Academic literature on the topic 'Char de gazéification'

La conversion thermochimique à haute température (>700°C) de la biomasse en double lit fluidisé circulant est une voie alternative aux énergies fossiles (pétrole, charbon) pour la production d’un gaz de synthèse à haute valeur énergétique, utilisable dans de nombreuses applications. L’objectif de cette thèse est de développer des méthodologies et des outils théoriques et expérimentaux permettant d’accéder aux cinétiques des transformations élémentaires (pyrolyse de la biomasse, gazéification et combustion du char, craquage et reformage des goudrons) présentes dans le procédé de gazéification de la biomasse en double lit fluidisé circulant. Dans un premier temps, un mini-réacteur à lit fluidisé fonctionnant entre 300 et 1000°C avec une alimentation en gaz parfaitement contrôlée (N2, O2, H2, H2O et goudrons) a été conçu et mis au point au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse. Un système d’échantillonnage et d’analyse de la phase gaz permet de quantifier en continu les fractions molaires des gaz incondensables et des goudrons produits. Une étude hydrodynamique et thermique a permis de déterminer les points de fonctionnement du réacteur pour chaque transformation élémentaire étudiée. Dans un second temps, les études de gazéification et de combustion du char ont été réalisées dans le mini-réacteur à lit fluidisé. L’influence de nombreux paramètres opératoires (température, pression partielle des différents constituants) a permis de comprendre la formation des différents produits et de modéliser les cinétiques de transformation du solide. Dans le cas de la combustion du char, un mécanisme réactionnel a également été établi et la cinétique obtenue en lit fluidisé a été comparée à celle déterminée par analyse thermogravimétrique. Enfin, une étude sur le reformage d’un goudron modèle (toluène) en lit fluidisé a mis en évidence l’effet de l’atmosphère réactionnelle sur le mécanisme de dégradation du toluène sur l’olivine et le char
The thermochemical conversion of biomass at high temperature (>700°C) in Fast Internally Circulating Fluidized Bed (FICFB) is a promising alternative route to fossil fuels (oil, coal) to produce syngas which can be used in several applications. The aim of the present work is to develop methodologies as well as theoretical and experimental tools for determining the intrinsic kinetic of biomass transformations (biomass pyrolysis, char gasification and combustion, cracking and reforming of tars). Firstly, a fluidized bed reactor has been designed and built at the Laboratory of Chemical Engineering (LGC). This reactor can operate for temperatures between 20 and 1000°C with a well-defined gas supply (N2, O2, H2, H2O and tars). A sampling and analysis gas system enables the continuous quantification of the non-condensable gases and tars molar fractions. A hydrodynamic and thermal study enabled the determination of the operating conditions for each experimental study. Secondly, the char gasification and combustion was performed in the fluidized bed reactor. The influence of the operating conditions (temperature and compounds partial pressure) led to the modelling of the different solid transformation kinetics. Besides, in the case of char combustion, a reaction scheme was proposed and the kinetic obtained in the fluidized bed was compared to that obtained in a thermogravimetric analyzer. Finally, a study on the tar reforming in a fluidized bed reactor highlighted the effect of the reactive atmosphere on the reaction scheme of toluene conversion over olivine and char

Ce travail a permis l’étude des chars issus de gazéificateur allant de l’échelle pilote à commerciale, afin d'identifier les valorisations possibles. Les chars ont été produits dans le Sud Tyrol avec comme intrants des copeaux de bois et des granulés. Les chars présentent une grande hétérogénéité de leurs propriétés. Un simple tamisage mécanique permet d’isoler la fraction du char la plus pertinente : le char tamisé présente une surface de 1454 m2 g-1 contre 647 m2 g-1 pour le mélange. L’étude comme adsorbant est réalisée en présence d’ibuprofène et de paracétamol. Le char le plus performant présente une capacité d'adsorption maximale de 297,4 et 323,0 mg.g-1 pour l'ibuprofène et le paracétamol, respectivement, résultats semblables à ceux obtenus avec des charbons actifs commerciaux. Pour une mise en œuvre des chars en colonnes à lit fixe, des billes chars poudreux/chitosane ont été réalisées. Les propriétés catalytiques des chars ont été étudié au travers le reformage des goudrons à l’échelle laboratoire et pilote. Les essais en laboratoire ont été réalisés avec un mélange de goudrons modèles et trois chars. L'efficacité d'élimination la plus élevée a été de 54 % à 650 °C, efficacité qui atteint 72 % en présence de la vapeur d’eau. Le char le plus performant à l'échelle laboratoire n’a pas été étudié à l’échelle pilote de par sa nature poudreuse. À l'échelle pilote, le char étudié permet d’atteindre une efficacité d'élimination de 68 % à près de 100 % en présence de vapeur. Ce travail montre que le char le plus performant en tant qu'adsorbant l’est également en tant que catalyseur
