Effets catalytiques des sels de métaux alcalins sur la cinétique des réactions de gazéification du charbon de bois par la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone

Catalytic effects of alkali metal salts in the kinetics of charcoal gasification with vapour and carbon dioxide

• Auteur / Autrice : Zhitian Lu
• Direction : Maurice Gelus
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés Industriels
• Date : Soutenance en 1989
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Cinétique chimique

Catalyseurs

Charbon de bois

Charbon -- Gazéification

Mots clés libres

Modélisation

Résumé

Dans le domaine de la valorisation de la biomasse, la gazéification va apparaitre à l'heure actuelle comme un des moyens les plus faciles à mettre en œuvre. Elle consiste à faire réagir la matière lignocellulosique avec un gaz comburant en vue d'obtenir des mélanges gazeux plus ou moins complexes dont la composition détermine l'usage. Deux réactions principales dans le processus de gazéification du charbon de bois ont été étudiés : la réaction de Boudouard (C+CO2 =2 CO) et la vapogazéification (C+H2O=CO+H2). Tous les essais ont été effectués avec des échantillons cubiques de charbon de bois jusqu'à 2 cm d'épaisseur. Nous avons mis en évidence que la cinétique de la gazéification du charbon de bois est contrôlée simultanément par la réaction chimique et la diffusion du gaz à l'intérieur de la particule. Les études de l'influence de la pression sur les deux réactions montrent que les cinétiques des réactions chimiques peuvent être écrites sous la forme d'une loi de type Langmuir-Hinshelwood. Les effets catalytiques de six différents sels de métaux alcalins ont été testés. Le carbonate de potassium présente incontestablement la meilleure activité catalytique. L'influence de la concentration du carbonate de potassium a été étudiée pour les deux réactions. L'effet catalytique du carbonate de potassium sur la réaction de Boudouard est plus important que sur la réaction de la vapogazéification. Les résultats expérimentaux nous ont amenés à proposer un modèle mathématique basé sur le modèle de grain en considérant la cinétique de réaction chimique et l'effet diffusionnel du gaz. Dans ce modèle, sont pris en compte les variations de structure et de porosité de la particule, ainsi que les variations de surface de réaction et de diffusionnel du gaz.