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Optimisation d'un procédé de pyrolyse en four tournant : application à la production de charbons actifs

Ahmed Hared, Idriss (2007) Optimisation d'un procédé de pyrolyse en four tournant : application à la production de charbons actifs. (Optimisation of the pyrolysis of biomass in a potating kiln.)

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Abstract

Les charbons actifs sont utilisés dans de nombreux procédés comme le traitement de l'eau, la séparation des gaz, la réfrigération par voie solaire ou encore le stockage de gaz comme l'hydrogène ou le méthane. Le four tournant est utilisé dans l'industrie pour produire des charbons actifs. Une étude d'optimisation de la production de charbons actifs en four tournant est présentée. La pyrolyse a d'abord été étudiée dans le domaine de température [30-800˚C]. Une identification des paramètres cinétiques a été effectuée sur la base des expériences réalisées en TG. Des expériences ont été conduites également en réacteur à lit traversé pour analyser la formation de la surface spécifique des charbons actifs. Il a été montré qu'une température de 450 ˚C et une durée de pyrolyse de 30 minutes permettent d'obtenir une surface spécifique maximale de 1477 m2/g. Un modèle 1D est proposé à l'échelle du four tournant. Il permet de calculer les évolutions des débits massiques des espèces, des températures du lit de particule, de la phase gaz et de la paroi du four tournant, ainsi que la surface spécifique des charbons actifs. Un code d'optimisation non-linéaire a été couplé au modèle de four tournant. Un profil de température de paroi non trivial qui maximise la surface spécifique des charbons actifs en sortie de four tournant a été déterminé par ce code. ABSTRACT : Activated carbons are used in many applications such as water treatment, separation of gases, solar refrigeration or gas storage like hydrogen or methane. Rotary kiln is used in industry to produce activated carbon. A study on the optimization of the production of activated carbon in a rotary kiln is presented. Pyrolysis process is examined by using TG experiments in the temperature range [30-800˚C]. Kinetic parameters are proposed on the basis of those TG experiments. Laboratory experiments are also conducted in a crossed bed reactor in order to determine kinetics formation of the specific surface area of activated carbons. Those experiments show that a temperature of 450˚C and a time duration of pyrolysis of 30 minutes lead to a optimal specific surface of 1477 m2/g. A 1D model of the heated rotary kiln is developed. The model is able to compute mass flow rates of species, temperatures of bed, gas phase and kiln wall, and finally specific surface area of activated carbons. The model of the rotary kiln is finally coupled to a non linear optimization software. An optimal thermal profile of the kiln that maximises the specific surface area of the solid at the exit of the kiln is computed.

Department or laboratory:Centre de Recherche d'Albi en génie des Procédés des Solides Divisés, de l'Energie et de l'Environnement - RAPSODEE (Albi, France)
Directeur de thèse:Lacroix, Marcel and Salvador, Sylvain
Uncontrolled Keywords:Four tournant - Charbon actif - Bois - Optimisation - Acide phosphorique. KEYWORDS : Rotary kiln - Activated carbon - Wood - Optimization - Phosphoric acid
Subjects:Electrical engineering > Energetics and transfer (systems and processes)
Deposited On:17 September 2010

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