Description expérimentale

Les expériences de pyrolyse sont menées en cycle fermé sur l'appareillage représenté sur la figure 2.1. Il est essentiellement composé d'un réacteur en quartz de 5.5 cm de diamètre pour une longueur de 80 cm. Le chauffage est assuré à l'aide d'un four tubulaire régulé de longueur utile de 40 cm. A la base du réacteur en sortie des gaz de pyrolyse, sont placés deux condenseurs plongés dans des vases DEWAR. L'appareillage est aussi muni de deux pompes assurant l'une la recirculation des gaz et, l'autre l'injection d'échantillons gazeux dans le chromatographe placé en parallèle sur le montage. Un thermocouple est fixé dans le réacteur à proximité de l'échantillon pour contrôler sa température réelle. Le montage comporte aussi un ballon placé sur le circuit pour éliminer la surpression due à la production des gaz dans le réacteur.

Le volume de gaz produit (accumulé dans le sac à gaz) par la pyrolyse est déterminé à partir du compteur volumétrique de l'installation, pendant que le dosage des gaz est fait par analyse chromatographique sur une colonne PORAPAK "5"(30-100 mesh) à la température ambiante avec un débit de gaz vecteur (Hélium) de 25 cm³/mn.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 37 Le condensat récupéré est pesé et la séparation du mélange eau – goudron est obtenue par distillation sous vide après dilution dans l'acétone. L'ensemble de toutes les opérations permet de déterminer les masses respectives des produits de pyrolyse (GAZ - GOUDRON - CHARBON - EAU) et les fractions molaires des principaux gaz (H₂, CO - CO₂ - CH₄). Les compositions centésimales des déchets de bois étudiées figurent dans le tableau ci-après.

Tableau 2.1 : Composition élémentaire des déchets de bois étudiés

Matières lignocellulosiques C H O Déchets de bois 50 6 44

Le dispositif expérimental est présenté sur la figure 2.1.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 38 Figure 2.1 : Dispositif expérimental, Fagbemi et al. [16].

Réalisé par ADAMON David Farid G. 39 2.2. Caractéristiques physico-chimiques des goudrons

D’abord, le mot « Goudrons » est un terme approximatif, qui regroupe des milliers de composés dont la composition varie énormément avec la température et les conditions expérimentales. Elle varie également fortement avec les méthodes de prise d’échantillons ainsi que l’instant de prélèvement dans le procédé.

Il est donc difficile d’établir une formule générale et des propriétés génériques des goudrons.

Boroson et al. [6] ont mesuré la masse molaire des goudrons en fonction de la température par chromatographie. Elle diminue fortement avec la température et donc avec la conversion des goudrons primaires.

Dans la littérature, les formules élémentaires employées varient fortement d’un auteur à l’autre. Ainsi Corella et al. [10] différencient quatre phases pour caractériser les goudrons lors de la gazéification en lit fluidisé circulant de bois de pin :

1- Tar1 correspond aux goudrons primaires ;

2- Tar2 aux goudrons de fin de pyrolyse (goudrons primaires ayant subi des réactions secondaires) ;

3- Tar3 aux goudrons intermédiaires entre pyrolyse et réduction ;

4- Tar4 aux goudrons générés par les réactions dans le lit de catalyseurs.

Le pouvoir calorifique est calculé comme celui de la biomasse à partir de la formule générale des goudrons. Par exemple, Mason et al. [32] proposent :

PCS = 340,95 X d’oxygène dans la molécule représentative du goudron.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 40 2.3. Modélisation analytique des réactions de pyrolyse des déchets de bois

La pyrolyse représente la deuxième étape après le séchage de la biomasse dans le processus de la gazéification. La composition des produits de pyrolyse étudiée dans ce document est basée sur les expériences effectuées par Fagbemi et al. [16] (annexe 3), lesquelles fournissent en fonction de la température et du temps de séjour, les quantités des produits de la pyrolyse par unité massique ou unité molaire de biomasse. Notons que ces résultats sont issus de la moyenne des résultats expérimentaux obtenus.