Several biomass gasification chars, generated from pilot and commercial scale gasifiers, were studied in order to identify possible uses. The chars were produced in the region of South Tyrol with woodchips and pellets as feedstock. The as-received chars were heterogeneous. It was observed that simple mechanical sieving led to the identification of higher-quality char than the original material. The sieved char had a surface area of 1454 against 647 m2.g−1 for the mixture. The char performance as an adsorbent in water treatment was studied with ibuprofen and paracetamol. The maximum batch adsorption capacity obtained were 297.4 and 323.0 mg.g−1 towards ibuprofen and paracetamol, respectively, which is equivalent to the adsorption capacity of commercial activated carbons. To facilitate the use of powder char in fixed bed columns, beads with chitosan hydrogel were produce. The catalyst proprieties were studied through the tar reforming at both lab and pilot scales. The lab tests were carried out with a synthetic tar mixture with 3 chars. The highest removal efficiency achieved was 54% at 650°C, increase to 72% with steam. Despite showing an excellent performance, it was not possible to use the best-performing char in the pilot scale study due to its powder nature. At the pilot scale, removal efficiency reaches 68% to nearly 100% when steam was used. This work shows that the best-performing char as adsorbent or as catalyst was the same

La présente étude porte sur les effets de CO2 sur la pyrolyse de la biomasse et la gazéification de chars dans des conditions de chauffe lente et de chauffe rapide. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié les effets du CO2 sur la réaction de pyrolyse rapide à haute température et évalué ses effets sur la vitesse de pyrolyse, sur le rendement de gaz ainsi que sur les propriétés du char. Nous avons aussi étudié la réaction de gazéification en atmosphère mixte en présence de CO2 et de H2O. Enfin, nous avons imaginé le cas hypothétique d’un gazogène au CO2 pur. Le cas d’une pyro-gazéification sous CO2 pur a été abordé au niveau de la particule de biomasse, expérimentalement et théoriquement par la modélisation numérique avec l’objectif de fournir des temps caractéristiques de pyrolyse et de gazéification, et de comprendre le déroulement de la pyro-gazéification sous CO2. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la question de la gazéification des chars obtenus par chauffe lente, en présence de CO2 avec deux objectifs principaux : d’une part, de fournir des données de réactivité dans des conditions opératoires de réacteurs de gazéification et d’autre part, de comprendre les mécanismes de réaction de gazéification sous CO2, H2O et leurs mélanges. Nous avons examiné l’influence de la taille des particules sur la vitesse de gazéification sous des atmosphères simples de CO2 et H2O en utilisant une approche basée sur le module de Thiele. Nous avons également étudié les effets de la température et de la taille des particules sur la gazéification du char sous atmosphères mixtes contenant CO2 et H2O à 900°C. Nous avons également abordé la question des atmosphères cycliques en examinant l’effet de la gazéification du char sous CO2 sur sa réactivité à H2O et vice versa. Pour mieux comprendre les mécanismes de gazéification dans des atmosphères simples et mixtes de CO2 et H2O, nous avons suivi l’évolution de la texture, de la structure et de la chimie de surface du char le long de la gazéification sous CO2, H2O et leurs mélanges. Des caractérisations chimiques, texturales et structurales ont été ainsi effectuées sur des particules de char partiellement gazéifiés à 20%, 50% et 70% de conversion sous CO2, H2O et leurs mélanges. Ces caractérisations conduisent à une meilleure compréhension du déroulement de la réaction de gazéification
