Production de gaz de synthèse par interactions à haute température du gaz, des goudrons et du résidu carboné issus de la pyrolyse de biomasses PDF Download
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Author: Françoise Nozahic
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Languages : fr
Pages : 300
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Book Description
Cette thèse vise à comprendre et modéliser les mécanismes mis en jeu dans un réacteur de traitement de gaz de pyrolyse (RTGP) de biomasses sur un lit fixe constitué du résidu carboné. L'objectif est de produire un gaz de synthèse (CO + H2) ayant une teneur en goudrons inférieure à 0,1 mg/Nm3. Au niveau conceptuel le système matériel a été caractérisé et un schéma réactionnel simplifié a été identifié à l'aide de composés modèles sélectionnés pour être représentatifs des goudrons en terme de réactivité, révélateurs des mécanismes réactionnels et traceurs en entrée et sortie du RTGP. Un dispositif expérimental à échelle réduite, mini-RTGP, a été développé et les méthodes et protocoles d'analyse mis au point. Des expériences ont été menées afin de comprendre les mécanismes de dégradation du méthane et des composés modèles et de gazéification du résidu carboné ainsi que d'apporter des informations préliminaires sur les cinétiques. Un modèle du RTGP a également été développé.
Author: Françoise Nozahic
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Languages : fr
Pages : 300
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Book Description
Cette thèse vise à comprendre et modéliser les mécanismes mis en jeu dans un réacteur de traitement de gaz de pyrolyse (RTGP) de biomasses sur un lit fixe constitué du résidu carboné. L'objectif est de produire un gaz de synthèse (CO + H2) ayant une teneur en goudrons inférieure à 0,1 mg/Nm3. Au niveau conceptuel le système matériel a été caractérisé et un schéma réactionnel simplifié a été identifié à l'aide de composés modèles sélectionnés pour être représentatifs des goudrons en terme de réactivité, révélateurs des mécanismes réactionnels et traceurs en entrée et sortie du RTGP. Un dispositif expérimental à échelle réduite, mini-RTGP, a été développé et les méthodes et protocoles d'analyse mis au point. Des expériences ont été menées afin de comprendre les mécanismes de dégradation du méthane et des composés modèles et de gazéification du résidu carboné ainsi que d'apporter des informations préliminaires sur les cinétiques. Un modèle du RTGP a également été développé.
Author: Carole Couhert
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Languages : fr
Pages : 205
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La pyrolyse est la première étape de tout traitement thermique de la biomasse et conditionne la formation de gaz de synthèse pour la production d’électricité, d’hydrogène ou de carburants liquides. L’objectif de ces travaux est d’établir une relation entre la composition d’une biomasse et ses rendements en gaz de pyrolyse. Nous étudions la pyrolyse flash de façon expérimentale et fixons les conditions opératoires qui maximisent les quantités de gaz tout en visant un régime intrinsèque (particules d’environ 100 μm) : température de 950°C et temps de séjour d’environ 2 s. Puis nous tentons de développer un outil de prévision des rendements en gaz d’une biomasse quelconque en fonction de sa composition, applicable dans cette situation où l’équilibre thermodynamique n’est pas atteint. Nous montrons qu’une loi d’addition ne permet pas de corréler les rendements en gaz d’une biomasse avec les fractions massiques de cellulose, d’hémicellulose et de lignine contenues dans cette biomasse. Plusieurs explications sont proposées et investiguées une à une : différence de comportement pyrolytique d’un même composé selon la biomasse de laquelle il est extrait, interactions entre composés et influence de la matière minérale. En vue d’une application industrielle, nous étudions la pyrolyse de particules de tailles millimétrique et centimétrique, et réalisons une simulation numérique des réactions de reformage des gaz de pyrolyse. Cette simulation montre que le choix de la biomasse affecte largement les quantités de gaz de synthèse obtenues.
Author: Mathieu Morin (docteur en génie des procédés).)
