Méthodologie

La quantité et la qualité de la biohuile dépendent du type de biomasse et des conditions opératoires de pyrolyse. Cependant, les mêmes familles chimiques sont systématiquement présentes, ainsi que certains composés. Un mélange représentatif doit être développé afin de pouvoir prédire son comportement. L’idée générale est d’effectuer un travail théorique tout en développant une méthodologie que l’on pourra extrapoler à des compositions de biohuiles réelles.

Après avoir effectué une étude bibliographique sur les huiles de pyrolyse (composition des biohuiles, molécules cibles et procédés de séparation), l’objectif est de proposer, à l’aide d’un simulateur de procédés, un modèle de bioraffinerie. Concernant le développement des unités de séparation, une méthode de sélection de solvants a été développée et des expériences en laboratoire ont été effectuées. Les aspects de choix d’un modèle thermodynamique seront privilégiés (diagrammes de phases, grandeurs d’excès de mélange, gamma infini…). Leur détermination se fondera sur les données de la littérature si elles sont disponibles ou sur des expériences au sein du laboratoire dans le cas contraire. La méthode utilisée est résumée par la Figure I-17.

Dans un premier temps, le choix d’un mélange représentatif des huiles de pyrolyse devra être déterminé afin de pouvoir modéliser son comportement dans des procédés de séparations. Dans le deuxième chapitre, un état de l’art sur le procédé de pyrolyse et sur les biohuiles sera présenté et des explications sur le choix du mélange représentatif seront fournies. Dans le troisième chapitre un état de l’art sur les procédés de séparations appliquées aux huiles de pyrolyse sera présenté. Les schémas de séparation des biohuiles envisagés seront présentés et expliqués. Enfin, la méthode de screening de solvant développée, qui constitue une partie majeure de la thèse, sera présentée. Dans le quatrième chapitre, le travail expérimental réalisé sur les équilibres de phases entre les composés de la biohuile et les solvants sélectionnés sera présenté. Ce chapitre présentera les dispositifs expérimentaux de mesure d’équilibres de phases (équilibres liquide-vapeur et liquide-liquide) ainsi que les résultats obtenus. Dans le cinquième chapitre, la modélisation thermodynamique des systèmes biohuile+solvant sera explicité. Les modèles utilisés seront présentés et ainsi que leurs intérêts et leurs limites. Enfin, dans le sixième chapitre, les résultats des simulations des procédés sous Aspen PlusTM seront exposés et analysés. Une conclusion sur le travail effectuée sera finalement apportée ainsi que des perspectives concernant l’amélioration et la poursuite de celui-ci.

Chapitre I : Le bioraffinage

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Chapitre II : L

ES HUILES DE

PYROLYSE

Résumé

Ce chapitre a pour objectif d’étudier le mélange complexe qu’est l’huile de pyrolyse, et de proposer un mélange représentatif de celle-ci. Cette simplification permettra d’étudier les équilibres de phases au sein de la biohuile, qui sont essentiels à la conception de procédés de séparation. Dans un premier temps un état de l’art du procédé de pyrolyse a été réalisé. La pyrolyse de la biomasse est un procédé de craquage thermique en absence d’oxygène, qui produit du char, des huiles et des gaz incondensables. L’étude phénoménologique de la pyrolyse montre que les 3 principaux constituants de la biomasse lignocellulosique (cellulose, hémicellulose et lignine) se dégradent à des températures différentes en des composés différents dans la biohuile. Des exemples de procédés de pyrolyse sont également présentés. Dans une deuxième partie, une attention particulière est apportée aux huiles de pyrolyse. Les principales propriétés physicochimiques de celles-ci sont présentées, ainsi qu’une analyse de leurs compositions chimiques. Les principales voies potentielles de valorisation des huiles de pyrolyse sont également présentées. Si la complexité des huiles de pyrolyse constitue un frein quant à sa valorisation en tant que carburant, elle peut constituer un atout pour sa valorisation dans l’industrie chimique. Enfin, la méthodologie utilisée pour le choix du mélange représentatif est expliquée et le mélange est présenté. Un regroupement des composés par famille chimique a été choisi. Les molécules cibles du procédé d’extraction seront l’acétol et l’acide acétique. Le furfural, le phénol et le gaïacol seront des cibles secondaires du procédé d’extraction.