Corrosivité des biocarburants et encrassement des moteurs et chambres de combustion des turbines
Corrosion des matériaux métalliques lors de la fabrication et de l’utilisation des biocarburants

COR2001 v1 Article de référence

Corrosivité des biocarburants et encrassement des moteurs et chambres de combustion des turbines
Corrosion des matériaux métalliques lors de la fabrication et de l’utilisation des biocarburants

Auteur(s) : François ROPITAL

Date de publication : 10 déc. 2023 | Read in English

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Sommaire
Médias

Présentation

1 - Corrosion des matériaux des procédés de fabrication des biocarburants

1.1 - Biocarburants de première génération
1.2 - Biocarburants issus de l’hydrotraitement et l’hydroisomérisation de matières grasses renouvelables

Tableau 1 Tableau 2 Tableau 3
1.3 - Biocarburants avancés par transformation de la biomasse lignocellulosique

Tableau 4 Tableau 5 Tableau 6 Tableau 7

2 - Corrosivité des biocarburants et encrassement des moteurs et chambres de combustion des turbines

2.1 - Méthodologies d’évaluation de la corrosivité des biocarburants
2.2 - Corrosions dues à l’oxydation des biocarburants et à la contamination bactérienne
2.3 - Vitesses de corrosion généralisée dans les biodiesels

Tableau 8 Tableau 9
2.4 - Échelle de compatibilité des matériaux métalliques avec les biocarburants

Tableau 10 Tableau 11
2.5 - Exemples d’effets de corrosion sur les matériaux des réservoirs de stockage des biocarburants
2.6 - Exemples d’effets sur la corrosion des matériaux des moteurs
2.7 - Remédiations par des inhibiteurs de corrosion

Tableau 12
2.8 - Encrassement des moteurs et chambres de combustion des turboréacteurs

3 - Conclusion

4 - Glossaire

5 - Sigles, notations et symboles

Bibliographie & annexes

Présentation

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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Auteur(s)

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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MOTS-CLÉS

carburants synthétiques bioraffineries composés oxygénés

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-cor2001

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2. Corrosivité des biocarburants et encrassement des moteurs et chambres de combustion des turbines

Les biocarburants peuvent également être sources de corrosion et d’encrassement des matériaux métalliques constitutifs des réservoirs de stockage, des conduites les transportant et des moteurs et réacteurs les transformant en énergie mécanique. Dans cette section nous allons aborder des méthodologies d’évaluation de leur corrosivité, et les remèdes pour s’affranchir de ces risques (choix de matériaux, « remédiation » par ajout d’inhibiteurs).

2.1 Méthodologies d’évaluation de la corrosivité des biocarburants

Différents essais peuvent être réalisés pour évaluer la corrosivité d’un biocarburant. Les principaux sont des essais d’immersion par perte de masse et l’essai normalisé à la lame de cuivre. Dans la littérature, des méthodes électrochimiques sont utilisées mais leur interprétation doit prendre en compte une éventuelle faible conductivité électrique du biocarburant, cette dernière étant liée entre autres à la quantité d’eau présente dans le biocarburant.

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2.1.1 Essais d’immersion et mesure de pertes de masse

La préparation des échantillons des matériaux métalliques que l’on veut tester est réalisée selon la norme ASTM G1-03. Des mises en forme spécifiques peuvent être réalisées pour simuler les contraintes mécaniques de la pièce (par exemple un emboutissage). Après polissage, les échantillons sont ensuite lavés et dégraissés. Les échantillons de chaque matériau sont pesés et leurs cotes mesurées. Les échantillons sont ensuite immergés dans le biocarburant pendant la durée et à la température spécifiées. Après prélèvement, les coupons métalliques sont à nouveau lavés et dégraissés puis repesés. Connaissant les surfaces exposées des échantillons, dans le cas d’une corrosion généralisée, la variation de masse permet d’évaluer une perte d’épaisseur en fonction de la durée. Des examens approfondis des surfaces des échantillons ainsi que des coupes métallographiques permettent d’identifier...