Absorption sélective des goudrons issus de la gazéification : application au laveur Venturi d'une unité de cogénération biomasse

Selective absorption of tar from producer gas : application to Venturi scrubber of a biomass CHP unit

• Auteur / Autrice : Eve Masurel
• Direction : Christine Roizard, Olivier Authier, Christophe Castel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 21/07/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés - Laboratoire Réactions et Génie des Procédés / LRGP
• Jury : Président / Présidente : Anne-Marie Billet
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Boutin, Annabelle Couvert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Solvants

Cogénération de chaleur et d'électricité

Absorption et adsorption

Goudrons

Biomasse -- Gazéification

Mots clés libres

Biomasse

Goudron

Absorption

Cogénération

Solvant

Gazéification

Biomass

Tar

Absorption

CHP

Solvent

Gasification

Résumé

Parmi les procédés de conversion de la biomasse, la gazéification à l’air présente l’avantage d’un rendement de conversion électrique attractif, en particulier pour les petites puissances. Cependant, l’élimination des goudrons générés reste un verrou à lever pour permettre l’émergence industrielle du procédé de gazéification. Le traitement par absorption est considérée comme technologiquement mature mais le choix du solvant de lavage, sa gestion et l’optimisation du laveur représentent un élément crucial. Afin de mettre en avant les solvants envisageables, une méthodologie rapide et robuste de choix de solvant basée sur une analyse multicritère a été développée. La comparaison de plus d’une centaine de solvants conventionnels a permis de mettre en avant deux solvants. Afin d’étudier des performances de ces solvants, un pilote de lavage de type Venturi (laveur compact présentant une aire interfaciale importante et peu de risque d’encrassement) a été dimensionné et caractérisé. L’étude expérimentale sur gaz réel a permis d’une part d’étudier l’évolution de la charge en goudron dans le solvant et d’autre part de mesurer les efficacités de traitement des solvants sur le benzène, le naphtalène, l’anthracène et le pyrène. Ces données expérimentales ont ensuite été utilisées afin de valider la modélisation du laveur Venturi effectuée dans l’optique d’une optimisation et d’une extrapolation à l’échelle industrielle de l’unité de lavage. Afin d’estimer le coût de traitement en €/MWh, le dimensionnement des équipements à l’échelle industrielle a été effectué pour les deux solvants dans différents cas de figure afin d’effectuer leur évaluation technico-économique.

Among biomass conversion processes, air gasification has the advantage of an attractive electrical conversion yield, especially for small powers. However, the elimination of the generated tar remains a lock to lift to allow the industrial emergence of the gasification process. The treatment by absorption is considered to be technologically mature but the choice of cleaning solvent, its management and the optimization of the scrubber represent a crucial element. In order to highlight possible solvents, a fast and robust solvents screening methodology based on a multi-criteria analysis was developed. Comparison of more than 100 of conventional solvents allowed to forward two solvents. To investigate performance of these solvents, a pilot scale Venturi scrubber (compact scrubber with a large Interfacial area and low risk fouling risk) has been designed and characterized. The experimental study on real raw gas allowed to study the evolution of the tar loading factor in the solvent and to measure treatment efficiencies of solvents on benzene, naphthalene, anthracene and pyrene. These experimental data were then used to validate the modelling of the Venturi scrubber in the context of optimization and extrapolation on the industrial scale of the washing unit. In order to estimate the cost of treatment in €/ MWh, the sizing of the equipment on an industrial scale has been made for two solvents in different cases in order to process to a technico-economical evaluation.