Biomass gasification : production of a syngas for biological methanation

Dans un contexte de transition énergétique, le couplage d’un procédé de pyrogazéification et d’un procédé de biométhanation est une option intéressante pour la production de méthane renouvelable à petite ou moyenne échelle. La pyrogazéification permet de transformer la biomasse lignocellulosique en syngaz composé principalement de H2, CO, CO2 et CH4. Le syngaz est ensuite converti en biométhane via le procédé de méthanation biologique. Ces travaux de recherche portent essentiellement sur la pyrogazéification de la biomasse. L’objectif est de produire un syngaz dépourvu d’azote destiné à la méthanation biologique. Pour cela, un procédé de pyrogazéification à l’échelle pilote a été développé au centre RAPSODEE d’IMT Mines Albi. Il est constitué d’un four tournant et d’un réacteur tubulaire, tous deux chauffés indirectement et connectés en série. La nouvelle approche adoptée consiste à réaliser la pyrolyse de la biomasse dans le four tournant à 800°C, et à transférer les matières volatiles dans le réacteur tubulaire pour subir des réactions de craquage et de reformage non catalysées. L’éfficacité de la conversion des matières volatiles en syngaz a été évaluée à différentes températures de craquage et reformage dans le réacteur tubulaire, pour différents temps de séjour des gaz et avec l’ajout de vapeur d’eau. Les déchets verts et le bois ont été retenus pour les différents essais. Ainsi, il a été possible de produire un syngaz sans azote contenant plus de 50 % vol. de H2 et plus de 35% vol. de CO, et une concentration en goudrons inférieure à 0,2 g/Nm3. Toutefois, la formation de suies a été identifiée comme le principal obstacle dans le procédé. À cet égard, des études expérimentales ont été menées dans le but d’améliorer la compréhension de la formation des suies et d’identifier des pistes pour leur réduction. Elles ont également permis de valider un modèle 1D basé sur la chimie détaillée. Pour corroborer le tout, la chaîne de procédés pyrogazéification-biométhanation a été modélisée afin de proposer une intégration énergétique et de quantifier la performance globale de la conversion de biomasse en méthane.In an energy transition context, the combination of pyrogasification and biomethanation processes is an interesting option for biomethane production at small or medium scale. Pyrogasification allows the transformation of lignocellulosic biomass into syngas composed mainly of H2, CO, CO2 and CH4. This syngas is then converted into biomethane via the biological methanation process. This research work is focused on biomass pyrogasification and the production of nitrogen-free syngas suitable for biological methanation. For this purpose, a pyrogasification process on a pilot scale was developed at RAPSODEE center of IMT Mines Albi. It consists of a rotary kiln and a tubular reactor, both indirectly heated and connected in series. The newly adopted approach performs the biomass pyrolysis in the rotary kiln at 800°C and transfers the volatile matters to the tubular reactor to undergo non catalytic cracking and reforming reactions. The volatile matters conversion efficiency was evaluated at different cracking and reforming temperatures and for different gas residence times. The effect of steam addition was also evaluated. Green waste and wood were the selected feedstocks. A nitrogen-free syngas containing more than 50 vol.% of H2 and more than 35 vol.% of CO, and a tar concentration lower than 0.2 g/Nm3 was produced. However, soot formation was identified as the main obstacle in the process. Experimental studies have been carried out to improve the understanding of soot formation and to identify strategies for its reduction. It also allowed the validation of a 1D model based on detailed chemistry. To corroborate this, the combination of pyrogasification and biomethanation processes was modelled in order to propose the energy integration and to quantify overall efficiency of biomass to methane conversio