ENERGIES RENOUVELABLES: SYNGAS, PYROGAZEIFICATION,
GAZEIFICATION HYDROTHERMALE, HYDROGENE

Energies renouvelables

SOCLEMA propose des systèmes d' échantillonnage pour tout type d' énergies renouvelables telles que la pyrogazéification et la gazéification hydrothermale.

Différents systèmes sont proposés, dont un système de prélèvement de goudrons par TAR PROTOCOL et un système d'épuration de syngas pour analyse via chromatographie.

Spécialiste de l'échantillonnage, SOCLEMA vous rappelle les lignes directrices de l'échantillonnage TAR PROTOCOL.

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La pyrogazéification, une filière énergétique performante et complémentaire de la méthanisation

La pyrogazéification est l’un des 3 procédés qui permet la production de biométhane, une énergie renouvelable non fossile. C’est une technique ancienne utilisée jadis pour produire du charbon de bois. Au 19e siècle, elle servait aussi à fabriquer du « gaz de ville » produit à partir de houille.

Complémentaire avec les autres énergies renouvelables, la pyrogazéification participe aujourd’hui à la transition écologique. La pyrogazéification consiste, par un procédé thermochimique, à transformer des résidus organiques relativement secs comme le bois et des déchets divers en gaz combustible valorisable de multiples façons. L’énergie générée par ce processus est directement stockable et injectable via les réseaux existants.

Le gaz produit par ce procédé de gazéification de la biomasse solide est appelé gaz de synthèse ou syngas.

La pyrogazéification : un processus en 2 étapes :

1- La pyrolyse : procédé de décomposition thermique qui produit, sous l’effet de la chaleur et en absence d’agent oxydant :

- des composés solides : char et biochar

- des composés liquides : huiles de pyrolyse

- des composés gazeux : gaz de synthèse (mélange d’H2, CO, CO2 et CH4)

2- La gazéification : procédé qui par des réactions thermochimiques complexes convertit la partie liquide et la partie solide en un gaz combustible riche en CO et en H2 appelé « gaz de synthèse » ou « syngas » en anglais.- Cogénération permettant la valorisation simultanée d’électricité et de chaleur (possibilité d’améliorer significativement le rendement électrique par rapport à un procédé conventionnel par combustion directe de la biomasse)

- Substitution directe au gaz naturel pour certaines applications industrielles comme la fusion du verre

- Production de biométhane (appelé aussi gaz naturel de synthèse) par le biais du procédé de méthanation.

Les goudrons produits par la pyrogazéification

Le gaz de synthèse obtenu entraine avec lui, sous l’effet des températures élevées et de façon non maîtrisée, des composés organiques lourds générés par la décomposition thermique et appelés goudrons. Ces goudrons se condensent facilement sur les points froids, ce qui provoque un encrassement des conduites et une perte d’efficacité des échanges thermiques. Par ailleurs, les goudrons peuvent former du coke par cokage ou des suies par polymérisation.

Bien que les goudrons ne soient pas l’unique source d’empoisonnement (particules, sels métalliques, composés inorganiques soufrés, chlorés et azotés), ils restent néanmoins le polluant le plus difficile à éliminer.
Il existe différentes définitions des goudrons. De manière générale, les goudrons ou « Tars » désignent un mélange complexe d’hydrocarbures aliphatiques ou aromatiques d’un à plusieurs cycles pouvant contenir ou non un hétéroatome.
La composition en goudrons dans un gaz de synthèse dépend directement des conditions opératoires (température, pression, atmosphère oxydante ou non, temps de séjour), du type de réacteur utilisé et de la nature de la biomasse.

Cependant, l’ analyse des goudrons et plus particulièrement leur échantillonnage en milieu extrême (températures et pressions élevées, forte humidité) se révèlent être une tâche délicate.  La difficulté est d’avoir un échantillon qui, dans des conditions de laboratoire, soit représentatif le plus possible des gaz de synthèse.

L'ECHANTILLONNAGE DES GAZ DE SYNTHESE PAR TAR PROTOCOL

La méthode de référence pour l’échantillonnage des goudrons est appelée le « Tar Protocol »

Cette technique est basée sur l’ échantillonnage discontinu des gaz de synthèse contenant des particules et des goudrons dans des conditions isocinétiques.

Le système d’échantillonnage est composé de plusieurs dispositifs de piégeage : un filtre à particules chauffé, un condenseur et une série de barboteurs contenant des solvants. Un dispositif de chauffage des lignes d’échantillonnage permet d’éviter en partie la condensation des goudrons avant les dispositifs prévus à cet effet.

Le procédé d’échantillonnage est constitué de 4 modules et de sous-modules.

Le module 1 est constitué d’un système de vanne d’échantillonnage et d’une canne isocinétique chauffée qui permet le prélèvement des gaz, que ce soit dans un réacteur sous pression ou non. Les lignes de prélèvements sont en général maintenues à des températures supérieures à 350°C afin de minimiser la condensation des goudrons lourds.
Le module 2 est composé d’un filtre gravimétrique qui permet de récupérer des particules en sortie du réacteur. En effet, ces particules pourraient entraîner le colmatage des supports de prélèvement situés en aval (condenseur et barboteurs).
Dans le module 3, les barboteurs de collecte des goudrons sont placés dans différents bains dont la température varie de 20 à -20 °C. Les bains absorbent le dégagement de chaleur provoqué par le refroidissement des gaz et leur condensation. La condensation directe des effluents liquides sans milieu de dilution (uniquement par piège froid) peut entraîner des réactions entre les composés piégés, c’est pourquoi un solvant est placé dans chacun des barboteurs pour absorber ces composés et ainsi éviter toute réaction parasite. L’isopropanol a été déterminé comme le solvant le plus approprié pour la collecte des goudrons de par sa faible toxicité et sa faculté à solubiliser les goudrons pour leur collecte. Immédiatement après l’échantillonnage, le contenu des barboteurs est stocké dans une bouteille qui est maintenue hermétiquement fermée à une température inférieure à 5°C pour des analyses ultérieures.
Le module 4, quant à lui, permet de mesurer et régler les paramètres du gaz.

Le débit de gaz prélevé est maintenu constant à l’aide d’une pompe à vide. Il est important de veiller à ce que le débit de prélèvement ne soit pas trop important par rapport à la capacité de refroidissement et d’adsorption des barboteurs.