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Etude de la carbonisation-pyrolyse du bois d'eucalyptus par méthode thermogravimétrique

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par Jean-aimé NGOLLO MATEKE
Institut International d'Ingénierie de l'Eau et de l'Environnement - Master Génie électrique Option : Energétique et énergies renouvelables 2009
  

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ABSTRACT

In the present work, the optimal thermal regime for pyrolysis of Eucalyptus wood, a species frequently used in the traditional manufacture of charcoal, is determined by thermogravimetry. Thermograms of eucalyptus are compared with those of hemicellulose (Xylan), cellulose and lignin. Data Thermogravimetric of different substances are processed in order to obtain yields in coal and fixed carbon of different substances following each system of heating rate. The different curves of yield of test substances show the various stages of pyrolysis. The DTG curves of the various constituents of wood appear each at a maximum decomposition stage for a low system heating rate, without phase change and two steps for a system with phase change. While that of the Eucalyptus gives three steps for the system without phase change of which two are very visible and one less. The calculation results show that yields are better when pyrolysis is made with phase change and the eucalyptus best temperature phase change is 360 ° C, when the low heating rate is at 2°C/min and 100°C/min for a high heating rate.

Key Words: Pyrolysis, Yield, Eucalyptus, ATG.

INTRODUCTION GENERALE

1. Contexte

Le charbon de bois représente depuis de nombreuses années le premier combustible solide, il est utilisé à travers le monde dans la cuisson des aliments, le raffinage des métaux et la médecine [1]. En Afrique La consommation des combustibles ligneux (bois, charbon de bois, déchets végétaux etc.) représente jusqu'à 80% à 90% de la consommation totale d'énergie des ménages de la plupart des pays (World Energy Outlook 2002) [2]. Le charbon de bois est préféré à cause du transport plus facile et le peu de fumée qu'il provoque.

Toutefois, les risques liés à sa production et les problèmes environnementaux qu'il soulève (pression sur les ressources forestières et émissions de CO2 notamment) compromettent son intérêt par rapport aux autres sources d'énergie. A ce titre, les technologies du charbon propre constituent un enjeu majeur. De ce fait le charbon de bois produit par carbonisation (pyrolyse lente) de biomasse continue de susciter un intérêt croissant. Dans les pays du Sud, le charbon de bois est un combustible très apprécié pour des applications domestiques en zone urbaine et parfois de première nécessité. Et dans les pays du Nord, en plus de son rôle de combustible pour barbecue, il est actuellement vu comme une alternative aux réducteurs traditionnels (coke..) dans l'industrie sidérurgique et ce, pour diminuer les émissions de ces industries en CO2.

2. Problématique

La satisfaction des besoins en charbon produit par des procédés traditionnels de bas rendements, notamment les meules forestières, ne peut malheureusement plus s'inscrire comme une politique durable.

Dans ce contexte, plusieurs laboratoires étudient les voies d'optimisation des rendements et de la qualité du charbon. Les procédés de carbonisation sous pression atmosphérique dépassant rarement les 30% de rendement, nous avons cependant les résultats d'études récentes menées par le 2IE, le Centre de Recherche Forestière de Rabat et le Cirad qui ont montré la possibilité d'atteindre des rendements en charbon d'environ 40% sous pression atmosphérique. Ces rendements ont été obtenus par un régime thermique en deux phases : phase lente basse température suivie d'une autre rapide haute température. La qualité chimique des charbons obtenus est très intéressante.

mettre en évidence la nature des différentes réactions mises en oeuvre dans ce procédé, notamment en termes de demande en énergie.

3. Objectifs de l'étude

L'objectif général de l'étude est de vérifier après une série de manipulations faites sur le bois (Eucalyptus) et ses constituants avec différentes vitesses de chauffe en modifiant les températures de changement de phase, qu'on obtient de meilleurs rendements en faisant une pyrolyse en deux phases (vitesse lente - vitesse rapide) et de déterminer pour chaque élément, la température de changement de phase pour laquelle nous avons une bonne adéquation rendement en charbon et teneur en carbone fixe.

Comme objectifs spécifiques, il s'agit de:

- Faire une recherche bibliographique sur la carbonisation-pyrolyse du bois ;

- Des analyses thermogravimétriques de la pyrolyse du bois sous argon ;

- Des analyses thermogravimétriques de la pyrolyse des constituants du bois (hémicelluloses (xylan), cellulose et lignine) sous argon.

Méthodologie

Les travaux du présent mémoire de fin d'étude se sont déroulés selon la chronologie ci-après :

La recherche bibliographique: Cette partie décrit nous édifie non seulement sur le procédé de pyrolyse et nous renseigne sur les différents travaux qui sont jusqu'à présent fait sur l'étude de l'optimisation des rendements en pyrolyse lente.

Choix des paramètres et analyses de nos échantillons: Dans cette partie, il est d'abord question de faire un choix sur nos paramètres à savoir les vitesses de chauffe, les températures de changement de phase, le débit du gaz inerte, la température finale et ensuite faire une analyse immédiate et une analyse des composantes du bois d'eucalyptus.

Manipulations: Il s'agit de faire des essais de pyrolyse de nos échantillons de biomasse dans notre analyseur thermogravimétrique et ensuite faire des calculs.

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