I.3/- Etat actuel de la Technologie de gazéification
dans le monde
Les gazogènes les plus usuels aujourd'hui dans le monde
sont des gazogènes dit à lit fixe. Ce nom commun donné aux
gazogènes se rapporte à la manière dont le combustible
circule et la manière dont il est supporté d'une part, et
simultanément le mode de circulation du flux gazeux. Ainsi on distingue
des gazogènes à tirage inversé ou descendant, à
tirage direct ou ascendant, ou encore à contre-courant, à tirage
transversal ou horizontal, à lit fluidisé. L'utilisation de ces
noms aide dans la lecture ou la littérature sur les gazogènes,
mais dérange (ou gêne) en même temps aujourd'hui dans la
compréhension des opérations des nouveaux gazogènes. C'est
donc des noms qu'il faudrait utiliser avec beaucoup de réservation. Dans
le processus de gazéification, la chaleur nécessaire au
procédé peut provenir de la combustion directe du gaz de pyrolyse
(tirage descendant et co-courant) ou de la combustion du charbon de bois
séparément (tirage ascendant) ou encore de la combinaison des
deux combustions (lit fluidisé).
Chaque gazogène et dispositif de combustion utilise une
forme de recyclage de la chaleur pour générer les 5 à 15 %
de la chaleur nécessaire pour la pyrolyse comme le montre le tableau
n°4 ci-dessous. Dans la conception des gazogènes, le principal
problème est celui de s'arranger à fournir cette quantité
de chaleur au combustible entrant, et est déterminant dans la grande
variété des gazogènes.
Tableau n°4 : Répartition des
différents types de gazogènes en fonction de la source
de
chaleur nécessaire pour le procédé.
|
Type de gazogène
|
source de chaleur pour le
procédé
|
|
tirage ascendant
|
combustion du charbon
|
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tirage descendant
|
combustion partielle des volatiles
|
|
lit fluidisé
|
combustion partielle des volatiles et du charbon
|
|
lit mobile
|
combustion partielle des volatiles et du charbon
|
> Quelques paramètres important de l'aspect
scientifique de la gazéification :
Nous allons essayer d'énumérer sans rentrer dans
les détails quelques paramètres importants pour une étude
minutieusement détaillée du fonctionnement d'un gazogène
:
1' Rapport air combustible, le pouvoir comburivore et/ou
le taux d'équivalence.
Le rapport air combustible est la masse d'air
nécessaire pour la combustion complète d'une unité de
masse de combustible tandis que le pouvoir comburivore est cette
quantité en terme de volume
D'après la relation suivante, (TAGUTCHOU J. P.,
2000), il ressort qu'on a besoin de 6,26 kg d'air pour brûler
1kg de bois sec.
2,66C 7,94H 0,998S - O
+ +
2 2
(A/F) = (kg air/kg comb) (2).
TGS 0,232
Le taux d'équivalence quant à lui est le rapport
entre la quantité d'air effectivement utilisée dans le
procédé et la quantité d'air stoïchiométrique
requise pour la combustion complète.
Les calculs thermodynamiques montrent que pour être
converti en gaz, cette quantité d'1kg de bois sec a besoin de 1,56 kg
d'air.
Dans tous les cas, l'apport en air est une donnée
importante dont dépend la température de la réaction.
L'apport en air doit donc être bien contrôler pour avoir une
certaine gamme de température pour les différentes
réactions comme le montrent les courbes de la figure n°5 cidessous
(REED T. B., 1981).
Température de réaction en fonction du
taux
d'équivalence
2200
2000
1800
1600
1400
Temperature
1200
1000
800
600
400
200
0
O2 Air
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
Taux d'équivalence
Figure n° 5: Dépendance de la température de
réaction avec l'apport en air
v' Aspects thermodynamiques des
réactions
Ici plusieurs calculs doivent être faits et les mesures
prises sur les taux d'humidité, la pression, les températures et
la composition des gaz et des imbrûlés à la sortie du
gazogène.
v' Aspect cinétique des
réactions
Ici on doit avoir :
* La vitesse superficielle des gaz (VSG) qui est le rapport
entre le débit de gaz produit (m3/s) et la section interne du
réacteurs (m2). Le terme superficiel réfère au
fait que le VSG n'est pas encore une vitesse en soit, mais a juste la dimension
d'une vitesse. La VSG est basée sur des mesures faites sur le gaz dans
les CNTP4 et non à la Température du réacteur.
La VSG est un paramètre de performance qui a longtemps permis de faire
la différence sur les gammes de gazogènes longtemps
commercialisés. De ce nombre peuvent en dériver un bon nombre de
caractéristiques de gazogènes ;
*Puissance thermique P(th) = VSG x PCI
(3).
où PCI est le pouvoir calorifique du gaz produit
* Puissance électrique P(e) = VSG x E(P)
x PC (4).
où E désigne le rendement de production
électrique.
* Vitesse de combustible VC = ? x e(g) x VSG x
( )
PC g (5).
( )
PC c
4 Conditions Normales de Température et de Pression
e(g) = rendement gazéification
PC(g) et PC(c) = PC du gaz et du combustible
? = densité du combustible
* la production superficielle de gaz qui mesure
le taux de production du gaz par
unité de volume de gazogène. On a aussi : PSG =
VSG/hxA (6).
avec (h = hauteur du réacteur, A = section du
réacteur ) hA= volume réacteur PSG (m3
gaz/s)/(m3 réacteur).
1' Energie contenue dans le gaz
En fonction de leur composition et de leur pouvoir calorifique
(énergie contenue dans le gaz), on distingue les gaz pauvres (4<PCI
< 7 MJ/m3), les gaz à moyen PC (9 <
PCI<15MJ/m3 et les gaz riches PCI>20MJ/m3.
> Problèmes de gazogènes
De la conception à la mise en fonctionnement des
gazogènes beaucoup de problèmes existent :
- contrainte de charge de la matière première ;
- production des goudrons ;
- production des imbrûlés et cendres ;
- problèmes d'utilisation de biomasse à taux de
matière minérale élevé (balles de riz, coques
d'arachides, ...).
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