Après l’étape de démarrage, le réacteur est remplit de bois jusqu’à la hauteur de 80 cm, comme dans le mode ’en batch’. On laisse la ZO se propager jusqu’à atteindre T6 à une distance d’environ 35 cm de la grille. On extrait le char en bas et on continu
à alimenter en bois par le haut de manière à conserver la position de la ZO.
En mode de fonctionnement continu, la hauteur totale du lit évolue en raison de l’alimentation en bois, du décendrage et des réactions. Par ailleurs, la position de la zone d’oxydation n’est à priori pas fixe en raison du décendrage et de la propagation du front de combustion vers le bois entrant. Ainsi pour maîtriser la hauteur du lit et la position de la ZO, nous avons mis en place des techniques de détection et de contrôle de ces deux données.
3.3.1 Contrôle de la hauteur du lit
La hauteur du lit fixe en mode continu diminue en raison de l’extraction de char et donc du déplacement global du lit vers le bas. Le tassement du lit à cause de la conversion du bois en char cause aussi une diminution permanente de la hauteur totale.
Dans l’ancienne configuration, pour permettre l’observation du niveau du lit, l’air introduit dans le réacteur était préchauffé à environ 150oC. Ainsi une différence de
température était mesurée selon que le thermocouple de contrôle (placé à la hauteur moyenne du lit) était recouvert de bois (70oC) ou ne l’était pas (100oC). Le problème
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est que selon plusieurs études [113,117], l’air préchauffé peut influencer le processus et plus précisément la vitesse de propagation du front de réaction.
Afin d’éviter cette perturbation, un détecteur laser dirigé vers la surface du lit a été installé au-dessus du réacteur. La valeur mesurée à chaque instant par le laser est envoyée au système d’alimentation en bois afin de permettre un réglage automatique du niveau du lit. Nous avons fixé une hauteur maximale et une autre minimale pour le lit. Lorsque la valeur mesurée est inférieure à la consigne minimale fixée pour le lit, l’alimentation est relancée et lorsque cette valeur est supérieure à la consigne maximale fixée, l’alimentation est arrêtée.
La figure 3.9 présente l’évolution de la hauteur du lit au cours d’un essai en continu. On remarque que lorsque la hauteur du lit est inférieure à 65 cm, l’alimen- tation est relancée jusqu’à une valeur maximale de 72 cm. Ici, la hauteur du lit est donc fixée entre 65 et 72 cm, c’est-à-dire que la surface du lit est située entre T3 et
T2. 60 62 64 66 68 70 72 74 345 365 385 405 425 445 hauteur du lit (c m ) Temps (min) arrêt alimentation consigne maximale consigne minimale extractions
Figure 3.9 : Évolution de la hauteur du lit au cours d’un essai CFiB en continu.
3.3.2 Contrôle de la position de la ZO
Au cours de nos essais en continu, nous avons fixé la position de la ZO à environ 35 cm de la grille (soit en T6). Après la phase de démarrage et le remplissage en bois
du réacteur, la ZO se propage vers la surface du lit. Lorsque la température en T6
augmente brusquement, on considère que la ZO est au niveau de ce thermocouple, la position désirée de la ZO. À cet instant une extraction manuelle de char est effectuée en donnant 8 tours de manivelle pour les essais avec des plaquettes forestières et 3 tours pour les essais avec des granulés : la ZO descend de quelque cm dans le réacteur en raison du mouvement du lit fixe et une chute brutale de température est observée en T6. La ZO va remonter lentement. Lorsque la température en T6
dépasse celle en T7, une nouvelle extraction de char est effectuée. La figure 3.10
présente les courbes de température de T7et T6lors d’un essai en continu. On observe
que T6 augmente périodiquement lorsque la ZO se rapproche de ce thermocouple.
Puis à chaque extraction, T6 chute brutalement en raison du déplacement de la ZO
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vers le bas ; T7 augmente légèrement à cause du rapprochement de la ZO de ce
thermocouple. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 410 430 450 470 490 510 Tem pé ratur e (° C) Temps (min) T5 T6 T7 T8 T9
Figure 3.10 :Evolution des températures T6 et T7 lors d’un essai de pyrolyse oxydante de plaquettes de bois (débit d’air : 34 Nl/min)
3.3.3 Bilan matière
CFiB
Bois humide Air
Figure 3.11 :Schéma des entrants et des sortants pendant un essai CFiB en continu.
