Modelisation D Un Systeme De Pyrogazeification De La Biomasse
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Modélisation d'un système de pyrogazéification de la biomasse
Ce travail s'inscrit dans le projet LORVER, soutenu par la Région Grand Est et le FEDER. Il est destiné à créer une filière de production de biomasse végétale non alimentaire par valorisation de sites dégradés et de sous-produits industriels, en Lorraine. Un des procédés de valorisation de la biomasse produite est un procédé thermochimique de pyro-gazéification qui générerait de la chaleur et de l'électricité. Ce procédé, développé par SEA Marconi, se compose de trois réacteurs différents : un tambour tournant, pour la pyrolyse de particules de bois, la chaleur étant amenée par des billes d'acier chauffées ; un réacteur à vis sans fin pour l'oxydation du char qui permet de réchauffer les billes d'acier ; un réacteur de craquage des goudrons. L'objectif de cette thèse est de réaliser des modèles qui puissent permettre d'avoir une prédiction adaptée du comportement du système. Des modèles 3D du type DEM et CFD-DEM ont été conçus pour la modélisation des phénomènes qui interviennent dans le système. Les paramètres du modèle DEM ont été calibrés dans un tambour tournant de laboratoire. Pour le réacteur de pyrolyse, la simulation DEM a permis de prédire de façon satisfaisante la ségrégation pour des mélanges de billes d'acier et de particules non sphériques de bois, et de concevoir un modèle thermique et chimique 1D, sur lequel une étude de sensibilité a été effectuée. Un modèle CFD-DEM a été codé et validé sur un rhéomètre granulaire, permettant la simulation du réacteur d'oxydation partielle du char, qui n'a pas pu être réalisé dans le cadre de cette thèse.
Contribution à l'étude et à la modélisation de la pyro-gazéification de biomasse par plasma thermique
Ce travail porte sur l’étude d’un procédé innovant de pyro-gazéification de bio-huile utilisant un plasma thermique, afin de produire un gaz riche en CO/H2. Plus précisément, cette thèse vise à comprendre et modéliser les mécanismes jouant un rôle clé lors de la transformation thermochimique de bio-huile dans un écoulement plasma. Tout d’abord, une étude bibliographique portant sur la phénoménologie et la modélisation des interactions plasma – liquide a été réalisée. Elle a conduit à la définition d’une double approche, expérimentale et numérique. Les études expérimentales ont permis d’identifier trois paramètres influents lors de la conversion de molécules organiques en milieu plasma : le rapport entre l’enthalpie spécifique du jet de plasma et l’enthalpie réactionnelle, la nature du gaz plasmagène et le mode d’injection des réactifs. Enfin, les résultats numériques, obtenus avec le code de mécanique des fluides Fluent, viennent confirmer et extrapoler les tendances expérimentales.
Contribution à la modélisation d'un gazeifieur de biomasse
Ce travail porte sur la modélisation de gazéification de la biomasse dans un réacteur solaire à lit fixe. Nous avons développé et validé différents modules pour la résolution des problèmes physiques associés à de tels gazéifieurs (volumes finis, équilibre thermodynamique, facteur de forme, radiosité, évolution du maillage, etc.). Le réacteur est ensuite modélisé et confronté à des mesures expérimentales pour sa validation. Ces résultats nous laissent supposer que, pour les conditions opératoires rencontrées dans ce réacteur, l'évolution de la vitesse de chauffage et du taux de centre sont des facteurs d'influence importants de la cinétique pour le bois de hêtre. Une étude du réacteur en supposant que la réaction atteint l'équilibre thermodynamique est ensuite conduite et montre que cette approche doit être employée avec précaution pour le domaine de température étudié. Une étude paramétrique concernant la mise en place d'un échangeur air-air entre le gaz de sortie et le gaz d'entrée est proposée. Elle nous montre que l'ajout d'un gaz inerte peut être intéressant d'un point de vue énergétique dans de telles conditions. Enfin, un absorbeur solaire adapté au gazéifieur est ensuite modélisé et validé afin de pouvoir évaluer la sensibilité du système complet.