Le procédé

Schéma de l'installation :

Le procédé utilisé permet de créer des gaz de synthèse à partir de la gazéfication de la biomasse. Ces gaz serviront ensuite à créer des bio-carburants ou à alimenter des turbines pour produire de l'électricité. Le but de ce procédé est donc de créer de l'énergie.

Le schéma ci-dessous présente la structure de l'installation et les différentes étapes de la gazéification :

 

SOURCE : BEI E&P 2011-2012 Gazéification de la biomasse en lits fluidisés croisés

L'installation se compose de 2 parties  : le gazéifieur et le combusteur

Principe de fonctionnement :

Le procédé se déroule en 3 étapes distinctes :

Pyrolyse de la biomasse :

La biomasse est injectée dans le gazéifieur sous forme de bâtonnets. Elle y est tout d'abord pyrolysée. La pyrolyse consiste à décomposer la biomasse en char (ou coke) et en gaz à une température très élevée (autour de 850°C) et dans un environnement dépourvu d'oxygène afin d'éviter toute réaction de combustion ou d'oxydation. Cette étape est dite autothermique car elle ne produit ni ne consomme d'énergie. Les principaux produits de cette réaction sont : le char (carbone réducteur presque pur) et un mélange de gaz oxydants ($CO, CH_4$) qui constituent les gaz de pyrolyse.

Combustion du char :

Le char ainsi créé est un combustible solide qui se présente sous la forme de bâtonnets cylindrique de 11 à 25 mm de longueur et de 3 à 4 mm d'épaisseur. Il est injecté dans la partie basse du combusteur dans un lit fluidisé : les particules de char sont mises en suspension. On utilise dans cette phase des particules d'olivine qui entraînent les particules de char dans le lit fluidisé. En effet, les particules de char ont une taille trop importante pour être fluidisées seules.

La réaction de combustion peut alors avoir lieu et s'écrit sous la forme : $C + O_2 \rightarrow CO_2$. Elle permet d'obtenir des températures assez hautes pour fournir la chaleur nécessaire à la pyrolyse et à la phase ultérieure de gazéification.

Les fumées de combustion sont évacuées par le haut du combusteur.

Gazéification :

L'énergie produite par la combustion va permettre d'amorcer la réaction de gazéification dans le gazéifieur. Cette réaction se déroule entre le char et la vapeur d'eau (injectée dans la partie basse du combusteur) selon l'équation : $C + H{_2}O \rightarrow H_2 + CO$

Les différentes parties du combusteur :

On distingue 3 parties dans le combusteur :

  • A l'extrémité basse, un lit fluidisé dense : constitué de particules d'olivine, il est mis en mouvement par une arrivée d'air qui traverse une grille perforée.
  • La zone de transition est située au dessus du lit fluidisé dense et est créé par la différence entre le débit d'air injecté dans la canne d'injection et celui injecté à travers la grille perforée.
  • Enfin, en haut du combusteur, on observe un lit fluidisé circulant - ou cyclone - qui sépare le gaz des particules solides.  Les particules solides sont transportées en tête de réacteur puis renvoyées dans le gazéifieur afin d'y apporter la chaleur nécessaire à la réaction.

Le principe des lits fluidisés sera plus amplement détaillé dans la partie suivante ($\href{http://hmf.enseeiht.fr/travaux/bei/beiep/content/g12/les-lits-fluidises}{\textbf{Les lits fluidisés}}$)