Etude de catalyseurs structurés pour le post-traitement du gaz de synthèse issu de la gazéification de bois pressé

Study of structured catalysts for post-treatment of syngas produced by dried-wood gasification

• Auteur / Autrice : Dolores Jurado Fuentes
• Direction : Anne-Cécile Roger, Sébastien Thomas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie / Catalyse hétérogène
• Date : Soutenance le 18/12/2020
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Chimie et Procédés pour l'Energie, l'Environnement et la Santé (Strasbourg ; 1997-....)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Tschamber
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Francisca Romero Sarria
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Mario Montes Ramirez, Doan Pham Minh

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomasse -- Gazéification

Catalyseurs au nickel

Catalyse hétérogène

Mots clés libres

Gazéification de la biomasse

Reformage à la vapeur

Goudrons

Catalyseurs à base de Ni

Structuration Catalytique

Biomass gasification

Steam reforming

Tars

Ni-based catalysts

Catalytic structuration

Résumé

La gazéification semble être une technologie prometteuse de conversion de la biomasse en raison de la valeur énergétique du gaz produit, connu sous le nom de gaz de synthèse. Néanmoins, d’importantes quantités d’hydrocarbures lourds indésirables, définis comme goudrons, sont généralement produites. Ces goudrons peuvent causer plusieurs problèmes opérationnels en raison de leur condensation dans différentes parties du procédé en aval (turbines, tubes...). De plus, ils peuvent limiter le pouvoir énergétique du gaz de synthèse produit. C'est pourquoi l'intégration d'une étape de nettoyage de gaz dans le procédé de gazéification afin d’éliminer ces goudrons est visée. Dans le cadre des travaux actuels, le développement de systèmes catalytiques pour le reformage des goudrons et la génération d'un gaz de synthèse de haute qualité a été réalisé. Ainsi, la synthèse et la caractérisation de six catalyseurs à base de nickel sur support d'oxydes mixtes à haute conductivité de l'oxygène (structure fluorite à base de cérine et pérovskites à base de lanthane) ont été réalisées. Par la suite, l'activité catalytique en reformage du goudron a été évaluée à l'échelle du laboratoire en utilisant le phénol et le toluène comme molécules modèles des goudrons. La structuration catalytique sur des extrudats à base de SiC a été optimisée à l’échelle de quelques extrudés avant d’être réalisée à grande échelle (lots d'extrudats de 1L). Finalement, les catalyseurs structurés préparés à grande échelle ont été testés dans des conditions réelles dans une unités pilote de gazéification de la biomasse.

Biomass gasification seems to be a promising biomass conversion technology due to the valuable product gas obtained, well-known as syngas. Nevertheless, a mixture of high hydrocarbons, defined as tars, are produced as by-products. This mixture can cause several operational problems due to its condensation in different parts of the industrial process (turbines, tubes…) and, moreover, it can limit the downstream use of the final product gas. Thereby, the integration of a cleaning gas step in the gasification process to remove these tars are aimed. In the present work, the development of catalytic systems to reform tars and generate a high-quality syngas has been carried out. Thus, the synthesis and characterization of six nickel-based catalysts supported over mixed oxides with high oxygen conductivity, based on doped-ceria fluorites and La-based perovskite, were performed. Afterwards, the catalytic activity in tar reforming was evaluated at laboratory scale using phenol and toluene as tar model molecules. The catalytic structuration over SiC based extrudates was optimized and subsequently, its structuration at large scale (batch extrudates of 1L) was conducted. Eventually, the structured catalysts prepared at large scale were tested under real conditions at biomass gasification pilot plant scale.