Valorisation énergétique de la biomasse par gazéification : conversion du goudron par des biochars issus de résidu de biomasse en lit fixe

Energy valorization of biomass by gasification : conversion of tar by biochars from biomass residue in a fixed bed

• Auteur / Autrice : Mohamed Rachid Benhalilou
• Direction : Mohand Tazerout
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, Thermique, Combustion
• Date : Soutenance le 28/11/2022
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Valorisation Energie-matière des Résidus et Traitement des Emissions - Département Systèmes Energétiques et Environnement - Génie des Procédés Environnement – Agroalimentaire (GEPEA) (Saint-Nazaire)
• Jury : Président / Présidente : Tudor Prisecaru
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohand Tazerout, Noureddine Nasrallah, Mylene Marin Gallego, Maria Paraschiv, Jean-François Largeau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Tudor Prisecaru, Noureddine Nasrallah

Mots clés

Mots clés contrôlés

Charbon à usage agricole

Réacteurs à lit fixe

Craquage catalytique

Biomasse -- Gazéification

Mots clés libres

Conversion des goudrons

Biochars

Lit fixe

Cfd

Activation physique

Tars conversion

Biochars

Fixed bed

Cfd

Physical activation

Résumé

Les procédés thermochimiques sont considérés comme des moyens prometteurs pour la valorisation des déchets, toutefois les produits générés contiennent des goudrons,freins à leurs développements. L’objectif de ce travail est de purifier les gaz issus de la gazéification, en convertissant ces goudrons en molécules plus légères afin d’éviter l’encrassement des équipements. Le but de ce travail est d'étudier le traitement (par adsorption et craquage) à hautes températures des goudrons issus des procédés thermochimiques en utilisant des chars économiques produits à partir de déchets de biomasse. Pour cela, la conversion thermo-catalytique d’un goudron modèle (toluène), représentatif des goudrons générés par les procédés thermochimiques, est étudiée dans un lit fixe de substrats, à des températures variant entre 500 et 800 °C et avec deux temps de séjour (0,6 et 1,2 s). Les substrats sont constitués de deux biochars produits à partir de marc de café et de noyaux de datte et comparés à deux autres médias (billes d’acier inoxydable et charbon actif commercial). Une approche numérique par CFD a été développée afin d’appréhender les phénomènes de conversion internes au lit de média et d’identifier les configurations permettant d'obtenir une conversion complète du toluène. La modélisation permet également de tester des configurations non évaluées expérimentalement. Enfin, une tentative d’activation physique a été réalisée avec le biochar de marc de café via un plan d’expérience dans le but d’optimiser les paramètres d’activation et d’identifier l’interdépendance des paramètres du procédé d’activation.

Thermochemical processes are considered to be promising means for the valorization of waste, however the products generated contain tars, which hinder their development. The objective of this work is to purify the gases produced by gasification, by converting these tars into lighter molecules in order to avoid fouling of the equipment. The aim of this work is to study the treatment (by adsorption and cracking) at high temperatures of tars from thermochemical processes using economical tanks produced from biomass waste. To this end, the thermo-catalytic conversion of a model tar (toluene), representative of the tars generated by thermochemical processes, is studied in a fixed bed of substrates, at temperatures varying between 500 and 800 °C and with two residence times (0,6 and 1,2 s). The substrates are made up of two biochars produced from coffee grounds and date pits and compared to two other media (stainless steel beads and commercial activated carbon). A numerical CFD approach was developed to understand the internal conversion phenomena of the media bed and to identify the configurations that would achieve complete toluene conversion. The modelling also allows to test configurations not experimentally evaluated. Finally, an attempt at physical activation was made with coffee grounds biochar via a design of experiment in order to optimize the activation parameters and to identify the interdependence of the activation process parameters.