Gaz d’aciérie et de cogénération

Les hauts niveaux d’exigence en termes d’énergie et l’augmentation des frais énergétiques représentent un défi majeur pour l’industrie sidérurgique. Les gaz créés en tant que sous-produit « gratuit » au cours des procédés de production d’acier sont une option de source d’énergie intéressante pour la production efficace d’électricité. En plus des avantages économiques, l’utilisation de ces gaz en tant que combustible pour moteur a permis de réduire les émissions de CO₂ et d’économiser les sources d’énergies naturelles.

Différents gaz des procédés de production d’acier

Les procédés de production d’acier émettent généralement de larges volumes de gaz spéciaux. Les trois étapes de procédé – du charbon à l’acier – fournissent trois types de gaz différents : gaz de coke, gaz de haut fourneau et gaz de convertisseur.

Gaz de coke

Sous-produit de production de coke industriel à partir de houille ; le coke de gaz est créé par une distillation sèche haute température de charbons à coke en l’absence d’oxygène. Le gaz est principalement constitué d’hydrogène (50 à 60 %), méthane (15 à 50 %) et un faible pourcentage de monoxyde de carbone, carbone et azote. Avec une valeur calorifique de 5kWh/Nm³, le gaz de coke constitue un combustible de grande valeur pour la production efficace d’énergie avec les moteurs à gaz Jenbacher.

Gaz de haut fourneau

Le gaz de haut fourneau est un sous-produit des hauts fourneaux dans lequel le minerai de fer est réduit avec du coke dans la fonte brute métallique. Le gaz a une très faible valeur calorifique d’environ 0,9kWh/Nm³, qui en tant que tel n’est généralement pas suffisant pour la combustion dans un moteur à gaz. Il est possible de mélanger ce gaz avec d’autres gaz de rejet. Pour plus d’informations, vous devez contacter votre bureau local Clarke Energy.

Gaz de convertisseur

Les gaz de convertisseur sont créés à partir de fonte brute durant le procédé de production d’acier. La technologie de fabrication d’acier peut être classée dans deux procédés différents : moulage par soufflage ou four à réverbère. Dans le cadre du procédé de moulage par soufflage, la fonte brute est affinée avec de l’oxygène ou de l’air, réduisant la proportion de carbone et fournissant suffisamment de chaleur au procédé pour maintenir l’acier liquide. Avec 60 % de la production d’acier brut dans le monde entier, le procédé Linz-Donawitz (LD), classé en tant que procédé de moulage par soufflage, est le procédé de production le plus commun permettant de produire de l’acier brut. Par ailleurs, le procédé de four à réverbère extrait l’oxygène des débris et minerais ajoutés, nécessitant un approvisionnement thermique supplémentaire pour le procédé de fabrication d’acier. L’un des procédés les plus communs de fours à réverbère est le procédé de mélange électrique. Les gaz de convertisseur du LD et procédés de mélange électrique peuvent être utilisés dans les moteurs à gaz Jenbacher. Le gaz est constitué d’environ 65 % de monoxyde de carbone, de 15 % de dioxyde de carbone, 15 % d’azote et de faibles quantités d’hydrogène et de méthane.

Concept

La variété des compositions, ainsi que les valeurs calorifiques et le comportement de la combustion des gaz dans les procédés de production d’acier, exercent une pression accrue sur la conception du moteur. Clarke Energy fournit des moteurs à gaz  Jenbacher spécialement modifiés qui font une utilisation efficace de ces gaz pour la production combinée de chaleur et d’électricité. En général, la composition stable des gaz de coke lui confère un avantage en tant que combustible de moteur. Le contenu à forte teneur en hydrogène des gaz de coke signifie cependant que le procédé de combustion est très rapide, ce qui augmente le risque de détonation ou de retour de flamme du moteur. Afin d’éviter ce risque, GE a créé un système de contrôle du moteur permettant d’alimenter le moteur Jenbacher avec un mélange très pauvre et, en même temps, de réagir très rapidement aux variations de charge du moteur. Les gaz de convertisseur, avec leur contenu à forte teneur en monoxyde de carbone, ont une vitesse de combustion lente et sont très dangereux. Par ailleurs, Jenbacher offre un ensemble de technologies de la sécurité qui permet de gérer stablement les gaz dangereux tels que le monoxyde de carbone. Les deux gaz peuvent être utilisés pour créer de l’eau chaude, de la vapeur et de l’électricité. L’eau chaude et les gaz d’échappement des moteurs sont alimentés dans les chaudières. La vapeur résultante peut être utilisée dans les procédés de production de l’acier. L’électricité produite par les moteurs Jenbacher peut être utilisée sur le site ou vendue au réseau public. Les rendements électriques des gaz de convertisseur peuvent atteindre jusqu’à 37 %, et les rendements de gaz de coke peuvent être encore supérieurs.

Avantages

• Alimentation électrique indépendante
• Réduction des frais énergétiques et meilleure prévisibilité et stabilité
• Production combinée de chaleur-électricité efficace et économique
• Rendement électrique élevé comparé aux autres technologies de production d’énergie (turbines à vapeur ou à gaz)
• Parfaitement adapté pour une gamme de puissance électrique de quelques centaines de kW à 20-30 MW
• Pression gazeuse très faible requise
• Élimination alternative d’un gaz problématique tout en l’employant simultanément comme source d’énergie renouvelable
• Produit de remplacement des carburants traditionnels
• Avantages environnementaux par la réduction des gaz à effet de serre

Chiffres clés

Avec une tonne de coke produite, environ 470 Nm³ de gaz de coke sont produits. 60 % de ce volume est généralement nécessaire pour les procédés internes ; le reste peut être utilisé pour la production d’énergie avec les moteurs à gaz Jenbacher, avec pour résultat environ 400 kWh Par tonne d’acier produite avec le procédé LD, environ 50 Nm³de gaz de convertisseur sont libérés qui peuvent brûler dans les moteurs à gaz GE’s Jenbacher pour environ 50 kWh d’électricité.

Compétence

Des recherches approfondies ont été menées concernant cette application. Jenbacher a installé ses premières applications commerciales de moteurs à gaz pour les gaz de coke en 1995, et pour les gaz de convertisseur LD en 2004. Environ 30 moteurs à gaz  Jenbacher fonctionnent actuellement au gaz de coke ou gaz de convertisseur LD.  De plus, en utilisant ces gaz d’échappement « gratuits » plutôt que les gaz naturels pour la production d’énergie, les sites équipés de la technologie Jenbacher ont permis d’atteindre des économies en CO₂ d’environ 2 millions de tonnes depuis leur mise en service.