Production continue de gaz issus de la gazéification de la biomasse (miscanthus) dans un réacteur à lit fluidisé circulant : caractérisation chimique des composés organiques lourds produits durant le procédé de gazéification

Synthesis gas production by continuous biomass gasification in fluidized bed reactor : chemical characterization of the heavy organic compounds produced during the gasification process

Produzione di gas di sintesi mediante gassificazione in continuo di biomasse (miscanthus) in apparecchiature a letto fluido e a letto fluido circolante : caratterizzazione chimica delle frazioni organiche pesanti(tar) prodotte dal processo di gassificazione

• Auteur / Autrice : Manuela Di Marcello
• Direction : René Gruber, Sergio Rapagnà
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 08/02/2011
• Etablissement(s) : Metz en cotutelle avec Università degli studi (Teramo, Italie)
• Ecole(s) doctorale(s) : SESAMES - Ecole Doctorale Lorraine de Chimie et Physique Moléculaires
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCME - Laboratoire de chimie et méthodologie pour l'environnement - EA 4164
• Jury : Président / Présidente : Giovanna Suzzi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pier ugo Foscolo, Alain Kiennemann, Muriel Matt, Jesus Vela

Mots clés

Mots clés contrôlés

Goudrons

Biomasse -- Gazéification

Mots clés libres

Gasification

Biomasse

Goudrons

HPTLC

Résumé

Dans le procédé de gazéification, la biomasse est transformée à haute température dans des conditions catalytiques, en produits gazeux qui peuvent avoir différentes utilisations : la production de gaz de synthèse (Syngas), la production de chaleur ou d'électricité, la synthèse de biocarburants, etc. Ce procédé est cependant générateur de goudrons et de particules, de part la matière première d'origine végétale. Il est donc nécessaire de connaître et d'optimiser les conditions de gazéification afin de minimiser la production de goudron. Les études ont porté sur l'optimisation des conditions opératoires dans un réacteur à lit fluidisé sur des coques d'amandes et des granules de miscanthus x giganteus. L'efficacité du lit a été évaluée en utilisant des systèmes catalytiques tels olivine, Ni olivine, Fe-olivine complétés par un système secondaire de bougies filtrantes à activité catalytiques. Au final, l'association d'un lit catalytique (Fe-olivine) et bougies catalytiques permet d'améliorer la conversion de la biomasse. Afin de suivre l'efficacité de la conversion des composés aromatiques, chaque composant des goudrons a été dosé par CLHP. En parallèle, d'autres approches ont été validées : elles permettent d'effectuer un suivi en ligne de la formation des goudrons lors de la gazéification. L'intérêt de la chromatographie sur couche mince a permis un dosage des composés aromatiques totaux par ajouts doses. Une analyse semi-quantitative est également possible après séparation par famille de composés aromatiques en fonction du nombre de noyaux et du degré de condensation, ces développements sont totalement originaux pour le suivi des goudrons issus de la biomasse

Gasification could be defined as a group of processes that converts solid or liquid fuels into a combustible gas. Therefore, biomass gasification can be employed to meet different market needs. Among the different gasification technologies available, fluidized bed gasifiers are very attractive because they take the advantage of the excellent mixing characteristics and high reaction rates of gas-solid mixtures. Miscanthus x giganteus (mxg) pellets and crushed and sieved almond shells have been used as biomass feedstock. Comparing the results obtained using the two biomasses at analogous operating conditions, no significant differences concerning the gas yield, gas composition and tar content could be observed. During the work, innovative catalytic hot gas filters for in-situ tar and particulate abatement, as well as two interesting Ni and Fe based catalyst have were tested in real gasification conditions. Further improvements have been obtained by combining the synergic catalytic effect of Fe-olivine and the catalytic filter candle, resulting in a efficient Tar abatement (-92% in the producer gas), and a consequently increase of gas yield by 72%. Also, the use of catalytic filter allows efficient particle separation so that the final result is a hot and clean fuel gas made available right at the exit of the gasifier reactor. The composition of tar was followed by HPLC as reference method. Other methods like HPTLC allow the separation of aromatic compounds according their number of aromatic rings. Quantification without separation was validated in order to control on line the production of tar during the gasification process