The present work deals about the effects of CO2 enriched atmospheres on biomass pyrolysis and char gasification reactions in High Heating Rate (HHR) and Low Heating Rate (LHR) conditions, at the biomass particle level. In the first part, we studied the effects of CO2 on the high temperature fast pyrolysis reaction and evaluate its effects on the pyrolysis rate, on the gas yield as well as on the char properties including chemical composition, texture and reactivity at 850°C. We focused also on the effects of CO2 on the HHR-char gasification reaction when injected as a co-reactant with steam. We studied the mixed atmosphere gasification reaction in CO2 and H2O for different atmosphere compositions. Finally, we imagined a hypothetical case of a pure CO2 operating gasifier. The case of a pure CO2 pyrogasification process was tackled experimentally and theoretically by numerical modelling with aim to provide pyrolysis and gasification characteristic reaction times, and to understand the unfolding of the global CO2 pyro-gasification reaction. In the second part, we were interested on the issue of LHR-char gasification in the presence of CO2 with two principal objectives: on one hand, providing reactivity data for practical gasification operations and on the other hand, understanding the gasification reaction mechanisms (in CO2, H2O and their mixtures) at the level of the char basic structural units (BSU). We examined the influence of particle size on the single atmosphere gasification in CO2 and H2O using the Thiele modulus approach. We also studied the effects of temperature and particle size on the char gasification in mixed atmosphere of CO2 and steam at 900°C. We also had a focus on the issue of cyclic atmosphere gasification and studied the effects of a prior CO2 gasification on the char reactivity towards H2O and vice versa. To further understand the char gasification mechanisms in single and mixed atmospheres of CO2 and H2O, we opted to monitor the evolution of the chemical, structural and textural char properties along the gasification in CO2, H2O and their mixtures. Deep char characterization were performed on small LHR-char particles partially gasified at 20%, 50% and 70% of conversion in CO2, H2O and their mixtures. These characterisations are of high interest as they shed light on the unfolding of the gasification reaction in CO2, H2O and their mixtures

La gazéification étagée de biomasse permet la production d'un gaz de synthèse propre, facilement valorisable en énergie électrique et/ou thermique. Néanmoins, l'optimisation de ces procédés en termes de rendement de conversion et de souplesse vis-à-vis de la nature de la biomasse constitue un enjeu industriel fort. Dans cette thèse, nous avons étudié spécifiquement une étape clef du procédé : la gazéification du charbon en lit fixe continu. La granulation est la solution proposée pour valoriser des biomasses de faible granulométrie ou densité. Ainsi les comportements de deux charbons de bois - issus de plaquettes forestières et de granulés - ont été étudiés en parallèle à partir d'outils expérimentaux et numériques.Dans un premier temps des expérimentations ont été menées sur un réacteur pilote, très largement instrumenté, reproduisant cette zone du procédé. Les profils mesurés de température, de composition des gaz, de densité du lit et de vitesse des particules constituent une base de données unique, révélatrice du comportement du réacteur. Nous avons ainsi pu localiser en haut du lit une zone très réactive d’épaisseur inférieure à 5 cm, ou encore un tassement significatif du lit entrainant une chute de la vitesse des particules dans un rapport de 8. La gazéification de charbons de granulés conduit aux mêmes taux de conversion finale et compositions du gaz de synthèse que celle de charbons issus de plaquettes forestières. Dans un deuxième temps, nous avons développé un modèle numérique de la zone d'étude, basé sur la résolution des équations de conservation couplées aux cinétiques des réactions, à l'aide du logiciel COMSOL. La prise en compte du tassement du lit, et de la cinétique apparente des réactions hétérogènes à l'échelle particule dans les termes sources réactionnels, sont les deux spécificités du modèle. Ce dernier permet de reproduire de manière satisfaisante les profils des grandeurs physiques mesurés pour diverses conditions opératoires et pour les deux charbons de l'étude. L'exploitation de ce modèle apporte des informations nouvelles et complémentaires de l’expérience ; il permettra à terme d'optimiser le procédé industriel
