Le cyclone : un réacteur multifonctionnel : application à la pyrogazéification et à la pyroliquéfaction de la biomasse

The cyclone : a multifunctional reactor : application to the pyrogasification and to the pyroliquefaction of biomass

• Auteur / Autrice : François Broust
• Direction : Jacques Lédé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2003
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomasse -- Conversion

Séparateurs (machines)

Résumé

Dans les conditions de pyrolyse rapide, la biomasse peut être convertie principalement en liquides (bio-oils) ou en gaz (fortes fractions de CO et H₂ d'intérêt énergétique ou chimique. Les expériences rapportées dans ce travail sont effectuées sur un micropilote de laboratoire comportant un réacteur cyclone chauffé à ses parois et alimenté en sciure de bois. Tous les produits de réaction (charbon, liquides et gaz) sont récupérés et analysés. Les bilans de matière massiques et élémentaires (en C, H, 0) bouclent de façon très satisfaisante. Par simple modification des conditions opératoires, la distribution des produits varie de façon significative: on peut orienter la réaction vers la pyro-liquéfaction à basses températures (rendements maximums en liquides de 75 %) ou bien vers la pyro-gazéification à hautes températures (rendements maximums en gaz de 85 %). Une charge maximale de biomasse d'environ 1 kg h-¹ peut être traitée en continu à haute température et sous vapeur d'eau dans un réacteur de seulement 0,5 L. A basse température, l'excès de charbon formé peut être valorisé par des phases de gazéification à la vapeur d'eau alternées avec celles de pyrolyse. Un modèle général associe les lois d'extrapolations du réacteur (hydrodynamique et transferts thermiques) à un schéma de consommation des particules et de craquage thermique des vapeurs. Il permet de prédire les variations des sélectivités en fonction des conditions opératoires, en accord avec les résultats expérimentaux et pour différentes tailles de cyclones. On montre d'autre part que les réactions secondaires de craquage ont lieu essentiellement au sein même du réacteur, mais aussi en partie dans une mince couche limite proche des parois chaudes.

In fast pyrolysis conditions, biomass can be converted mainly into liquids (bio-oils) or into gases (high fractions of CO and H₂ which are of energetical or chemical interest. The experiments reported in this work are performed in a laboratory-scaled set-up including a cyclone reactor heated at its walls and fed by a flowrate of wood sawdust. All the products of the reaction (char, liquids and gases) are collected and analysed. The mass and elementary (C, H, 0) balances closures are very accurate. Basically by changing the operating conditions, the products distribution is significantly varied : the reaction can be directed to pyro-liquefaction at low temperature (maximum yields of liquids : 75 %) or to pyro-gasification at high temperature (maximum yields of gases : 85 %). A maximum throughput close to 1 kg h-¹ may be achieved in steady state in a 0. 5 L reactor. At lower temperatures, the excess of char formed can be converted during steam gasification steps alterned with the pyrolysis sequences. A general modelling takes into account the scaling laws of the reactor (hydrodynamics and heat transfers) and a scheme for the consumption of the particules and for thermal cracking of vapours. It allows to predict the variations of the selectivities as a function of the operating conditions, in agreement with the experimental results, and for different sires of cyclones. Besides, secondary cracking reactions are proved to occur mainly in the heart of the reactor, but also partly inside a thin boundary layer close to the hot walls.