Elaboration et développement d’un catalyseur Fe/olivine pour le vaporéformage de molécules modèles de goudrons formés lors de la gazéification de la biomasse

par Mirella Virginie

Thèse de doctorat en Catalyse hétérogène

Sous la direction de Claire Courson et de Alain Kiennemann.

Soutenue en 2011

à Strasbourg .


  • Résumé

    La biomasse constitue une source d’énergie renouvelable importante. La gazéification de la biomasse est l’une des voies de valorisation les plus intéressantes. Cependant, la production de goudrons (mélange d’hydrocarbures (poly)cycliques) non désirés requière un traitement pour les éliminer. Le reformage catalytique des goudrons est un moyen efficace et constitue l’objectif de ce travail de thèse qui s’intégrait dans le cadre d’un contrat européen. Notre choix de catalyseur s’est porté sur l’olivine naturelle (Mg0,9Fe0,1)2SiO4 auquel nous avons ajouté différentes teneurs en fer. Les caractérisations par différentes techniques (DRX, TPR, MEB, Mössbauer…) ont mis en évidence le rôle particulier des paramètres étudiés (température de calcination et teneur en fer) sur la mobilité et la répartition du fer dans les différentes phases présentes (Fe2O3, spinelle MgFe2O4, Fe2+ de la structure de l’olivine). L’activité des catalyseurs a été étudiée en vaporeformage du toluène et du 1-méthylnaphtalène comme composés modèles des goudrons formés lors de la gazéification de la biomasse. Les catalyseurs ont été testés dans des conditions oxydantes, réductrices ou avec un mélange proche de celui d’un réacteur industriel. Le système Fe/olivine optimisé a montré une grande activité en vaporeformage des deux molécules modèles, en réaction de Water Gas Shift et une excellente stabilité dans le temps. Les caractérisations après tests ont mis en évidence l’état d’oxydation du fer qui garantie un faible dépôt de carbone et une longue durée de vie du catalyseur. Le système Fe/olivine optimisé a été synthétisé à grande échelle (1000 kg) afin d’être testé dans un réacteur de vapogazéification de la biomasse à double lit fluidisé à l’échelle pilote. Son efficacité en reformage des goudrons a été confirmée, permettant d’envisager l’utilisation à l’échelle industrielle d’un catalyseur Fe/olivine, peu coûteux et non toxique.

  • Titre traduit

    Elaboration and development of a Fe/olivine catalyst for the steam reforming of tar model molecules formed during the gasification of biomass


  • Résumé

    Biomass is a source of renewable energy. Gasification is one of the most interesting ways of valorization. However, because of the undesirable tar production (mixture of (poly)cyclic hydrocarbons), gasification process requires treatment to remove thoses molecules. The tar catalytic reforming is effective and constituted the thesis objective, which was integrated in a European contract. Our choice of catalyst was focused on a natural olivine (Mg0, 9Fe0,1)2SiO4 in which we added different iron contents. Characterizations by different techniques (XRD, TPR, SEM, Mössbauer. . . ) highlighted the particular role of the studied parameters (calcination temperature and iron content) on the iron mobility and distribution in the different present phases (Fe2O3, spinel MgFe2O4, Fe2+ of olivine structure). The catalysts activities were studied in steam reforming of toluene and 1-methylnaphthalene, as tar model compounds formed during biomass gasification. The catalysts have been tested under oxidizing and reducing conditions or with a gas mixture similar to that of an industrial reactor. The optimized Fe/olivine system showed high activity in steam reforming of the two model molecules, in Water Gas Shift reaction and excellent stability in time. Characterizations after tests highlighted the iron oxidation state, ensuring a low carbon deposition and the long life of the catalyst. The optimized Fe/olivine system was scaled-up to 1000 kg and tested in steam biomass gasification in a dual fluidized bed, pilot scale reactor. Its efficiency in tar reforming was confirmed, allowing to consider the utilisation of the inexpensive and nontoxic Fe/olivine catalyst in the industrial scale.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (270 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Strasbourg. Service commun de la documentation. Bibliothèque Blaise Pascal.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : Th.Strbg.Sc.2011;1002
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