Multi-stage gasification of biomass leads to the production of a clean synthetic gas that can easily be used for electrical and/or thermal energy. However, optimization of these processes in terms of conversion yield and flexibility regarding the type of biomass is a major industrial challenge. To that end, a key stage of the process was specifically studied in this thesis: char gasification in a continuous fixed bed reactor. Granulation is the solution proposed for making use of low density or small particle-size biomasses. The performance of two wood chars – made from wood chips and pellets – was studied at the same time using experimental and numerical tools. Experiments were first conducted in a very highly instrumented pilot reactor, reproducing this zone of the process. The profiles measured, namely temperature, gas composition, bed density and particle velocity formed a unique database revealing reactor performance. A very reactive zone under 5 cm thick was thus located at the top of the bed, or even significant compaction leading to a drop in particle velocity, in a ratio of 8. Granular char gasification led to the same final conversion rates and synthetic gas compositions as for the chars derived from wood chips. A numerical model of the study zone was then developed, based on solving conversion equations combined with reaction kinetics, using COMSOL software. Taking into account bed compaction and the apparent kinetics of the heterogeneous reactions on a particle scale in the reaction source terms were two specificities of the model. It enabled satisfactory reproduction of the profiles of the physical magnitudes measured, for various operating conditions and for the two charsstudied. Use of this model is already providing new and complementary experimental information; it will eventually make it possible to optimize the industrial process

Le développement des voies de valorisation de la biomasse par gazéification, très prometteuses pour la production de biocarburants, est ralenti à cause de la concentration trop élevée de goudrons dans le gaz produit par ce procédé. Des travaux récents ont montré que les métaux, lorsqu’ils sont imprégnés dans la biomasse, limitent la génération des goudrons primaires, produits lors de l’étape de pyrolyse qui précède les réactions d’oxydation. L’objectif principal de ce travail est d’étudier l’influence des métaux imprégnés sur les mécanismes de pyrolyse et sur les rendements en goudrons de cette étape. La réactivité du char formé, qui est dopé en métal, par rapport aux réactions d’oxydation a également été évaluée. L’étude de l’influence du fer et du nickel sur la pyrolyse des principaux polymères qui constituent la biomasse (cellulose, xylane, lignine) et d’échantillons de biomasses a permis de mettre en évidence que les métaux favorisent principalement les mécanismes de formation du char, ce qui inhibe les réactions de dépolymérisation et de fragmentation, responsables de la production des goudrons. Imprégné dans les phases amorphes des polysaccharides, le nickel catalyse aussi des réactions de dépolymérisation. Ce résultat explique que la réduction des rendements en goudrons soit plus forte avec le fer qu’avec le nickel. Par contre, le nickel est plus efficace pour limiter la production des molécules contenant un noyau benzénique et pour catalyser des réactions secondaires des matières volatiles, comme le reformage à la vapeur. Lors des expériences de gazéification de char dopé en fer, des problèmes de désactivation du catalyseur métallique, qui conduisent à un ralentissement de la cinétique de la réaction d’oxydation, sont observés. Au contraire, l’activité catalytique du nickel est stable et rend possible les réactions d’oxydation du char au CO2 à 600 °C et à la vapeur d’eau à 500 °C. Ces résultats indiquent que l’approche, qui consiste à imprégner des métaux dans la biomasse, permet d’envisager la mise en oeuvre de procédés de gazéification à basse température ; ce qui limiterait le problème des goudrons et permettrait d’améliorer l’efficacité énergétique des procédés
