Valorisation de biomasse en vecteur énergétique par voie thermochimique solaire - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2017

Biomass valorization into energy vector through solar thermochemical conversion

Valorisation de biomasse en vecteur énergétique par voie thermochimique solaire

Quentin Bellouard
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1024637

Résumé

Gasification is an endothermic thermochemical process allowing the valorization of biomass into syngas. This thesis work proposes to replace the conventional autothermal process by an allothermic solar process to improve feedstock valorization, enhance syngas quality and store the solar energy. An exhaustive bibliographic review of existing reactors allowed for the identification of technological locks. Involved thermodynamic equilibrium were studied and the possibility of using metal oxides as oxidizing agent was investigated. Experimental campaigns with a fast induction heating batch reactor and a tubular solar reactor were performed for the identification of key factors for solar gasification and the proposal of an innovative solar reactor. A 1.5 kW spouted bed reactor was designed, built and tested under concentrated solar power at the CNRS-PROMES laboratory. A parametric study was realized to identify the reactor optimal operating conditions (oxidant type and flow rate, temperature, direct/indirect heating). The reactor demonstrated the possibility for continuous gasification of 120 g/h of biomass with a 30% solar-to-chemical energy conversion efficiency at 1300°C. The energy potential of the biomass was improved by 21%. A 3D thermal model of the reactor was developed to study direct and indirect heating configurations and suggest avenues of improvements.
La gazéification est un procédé thermochimique endothermique permettant la valorisation de biomasse sous forme de gaz de synthèse. Ce travail de thèse propose de substituer au procédé autotherme conventionnel un procédé allotherme solaire pour augmenter la valorisation matiére, améliorer la qualité du gaz de synthése et stocker durablement l'énergie solaire. Une étude bibliographique exhaustive des réacteurs existants a permis d'identifier les verrous technologiques à lever. Les équilibres thermodynamiques mis en jeu ont été étudiés et la possibilité d'utiliser des oxydes métalliques comme agent oxydant a été explorée. Des campagnes expérimentales sur un réacteur batch à chauffage rapide par induction et un réacteur solaire tubulaire ont permis d'identifier les facteurs clés de la gazéification par voie solaire et de concevoir un banc expérimental pour le test du nouveau réacteur. Un réacteur à jet de 1,5 kW fut conçu, fabriqué et validé expérimentalement sous flux solaire concentré au laboratoire CNRS-PROMES. Une étude paramétrique fut réalisée pour identifier les conditions optimales de fonctionnement du réacteur (type et débits d'oxydant, température, mode de chauffage direct/indirect). Le réacteur a démontré la possibilité de gazéifier en continu 120 g/h de biomasse avec un rendement thermochimique de 30% à 1300°C. Une amélioration du potentiel énergétique de la biomasse de 21% a été atteinte. Un modèle thermique 3D du réacteur a été développé afin d'étudier les modes de chauffage direct et indirect et de proposer des pistes d'amélioration.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

tel-01657430 , version 1 (06-12-2017)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01657430 , version 1

Citer

Quentin Bellouard. Valorisation de biomasse en vecteur énergétique par voie thermochimique solaire . Génie des procédés. Université de Perpignan Via Domita, 2017. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01657430⟩

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