Modeling of biomass gasification : investigation of a packed-bed solar reactor for the steam gasification

Ce travail porte sur la modélisation de gazéification de la biomasse dans un réacteur solaire à lit fixe. Nous avons développé et validé différents modules pour la résolution des problèmes physiques associés à de tels gazéifieurs (volumes finis, équilibre thermodynamique, facteur de forme, radiosité, évolution du maillage, etc.). Le réacteur est ensuite modélisé et confronté à des mesures expérimentales pour sa validation. Ces résultats nous laissent supposer que, pour les conditions opératoires rencontrées dans ce réacteur, l’évolution de la vitesse de chauffage et du taux de centre sont des facteurs d’influence importants de la cinétique pour le bois de hêtre. Une étude du réacteur en supposant que la réaction atteint l’équilibre thermodynamique est ensuite conduite et montre que cette approche doit être employée avec précaution pour le domaine de température étudié. Une étude paramétrique concernant la mise en place d’un échangeur air-air entre le gaz de sortie et le gaz d’entrée est proposée. Elle nous montre que l’ajout d’un gaz inerte peut être intéressant d’un point de vue énergétique dans de telles conditions. Enfin, un absorbeur solaire adapté au gazéifieur est ensuite modélisé et validé afin de pouvoir évaluer la sensibilité du système complet.This work focuses on the modeling of biomass gasification in a solar fixed bed reactor. We developed and validated different modules to compute physical problems associated with such gasifier (finite volume, thermodynamic equilibrium, view factor, radiosity, evolution of the mesh, etc.). The reactor is then modeled, and results are compared to experimental measurements for its validation. These results suggest that for the operating conditions encountered in this reactor, the evolution of the heating rate and the ash concentration may influence the kinetics of the beech wood gasification. A study of the reactor by assuming thermodynamic equilibrium is conducted and shows that this approach should be used with caution for the studied temperature range. Parametric study of an air-air exchanger between the output and input gas is proposed. It shows that the addition of an inert gas can be interesting from an energy point of view in such conditions. Finally, a solar absorber suited to the reactor is modeled and validated in order to assess the sensitivity of the complete system