Le procédé

La gazéification de la biomasse est réalisé dans un réacteur à lit fluidisés croisés. Ce procédé est décrit plus précisément ci-dessous:

Principe de fonctionnement

         schéma de l'installation (source BEI 2012/2013 Gazéification de la biomasse)

Le procédé se décompose en deux parties : 

      Le gazéifieur :

Les granulés de biomasse sont injectés dans le réacteur de pyrolyse. Ils y sont décomposés à haute température (850 °C) sous un flux de vapeur. L'opération se divise en deux actions successives : pyrolyse de la biomasse (rapide), suivit de la gazéification (plus lente) . L'environnement doit rester  dépourvu d'oxygène afin de ne pas déclencher la combustion de la biomasse. La biomasse se décompose en une partie solide, le char, et en une partie gazeuse, le gaz de synthèse (mélange de gaz dont CH4, CO et H2). Le gaz de synthèse produit pourra ensuite être purifié des traces de goudrons et composés organiques, puis transformé par méthanisation en CH4 "utile".

Le char est un résidus de pyrolyse constitué de carbone presque pur.

     Le combusteur : 

Une partie du char est extrait  du gazéifieur puis injecté à la base du combusteur. Les particules de char sont mise en suspension. La combustion du char par l'air peut alors être réalisée.  Pour assurer la mise en mouvement du char, de l'olivine est mélangée au char. L'olivine est une particule minérale de taille très inférieure à celles du char. La quantité d'olivine intorduite est très supérieure à celle de char, ainsi l'olivine transmet ses propriétés hydrodynamique au char. L'olivine joue le rôle de média porteur et caloporteur. Cette opération rend la fluidisation possible. En effet, plus la taille des particules est petite plus le débit d'air nécessaire à la fluidisation est petit (à porosité constante). Sans l'olivine, la fluidisation du char seul serait impossible (car le débit d'air nécessaire à l'opération serait techniquement impossible à obtenir).

Le combusteur se divise en deux parties : 

  • Zone dense: l'air y est injecté à une vitesse inférieure à la vitesse terminale de chute des particules d'olivine. Cette zone est consacrée ua chauffage des solides
  • Zone transportée: L'air y est injecté à une vitesse supérieure à la vitesse terminale de chute de l'olivine. Ainsi, les particules solides sont entrainées vers le haut du lit. Dans cette zone, la combustion du char est importante.

Une zone de transition, dévolue à l'injection du char en provenance du réacteur de pyrolyse, peut être placée entre les deux.

 

​​En tête de réacteur, les fumées (CO2 majoritairement) sont évacués. Les particules solides à 950 °C sont renvoyés dans le gazéifieur pour fournir l'énergie nécessaire à la réaction de gazéification. C'est le principal intérêt de ce procédé : utiliser les sous-produits de pyrolyse pour produire l'énergie nécessaire à celle-ci. L'olivine joue alors un second role, celui de média caloporteur. Elle se réchauffe au contact de la réaction de combustion puis est extraite en tête de colonne et réinjectée dans le gazéifieur où elle libère la chaleur accumulée. L'olivine fonctionne ainsi en circuit fermé sur le procédé et permet un meilleur bilan énergétique de l'installation (intégration énergétique). De plus, on obtient en sortie du combusteur un courant de $CO_{2}$ très pur, ce qui favorise le captage et le stockage de ce dernier.

On note sur le schéma, une éventuelle injection de gaz de synthèse dans le combusteur. Celle-ci ne se produit que pendant la phase de démarrage pour amorcer la combustion.

Les lits fluidisés

La fluidisation est un phénoméne de mise en mouvement de particules solides. Chaque particules est soumise à la force de gravité, à la poussé d'Archimède et à la force de traînée. Le bilan de force permet de déterminer la vitesse minimale de fluidisation, vitesse minimale à laquelle doit circuler le gaz pour mettre en mouvement les particules. Cette vitesse peut être déterminée à partir de corrélations empiriques. Le schéma suivant présente l'état du lit sous un courant d'air ascendant en fonction de la vitesse débitante du gaz.

En dessous d'une certaine vitesse, le lit reste immobile. Quand la vitesse minimale de fluidisation ($U_{mf}$) est atteinte, le lit se met en mouvement. L'augmentation de la vitesse augmente le mouvement et l'agitation du lit. Mais au delà d'une certaine vitesse ($U_{e}$), les particules sont entraînées hors du lit.

Les lits fluidisés augmentent la surface de contact entre particules solides et gaz, ce qui améliorent les échanges de chaleur et de matières entre les deux phases. Cela permet aussi un mélange homogène dans le réacteur et le contrôle précis du temps de séjour des particules dans le réacteur.