The very promising development of the use of biomass for biofuel production by gasification is slowed down owing to too high tar concentration in the gas produced by this process. Recent works showed that, when impregnated in biomass, metals display catalytic activity that results in a significant decrease in the production of the primary tars, during the pyrolysis step, which precedes the oxidation reactions. The main aim of this work was to assess the effect of impregnated metals on pyrolysis mechanisms and on the tar yield of this step. The reactivity of the metal-doped char produced, during the oxidation reactions, was also evaluated. The study of the influence of iron and nickel on the pyrolysis conversion of the main polymers that form biomass (i. E. Cellulose, xylan and lignin) and of biomass samples showed that impregnated metals mainly catalyzed the mechanisms of char formation. This phenomenon inhibited the depolymerization and fragmentation reactions, which are responsible for most tar formation. When impregnated in the amorphous phase of the polysaccharides, nickel also promoted some depolymerization reactions. This result explains the bigger decrease in tar production obtained with iron than with nickel. However, nickel was more efficient in limiting the production of molecules containing a benzene ring and to catalyze the secondary reactions of volatile compounds. During gasification tests, the conversion of the iron-doped char revealed problems of deactivation of the metal catalyst, which led to a decrease in the reaction rate of the oxidation reaction. On the contrary, the catalytic activity of nickel was stable and made possible the oxidation reactions of char at 600 °C with CO2 and at 500 °C with steam. These findings show that the approach which consists in impregnating biomass with metals, allows considering the implementation of gasification processes at low temperature, which could limit the tar problem and could improve the energy conversion efficiency of these processes

Parmi les technologies de gazéification de la biomasse, le gazéifieur à lit fluidisé double permet la production d’un gaz de synthèse contenant du méthane. L’étude des processus physicochimiques impliqués dans le gazéifieur est rendue difficile par le fait qu’ils se produisent simultanément. Dans cette thèse, les principales réactions chimiques sont étudiées de manière découplée, indépendamment les unes des autres à l’aide de dispositifs de laboratoire originaux et dans des conditions thermiques semblables à celles du gazéifieur. Les processus intraparticulaires contrôlant la pyrolyse de la biomasse ainsi que les réactions gaz/solide (vapogazéification du charbon et craquage thermique et catalytique des vapeurs sur olivine) sont étudiées au moyen d’un four à image. Les expériences de craquage thermique homogène des vapeurs sont réalisées dans un réacteur parfaitement auto-agité par jets gazeux. Tous les produits formés par les réactions sont recueillis et analysés. Les bilans de matière bouclent de façon très satisfaisante. Le régime de chaque réaction est discuté sur la base d’une analyse de temps caractéristiques. Les paramètres cinétiques des réactions sont déterminés par modélisation des processus et optimisation à partir des résultats expérimentaux. Les mécanismes possibles de formation et de consommation du méthane sont identifiés et discutés. Le gazéifieur est modélisé sur la base d’un modèle de grains (réactions primaires de pyrolyse), des réactions secondaires, de l’hydrodynamique des phases solides et gazeuse et des transferts. La méthodologie de découplage est enfin validée par comparaison des résultats du modèle avec des mesures réalisées sur le gazéifieur de 8 MW de Güssing (Autriche)
Among the biomass gasification technologies, the dual fluidized bed gasifier may be used to produce a methane-rich syngas. Analysis of all the physicochemical phenomena involved inside the gasifier is difficult because they all occur simultaneously. In this thesis, the main chemical reactions are decoupled and studied independently one of each other at the scale of original laboratory facilities in thermal conditions close to those encountered in the gasifier. Intraparticular reactions of biomass pyrolysis and gas/solid reactions (char-steam gasification and catalytic thermal cracking of vapors on olivine) are carried out with an image furnace. Experiments related to gas-phase vapors thermal cracking are performed inside a continuous self stirred tank reactor. All the products formed by the reactions are recovered and analyzed. Mass balance closures are achieved accurately. Controlling steps of each reaction are discussed on the basis of a characteristic times analysis. Kinetic parameters are determined according to both processes modelings and optimizations from the experimental results. Different ways of possible methane formation and consumption mechanisms are identified and discussed. The gasifier is modelled by considering a single-particle model (primary pyrolysis reactions), secondary reactions, solids and gas-phase hydrodynamics and transfers. Finally, the decoupling methodology is validated from the comparison of model results with measurements performed at the 8 MW Güssing gasifier (Austria)

