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Gazéification de charbon de bois à la vapeur d'eau : de la particule isolée au lit fixe continu

Mermoud, Floriane (2006) Gazéification de charbon de bois à la vapeur d'eau : de la particule isolée au lit fixe continu. (Steam gasification of wood char : from isolated particle to continuous fixed bed.)

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Abstract

Face à la croissance de la demande énergétique mondiale et la récente prise de conscience des problèmes d'augmentation de l'effet de serre et d'épuisement des ressources fossiles, les énergies renouvelables suscitent aujourd'hui un intérêt sans égal. Dans ce contexte, la biomasse présente un potentiel important, et des technologies de valorisation efficaces, comme la gazéification, émergent et encouragent le développement de cette filière. Une étude expérimentale de la gazéification à la vapeur d'eau d'une particule de charbon de bois isolée a été réalisée sur un réacteur de type "macro-TG". L'évolution de la masse de la particule a été enregistrée durant sa gazéification dans des conditions opératoires maîtrisées. Ainsi, à une température de 930°C et sous une pression partielle de vapeur d'eau de 0,2 atm, une particule de charbon de bois de 7 mm de diamètre se gazéifie en 32 min. L'étude paramétrique menée a permis d'identifier la température et la vitesse de chauffe pendant la pyrolyse comme des paramètres particulièrement influents sur la vitesse de gazéification. La recherche d'un critère de surface réactive du char a également été entreprise. Un modèle numérique de gazéification d'une particule de charbon de bois a été développé. La confrontation avec les résultats expérimentaux issus de l'étude paramétrique a permis de déterminer les paramètres cinétiques de la réaction de gazéification à la vapeur d'eau. Les résultats obtenus ont montré que dans des conditions opératoires industrielles, le processus de gazéification d'une particule de char ne suivait ni un modèle de coeur rétrécissant, ni un modèle homogène. Le modèle a permis d'appréhender les couplages entre cinétique chimique et transferts de chaleur et de matière au sein même de la particule. Un réacteur expérimental de gazéification en lit fixe continu a été spécialement conçu et réalisé ; il reproduit finement les conditions opératoires d'un réacteur industriel. Les premiers tests en régime continu ont permis de réaliser des bilans massiques très satisfaisants. ABSTRACT : From the last decades, the continuous increase of the world energy demand and the problem of the increase in the greenhouse effect made the renewable energies more attractive. In this context, the biomass presents an interesting potential, and the emergence of efficient technologies, such as gasification, encourages the development of this route. An experimental study on the steam gasification of an isolated wood char particle was performed on a "macro-TG" apparatus. The evolution of the particle mass during gasification under precisely controlled operating conditions was recorded. Typically, at a temperature of 930°C and under a steam partial pressure of 0,2 atm, the time for complete gasification of a 7 mm diameter wood char particle was 32 min. The parametric study enabled to identify the temperature and the heating rate during pyrolysis as strongly influent parameters on the gasification rate. Moreover, the investigation of a good indicator for the char reactive surface was carried out. A numerical model of the gasification of a wood char particle was developed. The confrontation with the experimental results from the parametric study enabled to determine the kinetics constants of the steam gasification reaction. The results showed that in industrial conditions, the gasification process of a charcoal particle follows neither a shrinking core, nor a homogeneous model. The model enabled to better understand the coupling between reaction kinetics and heat/mass transfers inside the particle. Finally, an experimental reactor for the gasification of a fixed bed of char particles was especially designed and built; it precisely replicates the operating conditions of an industrial reactor. The first tests in steady state exhibited very satisfactory mass balance closures.

Department or laboratory:Biomasse Energie (Montpellier, France)
Directeur de thèse:Salvador, Sylvain
Uncontrolled Keywords:Gazéification - Biomasse - Charbon de bois - Cinétique - Transferts - Surface réactive - Modélisation - Lit fixe. KEYWORDS : Gasification - Biomass - Wood char - Kinetics - Transfers - Reactive surface - Modelling - Fixed bed
Subjects:Hydraulics > Energetics and transfers
Deposited On:13 November 2006

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