Il convient de noter qu’au niveau de la pyrolyse, la biomasse utilisée est sèche. Et connaissant la masse de la biomasse humide et la teneur en humidité, nous avons pu déterminer la masse de biomasse sèche :

Masse de biomasse sèche=Masse de biomasse humide ×(1−Th). (2.2) Th∶ Teneur en humidité de la biomasse.

Ainsi, à la fin de la pyrolyse, nous obtenons la composition molaire du gaz de pyrolyse, de même que la composition massique du charbon, celle du goudron produit et celle du mélange gazeux obtenu:

PCO : Fraction molaire de monoxyde de carbone ; PCO2 : Fraction molaire de dioxyde de carbone ; P_CH4 : Fraction molaire de méthane ;

PH2 : Fraction molaire de dihydrogène ; P_char : Fraction massique de charbon ;

Pgouresi : Fraction massique de goudron produit en fin de pyrolyse ; Pgaz : Fraction massique du mélange gazeux ;

P_H2O : Fraction massique de la vapeur d′eau.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 41 La suite du modèle nécessite des quantités de matières des différents produits de la pyrolyse ci-dessus énoncés. Ainsi, les nombres de moles de ces produits sont respectivement :

 La quantité de matière des différents gaz et celle du mélange gazeux sont calculées à travers la formule ci-dessous : 𝑃_𝑔𝑎𝑧 : fraction massique du mélange gazeux produit en pyrolyse ; P_i∶ fraction molaire du gaz i issu de la pyrolyse

Mi : masse molaire moléculaire du gaz i.

 La quantité de matière de charbon et celle de vapeur d’eau puis la masse de goudron résiduel sont calculées à travers les formules ci-dessous :

𝑛_{𝑐𝑕𝑎𝑟} = 𝐹𝑟𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑑𝑢 𝑐𝑕𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 × 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑠𝑒 𝑠𝑒𝑐𝑕𝑒

Notons que la masse du goudron résiduel correspond d’une part à la masse de goudron produit en pyrolyse à un temps de séjour (ts=0), c'est-à-dire sans craquage thermique de goudron, et correspond d’autre part à la quantité de goudron restant après craquage thermique, c'est-à-dire pour un temps de séjour non nul.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 42 2.4. Modélisation numérique du taux de goudrons issus de la pyrolyse des déchets de

bois par la méthode de NEWTON

L’estimation de la quantité de goudron issu de la pyrolyse est évaluée selon la méthode de NEWTON à partir des données expérimentales obtenues en fin de pyrolyse. En effet, la méthode de NEWTON, d’après André FORTIN [2], est une méthode d’interpolation polynomiale dont l’expression nous permettra de connaitre le comportement des goudrons de pyrolyse en fonction de la température.

Ainsi, un premier programme est nécessaire pour faire exécuter la méthode de NEWTON, lequel nous permet d’avoir en sortie les différences divisées, après avoir entré les températures (abscisses) et les proportions respectives de goudrons correspondant à chacune de ces températures (valeurs expérimentales).

Aussi, permet-il de connaitre la proportion de goudrons après avoir entré la température désirée puis enfin la courbe représentative de goudrons de pyrolyse en fonction de la température. Par ailleurs, il convient de noter que tous les programmes de ce document sont rédigés dans l’interface de MATLAB 7.0, qui est en effet un logiciel de recherche scientifique approprié pour le travail qui nous a été soumis. Alors, nous avons désormais une fonction qui permet d’estimer la fraction molaire de goudrons obtenue lors de la pyrolyse des déchets de bois connaissant la température de pyrolyse.

BIOMASSE : DECHETS DE BOIS

 Température : 400^oC≤ 𝑇 ≤ 500°C

𝑃 = 22.4 × 10⁻⁴× T²− 1.854 × T + 404.5 (𝟐. 𝟗)

 Température : 500^oC≤ 𝑇 ≤ 700°C

𝑃 = 1.86 × 10⁻⁷ × 𝑇⁴− 4.502 × 10⁻⁴× 𝑇³+ 4.06475 × 10⁻¹× T²− 162.3135

× T + 24225.5 (𝟐. 𝟏𝟎)

Réalisé par ADAMON David Farid G. 43

 Température : 700^oC≤ 𝑇 ≤ 900°C

𝑃 = 2.7 × 10⁻⁴× T² − 0.478 × T + 221.1 (𝟐. 𝟏𝟏) Les courbes représentatives des différentes fonctions (fractions molaires de goudrons en fonction de la température) exprimées ci-dessus pour les déchets de bois se trouvent en annexe 2.