La possibilité de produire un gaz combustible (syngaz) à partir des composés carbonés outre que le charbon et le pétrole permettrait aux pays pauvres en ressources énergétiques de se diriger vers une indépendance énergétique.La vapogazéification est un procédé qui permet de produire un gaz riche en hydrogène à partir des matériaux carbonés (par exemple le char de biomasse) et de la vapeur d’eau. Etant donné que la gazéification est un processus endothermique, la source d’énergie est le premier souci à résoudre. Si l’on ne veut pas contribuer au réchauffement de la planète, la source d’énergie et de carbone doivent rester renouvelables. Jusqu’à présent, les ingénieurs concevaient les gazéifieurs en pensant à une uniformité des propriétés à l’intérieur du réacteur, cela simplifie la modélisation et le contrôle des variables, cependant, avec les sources de chaleur innovantes et la possibilité de n’utiliser que de la vapeur d’eau pour la gazéification, on peut conclure qu’un gradient de températures améliore la production d’hydrogène. Les nouvelles technologies de gazéification nécessitent donc une compréhension des phénomènes de transfert afin d’être améliorées et optimisées. Trois types de réacteurs ont modélisés dans le cadre de cette thèse, il est mis en évidence qu’il existe un manque de critères solides à l’heure de choisir le dispositif réactionnel le plus adéquat selon les ressources disponibles. La théorie du gradient de température est conçue à partir des principaux résultats de cette thèse et s’intéresse à la création d’un outil simple à utiliser pour que l’ingénieur puisse prendre des décisions qui aident à améliorer la production de gaz combustible
The possibility of producing syngas from carbon compounds other than coal or oil would allow countries lacking energy resources to move toward energy independence. The steam gasification is a process that could help to this predisposition, producing a hydrogen-rich gas from carbon-rich materials (e.g. biomass char) and steam. Since gasification is an endothermic process, the energy source is the first concern to be addressed in the gasifierdesign. If we want it to not contribute to global warming, the energy source and carbon must remain renewable.Until now, engineers designed gasifiers thinking about uniformity of properties within the reactor, it simplifies the variables modeling and control, however, with innovative heat sources and the possibility to use only steamfor gasification, it can be concluded that a temperature gradient enhances the hydrogen production, thus the syngas quality is improved. The new gasification technologies therefore require the understanding of transport phenomena to apply this advantage in order to improve the syngas production and quality. Three reactor typesare modeled as part of this work, it is shown that there is a lack of firm criteria to choose the reaction device according to the resources, consequently, the reactors performance could be diminished if the energy source is not properly used. The theory of the temperature gradient is built based on the main results and it is a simple toolto help the engineer to make decisions that will improve the fuel gas production

Les essais de gazéification effectués dans le cadre de cette étude ont été réalisés à l’aide d’une installation instrumentée et équipée d’un réacteur à lit fixe en utilisant du dioxyde de carbone d’une part, et de la vapeur d’eau d’autre part, comme réactifs. Dans cette étude, nous avons considéré le procédé de gazéification étagée. Par ailleurs, l’étude concernant la disponibilité de la ressource, effectuée sur dix ans, nous a permis de sélectionner deux résidus agricoles, en tenant compte de leur disponibilité dans le temps, l’absence de conflit nutritionnel ainsi que de leurs caractéristiques physicochimiques... A l’issue de cette étude, deux résidus agricoles ont été sélectionnés : les balles de riz et les rafles de maïs. L’étude de la pyrolyse de ces deux biomasses a été effectuée dans un four à moufle à une température de 450 °C pour un temps de séjour de 45 minutes. Un modèle mathématique basé sur la méthode de Newton a été proposé pour estimer le rendement en cokes des balles de riz et des rafles de maïs en fonction de la température, pour un temps de séjour fixé. Nous avons également procédé à une caractérisation physicochimique de ces deux résidus agricoles ainsi que de leurs cokes de pyrolyse. Plusieurs essais de pyrolyse ont également été réalisés en ATG afin de déterminer l’ordre réel des réactions de décomposition, par pyrolyse, de ces deux