Liquéfaction du charbon

Liquéfaction du charbon

La liquéfaction du charbon est un procédé qui transforme le charbon à l'état solide en combustible liquide, habituellement pour remplacer les produits pétroliers. Le procédé est développé au début du XX^e siècle, mais le bas prix relatif et la grande abondance du pétrole brut et du gaz naturel retardent son application. Seuls quelques pays, dont l'Allemagne durant la Deuxième Guerre mondiale et l'Afrique du Sud à partir des années 60, ont liquéfié du charbon à grande échelle. Toutefois, comme dans le cas pour la gazéification du charbon, l'accessibilité au cours des années 90 de réserves de pétrole et de gaz naturel peu coûteuses a pour ainsi dire anéanti les perspectives commerciales de ces technologies qui étaient sur le point de se concrétiser.

Liquéfaction directe du charbon

Le charbon peut être liquéfié par voie directe ou indirecte. La liquéfaction directe a été mise au point en Allemagne pour utilisation commerciale grâce aux recherches du pionnier en la matière, Friedrich Bergius. Sept usines de liquéfaction directe fonctionnaient en Allemagne juste avant la Deuxième Guerre mondiale. Cinq autres usines ont été construites pendant la guerre. Elles produisaient annuellement plus de trois millions de tonnes d'huile et fournissaient environ 90 p. 100 du carburant d'aviation mis à la disposition de l'effort de guerre allemand.

La plupart des procédés directs de liquéfaction du charbon qui ont été mis au point dans les années 80 sont des modifications ou des prolongements du concept original de Bergius. Le charbon est broyé avant d'être incorporé à un solvant de recyclage dérivé du charbon pour former une pâte charbon-huile. Cette pâte, qui contient de 30 à 50 p. 100 de charbon, est ensuite chauffée jusqu'à environ pendant environ une heure 450 °C dans une atmosphère d'hydrogène à une pression comprise entre 13 900 et 20 900 kPa.

On utilise divers catalyseurs pour améliorer les taux de conversion en produits liquides. Une tonne de charbon donne environ une demi-tonne liquide. Des procédés ont été mis au point pour divers types de charbon, des lignites de rang bas aux charbons bitumineux à haute teneur en matières volatiles. Les charbons de grade plus élevé sont moins réactifs, et les anthracites sont essentiellement non réactifs.

La structure moléculaire des liquides produits ressemble à celle des composés aromatiques. Il faut les raffiner pour obtenir des combustibles spécifiques, tels que l'essence et le mazout.

Liquéfaction indirecte du charbon

Les procédés de liquéfaction indirecte ont été mis au point en Allemagne au même moment que ceux directs. Au début des années 20, Franz Fischer et Hans Tropsch font breveter un procédé pour produire un mélange d'alcools, d'aldéhydes, d'acides gras et d'hydrocarbures, appelé synthol, à partir d'un gaz synthétique d'hydrogène et d'oxyde de carbone.

Le procédé Fischer-Tropsch (F-T) est à la base de la liquéfaction indirecte du charbon. Ce procédé est dit indirect, car la structure du charbon est complètement dégradée en gaz synthétique par gazéification avec de la vapeur et de l'oxygène. On fait ensuite réagir le gaz synthétique sur un catalyseur F-T approprié pour former des hydrocarbures liquides, surtout des paraffines, de grand poids moléculaire.

Cette méthode sert à la production du carburant à moteur pendant la Deuxième Guerre mondiale. Depuis les années 60, l'Afrique du Sud l'utilise pour produire des carburants à moteur et des charges d'alimentation pétrochimiques. La méthode indirecte donne un grand nombre de sous-produits et, dans l'ensemble, a un rendement thermique moindre.

Recherche

Au Canada, l'Alberta Research Council de Devon en Alberta effectue de la recherche sur la liquéfaction du charbon dans les années 80 et au début des années 90. Le Centre de la technologie de l'énergie (CTE) d'Ottawa, la division scientifique et technologique de Ressources naturelles Canada, mène aussi des recherches. Les deux centres démontrent que le traitement ou le cotraitement simultané du charbon et du sable bitumineux - une combinaison de la liquéfaction directe du charbon et du raffinage de l'huile lourde - pourrait s'avérer une solution de rechange viable et unique pour l'Alberta, où de grandes réserves de ces ressources se trouvent à proximité. La recherche démontre également que le cotraitement coûte moins cher que la liquéfaction directe du charbon et, si les prix du pétrole sont assez élevés, que le raffinage de l'huile lourde est plus économique. Toutes les recherches sur la liquéfaction du charbon se terminent au milieu des années 90.