Oxidative pyrolysis of biomass pellets in a fixed bed

par Xuan Huynh Pham

Thèse de doctorat en Sciences de l'Ingénieur

Sous la direction de Laurent Van de Steene et de Bruno Piriou.

Le président du jury était Gilles Flamant.

Le jury était composé de Gilles Flamant, Hervé Jeanmart, Yann Rogaume, Capucine Dupont, Sylvain Salvador.

Les rapporteurs étaient Hervé Jeanmart, Yann Rogaume.

  • Titre traduit

    Pyrolyse oxydante de granulés de biomasse dans un lit fixe


  • Résumé

    La gazéification étagée est une technologie innovante pour la production d’énergie renouvelable de petite et moyenne puissances, pour laquelle l'élargissement de la gamme de biomasses utilisables constitue un enjeu majeur de développement. Cette thèse porte spécifiquement sur la pyrolyse oxydante en lit fixe, première étape clé du procédé, qui conditionne fortement la performance et la fiabilité de cette technologie. Trois types de biomasses – pin, miscanthus, et paille – conditionnées sous forme de granulés ont été étudiés. Une étude expérimentale a été réalisée sur un réacteur pilote à lit fixe de 20 cm de diamètre et 1.6 m de hauteur permettant de reproduire des conditions opératoires proches de celles rencontrées durant l'étape de pyrolyse dans les gazéifieurs industriels. Le fonctionnement du procédé pour les trois biomasses a été caractérisé par la mesure du ratio air/biomasse, des températures, des rendements en charbon, gaz permanents et condensables et de leurs compositions. Une attention particulière a été portée à la zone d'oxydation qui se propage verticalement vers le haut dans le lit de biomasse. Une méthodologie a été développée pour mesurer la vitesse de propagation, l'épaisseur et le tassement de cette zone et étudier l'impact de la nature de la biomasse. Dans un lit de granulés de bois, la vitesse et l'épaisseur de la zone d'oxydation est 25 % plus faible que dans un lit de granulés de paille ou miscanthus. L'effet catalytique des matières minérales sur les réactions de pyrolyse primaire et secondaire et son impact sur le fonctionnement du procédé, ont également été mis en évidence.


  • Résumé

    Staged gasification is an innovative technology for small and medium renewable energy production. The expansion of the range of usable biomass remains a major obstacle to development. This thesis focuses specifically on the oxidative pyrolysis in a fixed bed, the first step of the process that strongly influences the performance and reliability of this technology. Three types of biomass- pine, miscanthus and wheat straw - in form of pellets were studied. An experimental study was carried out in a pilot fixed bed reactor of 20 cm diameter and 1.6 m height allowing the reproduction of similar conditions to those existing in the pyrolysis step of an industrial gasifier. The process operation for the three biomasses was characterized by measuring the air/biomass ratio, bed temperature, yields and compositions of char, permanent gases and condensates. A particular attention was paid on the oxidation zone which propagates upward towards the raw biomass. A method was developed to measure the propagation velocity, thickness and the compaction of the oxidation zone and to study the impact of the biomass nature. Velocity and thickness of this zone were 25 % lower in a fixed bed of wood pellets than in beds of wheat straw or miscanthus. Catalytic effect of the mineral matters on primary and secondary pyrolysis reactions and their impact on the process operation have been highlighted.


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