Etude des transferts de chaleur et de masse dans des procédés de vapogazéification de char de biomasse innovants (solaire - nucléaire)

Mass and heat transfer study for innovative (nuclear - solar) biochar steam-gasification processes

• Auteur / Autrice : Ervin David Gordillo
• Direction : Abdelhamid Belghit
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 07/12/2011
• Etablissement(s) : La Rochelle
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences pour l'Environnement Gay-Lussac
• Jury : Président / Présidente : Belkacem Zeghmati
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdelhamid Belghit, Belkacem Zeghmati, Richard Capart, Philippe Nardin, Sid-Ahmed Rezzoug, Kentaro Umeki, Laurent Van de Steene
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Richard Capart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogène (combustible)

Biomasse -- Gazéification

Mots clés libres

Vapogazéification

Char de biomasse

Hydrogène

Modélisation

Steam gasification

Biochar

Hydrogen

Modelling

Résumé

La possibilité de produire un gaz combustible (syngaz) à partir des composés carbonés outre que le charbon et le pétrole permettrait aux pays pauvres en ressources énergétiques de se diriger vers une indépendance énergétique.La vapogazéification est un procédé qui permet de produire un gaz riche en hydrogène à partir des matériaux carbonés (par exemple le char de biomasse) et de la vapeur d’eau. Etant donné que la gazéification est un processus endothermique, la source d’énergie est le premier souci à résoudre. Si l’on ne veut pas contribuer au réchauffement de la planète, la source d’énergie et de carbone doivent rester renouvelables. Jusqu’à présent, les ingénieurs concevaient les gazéifieurs en pensant à une uniformité des propriétés à l’intérieur du réacteur, cela simplifie la modélisation et le contrôle des variables, cependant, avec les sources de chaleur innovantes et la possibilité de n’utiliser que de la vapeur d’eau pour la gazéification, on peut conclure qu’un gradient de températures améliore la production d’hydrogène. Les nouvelles technologies de gazéification nécessitent donc une compréhension des phénomènes de transfert afin d’être améliorées et optimisées. Trois types de réacteurs ont modélisés dans le cadre de cette thèse, il est mis en évidence qu’il existe un manque de critères solides à l’heure de choisir le dispositif réactionnel le plus adéquat selon les ressources disponibles. La théorie du gradient de température est conçue à partir des principaux résultats de cette thèse et s’intéresse à la création d’un outil simple à utiliser pour que l’ingénieur puisse prendre des décisions qui aident à améliorer la production de gaz combustible.

The possibility of producing syngas from carbon compounds other than coal or oil would allow countries lacking energy resources to move toward energy independence. The steam gasification is a process that could help to this predisposition, producing a hydrogen-rich gas from carbon-rich materials (e.g. biomass char) and steam. Since gasification is an endothermic process, the energy source is the first concern to be addressed in the gasifierdesign. If we want it to not contribute to global warming, the energy source and carbon must remain renewable.Until now, engineers designed gasifiers thinking about uniformity of properties within the reactor, it simplifies the variables modeling and control, however, with innovative heat sources and the possibility to use only steamfor gasification, it can be concluded that a temperature gradient enhances the hydrogen production, thus the syngas quality is improved. The new gasification technologies therefore require the understanding of transport phenomena to apply this advantage in order to improve the syngas production and quality. Three reactor typesare modeled as part of this work, it is shown that there is a lack of firm criteria to choose the reaction device according to the resources, consequently, the reactors performance could be diminished if the energy source is not properly used. The theory of the temperature gradient is built based on the main results and it is a simple toolto help the engineer to make decisions that will improve the fuel gas production.