Étude de la gazéification des déchets de bois : modélisation thermochimique pour la production des combustibles gazeux propres

par Rãzvan Andrei Vîjeu

Thèse de doctorat en Énergétique. Thermique

Sous la direction de Mohand Tazerout et de Jérôme Bellettre.

Soutenue en 2009

à Nantes , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes) , en partenariat avec Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Bois -- Gazéification
• Pyrolyse
• Biomasse

Résumé

Dans un contexte économique et environnemental favorable au développement des énergies renouvelables, la gazéification s’averre une technologie viable pour la valorisation énergétique des déchets de biomasse et plus particulièrement de bois. Les travaux présentés dans ce rapport font partie d’un axe de recherche plus ample sur la gazéification étagée, dans laquelle les trois phases (séchage/pyrolyse, combustion partielle et réduction) se déroulent dans des réacteurs séparées. L’étude théorique se concentre sur la phase de séchage/pyrolyse et sur la phase de réduction. Le modèle 2D développé pour la phase de séchage/pyrolyse repose sur une méthode nodale de transfert de chaleur et utilise des mécanismes simples pour la décomposition thermochimique du bois et le transfert de masse au sein du réacteur. Un modèle similaire et également développé pour la phase de réduction mais en configuration 1D. Il prend en compte les réactions de gazéification le à l’eau, au dioxyde de carbone à l’oxygène et à l’hydrogène, mais aussi l’équilibre en phase gazeuse par la réaction d’échange eau-gaz. Les deux modèles sont validés en utilisant des données expérimentales obtenues en laboratoire ou de la littérature. Dans le cadre d'une approche purement exploratoire, les connaissances acquises pendant l’étude théorique on permis la conception et la construction d’un gazogène pilote étagé à trois réacteurs, spécialement conçus pour les trois phases de la gazéification. Les données expérimentales obtenues aideront l’optimisation des processus et permettront de proposer les démarches à suivre pour amener l'installation plus proche d'une éventuelle phase pré-commerciale.

Titre traduit

Study of wood waste gasification : thermochemical modelling for clean gas fuel production

Résumé

In the actual economical and environmental context, favorable to the development of renewable energies, gasification proves to be a viable technology for the energetic valorization of biomass waste, and in particular of wood waste. The work presented in this report is part of a wider research oriented on staged gasification, in which the three main phases (drying/pyrolysis, partial combustion and reduction) have their own separate reactors. The theoretical study concentrates on the phases of drying/pyrolysis and reduction. The 2D model developed for the first phase is based on a nodal heat transfer method and uses simple mechanisms for thermal decomposition of wood and for mass transfer within the reactor. A similar model is also developed for reduction but in 1D configuration. It takes into account the reduction reactions with water, carbon dioxide, oxygen and hydrogen and also the water-gas shift reaction for the gas phase equilibrium. The two models are validated using experimental laboratory data or literature data. In a purely exploratory approach, the knowledge acquired during the theoretical study allowed the design and construction of a pilot gasifier, containing three reactors especially developed for the three phases. The experimental data obtained aids the process optimization and highlights the steps to be taken towards an eventual pre-commercial state