Biocarburants de 2e génération, améliorer l’efficacité de la désulfuration du gaz de synthèse

Clichés de microscopie électronique à balayage de particules de ZnO (a) avant et (b) après sulfuration, photo IFPEN

La désulfuration du gaz de synthèse est une étape clé dans le processus de production du biodiesel et du biokérosène de 2e génération. Des recherches menées à IFP Energies nouvelles (IFPEN), en collaboration avec le Centre SPIN de l’École des Mines de Saint-Etienne, ont permis de définir les règles de design de matériaux présentant des propriétés optimales, améliorant ainsi l’efficacité de cette désulfuration. Les résultats de ces travaux ont été publiés dans la revue Chemical Engineering Journal.

 La transformation de la biomasse lignocellulosique (bois, résidus agricoles, etc.) passe par plusieurs étapes :

  • gazéification de la biomasse en un gaz de synthèse, mélange de CO et H2
  • réaction Fischer-Tropsch produisant des hydrocarbures liquides

Les catalyseurs utilisés pour cette réaction étant extrêmement sensibles à la présence de soufre, le gaz de synthèse doit être désulfuré.

L’oxyde de zinc (ZnO) est l’un des principaux oxydes qui trouve une application dans les procédés de désulfuration ultime des gaz. Le ZnO se sulfure en présence de H2S pour mener à la formation de ZnS, qui reste séquestré dans le réacteur de désulfuration. À l’heure actuelle, de nombreux procédés industriels de désulfuration des gaz existent, mais leurs performances pourraient être améliorées par une meilleure connaissance des mécanismes de transformation du ZnO en ZnS.

Les travaux d’IFPEN menés en collaboration avec le Centre SPIN ont permis de caractériser les phénomènes physico-chimiques impliqués dans la réaction de sulfuration du ZnO. En particulier, un mécanisme identifié repose sur la croissance externe de la phase de ZnS sur les particules de ZnO initiales. Ce mécanisme conduit notamment à la formation de particules de ZnS contenant des cavités, phénomènes limitants pour la cinétique de réaction.

La compréhension des mécanismes réactionnels a débouché sur l’établissement d’un modèle cinétique où interviennent les paramètres clés impactant la vitesse de sulfuration du ZnO, et donc les performances d’un solide industriel.

Contact scientifique : David Chiche,
Direction Catalyse et Séparation – david.chiche@ifpen.fr

Source : IFPEN