Principe de la gazéification biomasse et des zones de réaction (séchage, pyrolyse, oxydation, réduction)

Principe du procédé

La gazéification de la biomasse consiste à décomposer en présence d’un gaz réactif un solide, par exemple du bois, afin d’obtenir un produit gazeux. Lors de ce processus, la biomasse est soumise à quatre phénomènes thermochimiques complexes qui se succèdent : le séchage, la pyrolyse, l’oxydation et la réduction.

Le séchage

L’humidité du combustible est éliminée par évaporation. Cette opération est endothermique, elle a lieu à une température comprise entre 100°C et 160°C.

La pyrolyse

Des gaz combustibles et non combustibles sont libérés par la biomasse sèche à partir de 250°C. Ces gaz sont constitués de vapeurs non condensables (méthane, hydrogène, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone,…) et de vapeurs condensables (goudrons). Le résidu de cette opération appelé coke est du carbone qui contient des matières minérales.

L'oxydation

L’oxydation a lieu en présence du gaz réactif (air, vapeur d’eau, oxygène pur, hydrogène) qui conditionne le pouvoir calorifique du gaz à la sortie du gazéifieur. L’utilisation de l’air, comme gaz réactif, est la plus répandue. Dans ce cas précis, l’oxydation ou combustion partielle est la phase qui fournit la chaleur nécessaire pour les trois phases du processus de gazéification.

La réduction

Le coke réagit avec la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone, formant de l’hydrogène et du monoxyde de carbone, constituants principaux du gaz combustible produit.

TECHNOLOGIE DE GAZÉIFICATION À LIT FIXE

Il existe deux technologies de gazéification à lit fixe : co-courant et contre-courant.

Gazéifieur à lit fixe contre-courant « updraft »

Dans un gazéifieur contre-courant, l’alimentation en biomasse se fait par le haut du réacteur et l’air est injecté par le bas de l’unité à travers une grille. Le coke subit une combustion partielle qui fournit l’énergie thermique nécessaire aux différentes étapes du procédé. Le gaz traverse les zones de réduction et de pyrolyse et refroidit en séchant la biomasse. Ce type de réacteur ne permet pas le craquage des goudrons de pyrolyse. Le syngaz produit peut donc contenir une quantité importante de goudrons.

Gazéifieur de biomasse à lit fixe contre-courant (updraft)

Gazéifieur à lit fixe co-courant « downdraft »

Dans un gazéifieur co-courant, l’alimentation en biomasse et agent oxydant se fait dans la même direction. Le gaz produit traverse la zone chaude ce qui permet de craquer les goudrons formés pendant la réaction. Le gaz produit quitte donc le réacteur à une température élevé, de l’ordre de 700°C, avec une concentration minimale en goudrons.

Gazéifieur de biomasse à lit fixe co-courant (downdraft)

TECHNOLOGIES DE GAZEIFICATION A LIT MOBILE

Il existe deux technologies de gazéification à lit mobile : fluidisé (circulant ou dense) et entraîné. Ces réacteurs sont généralement utilisés pour les puissances élevées.

Gazéifieur à lit fluidisé

Le combustible solide est mis en suspension par ajout d’air à grande vitesse dans le lit qui est constitué de particules de faible diamètre comme le sable ou l’alumine afin d’améliorer la fluidisation. Le solide se comporte ainsi tel un fluide permettant une homogénisation des températures et des réactifs.

Gazéifieur à lit entraîné

Le combustible est finement pulvérisé dans le jet d’agent gazéifiant (air ou air/vapeur d’eau) et la réaction s’effectue à haute température et pression élevée, empêchant ainsi la formation de goudrons et de méthane.