Cette modélisation vient encore une fois montrer que la formation de goudrons est fonction de plusieurs paramètres, plus singulièrement de la température et du type de biomasse. A la lecture de ces courbes, on distingue trois grandes parties pour ce qui concerne les températures :

 [400 ; 500] (A)

 [500 ; 700] (B)

 [700 ; 900] (C)

Ces différents intervalles de température marquent l’apparition d’une forme de goudron.

Milne et al. [35] ont effectué la distribution de quatre classes de goudrons en fonction de la température de pyrolyse ou de la gazéification de la biomasse (bois) pour un temps de passage de 0.3s dans un réacteur de piston selon la figure 2.3.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 44 Figure 2-3 : Distribution des quatre classes de goudrons en fonction de la température de la pyrolyse ou de la gazéification de la biomasse pour un temps de séjour de 0.3s dans un réacteur piston, Milne et al. [35].

A la lecture de cette figure, on s’aperçoit bien que la production de goudron est maximale à T=500^oC et que les goudrons primaires et secondaires apparaissent déjà vers 500^oC et, semblent disparaitre respectivement à 800^oC et 1000^oC contrairement aux goudrons tertiaires qui apparaissent entre 650^oC et 750^oC. L’écart observé s’explique par la différence du temps de séjour qui est nul dans notre expérience. Par contre, on note un bon accord entre nos résultats et ceux effectués par Morf [37] lors de la formation des goudrons pendant la pyrolyse de bois (Tableau 1.3).

Nous constatons un accroissement sensible des goudrons avant 500^oC puis une baisse juste après: on observe un pic à 500^oC. La production maximale de goudrons s’effectue à cette température, c’est dire donc que 500^oC constitue pour nous une température limite.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 45 2.5. Etude comparative des résultats numériques et expérimentaux des fractions

massiques de goudrons obtenus en pyrolyse

Il s’agit dans cette partie de jauger la précision des résultats numériques obtenus pour une éventuelle validation de la méthode utilisée dans la détermination des fractions massiques de goudrons. L’essentiel de cette comparaison est consigné dans le tableau 2.2.

Tableau 2.2: Etude comparative des valeurs numériques et expérimentales des fractions massiques de goudrons de pyrolyse des déchets de bois.

Températures (⁰C) Valeurs numériques

Valeurs

expérimentales Ecart observé

500 3.750000000000000e+001 37.5 0

600 3.080000000000000e+001 30.8 0

700 1.880000000000000e+001 18.8 0

800 1.150000000000000e+001 11.5 0

900 9.600000000000001e+000 9.6 0

A la lecture de ces tableaux comparatifs, on s’aperçoit bien que, quel que soit le type de goudron et le type de la biomasse, les valeurs numériques obtenues sont en concordance avec les données expérimentales. Cela témoigne de la précision de la méthode utilisée, outre son importance dans la recherche des fractions massiques de goudrons de pyrolyse, quelle que soit la température de réaction.

2.6. Modélisation du craquage thermique des goudrons

A l’issue de l'étude bibliographique consacrée à la caractérisation des goudrons de pyrolyse et leur craquage thermique, on s’aperçoit que la production, la stabilité et la conversion thermique des goudrons sont complexes. Par conséquent, il est nécessaire de modéliser tous les phénomènes couplés pour prédire l'évolution de leur masse et de leur nature dans le réacteur.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 46 2.6.1. Modélisation de la cinétique du craquage thermique de goudron des déchets de

bois

2.6.1.1. Importance de la cinétique du craquage thermique du goudron La cinétique des réactions secondaires de pyrolyse vise essentiellement à : - produire un gaz propre destiné à l'alimentation des moteurs thermiques ; - augmenter le volume de gaz et donc du rendement énergétique de la pyrolyse.

