Production de gaz de synthèse par pyrolyse de biomasse et reformage catalytique de volatils – BioPyroCat

Syngas production by biomass pyrolysis and catalytic reforming of volatiles – BioPyroCat

• Auteur / Autrice : Mira Abou Rjeily
• Direction : Jaona Harifidy Randrianalisoa, Cédric Gennequin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux (ITheMM) - EA 7548
• Jury : Président / Présidente : Samer Aouad
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jaona Harifidy Randrianalisoa, Cédric Gennequin, Bechara Taouk, Anthony Dufour, Hervé Pron, Gaëlle Ducom, Sylvie Valin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bechara Taouk, Anthony Dufour

Mots clés

Mots clés contrôlés

Reformage catalytique

Hydrogène

Pyrolyse

Énergie de la biomasse

Mots clés libres

Biomasse

Gaz de synthèse

Hydrogène

Energie

Pyrolyse

Reformage catalytique

Biomass

Syngas

Hydrogene

Energy

Pyrolysis

Catalytic reforming

Résumé

La demande massive en énergie et l’épuisement des combustibles fossiles nécessitent la production d’énergie « verte » pour répondre aux besoins globaux en électricité et carburants. La biomasse, source d’énergie durable et renouvelable, est la plus prometteuse pour atteindre ces objectifs. La pyrolyse de la biomasse produit majoritairement du monoxyde de carbone CO et dioxyde de carbone CO2 mais aussi du méthane CH4 et de l’hydrogène H2. Ce dernier est identifié comme vecteur énergétique de l’avenir pour le transport et la génération d’électricité, il est donc nécessaire d’augmenter sa production. Traditionnellement, cela est réalisé à travers le reformage de gaz naturels. Cette thèse vise à valoriser la biomasse en gaz de synthèse notamment H2, tout en réduisant les émissions de CO2. Un dispositif expérimental en deux étages couplant la pyrolyse et le reformage catalytique a été développé. Dans le premier étage, la pyrolyse de biomasse (copeaux de chêne ou anas de lin) est réalisée. Dans le second, le reformage catalytique des hydrocarbures volatils et des gaz issus de la pyrolyse a lieu en présence de catalyseur. Les effets de divers paramètres ont été étudiés sur les produits de la pyrolyse (température, vitesse de chauffe et temps de séjour des composés volatils) et du reformage (température, phase active du catalyseur, sa charge métallique, vitesse horaire spatiale du gaz et le gaz vecteur). Des analyses élémentaires du charbon et chimiques de la bio-huile ont été réalisées et les concentrations des gaz majoritaires ont été mesurées. Plusieurs analyses (ATD, ATG, DRX, EDX et images MEB) ont aussi été effectuées pour caractériser les catalyseurs pré- et post-reformage.

The massive energy demand and the depletion of fossil fuels require the production of ''green'' energy to meet the global needs for electricity and fuels. Biomass, a renewable and sustainable energy source, is the most promising one to meet these objectives. Biomass pyrolysis mainly produces carbon monoxide CO and carbon dioxide CO2, but also some methane CH4 and hydrogen H2. The latter is identified as the energy carrier of the future for transportation and power generation therefore it is of great importance to increase its production. Traditionally, it is produced by natural gas reforming.This thesis aims at valorizing biomass into syngas, especially H2, while reducing CO2 emissions. A two-stage experimental setup coupling the pyrolysis and the catalytic reforming has been developed. In the first stage, the pyrolysis of biomass (oak wood chips or flax shives) is performed. In the second one, the catalytic reforming of hydrocarbon volatiles and gases derived from biomass pyrolysis takes place in the presence of a catalyst. The effects of several parameters were studied on the products of pyrolysis (temperature, heating rate and residence time of volatile compounds) and the products of reforming (temperature, active phase of the catalyst, its metal loading, gas hourly space velocity and the nature of the carrier gas). Elemental analysis of the char and chemical analysis of the bio-oil were performed, and the concentrations of the major gases were measured. Several analyses (DTA, TGA, XRD, EDX, and SEM images) were also performed to characterize the catalysts pre- and post-reforming.