Thèse soutenue

Auto-échauffement d'un lit ventilé de matériaux carbonés : cas du bois torréfié
FR  |  
EN
Accès à la thèse
Auteur / Autrice : Amina Bouzarour
Direction : Sylvain SalvadorVictor Pozzobon
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique et transferts
Date : Soutenance le 11/12/2019
Etablissement(s) : Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés, de l'énergie et de l'environnement (Albi ; 2012-....) - Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés- de l'énergie et de l'environnement / RAPSODEE
Jury : Président / Présidente : Xuân-Mi Meyer
Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Salvador, Victor Pozzobon, Frédéric Marias, Capucine Dupont, Jean-Michel Commandré
Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Marias, Capucine Dupont

Résumé

FR  |  
EN

La torréfaction est l'un des procédés de prétraitement thermochimique de la biomasse lignocellulosique qui permet de faciliter le stockage et le transport du matériau, mais aussi d'augmenter la densité énergétique du produit. Néanmoins, le substrat torréfié étant plus réactif, il est plus sujet à des mécanismes exothermiques spontanés pouvant entraîner un auto-échauffement de la matière. Dans le cadre de cette thèse, cette problématique a été étudiée pour le cas du bois torréfié. En effet, il a été question de comprendre les phénomènes responsables de l'auto-échauffement d'un lit de biomasse ventilé par un gaz oxydant à basse température. Pour ce faire, des scenarii d'auto-échauffement de plaquettes de bois torréfié ont été créés sous une atmosphère oxydante. Des expérimentations ont été conduites à l'échelle pilote dans un réacteur à lit fixe de 12 L. Au cours de ces essais, nous avons démontré que l'auto-échauffement est intensifié lorsque le débit du gaz oxydant est faible et sous une fraction d'oxygène élevée. Par ailleurs, la chaleur produite au cours de l'auto-échauffement du lit de bois a été estimée sur la base d'un bilan de chaleur et des données thermiques. Des paramètres cinétiques apparents et une chaleur de réaction associés à l'auto-échauffement ont été déduits. D'autre part, dans le but d'appréhender les phénomènes exothermiques caractérisant l'auto-échauffement, des essais d'oxydation à basse température sont réalisés à petite échelle (en ATG/ATD). Des modèles cinétiques ont ensuite été mis en œuvre pour distinguer et quantifier les mécanismes repérés expérimentalement. Ces deux approches ont permis de mettre en avant trois principaux mécanismes intervenant lors de l'oxydation à basse température : l'adsorption chimique de l'oxygène sur le réactif, la décomposition des complexes oxygénés formés à l'adsorption et une réaction d'oxydation directe. Dans une approche plus orientée vers des problématiques à l'échelle industrielle de l'auto-échauffement, un modèle numérique couplant cinétique chimique et transferts de matière et de chaleur a été conçu, à l'échelle du lit de particules. Ce modèle a permis de prédire de façon raisonnable la thermique du lit de bois torréfié à fort débit de ventilation. Il a été ensuite extrapolé à l'échelle industrielle pour simuler le comportement thermique d'un silo de stockage subissant un auto-échauffement.