Chapitre 4 – Polluants retrouvés en gazéification : impacts de l’utilisation des CSR
4. Résultats et discussion
4.1. Condensables organiques ou « Goudrons »
4.1.1. Bilan global
Avant de rentrer dans les détails de la quantification des goudrons, on peut déjà regarder la
formation des goudrons dans son ensemble en fonction des conditions et des combustibles. La
Figure 63 illustre la teneur en goudrons dits «
l’Equivalence Ratio (ER) pour chaque test.
Figure 63 : Teneurs en goudrons gravimétriques dans le syngaz en fonction du ER
De prime abord, on constate une diminution de la teneur en goudrons avec une augmentation
de l’ER, ce qui est aussi observé de manière général en gazéifica
Résultats et discussion
Nous présentons maintenant les résultats concernant les polluants retrouvés et analysés suite
aux tests effectués à l’échelle pilote. Nous commencerons par nous intéresser aux goudrons,
puis nous examinerons les polluants soufrés, ensuite les polluants azotés, et les teneurs en
métaux dans les solides résiduels. Nous finirons par une analyse des billes retrouvées dans les
s après les tests de gazéification avec le Mélange C.
Condensables organiques ou « Goudrons »
Dans cette partie nous présentons les résultats des analyses de GC-MS des goudrons présents
dans l’isopropanol échantillonnés par le « Tar Protocol ». Nous allons d’abord présenter un bilan
global puis regarder en détails les familles de composés aromatiques, les phénols et les HAP.
Avant de rentrer dans les détails de la quantification des goudrons, on peut déjà regarder la
dans son ensemble en fonction des conditions et des combustibles. La
illustre la teneur en goudrons dits « gravimétriques » dans le syngaz en fonction de
(ER) pour chaque test.
: Teneurs en goudrons gravimétriques dans le syngaz en fonction du ER
De prime abord, on constate une diminution de la teneur en goudrons avec une augmentation
de l’ER, ce qui est aussi observé de manière général en gazéification de bois
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Nous présentons maintenant les résultats concernant les polluants retrouvés et analysés suite
pilote. Nous commencerons par nous intéresser aux goudrons,
puis nous examinerons les polluants soufrés, ensuite les polluants azotés, et les teneurs en
métaux dans les solides résiduels. Nous finirons par une analyse des billes retrouvées dans les
MS des goudrons présents
ns d’abord présenter un bilan
global puis regarder en détails les familles de composés aromatiques, les phénols et les HAP.
Avant de rentrer dans les détails de la quantification des goudrons, on peut déjà regarder la
dans son ensemble en fonction des conditions et des combustibles. La
» dans le syngaz en fonction de
: Teneurs en goudrons gravimétriques dans le syngaz en fonction du ER
De prime abord, on constate une diminution de la teneur en goudrons avec une augmentation
tion de bois [54]. Cependant,
en écartant le Mélange A 2, la tendance n’est
concentrations proches pour le Mélange A 1 et le Mélange C 1, alors que leur ER sont bien
différents (0,23 contre 0,28, respectivement).
La diminution de la teneur en goudrons par l’augmentation de l’ER semble être
mélange A et le CSR Bois pris indépendamment, cependant pas pour le Bois. De plus, on
montre dans la suite que les teneurs en goudrons identifiés sont similaires entre les 2 tests pour
un combustible donné. Ce qui implique que la variation
due à la variation des concentrations de chaque composés quantifié, mais
l’augmentation du nombre de composés présents.
L’analyse des composés organiques par GC
composés. Ces composés sont regroupés en 12 familles de molécules. En considérant la teneur
en goudrons dits « gravimétriques
peut représenter la concentration de chaque famille en t
qui est représenté sur la Figure
Figure 64 : Bilan de l'identification et la quantification des goudrons par rapport à la masse totale de
Premièrement, on peut noter une quantification détaillée relativement importante pour le Bois,
expliquant 64 à 101% de la masse de goudrons récoltée. Le CSR Bois montre des
quantifications atteignant 41 à 76% de la masse de goudrons. Les mélang
de quantification plus faibles, compris entre 20 et 31%. La représentation en valeur absolue
montre une plus grande quantité de goudrons quantifiés avec les CSR (
l’importance en masse de la fraction non
chapitre (page 178) que cette fraction non
ayant dans leur structure un cycle benzénique.
en écartant le Mélange A 2, la tendance n’est plus aussi claire. Aussi, on constate des
concentrations proches pour le Mélange A 1 et le Mélange C 1, alors que leur ER sont bien
différents (0,23 contre 0,28, respectivement).
La diminution de la teneur en goudrons par l’augmentation de l’ER semble être
mélange A et le CSR Bois pris indépendamment, cependant pas pour le Bois. De plus, on
montre dans la suite que les teneurs en goudrons identifiés sont similaires entre les 2 tests pour
un combustible donné. Ce qui implique que la variation de la teneur totale en goudrons n’est pas
due à la variation des concentrations de chaque composés quantifié, mais
l’augmentation du nombre de composés présents.