On s’aperçoit au vu des courbes montrant l’évolution des fractions massiques de goudrons en fonction de la température (annexe 2) que les réactions secondaires de pyrolyse deviennent prépondérantes à partir d'une température située aux environs de 500°C. Ainsi, le modèle cinétique que nous proposons est valable à partir de cette température et se traduit par :

- une fonction traduisant la production de goudron en fonction de la température de pyrolyse;

- une équation de conversion du goudron produit par craquage en fonction de la température et du temps de séjour des gaz.

2.6.1.2. Modèle cinétique du craquage thermique

La modélisation de cette cinétique dépend de deux paramètres:

- la température ; - le temps de séjour.

L'augmentation du temps de séjour du gaz provoque davantage la conversion du goudron essentiellement en gaz. Toutefois, les proportions molaires des principaux gaz (CO, CO₂ CH₄, et H2) varient très peu avec le temps de séjour. La masse résiduelle du goudron en fonction de la température et du temps de séjour est calculée par une cinétique d'ordre 1. Rappelons que cette modélisation ne prend forme que si l’on connait le taux de goudron produit. A cet effet, soit :

Réalisé par ADAMON David Farid G. 47 Pgou : le taux de goudrons produits à une température donnée ;

Pgouresi : le taux résiduel de goudrons après craquage ; Ts : le temps de séjour ;

Cc : la constante cinétique ; T : la température de craquage ;

Pgazcrac : la quantité de gaz issu du craquage thermique ; Pgaz : la quantité de gaz issu du processus de gazéification.

- La quantité de goudron résiduel est :

Pgouresi = Pgou× 𝑒 ^{−𝑐𝑐×𝑡𝑠} (𝟐. 𝟏𝟐) - La constante cinétique cc est :

𝑐𝑐 = 𝑘₀× 𝑒 ^{−𝐸 𝑅×𝑇} (𝟐. 𝟏𝟑) Les constantes cinétiques k_o et E sont déterminées à partir des résultats expérimentaux effectués par Fagbemi et al. [16]. Selon ce dernier, ko est l'ordonnée à l'origine de la droite issue de l'équation d'Arrhenius et E est évaluée à partir de la pente de cette droite qui est égale à - E/R. On trouve les valeurs suivantes :

E =5,58.10³ cal. mole^-1 et ko= 4.34 s^-l

- La quantité de gaz issu du craquage thermique est :

Pgazcrac = (pgou-pgouresi) (2.14) - La quantité de gaz issu de la pyrolyse (conversion incluse) est :

Pgaz= (pga+pgazcrac) (2.15) L'équation (2.14) peut s'appliquer en général à toute biomasse si on connait l'équation de production du goudron en pyrolyse en fonction de la température.

La conversion du goudron s'accompagne d'une augmentation du volume de gaz, provoquant donc un accroissement sensible du pouvoir calorifique des gaz par unité de biomasse.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 48 2.6.2. Modélisation des fractions molaires des gaz de pyrolyse avec craquage thermique

de goudrons issus des déchets de bois

L’estimation des fractions molaires des gaz de pyrolyse issus du craquage thermique de goudron est donnée à partir d’une fonction de deux variables donnant la proportion molaire du gaz en fonction de la température T et du temps de séjour de la biomasse dans le réacteur.

Pour y parvenir, nous disposons dans la littérature des données expérimentales issues des recherches Fagbemi et al. [16], obtenues sur une gamme de température variant de 500⁰C à 900⁰C par pas de 100⁰C, des fractions molaires des gaz pour plusieurs temps de séjour (Tableaux en annexe 3).

La connaissance de quatre points constitués du temps de séjour comme abscisse et des fractions molaires comme ordonnée pour chaque température, nous a permis de déterminer une fonction du second degré. Cette fonction exprime la fraction molaire du gaz en fonction du temps de séjour, pour plusieurs températures :

- T = 500^oC

%𝑔𝑎𝑧 = 𝑓₀ 𝑡_𝑠 , 𝑎𝑣𝑒𝑐𝑓₀ 𝑡_𝑠 = 𝑎₀+ 𝑏₀× 𝑡_𝑠+ 𝑐₀ × 𝑡_𝑠² + 𝑑₀× 𝑡_𝑠³ (𝟐. 𝟏𝟔. 𝒂) 𝑎₀, 𝑏₀, 𝑐₀𝑒𝑡𝑑₀ étant des constantes non nulles.

