types de lits fluidisés, classés en fonction de la vitesse de fluidisation : - Les procédés à lit fluidisé dense ou "Bubbling Fluidised Bed"

La vitesse de fluidisation est relativement faible (1-2 m/s), pour permettre le brassage des particules sans les entraîner hors du lit. Ce procédé n'est pas très souple d'exploitation, en particulier au niveau du contrôle du niveau du lit lors des variations de charge. De plus, son fonctionnement est optimal si les particules sont de taille calibrée [10].

- Les procédés à lit fluidisé circulant ou "Circulating Fluidised Bed"

La vitesse de fluidisation est plus élevée (4-6 m/s), si bien qu'une partie des particules du lit est entraînée hors du réacteur. Un cyclone permet de séparer la phase solide, pour la faire ensuite circuler à nouveau dans le lit. La phase solide est donc continuellement en mouvement dans le réacteur. Comparé au procédé à lit fluidisé dense, le procédé à lit fluidisé circulant dispose d’une plus grande tolérance vis-à-vis du combustible. La plupart des

- Les procédés à lit fluidisé entraîné

La vitesse de fluidisation (nettement supérieure à 6 m/s) est telle que la vitesse des particules est proche de la vitesse des gaz. Le combustible est introduit sous forme pulvérulente. La réaction se fait à très haute température (1200 - 1500°C), si bien que la qualité du gaz produit est bien meilleure (en termes de teneur en goudrons). Cependant, le temps de séjour du solide dans le réacteur est très faible et ne permet pas la conversion totale du solide. D'autre part, la faible granulométrie du combustible implique des coûts de préparation importants et la complexité de la technologie la rend coûteuse et difficile à mettre en œuvre.