Captage de CO2 et reformage catalytique des hydrocarbures produits pendant la vapogazéification de la biomasse en lit fluidisé

CO2 capture and catalytic steam reforming of tar produced in the fluidized bed gasification process

• Auteur / Autrice : Luca Di Felice
• Direction : Alain Kiennemann, Pier Ugo Foscolo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux et catalyse
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Strasbourg

Mots clés

Mots clés contrôlés

Réacteurs à lit fluidisé

Catalyseurs

Biomasse -- Gazéification

Captage et stockage du dioxyde de carbone

Gaz de synthèse

Goudrons végétaux

Composés aromatiques

Reformage catalytique

Mots clés libres

Protocole "tars"

Résumé

Le travail de doctorat avait pour objectif d’améliorer les performances de la gazéification de la biomasse en se focalisant sur deux aspects : qualité du gaz produit (élimination des goudrons) et captage de CO2 formé en vue d’une valorisation chimique ultérieure. Le travail de thèse a été divisé en quatre parties : 1. Tests de laboratoire sur la gazéification de la biomasse dans des conditions proches d’une utilisation effective avec la mise en place d’un élément catalytique filtrant dans la partie disponible du réacteur de gazéification en lit fluidisé. La présence de goudrons (hydrocarbures aromatiques lourds) est le principal obstacle à une valorisation chimique des gaz formés en plus de la valorisation énergétique. 2. Etude couplée du reformage d’hydrocarbures (méthane, aromatiques) et de la capture de CO2 avec de la dolomite (CaO, MgO) et un catalyseur à base de nickel. Les hydrocarbures testés sont représentatifs des goudrons produits lors de la gazéification de la biomasse. 3. Optimisation du solide minéral (dolomite) pour un système catalytique à double fonction : vaporeformage et captage de CO2 pour une meilleure efficacité de la dolomite modifiée pour les réactions de reformage. Etude de l’addition d’oxyde de fer et de nickel à la structure dolomite. 4. Etude du captage de CO2 par la dolomite dans un réacteur lit fluidisé à l’échelle du laboratoire. La cinétique de l’adsorption de CO2 par CaO dans les conditions réelles a été déterminée et un modèle réactionnel proposé.

The objective of the Ph. D. Work was the improvement of the biomass gasification performances, focusing on two main aspects: product gas quality (tar elimination) and in situ CO2 capture, in order to carry out a further chemical valorisation. The PhD work has been developed in four main directions: 1. Laboratory tests of a biomass gasification process, at real process conditions by means of a firstly prepared catalytically activated filter element inserted in the freeboard of a fluidized bed steam gasifier. The presence of tar (heavy, aromatic hydrocarbons) is the main obstacle for a chemical and energetic valorisation of the product gas. 2. The study of simultaneous hydrocarbon (methane, aromatics) reforming and CO2 capture by means of commercial, readily available materials (a nickel catalyst mixed with calcined dolomite, CaOMgO). The model compounds used are representative of tar produced in a real biomass gasification process. 3. The study of the opportunity of optimize the granular, mineral solid material for a system performing the double function of steam reforming and CO2 capture, improving the catalytic activity of dolomite for reforming reactions. Effect of addition of iron and nickel to the dolomite structure. 4. The study of CO2 capture by particles of dolomite in a gas-fluidized in a laboratory-scale reactor. Step-response experiments have been performed to determine CaO conversion rates in the bed as a function of time and dolomite particle diameter. A simple flow-with-reaction model of the process is proposed.