Pyrolyse et gazéification d'un combustible solide de récupération (CSR) et de ses matériaux modèles

Pyrolysis and gasification of a solid recovered fuel (SRF) and its model materials

• Auteur / Autrice : Oscar Sosa Sabogal
• Direction : Sylvain Salvador, Sylvie Valin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 08/06/2022
• 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-....) - Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble) - Centre de recherche d'Albi en génie des procédés des solides divisés- de l'énergie et de l'environnement / RAPSODEE
• Jury : Président / Présidente : Yann Rogaume
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Salvador, Sylvie Valin, Guillain Mauviel, Laurent Van de Steene, Maxime Hervy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Guillain Mauviel, Laurent Van de Steene

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomasse

Incinération

Combustibles

Déchets

Pyrolyse

Mots clés libres

CSR

Pyrolyse

Gazéification

Déchets solides

Valorisation énergétique

SRF

Pyrolysis

Gasification

Solid waste

Energy valorisation

Résumé

Certains déchets solides qui ne peuvent être ni réutilisés ni recyclés sont de plus en plus utilisés dans la production de Combustibles Solides de Récupération (CSR). Ils peuvent être valorisés par des procédés thermochimiques comme la gazéification, produisant ainsi un gaz de synthèse utilisable en cogénération (chaleur et électricité) ou pour la synthèse de carburants liquides ou gazeux. Les CSR constituent une matière première d'intérêt, qui a cependant été largement moins étudiée que la biomasse en gazéification. L'objectif de la thèse est d'étudier la pyrolyse et la gazéification de CSR, en lien avec leurs caractéristiques physiques et chimiques, dans des conditions opératoires contrôlées. Pour cela, un nouveau dispositif expérimental à l'échelle du laboratoire a été développé. Une caractérisation expérimentale et des calculs CFD ont fourni une description complète des profils de température pour l'échantillon et le gaz à l'intérieur du réacteur. Plusieurs matériaux modèles (bois, carton, polyéthylène téréphtalate, polyéthylène et polypropylène), souvent présents dans les CSR, ont été étudiés séparément, en atmosphère inerte et en présence d'air en tant qu'agent oxydant. Le rendement et la distribution des produits de réaction (résidu carboné, espèces gazeuses, goudrons) ont été déterminés. La pyrolyse des mélanges bois/plastique a montré une conversion accrue du carbone en produits gazeux en comparaison à ce qui aurait été attendu sans interaction. En se basant sur les résultats expérimentaux de pyrolyse pour les matériaux modèles, une corrélation a été développée dans le but de prévoir les rendements de pyrolyse à partir des fractions massiques en C, H et O des ressources.

Solid waste materials that cannot be reused or recycled are increasingly used to produce Solid Recovered Fuels (SRF). They can be transformed by thermochemical processes such as gasification, thus producing a synthesis gas that can be used in cogeneration (heat and electricity) or for the synthesis of liquid or gaseous fuels. SRF constitute a raw material of interest, that has been largely less studied than biomass in gasification. The objective of the thesis is to investigate the pyrolysis and gasification of SRF, in relation with their physical and chemical characteristics, under controlled operating conditions. For this purpose, a new laboratory-scale experimental device was developed. An experimental characterization and CFD calculations provided a complete description of the temperature profiles for the sample and the gas inside the reactor. Several model materials (wood, cardboard, polyethylene terephthalate, polyethylene and polypropylene), often found in SRF, were studied separately, in an inert atmosphere and in the presence of air as an oxidizing agent. The yield and distribution of reaction products (char, gas species, tar) were determined. Pyrolysis of wood/plastic mixtures showed an increased conversion of carbon to gaseous products in comparison with what would be expected with no interaction. Based on the experimental pyrolysis results for the individual model materials, a correlation was developed to predict the product yields as a function of the feedstock C, H and O contents.