Thèse soutenue

Gazéification de biomasse en lit fluidisé : étude phénoménologique de l’agglomération liée à la fusion des cendres
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Auteur / Autrice : Michael Balland
Direction : Jacques PoirierKarine Froment
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences et technologies industrielles
Date : Soutenance le 28/01/2016
Etablissement(s) : Orléans
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Conditions extrêmes et matériaux : haute température et irradiation (Orléans ; 2008-...) - Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Frédéric Marias
Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Marias, Yann Rogaume, Hervé Jeanmart, Yilmaz Kara, Béatrice Drevet, Mazen Al Haddad
Rapporteurs / Rapporteuses : Yann Rogaume, Hervé Jeanmart

Résumé

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Améliorer la compréhension des phénomènes pilotant l’agglomération au sein des réacteurs à lit fluidisé lors de la conversion thermochimique de biomasse (700-1000°C) est important pour prédire son occurrence à l’échelle industrielle. L’agglomération est liée à la formation de phases liquides (oxydes liquides et/ou sels fondus) provenant de la fusion des espèces inorganiques contenues dans la ressource (cendres). Leur présence conduit à la défluidisation des matériaux de lit, à l’origine d’une baisse des rendements de production en gaz, voire d’un « blocage » du réacteur. La phénoménologie de l’agglomération est examinée à partir de trois approches expérimentales, en matériaux simulants et réels, à trois échelles différentes et dans des gammes de températures allant de l’ambiante à 1000°C. L’analyse des mécanismes à l’origine de cette agglomération du lit montre que la formation du liquide est le seul paramètre limitant dans la formation d’agglomérats. Ce phénomène provoque une augmentation du diamètre apparent des particules de lit en parallèle d’une diminution de leur masse volumique. Ces modifications peuvent être associées à un déplacement au sein de la classification de Geldart de la catégorie B vers la catégorie D. D’un point de vue hydrodynamique, la défluidisation du lit résulte de la ségrégation des agglomérats au fond du réacteur. Ce phénomène contribue à dégrader l’homogénéité de répartition du gaz de fluidisation dans le réacteur. La défluidisation complète du lit survient pour une fraction de liquide dans le lit très faible (quelques % vol. de lit). Sur la base de ces résultats, une formulation simplifiée a été proposée et permet de prédire, à partir de la ressource utilisée et pour un fonctionnement simplifié, la durée de fonctionnement avant défluidisation.