L’analyse des composés organiques par GC-MS permet l’identification et la quantific
composés. Ces composés sont regroupés en 12 familles de molécules. En considérant la teneur
gravimétriques » calculée par différence comme la totalité des goudrons, on
peut représenter la concentration de chaque famille en tant que proportion de cette teneur, ce
Figure 64.
: Bilan de l'identification et la quantification des goudrons par rapport à la masse totale de goudrons mesurée
Premièrement, on peut noter une quantification détaillée relativement importante pour le Bois,
expliquant 64 à 101% de la masse de goudrons récoltée. Le CSR Bois montre des
quantifications atteignant 41 à 76% de la masse de goudrons. Les mélang
de quantification plus faibles, compris entre 20 et 31%. La représentation en valeur absolue
montre une plus grande quantité de goudrons quantifiés avec les CSR (Figure
rtance en masse de la fraction non-identifiée. Nous présentons à la section
) que cette fraction non-identifiée semble contenir de nombreuses molécul
ayant dans leur structure un cycle benzénique.
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plus aussi claire. Aussi, on constate des
concentrations proches pour le Mélange A 1 et le Mélange C 1, alors que leur ER sont bien
La diminution de la teneur en goudrons par l’augmentation de l’ER semble être valide pour le
mélange A et le CSR Bois pris indépendamment, cependant pas pour le Bois. De plus, on
montre dans la suite que les teneurs en goudrons identifiés sont similaires entre les 2 tests pour
de la teneur totale en goudrons n’est pas
due à la variation des concentrations de chaque composés quantifié, mais a priori à
MS permet l’identification et la quantification de 81
composés. Ces composés sont regroupés en 12 familles de molécules. En considérant la teneur
» calculée par différence comme la totalité des goudrons, on
ant que proportion de cette teneur, ce
: Bilan de l'identification et la quantification des goudrons par rapport à la masse totale de
Premièrement, on peut noter une quantification détaillée relativement importante pour le Bois,
expliquant 64 à 101% de la masse de goudrons récoltée. Le CSR Bois montre des
quantifications atteignant 41 à 76% de la masse de goudrons. Les mélanges A et C ont des taux
de quantification plus faibles, compris entre 20 et 31%. La représentation en valeur absolue
Figure 65), mais aussi
identifiée. Nous présentons à la section 4.1.2.1 de ce
identifiée semble contenir de nombreuses molécules
Figure 65 : Teneurs des goudrons dans le syngaz exprimées par famille de composés
4.1.1.1. Les goudrons «
Les composés oxygénés comme les alcools, les aldéhydes et cétones, les
les guaiacols et anisoles sont considérés comme des goudrons «
goudrons se forment à des températures de l’ordre de 450
température dépasse les 800°C. Ils sont typiquement issus d’un procédé de pyrolyse. Les tests
ayant été fait en batch, dans les premie
stable comme présenté au chapitre 3 section
dégrader correctement ces goudrons, qui se
goudrons typiquement lors des phases de démarrage des gazogènes, lorsque le réacteur n’est
pas chaud, et que les réactions de craquage ne sont pas encore bien établies. La présence de
goudrons « primaires » et « tertiaires
préférentiels dans le réacteur
réacteur, et donc leurs dégradations. Nous rappelons que ce réacteur n’a pas été conçu à la
base pour de la gazéification à l’air de combustible non carbonisé, expliquant
performances dégradées.
Comme on peut le voir sur la
des goudrons quantifiés pour le Bois, avec une proportion de 30 à 56% de la masse des
goudrons. Pour les goudrons de CSR Bois, la proportion est un peu plus faible mais représente
tout de même de 17 à 19%m des goudrons. Le fonctionnement batch choisi dans cette étude
explique en partie les hautes teneurs en goudrons trouvées dans le syngaz
teneurs normalement observées (point décrit au chapitre 3 section
Effectivement, en fonctionnement continu la part de ces goudrons primaires devrai
beaucoup plus faible. Les goudrons primaires pour le Mélange A montrent une proportion de 5 à
11%m des goudrons.
