Etude des équilibres de phases et des procédés de séparation de l'huile de pyrolyse pour l'optimisation des bioraffineries de 2ème génération

Phase equilibria and pyrolysis oil sepration process study for 2nd generation bioreffineries optimization

• Auteur / Autrice : Charlie Stephan
• Direction : Christophe Coquelet, Paolo Stringari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et procédés
• Date : Soutenance le 26/11/2018
• Etablissement(s) : Paris Sciences et Lettres (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Thermodynamique des procédés. Fontainebleau
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Xuân-Mi Meyer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Coquelet, Paolo Stringari, Capucine Dupont, Anthony Dufour, Moussa Dicko
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Goutaudier, Anastasia Zabaniotou

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biocarburants

Bio-industries

Mots clés libres

Huile de pyrolyse

Équilibre de phases

Bioraffinerie

Conception et simulation de procédés

Extraction

Pyrolysis oil

Phase equilibrium

Biorefinery

Process design and simulation

Extraction

Résumé

La pyrolyse de la biomasse lignocellulosique produit de nombreuses espèces valorisables. L’huile de pyrolyse est un liquide présentant un grand potentiel de valorisation en tant que carburant et en tant que produits chimiques. L’objectif général de la thèse est l’étude du fractionnement des huiles de pyrolyse avec une approche thermodynamique, afin de fournir des outils pour la conception de bioraffineries. Le développement d’une méthodologie et l’étude d’une biohuile type ont été menés, afin que ce travail soit extrapolable à des biohuiles réelles. Un mélange représentatif des huiles de pyrolyse a été synthétisé en regroupant les composés par familles chimiques. Deux nouveaux schémas de procédés de bioraffinage des huiles de pyrolyse ont été proposés pour la valorisation de l’acétol, de l’acide acétique et du furfural.Une méthode de sélection de solvants a été développée. Elle repose sur des critères physicochimiques, sur des critères de dangerosité, sur des critères économiques et sur des critères d’efficacité. Les paramètres du modèle thermodynamique NRTL ont été régressés sur des données expérimentales mesurées dans le cadre de cette thèse, ainsi que sur des données de la littérature afin de représenter les équilibres de phases des systèmes biohuile+solvantLes procédés de bioraffinage proposés ont été simulés sur Aspen PlusTM en utilisant les modèles thermodynamiques développés. Ils ont été comparés sur des aspects de performance économique.

Lignocellulosic biomass pyrolysis produces a large number of valuable products. Pyrolysis oil is a liquid with a great valorization potential as fuel and as chemicals. The general objective of this PhD is to study the fractionation of pyrolysis oil with a thermodynamic approach, in order to provide tools for the conception of bioraffineries. The development of a methodology and the study of a typical bio-oil were carried out, so that this work can be extrapolated to real biooils. A representative mixture of the pyrolysis oils was synthesized by grouping the compounds by chemical families. Two new pyrolysis oils biorefining flowsheets were proposed for acetol, acetic acid and furfural valorization. A solvent screening method was developed. It is based on physicochemical criteria, on dangerousness, economic and efficiency criteria. NRTL thermodynamic model parameters were regressed on experimental data measured during this thesis, together with literature data, in order to represent the phases equilibria of biooil+solvent systems.The proposed biorefinery processes were simulated with Aspen PlusTM using the developed thermodynamic models. Their economic performances were compared.