De façon analogue, on a respectivement pour les autres températures : - T = 600^oC

%𝑔𝑎𝑧 = 𝑓₁ 𝑡_𝑠 , avec 𝑓₁ 𝑡_𝑠 = 𝑎₁+ 𝑏₁× 𝑡_𝑠+ 𝑐₁× 𝑡_𝑠²+ 𝑑₁× 𝑡_𝑠³ (𝟐. 𝟏𝟔. 𝒃) - T = 700^oC

%𝑔𝑎𝑧 = 𝑓₂ 𝑡_𝑠 , avec 𝑓₂ 𝑡_𝑠 = 𝑎₂+ 𝑏₂× 𝑡_𝑠+ 𝑐₂× 𝑡_𝑠²+ 𝑑₂× 𝑡_𝑠 ³ (𝟐. 𝟏𝟔. 𝒄) - T = 800^oC

%𝑔𝑎𝑧 = 𝑓₃ 𝑡_𝑠 , avec 𝑓₃ 𝑡_𝑠 = 𝑎₃+ 𝑏₃× 𝑡_𝑠+ 𝑐₃× 𝑡_𝑠²+ 𝑑₃× 𝑡𝑠 3 (𝟐. 𝟏𝟔. 𝒅)

Réalisé par ADAMON David Farid G. 49 - T = 900^oC

%𝑔𝑎𝑧 = 𝑓₄ 𝑡_𝑠 , avec 𝑓₄ 𝑡_𝑠 = 𝑎₄+ 𝑏₄ × 𝑡_𝑠+ 𝑐₄× 𝑡_𝑠²+ 𝑑₄× 𝑡_𝑠³ (𝟐. 𝟏𝟔. 𝒆) Ensuite, les constantes a sont exprimées comme une équation de degré 4 en fonction de la température T. Une telle équation est de la forme :

𝑎 = 𝐴₀ + 𝐴₁× 𝑇 + 𝐴₂× 𝑇²+ 𝐴₃× 𝑇³+ 𝐴₄× 𝑇⁴ (𝟐. 𝟏𝟕. 𝒂) De façon analogue, on a respectivement pour les constantes b, c et d:

𝑏 = 𝐵₀ + 𝐵₁× 𝑇 + 𝐵₂× 𝑇²+ 𝐵₃× 𝑇³+ 𝐵₄× 𝑇⁴ (𝟐. 𝟏𝟕. 𝒃) 𝐶 = 𝐶₀+ 𝐶₁× 𝑇 + 𝐶₂× 𝑇²+ 𝐶₃× 𝑇³+ 𝐶₄× 𝑇⁴ (𝟐. 𝟏𝟕. 𝒄) 𝑑 = 𝑑₀+ 𝐷 × 𝑇 + 𝐷₂× 𝑇²+ 𝐷₃× 𝑇³+ 𝐷₄× 𝑇⁴ (𝟐. 𝟏𝟕. 𝒅) Enfin, les constantes des équations (2.17.a), (2.17.b), (2.17.c) et (2.17.d) sont substituées dans l’équation générale ci-après :

%𝑔𝑎𝑧 = 𝑎 + 𝑏 × 𝑡_𝑠+ 𝑐 × 𝑡_𝑠²+ 𝑑 × 𝑡_𝑠³ (𝟐. 𝟏𝟖) En générale, l’expression permettant d’estimer la fraction molaire du gaz est donnée par :

%𝑔𝑎𝑧 = (𝐴₀+ 𝐴₁ × 𝑇 + 𝐴₂ × 𝑇²+ 𝐴₃× 𝑇³+ 𝐴₄× 𝑇⁴) + (𝐵₀+ 𝐵₁× 𝑇 + 𝐵₂× 𝑇² + 𝐵₃

× 𝑇³+ 𝐵₄× 𝑇⁴) × 𝑡_𝑠+ (𝐶₀+ 𝐶₁× 𝑇 + 𝐶₂× 𝑇²+ 𝐶₃× 𝑇³+ 𝐶₄× 𝑇⁴) × 𝑡_𝑠² + (𝑑₀+ 𝑑₁× 𝑇 + 𝑑₂× 𝑇²+ 𝑑₃× 𝑇³+ 𝑑₄× 𝑇⁴) × 𝑡_𝑠 ³ (𝟐. 𝟏𝟗)

%gaz : fraction molaire du gaz ; T : température en degré Celsius ;

t_s : temps de séjour de la biomasse dans le réacteur.

