Traitement par plasma non thermique d'alcools et produits issus de la pyrolyse ou de la gazéification de la biomasse

Non-thermal plasma treatment of alcohols and products of pyrolysis or gasification of biomass

• Auteur / Autrice : Khadija Arabi
• Direction : Jean-Marie Cormier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique
• Date : Soutenance le 03/11/2011
• Etablissement(s) : Orléans
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies (Orléans ; 2009-2012)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherches sur l'énergétique des milieux ionisés (Orléans ; 1996-2011)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Pasquiers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Marie Cormier, Stéphane Pasquiers, Emmanuel Odic, Pascal André, Stéphane Pellerin, Olivier Aubry
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuel Odic

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz de synthèse

Biomasse -- Gazéification

Mots clés libres

Réacteur plasma

Plasma non thermique

Plasma reactor

Non thermal plasma

Résumé

Actuellement et en raison de la diminution des ressources pétrolières pour les années à venir, l’hydrogène ou le gaz de synthèse (H2 + CO) sont considérés comme des vecteurs énergétiques qui pourraient permettre de répondre aux enjeux environnementaux et besoins énergétiques. L’exploitation de la biomasse constitue une réserve de carbone et d’hydrogène pouvant être transformée en carburant utilisable. Le travail de cette thèse s’inscrit dans le cadre des recherches concernant la thématique de la conversion de biomasse par plasma non thermique. L’objectif de ce travail a été d’évaluer l’efficacité d’un réacteur plasma spécifique appelé ''Statarc'' pour la production de gaz de synthèse à partir de composés issus de la biomasse. Afin de caractériser le comportement du réacteur ''Statarc'', une étude physique de la décharge dans la vapeur d'eau a d’abord été effectuée. Ce travail préliminaire a été considéré comme une base de référence pour l’interprétation des différents résultats obtenus avec des molécules issues de la biomasse : méthanol, éthanol et phénol. Dans tous les cas étudiés, la concentration en Hydrogène obtenue dans les gaz secs ne dépasse pas 66 %. Des bilans énergétiques et chimiques ont été établis afin d’évaluer les différentes pertes dans notre système. Des essais sur le traitement de l’ammoniaque, représentatif d'autres sources hydrogénées, ont montré l’efficacité de notre réacteur plasma pour la production de gaz de synthèse. Un traitement direct du bois nous a permis de déduire que le traitement plasma génère un mélange gazeux libérant plus d’énergie que celle fournie par la combustion du bois consommé. Afin d’obtenir une meilleure compréhension des phénomènes qui se produisent dans le réacteur plasma, un modèle chimique a été élaboré dans le cas des mélanges méthanol – eau. Les résultats expérimentaux obtenus au cours de ce travail ouvrent des perspectives pour de futures modélisations.

Currently and due to the decrease of oil resources for coming years, hydrogen or syngas (CO + H2) are considered as energy vectors to environmental issues and energy needs. The exploitation of biomass provides a reserve of carbon and hydrogen which can be converted into usable fuel. The present work of this thesis is part of research on the topic of the biomass conversion by non-thermal plasma. The objective of this study is to evaluate the efficiency of a specific plasma reactor called ''Statarc'' for the production of syngas from biomass. To characterize the behaviour of the Statarc reactor, the physical study of the discharge in water vapour was first performed. This preliminary work is considered to a baseline to understand the results obtained with methanol, ethanol and phenol mixtures. In all the cases studied, the concentration obtained of H2 in the dry gas does not exceed 66%. Chemical and energy balances are establish to evaluate the losses in our system. Experiments on the treatment of ammonia, representing other hydrogenated compounds, have shown the efficiency of our plasma reactor to produce syngas. Direct treatment of wood has allowed us to deduce that the plasma treatment produces a gas mixture releases more energy than that provided by the combustion of consumed wood. To obtain a better understanding of phenomena that occur in a plasma reactor, a simple chemical model was developed in the case of the mixture of methanol - water. The experimental results obtained in this work imply perspectives for modeling.