Evaluation à l’échelle des procédés

Description des procédés explorés

Un procédé complet s’articule en sept procédés élémentaires génériques offrant plusieurs options techniques. Les options envisagées sont détaillées (§1.1), puis les combinaisons considérées (§1.2). 

Options techniques pour chaque procédé élémentaire générique

Sont décrites ici les options techniques envisageables pour chacun des sept procédés élémentaires génériques, en partant du but, la synthèse de carburant liquide, et en remontant jusqu’au séchage de la biomasse. L’objectif de cet inventaire est de lister les procédés élémentaires mobilisables en justifiant les choix effectués, par exemple lorsqu’on est amené à écarter certaines options techniques a priori envisageables, conçues pour des applications voisines, mais aux performances ou exigences finalement divergentes. Une description détaillée de chacun des procédés élémentaires mobilisés par les enchaînements évalués a été réalisée, incluant les données et hypothèses de modélisation utilisées (cf. §2 et exemple en annexe). Par ailleurs, un enchaînement de procédés complet à partir des sept procédés élémentaires génériques mobilise différentes utilités (production d’oxygène, de vapeur, traitement de déchets solides, d’effluents liquides, gazeux) et l’ensemble doit faire l’objet d’une intégration énergétique (échangeurs thermiques, valorisation de chaleur). Ces éléments sont considérés comme disponibles et connus (« procédés sur étagère ») et ne sont pas décrits ici. –

La synthèse Pour la production de carburant

Fischer-Tropsch, deux types de synthèse à partir de syngas sont envisageables : – la synthèse Fischer-Tropsch catalysée au cobalt : – procédé maîtrisé industriellement : Sasol, Shell, Exxon Mobil, – réaction générique CO + 2 H2 → −(CH2)− + H2O exothermique, rapport optimum H2/CO=2, – produits : gaz de tête (C1-C4), naphta (C5-C9), kérosène (C10-C14), gazole (C15-C20) et cires (C>20) qui font ensuite l’objet d’un hydrocraquage catalytique permettant de maximiser la production de carburant liquide, – température de procédé de l’ordre de 200 °C, pression de l’ordre de 25 bar, – réaction catalysée par des catalyseurs à base de Co, sensibles aux impuretés ; – la synthèse Fischer-Tropsch catalysée au fer : – procédé maîtrisé industriellement, mais délaissé, – réaction a CO + b H2 + (2a-b)/3 H2O → (a+b)/3 −(CH2)− + (2a-b)/3 CO2 + (a+b)/3 H2O exothermique, – produits similaires à ceux de la synthèse au Co, toutefois moins saturés, – température de procédé de l’ordre de 200 °C, pression de l’ordre de 25 bar, – réaction catalysée par des catalyseurs à base de Fe, moins sensibles aux impuretés. Evaluation à l’échelle des procédés 32 –1.1.2 L’ajustement en H2 L’ajustement en H2 consiste à modifier le gaz de synthèse issu de la gazéification de la biomasse pour obtenir une composition proche de 2 H2 pour 1 CO, ce qui nécessite d’augmenter la proportion de H2 par rapport à CO. Trois procédés sont envisageables : – la réaction de water gas shift (ou réaction du gaz à l’eau) : il s’agit de transférer l’énergie chimique d’une partie du CO issu de la gazéification de la biomasse dans une molécule de H2, en faisant réagir CO sur H2O : – procédé maîtrisé industriellement, – réaction CO + H2O → CO2 + H2 faiblement exothermique, – température de procédé entre 350 et 450 °C, réaction peu influencée par la pression, – réaction catalysée par des catalyseurs à base de Fe et d’oxyde de Cr, selon le degré de propreté du gaz ; l’inconvénient de ce procédé est de consommer une partie significative du carbone de la biomasse et donc de réduire d’autant la quantité de biocarburant produite par unité de biomasse transformée ; – le reformage de gaz naturel : il s’agit d’un moyen d’apporter de l’hydrogène non issu de la biomasse : – procédé maîtrisé industriellement, – réaction générique CH4 + H2O → CO + 3 H2 endothermique suivie d’une réaction de water gas shift, de sorte que le bilan final est CH4 + 2 H2O → CO2 + 4 H2 , – température de procédé autour de 800 °C, pression autour de 20 bar, – réaction catalysée par des catalyseurs à base de Ni ; – l’électrolyse de H2O : il s’agit d’un autre moyen d’apporter de l’hydrogène non issu de la biomasse : – procédé maîtrisé industriellement, – réaction d’oxydoréduction 2 H2O → 2 H2 + O2 très endothermique (consommation électrique). Par la suite, l’hydrogène produit par reformage de gaz naturel ou par électrolyse de l’eau est désigné par « allohydrogène », le préfixe « allo » indiquant que l’énergie contenue dans le vecteur hydrogène ne provient pas de la biomasse, mais d’une autre énergie primaire.