Etude de la corrosion à haute température d'alliages réfractaires en présence de sels alcalins lors de la conversion thermochimique de la biomasse

Study of the high temperature corrosion of refractory steels by alkaline salts during the thermochemical conversion of the biomass.

• Auteur / Autrice : Ludovic Couture
• Direction : Yves Wouters, Alain Galerie
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des matériaux
• Date : Soutenance le 25/10/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Science et ingénierie des matériaux et procédés (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Michel Vilasi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yves Wouters, Gilles Bonnet, François Ropital, Valérie Parry
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Vilasi, Sébastien Chevalier

Mots clés

Mots clés libres

Gazéification

Corrosion chaude

Sels fondus

Gasification

Hot corrosion

Molten salts

Résumé

Les carburants BtL (Biomass to Liquid) font partie des carburants alternatifs au pétrole dits de seconde génération car synthétisés à partir de biomasse solide (contenant de la lignocellulose). Le procédé de fabrication de tels carburants par voie thermochimique repose sur deux étapes successives : la gazéification de la biomasse suivie par un procédé de Fisher-Tropsch. Certains éléments contenus dans la biomasse comme les sels alcalins peuvent se retrouver après l’étape de gazéification et être à l’origine d’attaques sous forme de sels fondus et ainsi endommager les infrastructures. Le travail réalisé dans ce manuscrit consiste à simuler la corrosion de parois d’échangeur thermique en présence de sulfate et chlorure de sodium sous atmosphère de gazéification (CO/H2/CO2) très faiblement oxydante (~ 10−18 bar). Afin de comparer les résultats à ceux issus de la bibliographie, les essais ont également été conduits sous atmosphère fortement oxydante (Ar/O2). Les essais réalisés sur alliage chrominoformeur, HR-120 (38Ni-34Fe-25Cr) à une température de 900°C en présence de sulfate de sodium en milieu faiblement oxydant ont mise en évidence une corrosion de type catastrophique localisée et réversible de l’alliage. Le comportement de l’alliage aluminoformeur, 214 (76Ni-16Cr-4Al) apparaît plus protecteur dans des conditions similaires. En présence de chlorure de sodium, les deux alliages se comportent d’une manière totalement identique : corrosion catastrophique en milieu fortement oxydant et impact du sel négligeable sous atmosphère faiblement oxydante. Un chapitre remède prometteur a été développé en fin de manuscrit.

BTL (biomass to liquid) is an innovative process to synthesize second generation bio-gasoline from wood and farm residues. This process includes a gasification step in order to generate the synthetic gas (syngas) which is subsequently transformed into gas oil by the Fisher Tropsch process. Alkaline salts (mainly potassium and sodium sulphates and chlorides) are present in the biomass and can induce detrimental high temperature corrosion of the refractory alloys where they can condensate as a liquid phase. In this work, we simulate high temperature corrosion of heat exchanger tubes in presence of sulphate and sodium chloride under gasification environment (CO/H2/CO2), consider as weakly oxidizing (~ 10−18 bar). To compare the results with those from the literature, tests were also conducted under highly oxidizing atmosphere (Ar/O2). Results with the chromia-forming alloy HR-120 (38Ni-34Fe-25Cr) at 900°C with sodium sulfate under low oxygen partial pressure shows reversible localized catastrophic oxidation. The behavior of the alumina-forming alloy 214 (76Ni-16Cr-4Al) appears more protective under similar conditions. In presence of sodium chloride, the behavior of the two alloys is identical. Indeed, with oxidizing atmosphere corrosion became totally catastrophic while the impact of sodium chloride was insignificant under gasification atmosphere.