Vapo-gazéification étagée des ordures ménagères

par Frédéric Paviet

Thèse de doctorat en Génie des procédés industriels et développement durable

Sous la direction de Gérard Antonini et de Olivier Bals.

Soutenue en 2007

à Compiègne .


  • Résumé

    A l'heure actuelle, la question du traitement des déchets est au coeur des débats politiques et culturels. Pendant de nombreuses années, l'unique voie de traitement était la mise en décharge. Aujourd'hui, la valorisation des déchets et notamment des ordures ménagères (OM) est une priorité. Les OM sont à la fois des déchets qu'il faut éliminer, mais également un contenu énergétique valorisable. Les pays industrialisés cherchent à développer des alternatives aux techniques d'incinérations classiques. C'est en particulier le cas pour le développement des techniques de thermolyse et de gazéification. La gazéification présente des possibilités beaucoup plus larges que la combustion dans une chaudière, puisqu'elle permet la transformation d'un déchet en un vecteur énergétique : le gaz de synthèse. L'utilisation la plus courante est le couplage avec un moteur à gaz pour la cogénération d'électricité et de chaleur. Mes travaux de recherche se sont tout d'abord orientés vers l'établissement des bilans masse et énergie d'une unité de gazéification. Ces bilans ont permis de déterminer la répartition théorique de la matière et de l'énergie, lors des différentes phases du traitement par gazéification des ordures ménagères. Ensuite, je me suis intéressé à l'étude de la cinétique de gazéification à la vapeur d'eau de plusieurs cokes produits à partir de la pyrolyse de plusieurs constituants des OM. J'ai établi les cinétiques intrinsèques de gazéification de plusieurs cokes. Ces cinétiques ont permis de dimensionner un gazéifieur à lit fluidisé. Nous avons également observé que lorsque la hauteur du lit de char augmente, la vitesse globale de réaction du char diminue. C'est pourquoi j'ai développé un modèle original de diffusion réaction qui permet de prendre en compte les phénomènes de transferts de matière et chaleur au sein d'un lit de particules de coke. Le modèle a été validé expérimentalement. Enfin, mes travaux se sont concentrés sur le craquage des goudrons. C'est un point essentiel dans le développement des procédés de gazéification. La majeure partie de l'énergie d'un déchet se retrouve sous forme de goudrons. Or, les teneurs en goudrons du gaz de synthèse doivent être nulles pour être compatible avec les exigences des moteurs à gaz ou des turbines. Il faut donc transformer les goudrons en gaz incondensables et séparer la partie condensable du gaz de synthèse. Dans cette optique, je me suis intéressé au craquage thermique des goudrons. Les cinétiques de craquage sont lentes et la conversion des goudrons ne peut être totale qu'à haute température et long temps de séjour.

  • Titre traduit

    Steam gasification of municipal wastes


  • Résumé

    In recent years, the quantity of municipal solid wastes (MSW) has increased significantly in the EU and other industrialised and developing countries raising the question of its sustainable disposal management. Within the waste management hierarchy, thermal disposal especially gasification with energy recovery is a desired and viable option. The gasification of solid fuels such as biomass is one of the most promising technologies for thermo chemical conversion. This process leads to a fuel gas suitable for efficient gas turbines feeding. The successfful design and modelling of a gasifier requires reliable kinetic data. The purpose of this work is first to study the steam gasification kinetics of chars produced by municipal wastes pyrolysis. The MSW are modelled as a mixture of four organic constituents: paper, wood, plastics, and vegetables. The various char samples are obtained by pyrolysis of each waste constituent, in a fixed bed reactor. These chars are used as raw materials in steam gasification experiments. The kinetics parameters, with respect to H20, together with the influence of the char's physical properties are experimentally determined. A kinetic expression for the gasification reaction, based on the random pore model is deduced. Then 1D isothermal and non-equimolar reaction-diffusion model is developed in order to assess the diffusional effects taking place during steam gasification in a fixed bed. The model takes into account local chemical reaction rate and effective transport properties dependant on time and position within the char bed. Inter particle diffusion and structural changes of the char bed during the gasification are taken into account. The model shows a good agreement with the experimental results, obtained at various bed heights, and point out the relevant rote played by diffusional effects within a fixed bed reactor. The kinetic results are used to estimate, in a down dyaft gasifier, the total carbon yield conversion as a fonction of botte the mass fraction of stagnant zones within the bed char and of the characteristic length of these stagnant zones. Finally, in thermal treatment main of the initial energy is transformed into tar. The spontaneous tar decomposition by thermal treaent is investigated. The thermal cracking kinetic of MSW pyrolysis vapours is established.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (163 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 50 réf.

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  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007 PAV 1721
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