EDF Energies Nouvelles

EDF Energies Nouvelles
La gazéification
Guillaume Bourtourault
Sommaire
● Généralités
● Principe
● Familles de gazogène
● Epuration du gaz
● Historique
● Stade de développement
● Acteurs et marchés
● Perspectives industrielles et économiques
2
Une technologie vieille comme le monde
- étape intermédiaire de toute combustion
- utilisation empirique séculaire : cigarette, gazogène
automobile
- utilisation industrielle limitée géographiquement (Afrique
du Sud) ou dans le temps (gaz de ville)
3
Une étape de la dégradation thermochimique
matière organique (C, H, O, N)
énergétique et stockable
agression chimique / biologique / physique
naturelle / artificielle
énergie solaire
bioénergie
polluants
minéraux
CO2 + H2O
cendres
4
Une étape de la dégradation thermochimique
Gaz de
synthèse
Gaz et
vapeurs
Vapeurs
séchage
chaud
gazéification
pyrolyse
Fumées
Vapeurs
ou char
biomasse
Biomasse
sèche
chaleur
Char(bon)
chaleur
Combustion
froid
Agent de gazéification
Oxygène / air /
vapeur d’eau
Comburant
ou
thermolyse
5
La chimie
●
Gazéification
• C + 1/2 O2 => CO
• C + H2O
●
C + O2 => CO2
=> CO + H2
Equilibres
• CO + H2O => CO2 + H2
• CO + 3 H2 => CH4 + H2O
●
Et synthèses
• CO + 2 H2 => CH3OH
• CO + 2 H2 => -- CH2 -- + H2O
6
Le gazogène automobile
lit fixe
contre-courant
autotherme
goudrons
biomasse
poussière
up-draft
thermogaz
et fumées
Comburant et
agent gazéifiant
Cendres
vapeur d'eau
capacité moyenne
robuste
simple
● PRME, Voelund
7
Le petit gazogène de cogénération
● lit fixe
moins de goudrons
● co-courant
● autotherme
● à tirage inversé
cendres
biomasse
moins de vapeur d'eau
● down-draft
capacité faible
Comburant et
agent gazéifiant
robuste
Thermogaz
et fumées
moins simple
Cendres
● martezo, xylowatt
8
Le lit fluidisé industriel
Thermogaz et
fumées
Cendres volantes et
particules organiques
biomasse
Cendres
Lit fluidisé bouillonnant
● lit
● produits Ù
réactifs
Comburant et
agent gazéifiant
Thermogaz
et fumées
Lit, cendres volantes, et
particules organiques
● bonne
répartition de
la chaleur
● temps de
séjour
individualisé
biomasse
cendres
Comburant et
agent gazéifiant
Lit fluidisé circulant
9
Les gazogènes "2G"
Gaz de
combustion
Gaz pauvre
Lit, char,
cendres
Goudrons
et cendres
Cendres
volantes
Lit, char,
cendres
biomasse
Cendres de lit
Agent gazéifiant
Comburant
moins de goudrons
cendres et lit
moins de vapeur d'eau
extrapolable
adaptable
complexe
● lits fluidisés
● allotherme
● à tirages séparés
● 2 chambres
● combustion du char
● Batelle, FICFB
10
Les gazogènes "2G"
Gaz et vapeurs
Comburant
biomasse
Gaz de synthèse
● Choren
Comburant
Char
Gaz et vapeurs
Cendres
vitrifiées
suspension
biomasse
Comburant
Char
Comburant ou chaleur
Gaz de synthèse
● Future Energy - FZK
Cendres
vitrifiées
11
Les gazogènes "2G"
● haute température
● pyrolyse préalable
● flux entraîné
● autotherme
● gazéification étagée
● consommation d'oxygène
● matériaux haute température
● gaz propre
● pyrolyse délocalisée
● manutention des produits de pyrolyse
● capacité importante
12
Les gazogènes "2G"
syngaz
thermogaz
Lit
chaud
Lit haute
température
biomasse
Gaz de
combustion
Comburant
