Recherche Avancée

Thèse soutenue

Vapogazéification de la biomasse : contribution à l'étude de la phénoménologie entre 800 et 1000 °C

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Auteur / Autrice : Capucine Dupont
Direction : Daniel Schweich
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie des procédés
Date : Soutenance en 2006
Etablissement(s) : Lyon 1

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Pyrolyse
Biomasse -- Gazéification
Biomasse

Résumé

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Ces travaux s'inscrivent dans le cadre du projet Biocarb, lancé par le Commissariat à l'Énergie Atomique, et qui vise à développer un procédé de fabrication de carburant à partir d'un gaz de synthèse (H2, CO) obtenu parconversion thermochimique de la biomasse. L'objectif est de mieux comprendre le processus de vapogazéification de la biomasse entre 1073 et 1273 K, dans des conditions de chauffage rapide, caractéristiques d'un réacteur à lit fluidisé. Grâce à l'analyse des temps caractéristiques des différents phénomènes physiques et chimiques à l'échelle de la particule, nous avons mis en évidence que la transformation se déroule en deux étapes successives : (i) la pyrolyse de la biomasse, limitée à la fois par la réaction chimique et par les transferts de chaleur pour des particules de 0. 5 mm ; (ii) la vapogazéification du résidu, s'opérant en régime chimique dans ces conditions. La phase gaz produit lors de la transformation peut être modélisée simplement par un système de cinq espèces (H2, CO, CO2, CH4, H2O) régi par deux réactions indépendantes ; (i) la réaction de vaporeformage de CH4 limitée cinétiquement à ces niveaux de température (1073 K <T<1273 K) ; (ii) la réaction de water-gas shift, qui atteint l'équilibre après plusieurs dizaines de secondes à 1073 K. Nous avons constaté que la prise en compte de C2H2 et C2H4 dans le mélange permet d'améliorer sensiblement la représentation. Afin de vérifier la validité des résultats théoriques, des expéreinces analytiques ont été réalisées sur du bois dans un réacteur à flux entrîné de laboratoire. L'influence de la taille des particules, de la température et de la présence de vapeur d'eau dans le gaz d'atmosphère a été testée en fonction du temps de séjour dans le réacteur. Nous avons observé une transition dans le régime de décomposition entre les particules de 0,4 et 1,1 mm. Pour ces dernières, les transferts de chaleur internes sont limitants. Le séchage s'effectue apparemment en moins de 0,3 s, mais la pyrolyse n'est pas complète après 0,5 s. A 1223 K, 35%m de gaz est produit au bout de ce temps. Pour les particules de 0,4 mm, la réaction est visiblement terminée en 0,3 s. Elle produit plus de 70%m de gaz, 40% du carbone initialement contenu dans la biomasse est converti en CO : moins de 5% l'est en CO2. L'hydrogène initial se retrouve de manière égale sous forme de H, H2O et hydrocarbures légers (CH4, C2H2, C2H4). La composition du mélange évolue peu en quelques secondes dans ces conditions, même s'il semble exister des réactions entre H2, les C2 et les goudrons