LE FOUR TOURNANT
Dans le cadre des études de la transformation thermochimique de la biomasse pour aboutir à la génération de biocarburant, la pyrolyse constitue l’une des transformations étudiées. En effet, les mécanismes réactionnels impliqués lors de cette transformation sont à l’origine de la formation de sous-produits de réaction (parmi lesquels les goudrons) qui sont pénalisants pour la conversion de la biomasse en biocarburant. Connaître, éprouver et maîtriser ces mécanismes constituent une étape préliminaire importante sachant par ailleurs que la pyrolyse peut également constituer un pré-traitement de la biomasse avant sa conversion complète en biocarburant.
En quoi consiste la pyrolyse ?
Cette transformation nommée également thermolyse est une dégradation obtenue par
action thermique en atmosphère exempte d’oxygène. Les produits de cette
transformation sont de trois types:
- gaz
- condensables
- résidus carbonés
il s’agit principalement ici d’espèces comme l’hydrogène, le monoxyde de carbone, le dioxyde de carbone, le méthane,…
espèces appelées également et d’une manière générique "goudrons". L’eau est un autre composé condensable également formé lors de la pyrolyse de la biomasse.
ils représentent la part solide résiduelle qui n’a pas été volatilisée lors de la transformation de pyrolyse. Cette phase solide est constitué majoritairement de carbone et renferme la majeure partie (selon la température de pyrolyse) des inorganiques constituant initialement la biomasse.
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Schéma des intermédiaires réactionnels de la pyrolyse et de la gazéification |
NB: La gazéification
consiste à volatiliser la part de résidus solides issus de l’étape de pyrolyse
en gaz de synthèse (majoritairement constitué d’hydrogène et de monoxyde de
carbone) par l’action d’un réactant de type air, oxygène ou vapeur d’eau.
Objectifs
Les principaux objectifs de cette installation sont:
- Tester et valider le comportement de différents types de biomasse sous conditions de pyrolyse,
- Acquérir des modèles de connaissance concernant les taux de conversion, les cinétiques de transformation et les énergies mises en jeu lors des transformations, et ce, en fonction de différents conditions opératoires comme notamment le temps de séjour, la température, l’humidité et la nature de la biomasse.
- Développer des protocoles analytiques de quantification des goudrons, aspect essentiel puisque la concentration de ces composés dans le gaz de synthèse issus de la gazéification de la biomasse
- Fournir à façon des gaz de pyrolyse de plus ou moins bonnes qualités aux autres installations du STPA/LPC dédiées à l’étude de la valorisation de la biomasse
Le four tournant est un procédé fonctionnant sous faible dépression et inerté à l’azote. Cette installation est constituée d’un tube légèrement incliné par rapport à l’horizontal et mis en rotation sur son axe longitudinal.
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Schéma du four tournant |
Ce dispositif repose sur des paliers et l’étanchéité est assurée par des boîtes à joint à chaque extrémité du tube.
La chauffe de ce dispositif s’effectue au moyen de résistance en demi-coquilles
d’une puissance totale voisine de 10 kW
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Four Tournant de pyrolyse |
La biomasse est introduite par l’intermédiaire de micro-doseur et d’une trémie équipée d’un système d'entrainement par vis sans fin contrôlée par variateur afin de maîtriser le débit de biomasse injectée dans le procédé.
Le procédé génère trois types d’espèces (les gaz permanents, les condensables: goudrons + eau et les résidus). Afin de connaître précisément la quantité de ces trois flux pour réaliser des bilans matières fiable, des systèmes de cryostat et de dévésiculeur/condenseur ont été développés.
En sortie du four tournant, une
analyse de la composition du gaz est réalisée au moyen d’un analyseur
micro-chromatographique permettant le suivi de H2, CH4,
CO, CO2, C3H8, O2, N2
pour des niveaux de concentration allant de plusieurs dizaines de pourcent au
ppmV.
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| Systèmes d’échantillonnage et de condensation des goudrons | |
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| Cryocondenseur | |
Résultats
Les essais réalisés par campagne
permettent de répondre aux objectifs cités ci-avant.
Au delà des études systémiques de type plan d’expériences, des approches
phénoménologiques sont également menées afin de valider des schémas
réactionnels.
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Paramètres principaux étudiés |
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Rendement matière (taux de
volatilisation) de la biomasse selon les conditions opératoires |
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Profil des espèces formés selon la cote transversale du Four Tournant pour un schéma réactionnel type |
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Mise à jour:14/04/06
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