Etude expérimentale et modélisation cinétique de la chimie de combustion bes composés modèles de goudron la biomasse

Experimental study and kinetic modeling for the combustion chemisry of biomass's tar surrogates

• Auteur / Autrice : Mohammad Issa
• Direction : Pascale Desgroux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energetique, thermique, combustion
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Université de Lille (2022-....)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière, du rayonnement et de l'environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Physico-Chimie de la Combustion et de l'Atmosphère
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Physico-Chimie de la Combustion

Mots clés

Mots clés libres

Biomasse

Chimie de combustion

Modèle cinétique

Suie

Gas chromatography

Microscopy

Biomass

Combustion chemistry

Kinetic model

Soot

Gas chromatography

Microscopy

Résumé

Cette étude vise à étudier la cinétique chimique des précurseurs de suie et à mesurer les particules de suie des composés modèles de goudron de la biomasse dans le cadre d'une collaboration étroite entre le PC2A, le LRGP et l'IFPEN. Des expériences et des simulations seront réalisées sous atmosphère de vapeur de CO2 et de H2O à une large gamme de températures couvrant la gamme de températures de l'application Chemical Looping Combustion. Ce travail comprend deux parties principales. La première partie consiste à établir une base de données expérimentale fiable qui comprend les profils de fraction molaire/volumique des réactifs, des produits, des intermédiaires et des particules de suie dans la pyrolyse et la combustion du substitut de goudron d'une biomasse. Ces données seront mesurées dans un système de brûleur au PC2A et dans un réacteur parfaitement agité ou un réacteur tubulaire au LRGP. Les espèces chimiques seront mesurées par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse. Les profils de fraction volumique de suie dans les flammes seront mesurés in situ par extinction ou extinction de cavité. Des échantillons de suie sélectionnés recueillis par thermophorèse dans les flammes ci-dessus seront analysés à IFPEN pour caractériser la morphologie de la suie par microscopie (STEM + éventuellement TEM ou HRTEM). La deuxième partie développe un modèle cinétique détaillé pour la formation de précurseurs de suie à partir de la pyrolyse et de la combustion du substitut de goudron de cette biomasse. Le modèle comprendra un modèle de base contenant des espèces communes, un sous-modèle pour la pyrolyse et la combustion d'un substitut de goudron d'une biomasse, un sous-modèle d'aromatiques. Le modèle sera testé par rapport à la base de données expérimentale sous atmosphère CO2 et H2O qui sera obtenue dans la partie expérimentale ci-dessus. Le modèle sera transféré à IFPEN pour la modélisation des suies.

This study aims at investigating chemical kinetics of soot precursors and measuring soot particles from biomass's tar surrogates in the framework of a close collaboration between PC2A, LRGP, and IFPEN. Experiments and simulations will be performed under CO2 and H2O vapor atmosphere at a wide range of temperatures covering the temperature range in the Chemical Looping Combustion application. This work comprises two main parts. The first part is establishing a reliable experimental database that includes mole/volume fraction profiles of reactants, products, intermediates and soot particles in the pyrolysis and combustion of a biomass's tar surrogate. These data will be measured in a burner system at PC2A and in a jet-stirred reactor or a tubular reactor at LRGP. Chemical species will be measured using gas chromatography and mass spectrometry. Soot volume fraction profiles in flames will be measured in situ by extinction or cavity ring-down extinction. Selected soot samples thermophoretically collected in the above flames will be analyzed at IFPEN for characterizing soot morphology using microscopy (STEM + possibly TEM or HRTEM). The second part is developing a detailed kinetic model for soot precursor formation from the pyrolysis and combustion of this biomass's tar surrogate. The model will include a base model containing common species, a sub-model for the pyrolysis and combustion of a biomass's tar surrogate, a sub-model of aromatics. The model will be tested against the experimental database under CO2 and H2O atmosphere that will be obtained in the above experimental part. The model will be transferred to IFPEN for soot modeling.