En procédant de la même manière, nous avons pu trouver une fonction pouvant désormais nous permettre d’estimer la fraction molaire des différents gaz de pyrolyse issus du craquage thermique des goudrons partant des déchets de bois, connaissant la température de pyrolyse et le temps de séjour pour une température variant entre 500⁰C et 900⁰C.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 50 Les constantes de la fonction nous permettant d’évaluer la fraction molaire de monoxyde de carbone CO produit après craquage thermique du jus pyroligneux des déchets de bois sont consignées dans le tableau 2.3.

Tableau 2.3 : Constantes de la fonction de monoxyde de carbone Constantes Valeurs

Réalisé par ADAMON David Farid G. 51 Les constantes de la fonction nous permettant d’évaluer la fraction molaire de dihydrogène H₂ produit après craquage thermique du jus pyroligneux des déchets de bois sont consignées dans le tableau 2.4.

Tableau 2.4 : Constantes de la fonction de dihydrogène

Constantes Valeurs

Réalisé par ADAMON David Farid G. 52 Les constantes de la fonction nous permettant d’évaluer la fraction molaire de méthane CH₄ produit après craquage thermique du jus pyroligneux des déchets de bois sont consignées dans le tableau 2.5.

Tableau 2.5 : Constantes de la fonction de méthane

Constantes Valeurs

Réalisé par ADAMON David Farid G. 53 Les constantes de la fonction nous permettant d’évaluer la fraction molaire de dioxyde de carbone CO2 produit après craquage thermique du jus pyroligneux des déchets de bois sont consignées dans le tableau 2.6.

Tableau 2.6 : Constantes de la fonction de dioxyde de carbone

2.7.Etude comparative des résultats numériques et expérimentaux des fractions molaires des gaz de pyrolyse obtenus avec craquage thermique des goudrons de pyrolyse

Des simulations sur les déchets de bois à des températures respectives de 500⁰C, 700⁰C et 900⁰C pour des temps de séjour respectifs de 0,4s, 1.1s et 2s. Ces différentes simulations ont été effectuées afin de constater l’écart entre les valeurs numériques et celles expérimentales obtenues, concernant les gaz combustibles. A cet effet, les tableaux ci-après ont été élaborés :

Constantes Valeurs

Réalisé par ADAMON David Farid G. 54 Tableau 2.7: Etude comparative des valeurs numériques et expérimentales des fractions molaires des gaz de pyrolyse des déchets de bois avec craquage thermique des goudrons pour T=500⁰C et t_s=0,4s

H2 7.599999999997408e+000 7.6 7.6

CH4 1.280000000000030e+001 12.8 12.8

CO2 3.659999999999673e+001 36.6 36.6

Tableau 2.8: Etude comparative des valeurs numériques et expérimentales des fractions molaires des gaz de pyrolyse des déchets de bois avec craquage thermique des goudrons pour T=700⁰C et ts=1.1s

CO 4.499999983836005e+001 45 45

H₂ 1.669999199999415e+001 16.7 16.7

CH₄ 1.639999999200097e+001 16.4 16.4

CO₂ 1.610000002399374e+001 16.1 16.1

Réalisé par ADAMON David Farid G. 55 Tableau 2.9: Etude comparative des valeurs numériques et expérimentales des fractions molaires des gaz de pyrolyse des déchets de bois avec craquage thermique des goudrons pour T=900⁰C et ts=2s

CO 5.499998609718659e+001 55 55

H₂ 3.199999999634179e+001 32 32

CH₄ 9.499999999994429e+000 9.5 9.5

CO₂ 3.499999999979082e+000 3.5 3.5

A la lecture des tableaux ci-dessus, on s’aperçoit bien que, quelque soit le modèle de pyrolyse, les valeurs numériques obtenues sont en concordance avec les données expérimentales. Cela témoigne de la précision de la méthode utilisée, outre son importance dans la recherche des fractions molaires des gaz combustibles de pyrolyse, quelle que soit la température de pyrolyse considérée.

