Bio-oil production by pyrolysis of biomass coupled with a catalytic de-oxygenation treatment

par Chikirsha Chetna Devi Mohabeer

Thèse de doctorat en Génie des procédés

Sous la direction de Bechara Taouk.

Le président du jury était François Lapicque.

Le jury était composé de Bechara Taouk, Claire Courson, Aïssa Ould Dris, Lokmane Abdelouahed, Nadège Charon.

Les rapporteurs étaient Claire Courson, Aïssa Ould Dris.

  • Titre traduit

    Production de bio-huiles par pyrolyse de la biomasse couplée à un traitement catalytique de désoxygénation


  • Résumé

    L’épuisement des sources d’énergie fossile et les conséquences nocives des gaz à effet de serre sur l’environnement ont accru la nécessité de l’utilisation des énergies renouvelables. Parmi les différentes sources, la biomasse possède un potentiel considérable. Ce projet de recherche vise à étudier la pyrolyse des anas de lin et du bois de hêtre, des biomasses qui se retrouvent communément dans la région Normandie, afin de produire et d’améliorer une bio-huile capable d’être utilisée comme bio-carburant dans les moteurs à combustion. L’objet de cette thèse est donc de fournir une caractérisation détaillée des produits de la pyrolyse des deux biomasses choisies et de leurs constituants purs (la cellulose, l’hémicellulose et la lignine) dans une installation semi-continue. Un traitement catalytique de désoxygénation est ensuite employé pour améliorer les propriétés des bio-huiles obtenues. Les catalyseurs utilisés sont à base de zéolithes (HZSM-5 et H-Y), des mêmes zéolithes modifiées au fer et de métaux (Pt, CoMo) supportés sur alumine. Nous avons constaté que, dans cette installation, une pyrolyse à 500 °C, sous 500 mL/min d’azote, suivie d’une désoxygénation catalytique en utilisant Fe-HZSM-5 comme catalyseur, donnait les meilleurs résultats en termes de rendement en bio-huiles et de taux de désoxygénation. L’effet d’un changement de technologie de réacteur de pyrolyse en utilisant un réacteur continu à chute sur les produits de la pyrolyse a aussi été examiné. Ce réacteur a également été couplé à une étape de traitement catalytique de désoxygénation dans un réacteur à lit fixe indépendant. Il a été aperçu qu’en dépit d’un changement de technologie de réacteur, les conditions opératoires optimales restent les mêmes avec cependant, une différence non négligeable au niveau du taux de désoxygénation. Cette différence a été attribuée à l’effet du temps de contact. Finalement, l’efficacité du catalyseur utilisé lors de la pyrolyse en continu a été suivie dans le temps. Il a été constaté qu’au cours du temps, le catalyseur démontrait une activité décroissante, indiquant qu’un phénomène de désactivation était présent.


  • Résumé

    Depleting sources of fossil fuels and harmful consequences of greenhouse gas emissions on the environment have heightened the necessity of renewable energy resources. Among the different existing sources, biomass presents a considerable potential. This research work aimed at investigating the pyrolysis of flax shives and beech wood residues, which are biomass residues commonly found in the Normandy region, so as to produce and upgrade a bio-oil capable of being used as a bio-fuel in combustion engines. The objective of this thesis was thus to provide a detailed characterisation of the products obtained from the pyrolysis of the two chosen biomasses and their pure components (cellulose, hemicellulose and lignin) in a semi-continuous system. A catalytic de-oxygenation treatment was then employed to upgrade the properties of the bio-oils obtained. The catalysts used were zeolite-based (HZSM-5 and H-Y), the latter zeolites modified by iron and metals (Pt and CoMo) supported on alumina. It was observed that, in this setup, pyrolysis at 500 °C under 500 mL/min of nitrogen, followed by a catalytic de-oxygenation using Fe-HZSM-5 as catalyst, gave the best results in terms of bio-oil yield and de-oxygenation degree. The effect, on the pyrolysis products, of changing the pyrolysis reactor technology to a continuous drop-tube reactor was also investigated. This reactor was similarly coupled with a catalytic de-oxygenation treatment step occurring in a separate fixed bed reactor. It was found that despite a change in reactor technology, the optimal operational conditions remain the same, although a non-negligible difference was noticed with respect to the de-oxygenation degree. This difference was attributed to the effect of contact time. Finally, the efficiency of the catalyst used during the continuous pyrolysis was monitored in time. It was seen that over time, the catalyst presented a diminishing activity, indicating the presence of a de-activation phenomenon.


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