19/11/2024
Projets de gazéification : pourquoi ils échouent
Cette brève réflexion est rédigée à la demande d'ASP Cleantech afin d'aider l'entreprise à élaborer un plan stratégique lui permettant de résister aux difficultés futures. Elle s'appuie sur l'expérience de l'auteur et sur des informations issues de la littérature scientifique.
Un réacteur de gazéification peut être au cœur d'une usine produisant différents types de produits, tels que des combustibles liquides (Fischer Tropsch et de nombreuses autres usines, comme celles du procédé Mobile). Les usines de gazéification peuvent également être au cœur de projets de production de gaz de synthèse pour la production d'électricité ou la récupération d'hydrogène, comme c'est le cas pour le projet Cleantech.
La défaillance d'une usine de gazéification doit donc être liée à l'application. De nombreuses usines de gazéification défaillantes sont liées au procédé de synthèse Fischer Tropsch (FT) pour la production d'essence et de diesel. Le problème réside dans le fait que le catalyseur cobalt/fer utilisé ne résiste parfois pas à la température élevée du procédé. Ainsi, tout réacteur FT mal conçu, incapable d'évacuer rapidement la chaleur produite, entraîne la désactivation du catalyseur et une perte de stabilité. Mais cette demande ne nous concerne pas.
Il existe également des installations secondaires en amont et en aval d'un réacteur de gazéification pour le prétraitement de la charge, ainsi que pour le nettoyage et le conditionnement du gaz de synthèse destiné aux applications en aval, quelle que soit la nature de l'application. Ces installations absorbent 50 % des investissements totaux des applications de gazéification.
Pour nos besoins, nous n'aurons pas besoin d'installation secondaire en amont liée au séchage, notre matière première présentant une teneur en humidité d'environ 1 %. Cependant, nous devons réduire la taille de la matière première à moins de 100 microns, sans quoi les performances du réacteur gazéifieur diminueront, notamment en termes de rendement global en gaz de synthèse et de pouvoir calorifique. Ne pas prendre en compte ce facteur pourrait être source de problèmes. En particulier, la taille et le type de matière première détermineront la conception appropriée du gazéifieur. Ne pas adapter la conception du gazéifieur au type et à la taille de la matière première pourrait également poser problème.
Une fois la conception du gazéifieur sélectionnée, le défi suivant consiste à gérer les goudrons. Une conception efficace doit permettre de réduire la production de goudrons à des niveaux qui ne posent pas de problème aux équipements de consommation de gaz de synthèse en aval. Il est important, pour nos besoins, de déterminer la concentration de goudrons adaptée aux systèmes PSA et/ou à l'électrolyse. Ces informations seront ensuite transmises aux concepteurs de gazéifieurs afin de réduire au maximum la production de goudrons.La réduction des teneurs en goudrons, en particules et en solides du gaz de synthèse à la sortie du gazéifieur permettra de réduire considérablement les unités de nettoyage et de conditionnement en aval, garantissant ainsi la viabilité économique des installations. La meilleure solution consiste à concevoir un gazéifieur capable de réduire les goudrons in situ afin de réduire davantage le coût du nettoyage si la gazéification par plasma n'est pas envisageable pour des raisons de coût initial. Cela nécessite un catalyseur capable de résister à la température élevée de gazéification pendant plusieurs mois avant sa réactivation. Si cela ne peut être réalisé à un moment donné et que le système de nettoyage n'est pas prêt à supporter de fortes concentrations de goudrons en raison de la désactivation du catalyseur, l'installation peut tomber en panne.
Parfois, le nettoyage à sec est plus efficace que le nettoyage humide, surtout si l'application en aval fonctionne à la température du gazéifieur. Ce sera peu probable pour notre application, car l'AMP et l'électrolyse sont des systèmes à basse température, nécessitant un nettoyage humide (pour abaisser la température du gaz de synthèse) et présentant des problèmes environnementaux inhérents à l'eau. Ces questions doivent également être prises en compte dès la conception du gazéifieur. Par exemple, comment traiterez-vous l'important volume d'eau généré par le barbotage du gaz de synthèse dans un réservoir ou une cuve pour éliminer les impuretés ? Au fil du temps, cette eau devra être traitée conformément à la législation. Un bon système de gazéification augmentera le rendement du gaz de synthèse et minimisera les rejets de goudron et autres impuretés. Si le nettoyage humide du gaz de synthèse est utilisé, la production d'eau polluée sera très faible.
En matière de stratégie, il est recommandé d'acquérir des unités conçues et testées depuis longtemps, que ce soit à l'échelle pilote ou commerciale. S'appuyer sur des technologies non testées en laboratoire (à tous les niveaux) peut conduire à l'échec.
Le dernier problème, mais non le moindre, est l'absence d'une source régulière de matières premières pour assurer le fonctionnement continu de l'usine. Que se passerait-il si l'on se retrouvait soudainement sans source fiable de matières premières ? Certains gazéifieurs sont tombés en panne pour cette simple raison. Un gazéifieur polyvalent, capable de gazéifier plusieurs matières premières, constituerait donc une bonne assurance face à ce type de problème. Un plan d'identification et d'acquisition des différents types de matières premières doit faire partie intégrante d'un projet réussi afin de garantir la flexibilité. Le manque de matières premières peut résulter de la concurrence au sein du secteur ou d'un changement de politique gouvernementale en matière de gestion des déchets municipaux.
ASP Cleantech prend en compte tous ces facteurs pour assurer le fonctionnement à long terme de ses systèmes intégrés de valorisation des déchets en gaz de synthèse, de nettoyage du gaz de synthèse, de séparation de l'hydrogène et de production synergétique de méthanol.
Eliasu A. Teiseh
Responsable Recherche et Développement, PhD