En somme, il s’agissait dans ce chapitre de disposer d’un outil numérique pour l’estimation d’une part du taux de production du goudron de pyrolyse et d’autre part des fractions molaires des gaz combustibles en fonction de la température et du temps de séjour et, d’évaluer les écarts entre les valeurs expérimentales et numériques.

A partir du modèle séquentiel et partant de la modélisation des résultats quantitatifs des produits de pyrolyse et, celle de la cinétique de craquage du goudron, une simulation numérique du processus de gazéification s’impose pour prévoir la composition molaire des gaz.

Réalisé par ADAMON David Farid G. 56 CHAPITRE 3 : IMPLANTATION DU MODELE DANS UN PROGRAMME

DE PREVISION DE LA COMPOSITION MOLAIRE DES GAZ DE GAZEIFICATION ET EVALUATION DU PROGRAMME

L’amélioration qualitative et quantitative des gaz de gazéification nécessite d’une part la conversion des goudrons, et d’autre part du modèle de gazéification. Dans ce chapitre, le modèle de prévision de la composition molaire des gaz de gazéification utilisé est le modèle séquentiel qui tient compte des différentes étapes du processus de gazéification. Ainsi, nous allons nous servir de la modélisation de la cinétique de craquage des goudrons développée plus haut pour obtenir une méthode de prévision de la composition du gaz, basée sur les résultats expérimentaux des étapes d'un processus de gazéification.

3.1. Modélisation analytique des réactions de pyrolyse : Application à la prévision molaire des gaz selon le modèle séquentiel : cas des déchets de bois.

La prévision molaire des gaz de gazéification selon le modèle séquentiel nous amène, à chaque étape du processus de gazéification, à faire le bilan sur l’évolution des produits de pyrolyse. A cet effet, lors de nos recherches antérieures, nous avons effectué à la sortie des gaz de gazéification le bilan ci-après :

 Réaction de combustion

𝑛_𝐶𝑂¹ ₂ = 𝑛_𝐶𝑂2+ 𝑞 𝑒𝑡 𝑛_{𝐶𝑕𝑎𝑟}¹ = 𝑛_{𝐶𝑕𝑎𝑟} − 𝑞 (𝟑. 𝟏) Avec :

𝑛_𝐶𝑂2: 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑜𝑥𝑦𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑒 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑢 𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑦𝑟𝑜𝑙𝑦𝑠𝑒 𝑛_{𝐶𝑕𝑎𝑟} ∶ 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑕𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑢 𝑒𝑛 𝑓𝑖𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑝𝑦𝑟𝑜𝑙𝑦𝑠𝑒

𝑛_{𝐶𝑕𝑎𝑟}¹ ∶ 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑐𝑕𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑢 à 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛

𝑛_𝐶𝑂2 ¹ : 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑜𝑥𝑦𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛𝑒 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑢 à 𝑙𝑎 𝑓𝑖𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑞: 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑡é 𝑑^′𝑜𝑥𝑦𝑔è𝑛𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑡𝑖𝑐𝑖𝑝𝑎𝑛𝑡 à 𝑙𝑎 𝑟é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑏𝑢𝑠𝑡𝑖𝑜𝑛

Réalisé par ADAMON David Farid G. 57

 Réactions de réduction

 Pour la réaction de BOUDOUARD

𝑅₁ =1.64 × 10² × 𝑒𝑥𝑝 ^−27.2×10_1.987×𝑇³ × 𝑃_𝐶𝑂2

Réalisé par ADAMON David Farid G. 58 En effet c’est la réaction de gaz à l’eau qui met fin au processus de gazéification. Toutefois, la

Réalisé par ADAMON David Farid G. 58 En effet c’est la réaction de gaz à l’eau qui met fin au processus de gazéification. Toutefois, la

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