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RÉSUMÉ
L’utilisation de carburants issus de la biomasse est une des voies permettant la transition vers des énergies non fossiles. Dans les bioraffineries, différents procédés (biologiques, thermochimiques, catalytiques...) traitent des charges de compositions très différentes (huiles végétales, bois, paille, résidus...) pour obtenir des alcools, esters et carburants synthétiques. Le comportement des matériaux métalliques vis-à-vis de la corrosion des équipements de ces nouveaux procédés est un paramètre important pour assurer la fiabilité de cette industrie. Également la présence de composés oxygénés dans ces nouveaux carburants peut entraïner des corrosions et des encrassements dans les équipements de stockage et dans les chambres de combustion internes des moteurs thermiques et des turboréacteurs. Cet article vise à faire un état de l’art de ces phénomènes et de leurs modes de prévention.
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François ROPITAL : Docteur de l’École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne - HDR de l’université Pierre et Marie Curie - Professeur associé des Universités – Expert IFP Énergies nouvelles - Ingénieur de l’institut national des sciences appliquées de Lyon (INSA) - Univ. Lyon, INSA Lyon, MATEIS UMR CNRS 5510, Villeurbanne, France - IFP Énergies Nouvelles, Solaize, France
INTRODUCTION
Afin d’assurer la transition vers des énergies non fossiles, l’utilisation de biocarburants est une des voies permettant la réduction des émissions de CO2. L’industrie des biocarburants comprend toute une gamme de procédés permettant d’obtenir, à partir de sources entrantes variées (cultures énergétiques, biomasse lignocellulosique, huiles végétales et graisses animales, etc.), des composés chimiques pouvant se substituer ou être ajoutés aux carburants issus du pétrole. Du fait de ces nouvelles charges, des procédés utilisés pour le raffinage du pétrole ont été adaptés et de nouveaux procédés de bioraffinage ont été développés.
Pour assoir la fiabilité des équipements de ces nouvelles technologies, la sélection de matériaux résistant à ces nouveaux environnements pouvant être corrosifs est nécessaire. Cet article vise à donner des informations sur les différents phénomènes de corrosion rencontrés dans les bioraffineries et les moyens de s’en prémunir en faisant des choix adaptés de matériaux et/ou de traitements anti-corrosion.
De nouveaux contaminants pouvant être présents dans les biocarburants (essence, kérosène, gazole), lors de leur transport, stockage et combustion, des endommagements par corrosion et/ou des encrassements de conduites, réservoirs, moteurs, turboréacteurs peuvent intervenir. Des éléments permettant des choix adaptés de matériaux et/ou de traitements anti-corrosion et anti-dépôt sont également abordés dans cet article.
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Corrosivité des biocarburants et encrassement des moteurs et chambres de combustion des turbinesArticle inclus dans l'offre
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1. Corrosion des matériaux des procédés de fabrication des biocarburants
Plusieurs générations de technologies de production des biocarburants permettent de transformer différentes charges d’origines végétales ou animales. La première génération utilise des charges lipidiques (majoritairement des huiles végétales) pour synthétiser de l’éthanol, des éthers et des esters méthyliques qui sont en général ajoutés en proportions variables aux carburants fossiles. Des matières grasses renouvelables (végétales, animales) et la biomasse lignocellulosique permettent quant à elles de synthétiser des biocarburants avancés ou de deuxième génération ne rentrant pas en compétition avec l’alimentation humaine ou animale. Dans cette section nous allons examiner l’influence de ces nouveaux entrants et des conditions opératoires des procédés qui permettent leur transformation, sur la résistance à la corrosion des équipements métalliques d’une bioraffinerie.
1.1 Biocarburants de première génération
1.1.1 Moteurs à essence : éthanol et éther carburants (MTBE, ETBE)
L’éthanol est un vecteur énergétique utilisable dans certains moteurs à essence dans des proportions de 5 à 85 % et il est -communément ajouté dans des proportions de 5 à 10 % dans les essences E5 et E10. Pour les concentrations de carburant élevées en éthanol, des moteurs spécifiques ou à carburants modulables (Flexfuel) ont été développés. L’éthanol est majoritairement fabriqué à partir de matières premières alcooligènes d’origine végétale sucrières (betterave, canne à sucre qui renferment directement les sucres) ou amylacées (céréales dont l’amidon est hydrolysé par voies chimiques ou enzymatiques en monomères sucrés).
La production d’éthanol est réalisée par fermentation des sucres à l’aide de microorganismes (levure,...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KERMANI (M.B.), SMITH (L.M.) - Predicting CO2 corrosion in the oil and gas industry. - The Institute of materials, London (1997).
-
(2) - KANE (R.D.), MALDONADO (J.G.), KLEIN (L.J.) - Stress corrosion cracking in fuel ethanol: a newly recognized phenomenon. - Paper 543 (presented at the Nace 2004, 28/3/2004, New Orleans). (2004).
-
(3) - ANDARI (F.), KITTEL (J.), FERNANDES (J.), GODIN (N.), TER-OVANESSIAN (B.), -ROPITAL (F.) - High temperature corrosion in various grades of vegetable and waste oils used for bio-fuel production. - Corrosion Science, 206(110501) (2022).
-
(4) - ANDARI (F.), KITTEL (J.), FERNANDES (J.), DODELIN (L.), ROPITAL (F.) - Corrosion issues in the conversion of vegetable and waste oils to produce biofuels. - Paper 19308 (presented NACE/AMPP Conference Denver) (2023).
-
(5) - SWANDBY (R.K.) - Corrosion charts: guides to materials selection. - Chemical Engineering, 69, pp. 186-201 (1962).
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
-
Damage mechanisms affected fixed equipment in the refinery industry - API 571 - 2020
-
Base resource document on risk-based inspection - API 581 - 2016
-
Stress Corrosion Cracking of Carbon Steel in Fuel-Grade Ethanol: Review, Experience Survey, Field Monitoring, and Laboratory Testing - API 939D - 2007
-
Steels for hydrogen at elevated temperature and pressures in petroleum refineries and petrochemical plants - API 941 - 2016
-
Standard Test Method for Water in Ethanol and Hydrocarbon Blends by Karl Fischer Titration - ASTM D7923 - 2019
-
Standard practice for preparing, cleaning, and evaluating corrosion test specimens - ASTM G1-03 - 2012
-
Test Method for Corrosiveness to Copper from Petroleum Products by Copper Strip Test - ASTM D130 - 2019
-
Standard Test Method for Acid and Base Number by Color-Indicator...
1.1 Organismes – Fédérations – Associations (liste non exhaustive)
Centre français de l’Anticorrosion (CEFRACOR) https://www.cefracor.org/
European Federation of Corrosion (EFC) https://efcweb.org/
Association of Materials Prorection and Performance (AMPP) https://www.ampp.org/home
World Corrosion Organization (WCO) https://corrosion.org/
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