gaz de synthèse

Le gaz de synthèse, ou syngas, est un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène produit en faisant passer de la vapeur et de l'air (ou de l'oxygène) sur du charbon, du coke ou de la biomasse chauds. La réaction primaire, appelée réaction du gaz à l'eau, se produit lorsque la vapeur entre en contact avec le carbone au-dessus de 700 °C, produisant du CO et du H₂. Une réaction de conversion secondaire ajuste ensuite le rapport H₂/CO en fonction de l'utilisation en aval. Le résultat est un gaz combustible qui sert à la fois de carburant et de matière première chimique pour les engrais, le méthanol, le diesel et d'autres produits.

La composition et le rendement dépendent fortement de la matière première et des conditions du procédé. Le syngas dérivé du charbon contient généralement 40 à 50 pour cent de CO, 30 à 40 pour cent de H₂, le reste étant du CO₂, du N₂ et de la vapeur d'eau. Si l'air est l'oxydant plutôt que l'oxygène pur, la dilution par l'azote réduit considérablement le contenu énergétique. La gazéification de la biomasse et le reformage du gaz naturel produisent du syngas avec des rapports CO/H₂ différents; le procédé Fischer-Tropsch, par exemple, nécessite un rapport proche de 2:1, tandis que la synthèse du méthanol fonctionne mieux autour de 2 à 2,05.

Production et équipement

Le gaz de synthèse industriel est fabriqué dans des gazéificateurs à lit fixe, à lit fluidisé ou à flux entraîné. La taille des particules de charbon varie de la poudre fine aux morceaux selon le type de réacteur. La température, la pression, le rapport vapeur/air et le temps de séjour affectent tous la composition du gaz produit et la teneur en goudron. La contamination par le goudron est un problème persistant, tout comme les composés de métaux alcalins qui encrassent les convertisseurs catalytiques en aval. Le syngas brut nécessite un refroidissement, un lavage et souvent une conversion pour atteindre les spécifications de pureté et de composition pour la synthèse chimique.

Le terme «gaz de houille» désignait historiquement le syngas fabriqué dans les usines à gaz de ville qui fournissaient le chauffage et l'éclairage urbains avant que l'électricité ne domine; ces usines sont largement obsolètes dans les économies développées. La production moderne de syngas est à forte intensité de capital et économiquement viable principalement dans les régions où le charbon ou la biomasse sont bon marché, ou lorsque l'intégration dans une usine chimique plus grande justifie l'infrastructure. Les usines Sasol en Afrique du Sud et plusieurs installations chinoises de charbon-chimie exploitent de grandes unités de gazéification pour produire du syngas pour la conversion en aval.

Le syngas est dangereux à manipuler: le CO est incolore, inodore et mortel à faibles concentrations, et le mélange est explosif dans une large plage de rapport carburant/air. Un fonctionnement sûr exige une détection robuste, un inertage pendant les arrêts et des procédures d'isolement strictes. L'orientation vers l'hydrogène renouvelable et les sources de carbone circulaires suscite un regain d'intérêt pour la gazéification de la biomasse et le syngas dérivé des déchets plastiques, bien que des obstacles économiques et techniques importants subsistent.