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La conversion thermochimique à haute température (>700°C) de la biomasse en double lit fluidisé circulant est une voie alternative aux énergies fossiles (pétrole, charbon) pour la production d'un gaz de synthèse à haute valeur énergétique, utilisable dans de nombreuses applications. L'objectif de cette thèse est de développer des méthodologies et des outils théoriques et expérimentaux permettant d'accéder aux cinétiques des transformations élémentaires (pyrolyse de la biomasse, gazéification et combustion du char, craquage et reformage des goudrons) présentes dans le procédé de gazéification de la biomasse en double lit fluidisé circulant. Dans un premier temps, un mini-réacteur à lit fluidisé fonctionnant entre 300 et 1000°C avec une alimentation en gaz parfaitement contrôlée (N2, O2, H2, H2O et goudrons) a été conçu et mis au point au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse. Un système d'échantillonnage et d'analyse de la phase gaz permet de quantifier en continu les fractions molaires des gaz incondensables et des goudrons produits. Une étude hydrodynamique et thermique a permis de déterminer les points de fonctionnement du réacteur pour chaque transformation élémentaire étudiée. Dans un second temps, les études de gazéification et de combustion du char ont été réalisées dans le mini-réacteur à lit fluidisé. L'influence de nombreux paramètres opératoires (température, pression partielle des différents constituants) a permis de comprendre la formation des différents produits et de modéliser les cinétiques de transformation du solide. Dans le cas de la combustion du char, un mécanisme réactionnel a également été établi et la cinétique obtenue en lit fluidisé a été comparée à celle déterminée par analyse thermogravimétrique. Enfin, une étude sur le reformage d'un goudron modèle (toluène) en lit fluidisé a mis en évidence l'effet de l'atmosphère réactionnelle sur le mécanisme de dégradation du toluène sur l'olivine et le char.
Author: Audrey Villot
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L'augmentation de la demande énergétique mondiale, l'épuisement des ressources fossiles et la sensibilisation croissante aux risques environnementaux liés aux émissions de gaz à effet de serre conduisent à porter un intérêt grandissant pour la « biomasse-énergie ». Dans le contexte actuel, la biomasse est potentiellement une des énergies renouvelables les plus abondantes et la seule à pouvoir prétendre répondre à la demande en carburant pour les transports. Parmi les procédés envisagés pour développer la production des biocarburants, notamment celle des carburants dits de seconde génération, la transformation thermochimique de la biomasse a été identifiée comme une des voies les plus prometteuses. Elle consiste en la production d'un gaz de synthèse (H2, CO, CH4, CO2, H2O) via un procédé de gazéification, suivi d'une synthèse Fischer-Tropsch dont l'avantage est de produire des biocarburants directement utilisables. Pour pouvoir être utilisés en synthèse, les gaz sortants du gazéifieur doivent être exempts de toutes particules et impuretés. Il est également nécessaire pour des raisons énergétiques de mettre en œuvre un procédé d'épuration des gaz de synthèse à une température la plus haute possible. Pour répondre à cette problématique, une étude sur la filtration des gaz issus de la gazéification de la biomasse par un procédé de précipitation électrostatique à hautes température (500 -1000°C) et pression (0,1 - 1 MPa) a été réalisée. L'étude paramétrique a montré la possibilité de travailler avec des électrofiltres sous ces conditions contraignantes de température et de pression, notamment grâce aux effets antagonistes de ces deux paramètres. Puis, les essais de filtration réalisés directement en aval d'un gazéifieur ont démontré la possibilité d'utiliser un procédé d'électroprécipitation pour épurer les gaz de synthèse a des températures allant jusque 700/800°C. Au-delà de cette température, les technologies existantes ne permettent pas de concevoir un électrofiltre pouvant répondre aux exigences d'exploitation d'un site industriel de production de biocarburants de seconde génération.
Author: Sid Ahmed Kessas (docteur en génie des procédés).)
