Torrefaction de biomasse
Cette activité a débuté en 2007 par le biais du stage de Master de
Mr Mickael Philipeau (M8) dédié à la "Modélisation et à la simulation
d'un réacteur de torréfaction de particules de bois.".
Cette activité s'est poursuivie dans le cadre du programme PREBIOM
(01/2008 à 12/2011)
dédié à l«Etude de la torréfaction de déchets de biomasse aquitaine ».
Dans le cadre de ce programme regroupant 10 partenaires (IFPEN, UPPA, OCEOL,
Arvalis, CAFSA, COFELY, Aquitaine Electronique, Conseil Régional d'Aquitaine,
Communauté de Communes de Lacq), le comportement de 4 biomasses (pin maritime,
canne de maïs, fétuque et triticale) a été étudié en conditions de torréfaction.
Grâce à une première étude en Thermobalance commerciale (Netzch Jupiter 449C),
les cinétiques de dégradation thermique de ces matériaux ont pu être évaluées.
Exemple de courbes TG/DTG obtenues en condition de torréfaction.
Influence de la granulométrie des particules. Vitesse de chauffe 10°C/min.
a) Canne de Maïs, b) Fétuqe, c) Triticale, d) Pin maritime.
Le programme PREBIOM a également permis de développer un pilote continu de torréfaction d'une capacité de 2 kg/h où le pin maritime a pû être torréfié. Ce réacteur est basé sur une technologie de lit "fixe" à contre courant avec extraction continue du produit par une vis sans fin. Ces expériences ont permis d'appréhender les différents processus se déroulant dans le dispositif mais également d'analyser l'influence des conditions opératoires sur la qualité du produit fini. C'est dans le cadre de ce programme que s'est déroulée la thèse de Cécile Casajus (T6 Etude de la torréfaction de déchets de biomasse régionale).
Pilote de torréfaction de 2kg/h.
Profils de température le long du réacteur (0: pied de réacteur, 1.2m tête).
Influence de la température de travail.
C'est également en parallèle de ce programme qu'a été développé une thermobalance grande capacité. Cet outil, dont le principe est similaire à celui d'une thermobalance commerciale, permet d'accueillir une charge à analyser d'une masse de l'ordre de 500g. Compte tenu de l'étanchéité de l'appareil et de son équipement (débimètres massiques entrée/sortie, condensation et récupération des goudrons), il est possible non seulement de suivre l'évolution de la masse de l'échantillon en fonction du temps (et donc de la température) mais de mesurer la production des co-produits et de vérifier le bilan masse de l'installation (satisfait à 5% près). Par ailleurs, grâce à un dispositif de micro-chromatographie en phase gaz et d'un dispositif de chromatographie liquide haute performance (à refractomètre) il est possible de quantifier les gaz permanents produis (en termes de CO, CO2, CH4, H2 et C2) ainsi que les goudrons (en terme de formaldéhyde, d'acide formique, d'acide acétique, d'acide lactique, d'hydroxyacétone, d'acetaldehyde, de méthanol, de phénol et de furaldéhyde).
Thermobalance grande capacité
Gauche: Vue arrière. Milieu: Vue de coté. Droite: Vue de face.
Exemples de résultats obtenus à l'aide de la thermobalance:
Influence des conditions opératoires sur les différents
rendements de la torréfaction de canne de mais.
Un modèle de connaissance bidimensionnel basé sur l'utilisation de la technique d'homogénéisation par prise de moyenne volumique a également été développé afin d'analyser le poids des différents processus se déroulant au sein du lit. Ce travail a été mené à son terme grâce à une collaboration avec le centre de calcul scientifique de l'UPPA et notamment grâce à Stéphanie Delage. La finalité de ce modèle est de proposer un schéma réactionnel de dégradation thermique de biomasse incluant la détermination des coproduits de l'opération et des cinétiques associées tout en satisfaisant la conversation des différents atomes constitutifs du matériau initial en rapporchant les résultats prédits par le modèle et ceux obtenus expérimentalement.
Comparaison des résultats du modèle bidimensionnel à l'expérience.
Evolution de la masse normalisée de l'échantillon.
Résultats du modèle bidimensionnel. Evolution transitoire de:
l'humidité (gauche), de la température (milieu) et de la
teneur en matière orgnaique (droite).
