Analyse physico-chimique et modélisation de la pyrolyse de grains de charbon en four tournant

Physico-chemical analysis and modelling of the pyrolysis of coal particles in a rotary kiln

• Auteur / Autrice : François Hanrot
• Direction : Denis Ablitzer, Jean Léon Houzelot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Science et génie des matériaux
• Date : Soutenance en 1992
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy) - Laboratoire de science et génie des matériaux et de métallurgie (Nancy ; ....-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fours rotatifs

Propriétés physico-chimiques

Charbon

Modèles mathématiques

Pyrolyse

Résumé

Consacré à l'étude de la pyrolyse de grains de charbon en tube tournant, ce travail s'attache à analyser et modéliser les différents phénomènes impliqués dans le procédé. La démarche choisie consiste à décrire la pyrolyse d'une particule isolée, par un modèle de grain qui est ensuite utilisé dans une représentation complète du réacteur. Le modèle de grain est basé sur le transfert de chaleur dans le grain, les échanges thermiques entre la particule et les matières volatiles qui s'en échappent, et les cinétiques de séchage et des réactions de pyrolyse. Les calculs, qui s'appuient sur des mesures de la vitesse de séchage et de la chaleur spécifique vraie du charbon et du semi-coke pendant la carbonisation, ont été validés par des expérimentations en laboratoire. Dans les conditions opératoires retenues, il s'avère que le transfert de chaleur interne n'est plus limitant en dessous d'une certaine taille de grain, mais que la résistance thermique externe due à la présence des produits de la pyrolyse autour de la particule est toujours importante. Les équations qui régissent le profil de chargement du four ont été établies, de même que la loi donnant le temps de séjour des grains. Le modèle global du tube prend en compte, outre le modèle de grain, les mouvements des particules dans la charge, les transferts de chaleur entre la charge, la paroi et la phase gazeuse à contre-courant, et les réactions combustion et de gazéification. Des bilans de chaleurs montrent que les réactions exothermiques nécessaires au fonctionnement du procédé ne sont pas limitées à la zone de pyrolyse, mais coexistent aussi avec le refroidissement du coke. Une suite de l'étude est proposée: il s'agira de mieux comprendre les phénomènes dont la phase gazeuse est le siège, et d'obtenir des mesures précises sur l'installation industrielle