Pyrolyse flash à haute température de la biomasse ligno-cellulosique et de ses composés : production de gaz de synthèse

Pyrolysis is the first stage of any thermal treatment of biomass and governs the formation of synthesis gas for the production of electricity, hydrogen or liquid fuels. The objective of this work is to establish a link between the composition of a biomass and its pyrolysis gas. We study experimental flash pyrolysis and fix the conditions in which quantities of gas are maximal, while aiming at a regime without heat and mass transfer limitations (particles about 100 μm): temperature of 950°C and residence time of about 2 s. Then we try to predict gas yields of any biomass according to its composition, applicable in this situation where thermodynamic equilibrium is not reached. We show that an additivity law does not allow correlating gas yields of a biomass with fractions of cellulose, hemicellulose and lignin contained in this biomass. Several explanations are suggested and examined: difference of pyrolytic behaviour of the same compound according to the biomass from which it is extracted, interactions between compounds and influence of mineral matter. With the aim of industrial application, we study pyrolysis of millimetric and centimetric size particles, and make a numerical simulation of the reactions of pyrolysis gases reforming. This simulation shows that the choice of biomass affects the quantities of synthesis gas obtained.La pyrolyse est la première étape de tout traitement thermique de la biomasse et conditionne la formation de gaz de synthèse pour la production d'électricité, d'hydrogène ou de carburants liquides. L'objectif de ces travaux est d'établir une relation entre la composition d'une biomasse et ses rendements en gaz de pyrolyse. Nous étudions la pyrolyse flash de façon expérimentale et fixons les conditions opératoires qui maximisent les quantités de gaz tout en visant un régime intrinsèque (particules d'environ 100 μm) : température de 950°C et temps de séjour d'environ 2 s. Puis nous tentons de développer un outil de prévision des rendements en gaz d'une biomasse quelconque en fonction de sa composition, applicable dans cette situation où l'équilibre thermodynamique n'est pas atteint. Nous montrons qu'une loi d'addition ne permet pas de corréler les rendements en gaz d'une biomasse avec les fractions massiques de cellulose, d'hémicellulose et de lignine contenues dans cette biomasse. Plusieurs explications sont proposées et investiguées une à une : différence de comportement pyrolytique d'un même composé selon la biomasse de laquelle il est extrait, interactions entre composés et influence de la matière minérale. En vue d'une application industrielle, nous étudions la pyrolyse de particules de tailles millimétrique et centimétrique, et réalisons une simulation numérique des réactions de reformage des gaz de pyrolyse. Cette simulation montre que le choix de la biomasse affecte largement les quantités de gaz de synthèse obtenues