Lit froid
et char
Cendres
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Caractériser un gazogène
● source de chaleur : externe, charbon, vapeurs
● allotherme / autotherme
● étagé
● lit de sable, caloporteur
● oxygène / air / vapeur d'eau comme agent gazéifiant
● température de gazéification et temps de séjour
● cendres : avec lit ou non, vitrifiées ou non, "rebrûlées" ou non
14
Epuration du gaz
● Haute ou basse température
● Traitement thermique
● Filtres : céramique, textile, électrostatique
● Lavages : organique ou aqueux
● Venturi et coalesceur
● Epuration fine : charbon actif, ZnO, …
● bilan chimique et thermique
● efficacité
● durabilité
● consommables et rejets
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La gazéification chez EDF
Odeillo
1992 :
Charbon – bagasse 6 x 30 MWe
En cogénération avec la bagasse
Co-combustion en Réunion et Guadeloupe
1999 :
Appel d’offre biogaz
22 projets de 0,6 à 6 MWe
De 47 à 65 €/MWh
1998-2000 :
démonstration en Suède IGCC 6 MWe + 9 MWth
Lit fluidisé circulant, Foster Wheeler (USA)
2000 : Koudia 50 MWe
suivi du FICFB à Vienne et Güssing
1982-1987 :
démonstration en Guyane
6,7 MWe Lit fluidisé dense
BIODEV (Canada)
R&D 2001-2002 :
cogénération
biomasse +
Biomass Interest
Group
R&D 2003-2004 :
gazéification
Güssing + offre
biomasse
+ RENEW
R&D 2005-2006 :
opérationnel
suivi EBV +
dévt techno +
PNRB +
JARIX + Bure
16
1982 – 1987 : démonstration en Guyane
● Gazogène : lit bouillonnant, 5 bars, 800 °C, conçu et
construit par BIODEV (Canada), issu de travaux
universitaires
● Lavage du gaz : cyclone + laveur à eau
● Valorisation : moteur à gaz de 6,7 MWe
● Problèmes : alimentation, fusion des cendres, stabilité
● Projet interrompu en 1987 avec le contre-choc pétrolier
17
1998 – 2000 : Suivi de Värnamo
● Gazogène : LFC, 18 bars, 950 °C conçu et construit par
Foster Wheeler
● Épuration du gaz : filtres céramiques puis métalliques
● Valorisation du gaz : CC de (4+2) MWe + 9 MWth
● L’installation a atteint un niveau de fiabilité satisfaisant
au bout des 3 ans et de 8500 h d’essais. Elle permet de
traiter différents combustibles.
● Cependant, certains points restaient à améliorer pour
atteindre la rentabilité.
● Installation aujourd'hui relancée dans le projet Chrisgas
18
depuis 2001 : suivi de l'installation de Güssing
● Installation conçue au départ chez Austrian Energy
● Portée après essaimage par REPOTEC
● née du mariage entre TUV, la ville de Güssing, et REPOTEC
● construction essentiellement locale
● exploitation par les services techniques de la ville
● amélioration permanente par TUV et REPOTEC
19
depuis 2001 : suivi de l'installation de Güssing
20
depuis 2001 : suivi de l'installation de Güssing
21
depuis 2001 : suivi de l'installation de Güssing
● huile moteur : tenue de 3500 heures
22
depuis 2001 : suivi de l'installation de Güssing
23
depuis 2001 : suivi de l'installation de Güssing
100%
90%
80%
Gasifier
Gas Engine
AVAILABILITY
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
2002
2003
2004
YEAR
2005
2006
24
Jä
n.
0
M 2
är
.0
M 2
ai.
02
Ju
l.0
Se 2
p.
02
No
v.0
Jä 2
n.
0
Mä 3
r .0
3
Ma
i.0
3
Ju
l.0
Se 3
p.