Pendant un essai en continu, les flux entrants sont ceux du bois et de l’air ; les flux sortants sont ceux du char, des gaz permanents, des gaz condensables (goudrons) et
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de l’eau (figure 3.11). Les flux entrants et sortants ont été quantifiés pour effectuer un bilan massique.
• Flux entrants
– Air
À l’aide d’un débitmètre, le débit volumique d’air à l’entrée du réacteur Qa
en Nl/min est fixé. Le débit massique ˙maen g/min est déduit de la formule
suivante :
˙ma = Qaρa (3.2)
Avec ρa la masse volumique de l’air dans les conditions normales (ρa =
1.289 g/Nl). L’air est supposé sec et constitué de 78.1% d’azote et 21.9% d’oxygène en masse.
– Bois
Le convoyeur à bande est alimenté systématiquement en étalant 2.44 kg de bois sur 80 cm de longueur. Connaissant la masse de bois introduite dans le réacteur pendant la durée d’un essai en continu, le débit de bois moyenné ( ˙mb) peut être déterminé.
• Flux sortants
– Char
À chaque extraction, la masse de char est pesée. Le débit de char est déter- miné en divisant la masse totale extraite par la durée de l’essai.
– Gaz permanents
Pour déterminer les débits des gaz permanents et des condensables, la ligne d’échantillonnage décrite dans le paragraphe 2.2 est connectée à la sortie du réacteur pendant l’essai en continu. Les débits des gaz permanents dans le réacteur sont calculés à l’aide de la micro-GC. Le débit total des gaz perma- nents est calculé à partir de l’équation de conservation de l’azote (inerte) :
˙mN2,e = ˙mN2,s (3.3)
˙mN2,e et ˙mN2,s sont, respectivement, les débits massiques d’azote à l’entrée
et la sortie du réacteur.
En connaissant la fraction massique de l’azote dans l’air à l’entrée, YN2,e, et
la fraction massique de l’azote dans les gaz échantillonnés à la sortie, YN2,s,
on peut écrire : ˙ma.YN2,e = ˙mgp.YN2,s (3.4) ˙mgp = ˙ma YN2,e YN2,s (3.5) Les concentrations des autres composés dans les gaz échantillonnés sont calculées selon la formule suivante :
Yi,s =
Xi,sMi
P
i(Xi,sMi)
(3.6)
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Le débit de chacun des composés i constituant les gaz permanents peut être calculé comme suit :
˙mi = Yi,s ˙mgp (3.7)
i= N2, O2, H2, CO, CO2, CH4, C2H4 et C2H6.
– Condensables
En estimant que le solvant (l’isopropanol) introduit dans les bulleurs de la ligne d’échantillonnage ne s’évapore pas, nous pouvons évaluer par pesée sur la durée de prélèvement le débit moyen des condensables échantillonnés (goudrons et eau) ˙mc,sam. Considérant que le ratio entre le débit des conden-
sables et le débit des gaz permanents en sortie de réacteur, ˙mc, se conserve
pendant l’échantillonnage, ˙mc,sam, nous pouvons écrire :
˙mc = ˙mgp
˙mc,sam
˙mgp,sam
(3.8) Les condensables contiennent les goudrons, l’eau de pyrolyse oxydante et l’eau issue de l’humidité du bois (%H) à l’entrée du réacteur. La teneur en eau est mesurée par la méthode Karl-Fisher sur un échantillon des conden- sables, YH2O,c. On considère que l’eau contenue dans le bois, sous forme
d’humidité, se retrouve en sortie en totalité dans les condensables : ˙mH2O,hum = ˙mb,hum
%H
100 (3.9)
˙mH2O,hum et ˙mb,hum sont, respectivement, le débit d’eau issus de l’humidité
et le débit de bois humide à l’entrée du réacteur.
Les débits d’eau de pyrolyse oxydante ( ˙mH2O,po) et de goudrons ( ˙mt) peuvent
être déduits, selon :
˙mH2O,po = ˙mcYH2O,c− ˙mH2O,hum (3.10)
et,
˙mt = ˙mc− ˙mH2O,po− ˙mH2O,hum (3.11)