Gazéification à haute température de particules millimétriques de bois entre 800°c et 1400°c

High temperature gasification of millimetric wood particles between 800°C and 1400°C

• Auteur / Autrice : Santiago Septien Stringel
• Direction : Sylvain Salvador
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 21/11/2011
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Salvador, Yann Rogaume, Marine Peyrot, Sylvie Valin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Marias

Mots clés

Mots clés libres

Gazéification

Biomasse

Four à chute

Réacteur à flux entraîné

Suies

Modélisation

Gasification

Biomass

Drop tube reactor

Entrained flow Reactor

Soot

Modeling

Résumé

La gazéification de la biomasse a été étudiée dans les conditions d'un réacteur à flux entraîné, à savoir à vitesse de chauffage et à température élevées. Des expériences ont été réalisées dans un four à chute entre 800°C et 1400°C, à partir de particules de bois de taille 0,35 mm et 0,80 mm, dans une atmosphère inerte (100% molaire de N2), ou contenant de la vapeur d’eau (25% molaire). Les expériences ont également été simulées grâce à un modèle 1D avec des résultats positifs, ce qui a permis de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu. Les solides obtenus (suies et char) ont été analysés et caractérisés. Des rendements élevés en gaz et goudrons, et un faible rendement en char ont été mesurés. Par conséquent, l'évolution de la phase volatile est déterminante pour les rendements des produits finaux. Au-dessus de 1000°C, la formation de suies devient importante. Les suies sont formées à partir de C2H2 et de HAP. En présence de vapeur d’eau, le rendement en suies est nettement moins élevé, ce qui s’explique essentiellement par le vaporeformage des précurseurs de suie, mais aussi par leur gazéification. La réaction de water-gas shift joue un rôle important dans la distribution des gaz majoritaires. La gazéification du char a été mise en évidence à 1200°C et 1400°C sous atmosphère humide. L'ensemble de ces réactions conduit à un gaz riche en H2, CO et CO2. L'équilibre thermodynamique est presque atteint à 1400°C avec une concentration de 25% molaire de H2O dans l’atmosphère. La graphitisation et la désactivation du char porté à haute température ont été mises en évidence expérimentalement. Néanmoins, ces phénomènes ont une influence négligeable sur l’évolution du rendement en char lors des expériences en four à chute. Enfin, la taille des particules n’a presque aucune influence sur les résultats expérimentaux.

Biomass gasification was studied in the conditions of an entrained flow reactor, namely at high heating rate and temperature. Experiments in a drop tube reactor were performed between 800°C and 1400°C, with wood particles of 0.35 mm and 0.80 mm size, under inert and steam containing - 25 mol% of H2O - atmospheres. These experiments were also simulated with a 1D model which gave good predictions. The collected solids, soot and char, were analyzed and characterized. This study highlights the importance of gas phase reactions on the yields of the final products, mainly gaseous compounds, in these conditions. These reactions are hydrocarbons cracking, reforming and polymerization, leading to soot formation, and water-gas shift. Char graphitization and deactivation were experimentally demonstrated. However, these phenomena have a negligible influence on char evolution in the drop tube reactor. Finally, the particle size was shown to have almost no influence on experimental results.