03
No
v.
0
Jä 3
n.
0
Mä 4
r .0
M 4
ai.
04
Ju
l.0
Se 4
p.
04
No
v.
0
Jä 4
n.
0
M 5
är
.05
Ma
i.0
5
Ju
l.0
5
Se
p.
05
No
v.0
5
Jä
n.
0
M 6
är
.0
6
M
ai.
06
Ju
l.0
Se 6
p.
06
No
v.
0
Jä 6
n.
0
M 7
är
.07
Ma
i.0
7
Heat [MWh]
120000
110000
100000
Heat
Electricity
90000
45000
80000
40000
70000
35000
60000
30000
50000
25000
40000
20000
30000
15000
20000
10000
10000
5000
0
Electricity [MWh]
depuis 2001 : suivi de l'installation de Güssing
60000
55000
50000
0
25
depuis 2001 : suivi de l'installation de Güssing
26
depuis 2001 : suivi de l'installation de Güssing
27
Depuis 2004 : implication dans RENEW
● en concurrence avec un projet IFP - CEA
● avec les acteurs européens de référence sur la gazéification
● 4 constructeurs automobile : Volvo, DC, Renault, VW
● les principaux carburants liquides : méthanol-DME, diesel
FT, éthanol
● à partir de bois, paille et liqueur noire
● budget EDF R&D : 143 k€ sur un total de 10 M€
● Total a rejoint le projet en 2005
objectif :
analyser, comparer, proposer
28
RENEW : un exemple de système intégré
29
RENEW : un exemple de système intégré
30
RENEW : un exemple de système intégré
liqueur noire
gazéification
gaz brut
lavage du gaz
cendres
liqueur
blanche
soufre
gaz épuré
synthèse
méthanol / DME
liqueur de
cuisson
de haute
qualité
● on tire des étapes de
lavage le soufre «
volant »
● on produit une liqueur
de cuisson polysulfure
de très bonne qualité
(haute « sulfidité ») en
mélangeant le soufre
liquide obtenu avec la
liqueur blanche
● on améliore ainsi le
rendement en pulpe de
1,9%
31
Economie du système
● Investissement : 2600 €/kWe à 30 MW, 6000 à 2 MWe
● Coût d'exploitation : coûts des consommables (lit, azote
et solvants) et des moteurs, main d'œuvre à petite
échelle
● Autoconsommation : importante à petite échelle, lié à la
biomasse et à l'épuration (pompes et traçage) et à
l'autoconsommation du gaz
32
Orientation des systèmes
● modules de cogénération à moyenne et petite échelle <
10MWe
● biocarburants à grande échelle > 30 MWe
● une fois les systèmes sous pression maîtrisés, on pourra
voir apparaître les BIGCC à plus grande échelle
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Economie des systèmes à grande échelle
Syngas cleaning
Biomass
Gasification
Heat & Power
Production
Biofuels
Production
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Economie d'une cogénération par gazéification
à petite échelle
● combustible cher : meilleure rendement électrique
● électrogène pur :
• rendement "acceptable" énergétiquement
• avantage pour < 1 MWe aujourd'hui, < 5 MWe demain
● en cogénération
• chaleur subventionnée par l'électricité : meilleur rapport C/E
• valorisation chaleur sur une partie de l'année seulement :
fonctionnement possible sur toute l'année
• chaleur peu chère : avantage au C/E faible
• avantage pour < 10 à 20 MWe demain
35
Autres atouts de la gazéification
● source froide modeste et faible consommation d’eau
● installation compacte avec moins d'acier
● applications nombreuses : énergie, chimie
● perspectives d'amélioration importantes
• pressurisation et turbines à gaz avec CC
• épuration à chaud
• intégration aux procédés industriels
• épuration avant combustion, stockage du CO2, maîtrise des émissions
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Conclusions
● des perspectives alléchantes
● se donner les moyens dans la durée
● merci de votre attention
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