Goudron et gazeification

[nonoceb]

Bonjour,

J'aimerai avoir votre avis sur une eventuelle possibilité d'eviter la formation de goudrons dans un gazeifieur de biomasse.
Pour résumer la situation, le bois est chauffé et à partir de 300-500°c le bois subit des transformations chimiques via water–gas shift reaction (WGSR) ou une "réaction du gaz à l'eau".
De façon generale on aimerait bien faire un produit final de sortie utile, comme un carburant avec des exigences de pureté.
Il ya le procedé à basse temperature, qui genere moins de gaz incondensables, des condensables, des goudrons et du charbon. Le goudron fini par tout boucher et il faut distiller tout les gaz condensables.
Il ya le procedé haute temperature avec un temps de sejour le plus court possible pour eviter les reconbinaisons qui donne les condensables et le goudron et une fois obtenu CO et H2 on passe à la synthese d'un produit souhaité avec des catalyseurs specifiques.

Equilibrium-composition-of-the-RWGSR-and-CO2-methanation-CO2H2-11.png

Ce qui me chiffone c'est que j'arrive pas à comprendre pourquoi personne n'essaient de reduire la proportion H2 dans le reacteur avec des oxydes reductibles. On sait que l'oxyde de fer peut etre reduit par H2 par exemple.
Fe3O4 est meme un catalyseur bien connu pour sortir le gaz de synthese CO H2 et d'ailleurs on evite les conditions de sa reduction.
Pourtant si on reduit la pression partielle H2 avec des oxydes metaliques, mais surtout d'apres mon imagination, on devrait eviter la formation des goudrons et condensables exotiques qui sont tous hydrogenés dans leur formulation.

Alors pourquoi personne ne fabrique les oxydes metaliques en premier lieu avec de la vapeur d'eau pour isoler H2 à cette etape? Une fois les oxydes ajoutés et melangés au bois, direction le reacteur de gazeification pour isoler CO2 et H2O du CO utile.
Evidement pour illustrer le propos j'ai pris l'exemple de l'oxyde de fer, comme transporteur d'oxygene car c'est connu et il ya de la documentation bien fournie sur les equilibres thermodynamiques de reduction.

ironReductionAtmosphere.png

En pratique je prefere utiliser un metal à bas point de fusion, comme l'etain voir le bismuth dont les oxides pourait avoir le meme role : generer en amont l'hydrogene et dans le reacteur de gazeification reduire la pression partielle H2 via la reduction des oxides SnO2 ou Bi2O3. Une fois reduit, le metal liquide est recuperé avec plus de facilité qu'un fer non liquide.

L'etain est tres proche du fer thermodynamiquement, si on regarde un diagramme d'ellingham.

Bi2O3 est assez seduisant puisque son oxydation par la vapeur d'eau est endothermique (consommer de l'energie electrique pour effacer une surproduction ENR momentanée, on peut faire un stock d'oxide et H2) et il est documenté que Bi2O3 est absorbant H2 à 500°c, notament pour eliminer H2 dans un caloporteur plomb bismuth.
La reduction de Bi2O3 par H2 doit etre exothermique dans le reacteur.
500-600°c c'est la temperature pour obtenir un water–gas shift reaction (WGSR).
Production H2 pure et sequestration carbonne facilité.
Bref je ne trouve pas le loup!

ps : j'igniore volontairement la methanation agricole, à 250e le mwh "thermique" ...
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[nonoceb]

Alors déjà correction n°1.
il y a une impossibilité avec la synthese de Bi2O3 avec de la vapeur d'eau sur Bismuth. J'ai pris pour acquis le bullshit IA qui propose l'oxydation du plomb ou du bismuth par de la vapeur d'eau. Le bullshitage vient du fait que c'est possiblement un bon cataliseur pour recycler le saint CO2 en carburant.
En supposant que ce soit quand meme possible avec l'usage de plasma froid (à chaud il y aurait forcement une recombinaison), les rendements energetiques des plasmas froid ne font pas rever du tout, bref c'etait stupide.

2. Se pose la question des cendres de biomasse à la fin du cycle, qui doit retourner dans le sol agricole sans etre polué par la boucle oxydante metalique. Avec l'etain on peut amalgamer les metaux lourds inclus dans la biomasse et ces derniers ne seront pas oxydé au nouveau cycle. Pollution à l'etain des cendres? Avec le fer le probleme est evacué tandis qu'avec un metal liquide, on peut avoir des acces au reacteur pour les solides tout en ayant une etancheité pour les gaz.

3. Ce qui est problematique avec la production separée de H2 par l'oxydation vapeur du metal, c'est qu'il ya forcement une proportion de vapeur d'eau à la sortie (equilibre entre reduction par H2 et oxydation par H2O) et si on veut la supprimer, il faut reffroidir ce qui est dommage si juste apres il ya une reaction à moyenne temperature. On garde neanmoins une maitrise sur le ratio H2-CO.

[nonoceb]

Ci joint le diagramme d'Ellingham,



qui permet de relever un 4eme point :
Avec le fer ou l'etain, le principe souhaité d'absorber H2 dans le reacteur ne peut pas fonctionner sous les 750°c ce qui est justement ce qui m'interessait

[nonoceb]

Il ya peutetre une astuce pour obtenir le trioxyde de bismuth pour apporter de la chauffe au reacteur lors de sa reduction avec H2 insitu (lui meme obtenu par le water–gas shift reaction).
çà parrait compliquer mais pas impossible.

En suivant le principe de la pile volta, on commence par produire de l'hydroxide de bismuth en melangeant de la grenaille de cuivre avec de la grenaille de bismuth (il sort reduit et liquide du reacteur contaminé par les cendres), en phase aqueuse.
La dissolution de l'oxygene de l'air dans l'electrolyte est la source O2 de la pile courtcircuitée.
Au vu de la difference de potentiel entre les 2 metaux, le bismuth va se dissoudre en hydroxyde :
Bi3+ + 3e− ⇌ Bi(s) 0.317V
Cu+ + e− ⇌ Cu(s) 0.520V

Cet hydroxide de bismuth aqueux devra etre chauffé pour etre decomposé thermiquement avec une premiere etape à 100°c et une deuxieme fois entre 300°c et 600°c pour enfin obtenir le precieux Bi2O3, insoluble dans l'eau.
A chaque decomposition, de la vapeur d'eau est produite. On peut cette vapeur pour oxider l'etain et obtenir H2, sous les 650°c (l'exothermie de la reaction augmente avec la baisse de la temperature).
SnO2 pourra etre reduit dans le reacteur avec T > 800°c en apportant un peu de chauffe pour là encore, compenser les endothermies de gazeification du charbon par la vapeur.

Avec beaucoup de chance, la decomposition thermique (endothermique) de l'hydroxide de bismuth pourrait se compenser avec l'exothermie de l'oxydation de l'etain + les calories perdues en sortie de reacteur pour faire evaporer l'eau de l'electrolyte.
Avoir de l'oxygene pur sans azote de l'air pour le reacteur, avec des "pertes" ce serait etrangement cool!
Avec de la chance, on reussirait à isoler les contaminants qui pourrait s'amalgamer avec le bismuth et etain liquide tout en conservant leur caractere non miscible à l'eau.


Bref il faut avoir des données plus precises voir faire une micro maquette avec quelque plomb de peche et quelques grammes d'etain.

[A voir en vidéo sur Futura]