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La gazéification des biomasses lignocellulosiques apparaît actuellement comme une solution technologique prometteuse permettant la production d'un gaz à haute valeur ajoutée, utilisable dans de nombreuses applications. Cependant, les tensions qui commencent à apparaître sur le marché du bois incitent les acteurs du secteur à se tourner vers d'autres ressources lignocellulosiques telles que les résidus agricoles, les déchets verts municipaux et les boues de STEP. Suivant les cas, ces déchets sont vus comme des effluents à traiter dont le coût peut être parfois nul ou négatif. L'objectif de ces travaux est de mieux comprendre et modéliser les phénomènes qui se déroulent lors de la gazéification des déchets (boues de STEP et déchets verts municipaux) en lit fluidisé. Dans un premier temps, sont présentés successivement une étude de caractérisation physico chimique et texturale des intrants utilisés ainsi que des chars issus de leur pyrolyse rapide ainsi qu'une étude cinétique portant sur l'influence de la température de pyrolyse et de la nature de l'intrant sur la réactivité de char. Dans un second temps, sont exposés les résultats obtenus lors de la pyrolyse et de la vapogazéification des déchets dans un pilote de pyrogazéification en lit fluidisé entre 700 et 900 °C. Les études paramétriques ont permis de mettre en évidence l'effet des paramètre opératoires (température, rapport massique H2O/intrant, nature de l'intrant et du média fluidisé) sur les performances de la gazéification et d'identifier les paramètres clés permettant de contrôler la composition ainsi que le taux de production du gaz de synthèse. Par ailleurs, à partir des résultats obtenus sont proposés des schémas réactionnels pour la pyrolyse des déchets entre 700 et 900 °C. Enfin, les résultats d'une étude de modélisation du réacteur de gazéification des déchets en lit fluidisé intégrant les réactions de pyrolyse, de vapogazéification du char, de water-gas shift et de reformage des goudrons sont présentés et comparés avec les résultats expérimentaux afin de mieux comprendre l'effet des paramètres opératoires sur les taux d'avancement de différentes réactions.
Author: Hélène Hiblot
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Languages : fr
Pages : 259
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Des applications avancées, telles que la production catalytique de combustibles liquides, demande un gaz de synthèse de haute pureté. La biomasse semble être une matière première prometteuse, mais le gaz doit être nettoyé de façon drastique pour atteindre les spécifications. Le reformage à haute température (> 1300 K) est une alternative crédible à la voie catalytique. La cinétique de reformage à haute température dans une atmosphère réductrice est mal connue. Si des mécanismes détaillés existent déjà pour la combustion d'hydrocarbures, les réactions sensibles sont différentes dans ce cas. Une étude expérimentale en réacteur piston et une modélisation du vapocraquage d'hydrocarbures ont été réalisées. L'influence cinétique des gaz présents dans le gaz de synthèse sur la conversion des hydrocarbures a été étudiée. Le comportement de mélanges complexes représentatifs des gaz à traiter a été étudié en fonction de la température. L'espèce la plus difficile à reformer est le méthane : une température supérieure à 1700 K est nécessaire. Un modèle dérivé de celui de la combustion des hydrocarbures légers a été élaboré. Les tendances expérimentales sont bien reproduites. Le reformage du carbone se fait principalement par réaction des radicaux OH avec les C2 insaturés, précurseurs de suie. Les conditions nécessaires pour reformer le méthane à haute température sont également donc favorables à la formation de suies indésirables.
