Gazéification de charbon de bois à la vapeur d'eau : de la particule isolée au lit fixe continu

Abstract

Face à la croissance de la demande énergétique mondiale et la récente prise de conscience des problèmes d'augmentation de l'effet de serre et d'épuisement des ressources fossiles, les énergies renouvelables suscitent aujourd'hui un intérêt sans égal. Dans ce contexte, la biomasse présente un potentiel important, et des technologies de valorisation efficaces, comme la gazéification, émergent et encouragent le développement de cette filière. Une étude expérimentale de la gazéification à la vapeur d'eau d'une particule de charbon de bois isolée a été réalisée sur un réacteur de type "macro-TG". L'évolution de la masse de la particule a été enregistrée durant sa gazéification dans des conditions opératoires maîtrisées. Ainsi, à une température de 930°C et sous une pression partielle de vapeur d'eau de 0,2 atm, une particule de charbon de bois de 7 mm de diamètre se gazéifie en 32 min. L'étude paramétrique menée a permis d'identifier la température et la vitesse de chauffe pendant la pyrolyse comme des paramètres particulièrement influents sur la vitesse de gazéification. La recherche d'un critère de surface réactive du char a également été entreprise. Un modèle numérique de gazéification d'une particule de charbon de bois a été développé. La confrontation avec les résultats expérimentaux issus de l'étude paramétrique a permis de déterminer les paramètres cinétiques de la réaction de gazéification à la vapeur d'eau. Les résultats obtenus ont montré que dans des conditions opératoires industrielles, le processus de gazéification d'une particule de char ne suivait ni un modèle de coeur rétrécissant, ni un modèle homogène. Le modèle a permis d'appréhender les couplages entre cinétique chimique et transferts de chaleur et de matière au sein même de la particule. Un réacteur expérimental de gazéification en lit fixe continu a été spécialement conçu et réalisé ; il reproduit finement les conditions opératoires d'un réacteur industriel. Les premiers tests en régime continu ont permis de réaliser des bilans massiques très satisfaisants.