biomasses, en fonction de la température. Pour les essais de gazéification, ils ont été réalisés sur le coke de pyrolyse des deux biomasses retenues, à l’aide d’une installation équipée d’un réacteur à lit fixe d’une part, ainsi que par analyse thermogravimétrique d’autre part. Plusieurs modèles cinétiques (VRM, SCM et RPM) ont été utilisés pour modéliser la cinétique de gazéification des balles de riz et des rafles de maïs avec du dioxyde de carbone et de la vapeur d’eau. Il ressort que le modèle RPM est le plus adapté des trois modèles étudiés pour simuler au mieux la gazéification du charbon de balles de riz et de rafles de maïs dans les conditions opératoires étudiées dans la présente étude. Ainsi, les énergies d’activation obtenues sont respectivement de 165,8 kJ/mol et de 152,9 kJ/mol avec le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau pour les balles de riz pendant que le facteur exponentiel varie de 2595.4 s-1 à 3473.4 s-1 avec des valeurs respectives du paramètre structural Ψ=3,8 pour la réaction de Boudouard et Ψ= 2.16 pour la vapogazéification. Cependant, les énergies d’activation obtenues pour les rafles de maïs sont respectivement de 114,4 kJ/mol et de 105,5 kJ/mol avec le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau pendant que le facteur exponentiel varie de 13,9 s-1 à 18,3 s-1avec des valeurs respectives du paramètre structural Ψ=12,3 pour la réaction de Boudouard et Ψ= 8,68 pour la vapogazéification
The gasification tests in this study were carried out using an instrumented installation equipped with a fixed bed reactor using carbon dioxide and water steam, as reagents. In this study, we considered the stepped gasification process. In addition, the ten-year resource availability study allowed us to select two agricultural residues, taking into account their availability over time, the absence of nutritional conflict and their physicochemical characteristics… At the end of this study, two agricultural residues were selected: rice husks and corn cobs. The pyrolysis of these two biomasses was carried out in a muffle furnace at a temperature of 450 °C for a residence time of 45 minutes. A mathematical model based on the Newton method has been proposed to estimate the coke yield of rice husk and corn cobs as a function of temperature, for a fixed residence time. We also carried out a physicochemical characterization of these two agricultural residues as well as their pyrolysis cokes. Several pyrolysis tests have also been carried out in ATG in order to determine the real order of the decomposition reactions by pyrolysis, of these two biomasses, as a function of temperature. For the gasification tests, they were carried out on the pyrolysis coke of the two retained biomasses, using an installation equipped with a fixed-bed reactor on the one hand, and by thermogravimetric analysis of another hand. Several kinetic models (VRM, SCM and RPM) were used to model the gasification reaction kinetics of rice husk and corn cobs with carbon dioxide and water steam. It appears that the RPM model is the most suitable of the three models studied to best simulate the gasification reaction of char from rice husk and corn cobs under the operating conditions studied in this study. Thus, the activation energies obtained are respectively 165.8 kJ/mol and 152.9 kJ/mol with carbon dioxide and water steam for rice husk while the exponential factor varies from 2595.4 s-1 to 3473.4 s-1 with respective values of the structural parameter Ψ = 3.8 for the Boudouard reaction and Ψ = 2.16 for the water steam gasification. However, the activation energies obtained for corn cobs are 114.4 kJ/mol and 105.5kJ/mol respectively with carbon dioxide and water steam while the exponential factor varies from 13.9 s-1 to 18.3 s-1 with respective values of the structural parameter Ψ = 12.3 for the Boudouard reaction and Ψ = 8.68 for the water steam gasification

Ce travail porte sur la modélisation de gazéification de la biomasse dans un réacteur solaire à lit fixe. Nous avons développé et validé différents modules pour la résolution des problèmes physiques associés à de tels gazéifieurs (volumes finis, équilibre thermodynamique, facteur de forme, radiosité, évolution du maillage, etc.). Le réacteur est ensuite modélisé et confronté à des mesures expérimentales pour sa validation. Ces résultats nous laissent supposer que, pour les conditions opératoires rencontrées dans ce réacteur, l’évolution de la vitesse de chauffage et du taux de centre sont des facteurs d’influence importants de la cinétique pour le bois de hêtre. Une étude du réacteur en supposant que la réaction atteint l’équilibre thermodynamique est ensuite conduite et montre que cette approche doit être employée avec précaution pour le domaine de température étudié. Une étude paramétrique concernant la mise en place d’un échangeur air-air entre le gaz de sortie et le gaz d’entrée est proposée. Elle nous montre que l’ajout d’un gaz inerte peut être intéressant d’un point de vue énergétique dans de telles conditions. Enfin, un absorbeur solaire adapté au gazéifieur est ensuite modélisé et validé afin de pouvoir évaluer la sensibilité du système complet