: Teneurs des goudrons dans le syngaz exprimées par famille de composés
Les goudrons « primaires »
Les composés oxygénés comme les alcools, les aldéhydes et cétones, les
les guaiacols et anisoles sont considérés comme des goudrons «
goudrons se forment à des températures de l’ordre de 450-500°C et sont détruits lorsque la
température dépasse les 800°C. Ils sont typiquement issus d’un procédé de pyrolyse. Les tests
ayant été fait en batch, dans les premiers moments, le fonctionnement du réacteur n’est pas
stable comme présenté au chapitre 3 section 5.1.1 page 110. Cela conduit alors ne pas
dégrader correctement ces goudrons, qui se retrouvent alors dans le syngaz. On retrouve ces
goudrons typiquement lors des phases de démarrage des gazogènes, lorsque le réacteur n’est
pas chaud, et que les réactions de craquage ne sont pas encore bien établies. La présence de
tertiaires » est aussi symptomatique de la présence de passages
préférentiels dans le réacteur [54], réduisant alors le temps de séjour des goudrons dans le
réacteur, et donc leurs dégradations. Nous rappelons que ce réacteur n’a pas été conçu à la
base pour de la gazéification à l’air de combustible non carbonisé, expliquant
Comme on peut le voir sur la Figure 66, les goudrons primaires représentent une grande partie
des goudrons quantifiés pour le Bois, avec une proportion de 30 à 56% de la masse des
goudrons. Pour les goudrons de CSR Bois, la proportion est un peu plus faible mais représente
tout de même de 17 à 19%m des goudrons. Le fonctionnement batch choisi dans cette étude
explique en partie les hautes teneurs en goudrons trouvées dans le syngaz
teneurs normalement observées (point décrit au chapitre 3 section
Effectivement, en fonctionnement continu la part de ces goudrons primaires devrai
beaucoup plus faible. Les goudrons primaires pour le Mélange A montrent une proportion de 5 à
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: Teneurs des goudrons dans le syngaz exprimées par famille de composés
Les composés oxygénés comme les alcools, les aldéhydes et cétones, les acides, les furanes,
primaires » [54]. Ces
500°C et sont détruits lorsque la
température dépasse les 800°C. Ils sont typiquement issus d’un procédé de pyrolyse. Les tests
rs moments, le fonctionnement du réacteur n’est pas
. Cela conduit alors ne pas
retrouvent alors dans le syngaz. On retrouve ces
goudrons typiquement lors des phases de démarrage des gazogènes, lorsque le réacteur n’est
pas chaud, et que les réactions de craquage ne sont pas encore bien établies. La présence de
» est aussi symptomatique de la présence de passages
, réduisant alors le temps de séjour des goudrons dans le
réacteur, et donc leurs dégradations. Nous rappelons que ce réacteur n’a pas été conçu à la
base pour de la gazéification à l’air de combustible non carbonisé, expliquant alors ces
, les goudrons primaires représentent une grande partie
des goudrons quantifiés pour le Bois, avec une proportion de 30 à 56% de la masse des
goudrons. Pour les goudrons de CSR Bois, la proportion est un peu plus faible mais représente
tout de même de 17 à 19%m des goudrons. Le fonctionnement batch choisi dans cette étude
explique en partie les hautes teneurs en goudrons trouvées dans le syngaz par rapport aux
teneurs normalement observées (point décrit au chapitre 3 section 5.3.2 page 122).
Effectivement, en fonctionnement continu la part de ces goudrons primaires devrait être
beaucoup plus faible. Les goudrons primaires pour le Mélange A montrent une proportion de 5 à
177
Dans le cas du Mélange A test 2, la famille des Furanes représente 4% de la masse des
goudrons (Figure 64). Or le principal composé dans la famille des furanes est le 2,5
diméthylfurane qui représente à lui seul 88%m des Furanes. On peut aussi noter la présence de
benzofurane. Ces deux composés représentent 91%m des furanes du Mélange A test 2. Cela
réduit donc la proportion de goudrons réellement « primaires » et augmente la proportion de
goudrons « tertiaires ».
Pour le Mix C, la proportion de goudrons « primaires » atteint 17%m des goudrons, avec là
aussi une proportion importante de furanes (6%m), qui sont composés uniquement de
2,5-diméthylfurane et de benzofurane, aucun autre furane n’ayant été identifié.
4.1.1.2. Les goudrons « secondaires »
Les composés faisant parties de la famille des Phénols sont considérés comme des goudrons
« secondaires » qui commencent à se former à 500°C et qui existent sur une large gamme de
température, jusqu’à 950-1000°C [54]. Comme présenté sur la Figure 66, la part de ces
goudrons « secondaires » est importante dans le cas du Bois (11 à 16%m des goudrons). Elle
est légèrement plus faible pour le CSR Bois (5 à 8%m) et beaucoup plus faible dans le cas des
Mélanges A et C (entre 1 et 3%m). Une analyse plus détaillée des phénols est présentée dans
ce chapitre à la section 4.1.2.2 page 183.
4.1.1.3. Les goudrons « tertiaires »
Les composés de la famille « Aromatiques » ainsi que de la famille HAP sont typiquement des
goudrons dits « tertiaires » [54]. Ils commencent à se former à des températures supérieures à
650-700°C. Ils représentent la majeure partie des goudrons de gazéification.
La part des goudrons tertiaires varie entre 8 et 48%m selon le combustible (Figure 66).
Cependant, cela n’est pas représentatif de la totalité des goudrons. En effet, la part de goudrons
non-quantifiés est très importante pour les CSR (jusqu’à 80%m).
Nous présentons une analyse plus détaillée des goudrons de la famille des « Aromatiques »
dans ce chapitre à la section 4.1.2.1 page 178.
Figure 66 : Distribution des goudrons entre classe primaire, secondaire et tertiaire