Etude des voies de valorisation de la vinasse par combustion en mélange avec des biomasses

Study of vinasse recovery by combustion with biomasses

• Auteur / Autrice : Guillaume Daragon
• Direction : Gwénaëlle Trouvé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 24/09/2015
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale pluridisciplinaire Jean-Henri Lambert, ED 494 (Mulhouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Gestion des Risques et Environnement

Mots clés

Mots clés contrôlés

Énergie de la biomasse

Biomasse -- Conversion

Déchets -- Valorisation

Mots clés libres

Imprégnation

Effluent organique

Biomasse

Combustion

Valorisation énergétique

Vinasse

Impregnation

Organic effluent

Biomass

Combustion

Energy recovery

Vinasse

Résumé

L’industrie, quel que soit son domaine d’activité, produit une quantité importante d’effluents chargés, couramment appelés coproduits. La gestion et le traitement de ces eaux usées sont aujourd’hui strictement encadrés car leurs propriétés physiques et leurs compositions chimiques interdisent leurs rejets directs vers le milieu naturel. Cependant, la présence en forte concentration de certains éléments valorisables tels que les sels minéraux ou des composés organiques dans certains de ces effluents, leurs confèrent alors de nouvelles propriétés qui trouvent échos dans diverses applications (fertilisation des sols, alimentation animale, méthanisation, co-compostage, etc.). Le carbone étant le constituant majoritaire de tout combustible, une valorisation thermique par combustion en chaudière biomasse des effluents organiques semble être une alternative envisageable. L’objet de cette thèse est l’étude de cette voie de valorisation énergétique et de la faisabilité de cette application. Du fait de leur état liquide, les effluents seuls sont de mauvais combustibles comparés aux biomasses standards (plaquettes forestières, paille, etc.). Les travaux de recherche se concentrent donc sur l’étude et la caractérisation de biomasses en tant que support d’imprégnation, puis sur la formulation d’un co-combustible homogène imprégné d’un effluent organique industriel. Les biomasses sont en effet connues dans la littérature pour avoir des propriétés d’adsorption et d’absorption intéressantes. Une étude paramétrique à l’échelle du laboratoire a été menée afin de quantifier la capacité d’imprégnation et la sélectivité de différents types de biomasse vis-à-vis de l’effluent choisi. Le but était également de déterminer les paramètres qui influençaient l’imprégnation afin de modéliser les phénomènes. Suite à cela, des essais à l’échelle pilote sur une installation de combustion de 40 kW ont été effectués en vue de vérifier la conformité des combustibles imprégnés en termes d’émissions à la cheminée et dans l’optique de préparer le changement d’échelle pour une potentielle application industrielle.

Important amounts of organic effluents, also called wastewaters or byproducts, are produced whatever the type of industry which is considered. Nowadays, the wastewaters management and treatment are strictly controlled since the physical properties and the chemical composition of these byproducts disallow the direct reject through natural media. However, the presence of some specific compounds confers to effluents new advantages and opens the door to several applications (such as soil fertilization, cattle feed, methanization, co-composting, etc.). Carbon being the main component of every fuel, the thermal valorization of these organic effluents by combustion in a standard biomass boiler seems to be possible. The study of this recovery method and its feasibility are the subjects of the thesis here. Due to their liquid state, effluents alone cannot be considered as fuels compared to standard biomass (woodchips, straw, etc.). Therefore research works are focused on study and characterization of biomasses as impregnation base, then formulation of fuels impregnated with an industrial organic effluent. Indeed, the adsorptive and absorptive properties of biomasses are well-known in the literature. A parametric study at laboratory scale was carried out in order to quantify the impregnation capacity of different types of biomass regarding the effluent. The main goal was also to highlight the parameters which influence the impregnation in order to modeling the phenomenon. Then impregnation and combustion tests were performed at pilot scale using a biomass boiler of 40 kW to ensure the conformity of impregnated fuels in terms of stack emissions. This part of the work was conducted with the perspective of preparing the process scale-up for a potential industrial utilization.