[PDF] Gazéification de charbon de granules de bois : comportement

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M :Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse) M canique, Energ tique, G nie civil et Proc d s (MEGeP)

GAZEIFICATION DE CHARBON DE GRANULES DE BOIS :

COMPORTEMENT THERMOCHIMIQUE ET MECANIQUE D

LIT

FIXE CONTINU16 mars 2012

Gabriel TEIXEIRAEnerg tique et Transferts

Fr d ric MARIAS, Professeur, ENS-GTI, Pau

Yann ROGAUME, Professeur, ENSTIB/LERMAB, EpinalSylvain SALVADOR L©unit Biomasse Energie du CIRAD et le centre RAPSODEE de l©EMAC

Anthony DUFOUR,

, LRGP , Nancy

Fr d ric PAVIET,

MN, Nantes

Laurent VAN DE STEENE (Co-directeur de th!se)

Ces travaux ont été effectués à l'Unité de Recherche Biomasse Energie (UPR 42) du CIRAD (Centre de Coopération Internationale

en

Recherche Agronomique pour le Développement) TA B-42/16 - 73 rue JF Breton, 34398 Montpellier cedex 5

à VERI (VEOLIA ENVIRONNEMENT Recherche & Innovation) du Centre de Recherche de Limay - Zone Portuaire de Limay

- 292 avenue Dreyfous Ducas 78520 Limay

et au Centre RAPSODEE (Centre de Recherches en génie des Procédés des SOlides Divisés, de l'Energie et de l'Environnement,

UMR CNRS 2392) de l'Ecole des Mines d'Albi-Carmaux - Campus Jarlard - 81013 Albi CT Cedex 09 Rap porteurs :

Examinateurs :

)2))(()((()∫(.()4 )(((∫)∫5().((∫(( (∫!∫)(#∫)67 ()8( )()(9(((( (():∫∫)))(#∫∫)(()∫.()∫(()∫5() 8

4,)())'!))(((()-((∫$($)

)((<)01)) (())∫()4 )(((+ )(#)8)∫ ∫()((()∫(4 @ $)∫; ,)∫A&( ) 9(((( ( ,)()))((()))))$())()C)D06)' ()!,)∫A ((#)!9(∫>((+!(∫!$∫!<()!,E)! % )))( )) ((() A 3#)! F2∫)! ))(! )(#( A ( .()∫ )) )( )(∫()((∫)#2)+)∫ )#2)+C∫))∫) ((((2()))∫ ()∫()!).((67 ,)()))((()((((2()))∫ #()!G )8(∫()) )8$)((#∫)-) )))∫)()8$)(4 ()>)))(A ())-).(($B ((∫.(∫())∫()(∫∫(∫)∫ (∫+ ) )4 ).)()!)∫(((()())()∫)))()I(+ 8

IINNTTRROODDUUCCTTIIOONNGGEENNEERRAALLEE

" La chance aide parfois, le travail toujours. », proverbe brahman G

" La science ne sert guère qu'à nous donner une idée de l'étendue de notre ignorance. »,

Félicité de Lamennais

Figure I-1: Evolution de la demande en énergie primaire dans le monde [2] Figu re I-2 Figure I-2: Emissions globales des gaz à effet de serre [4]

Figure I-3

Figure I-3: Variations de la température et du niveau de la mer à l'échelle du globe et de la couverture neigeuse

dan s l'hémisphère Nord [4] Tableau I-1 : Analyses élémentaires de différentes biomasses (en %massique sur sec)

Figure

Figure I-4 : Les polymères constitutifs de la biomasse

Tableau

Tableau I-2 : Composition massique de divers types de biomasse lignocellulosique [7] Tableau I-3 : Analyses immédiates de différentes biomasses (en % massique sur sec)

Figure I-5

Figure I-5 : Les voies de valorisation de la biomasse

HCOOHC+®+ (Eq. Chap I-1)

COCOC®+

(Eq. Chap I-2

COCOOC®+(Eq. Chap I-3)

(Eq. Chap I-4) Figure I-6 : Principe d'un gazéifieur à contre-courant et à co-courant [9] Figure I-7 : Principe d'un gazéifieur en lit fluidisé dense a) ou circulant b) Figure I-8 : Schéma de principe de la gazéification étagée Eq.

Chap I

-1 Eq. Chap I-2 Figure I-9 : Schéma de la zone de gazéification du char G

" La perfection est atteinte, non pas lorsqu'il n'y a plus rien à ajouter, mais lorsqu'il n'y a plus rien à retirer. »,

Saint -Exupéry - -=D +®+ (Eq. Chap II-1) - -=D

®+ (Eq. Chap II-2)

- --=D)

®+ (Eq. Chap II-3)

--=D

®+ (Eq. Chap II-4)

--=D) +¾®¬+ (Eq. Chap II-5) -=D) +¾®¬+ (Eq. Chap II-6)

Figure II-1

Figure II-1 : Mécanismes mis en jeu lors de la gazéification d'une particule de char

Figure II-2

Figure II-2 : Les différents régimes d'une réaction hétérogène [40] de Régime I ou de régime chimique

Régime III ou de régime diffusif externe

Régime II ou de régime diffusif interne

Chap I

×-=)))((( (Eq. Chap II-7)

( )--=)))((( (Eq. Chap II-8) -= (Eq. Chap II-9)

Figure II-3

Figure II-3 : Evolution d'une particule en régime chimique

×-=)))((( (Eq. Chap II-10)

i

×= (Eq. Chap II-11)

r r8 8 8 8

Tableau II-1

k 8

×-×= (Eq. Chap II-12)

kint iki

Tableau II-1 : Schémas réactionnels et paramètres cinétiques proposés par différents auteurs

Ai Ei [kJ.mol-1]

AE H O r k P= A E H O r k P=AE n n nH O r k P=AE n AE nn nH O r k P=A E A A A E E E H O

H OHk Prk kP P

k k A A A E E E A A A A A E E E E E

H O H O H H O

H H O kP k P P k P rk P k P+ +=+ + A A A A A E E E E E

×= (Eq. Chap II-13)

Eq. Chap II-11

f(X) = (Eq. Chap II-14) f(X)Tableau II-2

×== (Eq. Chap II-15)

Tableau II-2 : Exemple de modèles de fonction de surface f X X= -

Xf X X

y jj j p f X X p btX y f X X X X X X X= - + - + + + f X X X X X X= - + - + - f X X X X X X= - + - + - 5432

F(X)=64,16X -128,12X +94,35X -29,39X +4,51X +

0,35

5432F(X)=93,65X -194,37X +146,28X -46,98X +6,74X

+0,35 5432

F(X)= 90,90X -187,23X +135,12X -40,59X +5,55X

+0,35

Figure II-4

Eq. Chap II-7

Figure II-4

Figure II-4 : Les limitations par les transferts lors de la gazéification à la vapeur d"eau d"une particule [63]

Figure II-5

Figure II-5 : Evolution d'une particule en régime diffusif externe Figure II-6 : Evolution d'une particule en régime diffusif interne r r)

Figure II-7

Figure II-7 : Observation macroscopique de particules de 30mm de diamètres initial à divers taux de conversion (0, 20,

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