Contribution à l'étude et à la modélisation de la pyro-gazéification de biomasse par plasma thermique

par Hélène Lorcet

Thèse de doctorat en Science des matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Armelle Vardelle et de Christian Latgé.

Soutenue en 2009

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Plasma thermique
• Procédé allothermique
• Pyro-gazéification
• Interaction plasma-goutte
• Fragmentation
• Biocarburants
• Goudrons végétaux -- Goudrons

Résumé

Ce travail porte sur l’étude d’un procédé innovant de pyro-gazéification de bio-huile utilisant un plasma thermique, afin de produire un gaz riche en CO/H2. Plus précisément, cette thèse vise à comprendre et modéliser les mécanismes jouant un rôle clé lors de la transformation thermochimique de bio-huile dans un écoulement plasma. Tout d’abord, une étude bibliographique portant sur la phénoménologie et la modélisation des interactions plasma – liquide a été réalisée. Elle a conduit à la définition d’une double approche, expérimentale et numérique. Les études expérimentales ont permis d’identifier trois paramètres influents lors de la conversion de molécules organiques en milieu plasma : le rapport entre l’enthalpie spécifique du jet de plasma et l’enthalpie réactionnelle, la nature du gaz plasmagène et le mode d’injection des réactifs. Enfin, les résultats numériques, obtenus avec le code de mécanique des fluides Fluent, viennent confirmer et extrapoler les tendances expérimentales.

Titre traduit

Contribution to the study and modelling of biomass gasification by a thermal plasma

Résumé

This work is devoted to the study of an innovating allothermal process consisting in the thermochemical transformation of bio-oil by using thermal plasma in order to produce a high-value syngas. More precisely, the present study aims to understand and model the mechanisms playing a key role in the gasification of a liquid jet of bio-oil injected in a plasma cross-flow. First, a literature survey on the phenomena and modelling of the plasma – liquid interactions is presented. It led to the definition of a methodology combining an experimental and a numerical approach. The experimental works showed the effect of three main parameters during the conversion of organic compounds under thermal plasma conditions: the ratio between the specific plasma enthalpy to reaction enthalpy, the nature of the plasma-forming gas and the geometry of bio-oil injection. Lastly, the numerical results, obtained with Fluent software, confirmed and made it possible to extrapolate the experimental trends. Nships between the 3rd order NLO properties of tellurites and their structural arrangements (entities connection, tellurium lone pair).