This work focuses on the modeling of biomass gasification in a solar fixed bed reactor. We developed and validated different modules to compute physical problems associated with such gasifier (finite volume, thermodynamic equilibrium, view factor, radiosity, evolution of the mesh, etc.). The reactor is then modeled, and results are compared to experimental measurements for its validation. These results suggest that for the operating conditions encountered in this reactor, the evolution of the heating rate and the ash concentration may influence the kinetics of the beech wood gasification. A study of the reactor by assuming thermodynamic equilibrium is conducted and shows that this approach should be used with caution for the studied temperature range. Parametric study of an air-air exchanger between the output and input gas is proposed. It shows that the addition of an inert gas can be interesting from an energy point of view in such conditions. Finally, a solar absorber suited to the reactor is modeled and validated in order to assess the sensitivity of the complete system

Afin de répondre aux besoins croissants en énergie primaire, le groupe Europlasma a développé le procédé CHO-Power permettant de valoriser énergétiquement un mélange de refus de tri d’ordures ménagères et de résidus de biomasse. L’une des particularités de ce procédé est l’utilisation d’un réacteur de dégradation thermique des goudrons et des particules solides fines par assistance plasma. L’objectif de cette étude de mieux appréhender les mécanismes réactionnels mis en jeu lors de l’épuration thermique du gaz. Dans cette optique, un réacteur pilote a été dimensionné puis construit sur la plate-forme de Recherche et Développement d’Europlasma. Il a été ensuite nécessaire de modifier le schéma réactionnel permettant la modélisation numérique de la dégradation des goudrons. Ce schéma réactionnel, couplé à l’utilisation d’un logiciel de mécanique des fluides numérique, permet de représenter les processus couplés (chimie, aéraulique, transferts thermiques) se déroulant au sein du réacteur. Deux modifications importantes ont été alors apportées au modèle cinétique simplifié jusque-là utilisé : la modélisation d’une phase discrète réactive permettant de prendre en compte la gazéification des particules de résidus carbonés et l’ajout de nouvelles voies réactionnelles afin de mieux modéliser la formation des particules de suie et de ses précurseurs. À terme, la comparaison des valeurs expérimentales à celle issues de la modélisation numérique permettra de valider ou non le schéma réactionnel dans sa globalité
In order to contest to the high world demand for primary energy, the Europlasma group developed a new process, called CHO-Power, to enhance the thermochemical potential of a mixture of urban waste and biomass residues. One of the characteristics of this process is the use of a high temperature reactor assisted by a plasma torch for tar and soots thermal cracking. The aim of this study to improve the knowledge of the global reaction mechanism involved during the thermal treatment of gas. In this context, a pilot plant reactor was designed and built on the Europlasma Research and Development Center. During this work, the reaction pathway used to represent tars cracking at high temperature has been enhanced. Coupled to a computational fluid Dynamics Software, allow simulating the complex processes occurring within the reactor (aeraulics, reaction, and heat transfer). Two major changes were made to the simplified kinetic model previously used: the modeling of a discrete and reactive phase to take into account the possible particle gasification of carbonaceous residues and the addition of new reaction pathways to enhance the modeling of the formation of soot and its precursors. The comparison between the experimental and numerical values will validate or not the global reaction scheme and will give important information about the next evolution of the tar degradation scheme