Author: Sébastien Baumlin
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Languages : fr
Pages : 262
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Les gaz issus des procédés de pyrolyse-gazéification de la biomasse doivent être épurés. Ils contiennent des vapeurs condensables (goudrons), des aérosols, des particules solides fines, des composés soufrés et des métaux alcalins qu’il s’agit d’éliminer avant leur utilisation sur des turbines (production d’électricité) ou comme gaz de synthèse. Les expériences rapportées dans ce travail concernent les vapeurs condensables et leur conversion par craquage thermique. Les vapeurs sont produites par pyrolyse de la biomasse dans un premier réacteur (RP) à 540°C. Elles sont ensuite craquées dans un réacteur parfaitement auto-agité par jets gazeux (RPAA) associé en série avec le RP. Le RPAA fonctionne à plus haute température (550-1030°C) et le temps de séjour de la phase gazeuse dans le craqueur est compris entre 0,1 et 1 s. Tous les produits de réaction (charbon, vapeurs condensables et gaz permanents) sont récupérés et analysés. Le RPAA étant uniforme en température et en concentration, la détermination de constantes de vitesse à temps de séjour donné est assez aisée à partir de bilans de matière en vapeurs et gaz. Des schémas réactionnels globaux rendant compte du craquage des vapeurs en gaz mais aussi de leur possible maturation en composés plus réfractaires sont proposés et leurs constantes de vitesse optimisées à partir des résultats expérimentaux. Ces modèles permettent de simuler le craquage thermique d’une charge type issue d’un gazogène. On détermine les conditions optimales de fonctionnement (température, temps de séjour) du réacteur de craquage qui aboutissent à une concentration en vapeurs condensables la plus faible possible. On comparera ainsi l’efficacité du craquage thermique à celle des autres procédés d’épuration des goudrons.
Author: Alice Fourcault
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Languages : fr
Pages : 203
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La gazéification de biomasse et/ou des déchets produit un biogaz combustible composé de CO, H2, CH4, mais qui est aussi ensemencé d’impuretés telles que les goudrons. La société Europlasma propose un procédé de craquage des goudrons par plasma : le TurboPlasma®. Le biogaz combustible issu d’un gazéifieur est surchauffé par une torche à plasma dans un réacteur haute température. La torche à plasma produit un gaz plasmagène à 4000 K. Cela permet de porter localement le gaz combustible au-dessus de 1400 K, conduisant à une dégradation efficace des goudrons, même des plus lourds. Ce procédé est modélisé par deux études numériques. La première repose sur un modèle de réacteur parfaitement agité, la seconde utilise le code de calcul Fluent V6. Cette dernière étude permet de comprendre l’aérodynamique interne du réacteur et de préciser son design pour atteindre les objectifs d’abattement des polluants goudronnés. Le gaz obtenu répond aux critères d'utilisation des moteurs à combustion interne.
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Publisher: Ed. Techniques Ingénieur
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Languages : fr
Pages : 23
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Author: Luc Gerun
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Languages : fr
Pages : 237
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Book Description
Ce travail porte sur l’étude numérique et expérimentale de la gazéification, procédé de conversion thermochimique de la biomasse (déchets boisés, paille,...) en gaz combustible, qui est ensuite utilisé en chaudière, moteur ou turbine à gaz pour produire de l’énergie « verte ». La gazéification fait intervenir trois étapes, étudiées successivement dans ce manuscrit : séchage/pyrolyse : la biomasse est séchée puis convertie en gaz, en goudrons et en coke (« charbon de bois ») sous l’action de la chaleur ; oxydation : les gaz produits sont partiellement brûlés avec de l’air pour fournir la chaleur nécessaire aux autres réactions chimiques endothermiques ; réduction : les gaz réagissent avec le coke pour produire un gaz pauvre valorisable. L’étude séparée de ces trois étapes et la simulation de leur fonctionnement ont permis d’identifier les « paramètres-clé », que sont la vitesse et la température de chauffe pour la pyrolyse, le débit d’air et sa vitesse d’injection pour l’oxydation, la température et le temps de résidence pour la réduction. Toutes ces observations ont conduit à l'élaboration d'un prototype, composé de trois réacteurs pour séparer physiquement les trois étapes. L’objectif est d’optimiser les paramètres de fonctionnement pour réduire la production de goudrons, l’un des principaux freins au développement de la gazéification. Son fonctionnement est prometteur car il produit un gaz satisfaisant les tolérances des moteurs : PCI d'environ 5,2 MJ.Nm-3, absence de goudrons lourds, concentration des HAP inférieure à 10 mg.Nm-3. Il ouvre donc des perspectives encourageantes pour développer un gazogène optimisé pour les installations de petite et moyenne puissance.
