Étude numérique et expérimentale de la valorisation énergétique du bois par gazéification

par Luc Gerun

Thèse de doctorat en Énergétique. Thermique

Sous la direction de Mohand Tazerout et de Jérôme Bellettre.

Soutenue en 2007

à Nantes .


  • Résumé

    Ce travail porte sur l’étude numérique et expérimentale de la gazéification, procédé de conversion thermochimique de la biomasse (déchets boisés, paille,…) en gaz combustible, qui est ensuite utilisé en chaudière, moteur ou turbine à gaz pour produire de l’énergie « verte ». La gazéification fait intervenir trois étapes, étudiées successivement dans ce manuscrit : séchage/pyrolyse : la biomasse est séchée puis convertie en gaz, en goudrons et en coke (« charbon de bois ») sous l’action de la chaleur ; oxydation : les gaz produits sont partiellement brûlés avec de l’air pour fournir la chaleur nécessaire aux autres réactions chimiques endothermiques ; réduction : les gaz réagissent avec le coke pour produire un gaz pauvre valorisable. L’étude séparée de ces trois étapes et la simulation de leur fonctionnement ont permis d’identifier les « paramètres-clé », que sont la vitesse et la température de chauffe pour la pyrolyse, le débit d’air et sa vitesse d’injection pour l’oxydation, la température et le temps de résidence pour la réduction. Toutes ces observations ont conduit à l'élaboration d'un prototype, composé de trois réacteurs pour séparer physiquement les trois étapes. L’objectif est d’optimiser les paramètres de fonctionnement pour réduire la production de goudrons, l’un des principaux freins au développement de la gazéification. Son fonctionnement est prometteur car il produit un gaz satisfaisant les tolérances des moteurs : PCI d'environ 5,2 MJ. Nm-3, absence de goudrons lourds, concentration des HAP inférieure à 10 mg. Nm-3. Il ouvre donc des perspectives encourageantes pour développer un gazogène optimisé pour les installations de petite et moyenne puissance.


  • Résumé

    Gasification is a thermochemical process of biomass (wood waste, straw,…) conversion into fuel gas, which is then used to run boiler, engine or gas turbine and thus to produce “green” energy. Gasification can be divided into three main steps, which occur successively: drying/pyrolysis: the biomass is dried then converted into gas, tar and coke under the action of heat; oxidation: the produced gas is partially burnt with air to provide the heat necessary to the other endothermic chemical reactions; reduction: the produced coke reacts with gases and is converted into gas. The study of these three stages made it possible to identify, characterize and simulate their operation. The key-parameters are the heating rate and the final temperature for pyrolysis, the air flowrate and its injection velocity for oxidation, the temperature and the residence time for the reduction. All these observations led to making of a prototype, composed of three engines to separate the three stages physically. The objective is to optimize the parameters of operation to reduce the production of tar, one of the principal barriers to the development of the gasification. Its operation is promising because it produces a gas satisfying the tolerances of the engines: LHV of approximately 5,2 MJ. Nm-3, absence of heavy tar, PAH concentration lower than 10 Mg. Nm-3. It thus opens encouraging prospects to develop a commercial gasifier optimised for the installations of small to average power.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (237 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 201-218

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007 NANT 2061
  • Bibliothèque : Ecole centrale de Nantes. Médiathèque.
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  • Cote : Th.2214
  • Bibliothèque : Ecole nationale supérieure des techniques industrielles et des mines. Centre de documentation.
  • Disponible pour le PEB
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