Pyrolyse et gazéification d'un combustible solide de récupération (CSR) et de ses matériaux modèles

Certains déchets solides qui ne peuvent être ni réutilisés ni recyclés sont de plus en plus utilisés dans la production de Combustibles Solides de Récupération (CSR). Ils peuvent être valorisés par des procédés thermochimiques comme la gazéification, produisant ainsi un gaz de synthèse utilisable en cogénération (chaleur et électricité) ou pour la synthèse de carburants liquides ou gazeux. Les CSR constituent une matière première d'intérêt, qui a cependant été largement moins étudiée que la biomasse en gazéification. L'objectif de la thèse est d'étudier la pyrolyse et la gazéification de CSR, en lien avec leurs caractéristiques physiques et chimiques, dans des conditions opératoires contrôlées. Pour cela, un nouveau dispositif expérimental à l'échelle du laboratoire a été développé. Une caractérisation expérimentale et des calculs CFD ont fourni une description complète des profils de température pour l'échantillon et le gaz à l'intérieur du réacteur. Plusieurs matériaux modèles (bois, carton, polyéthylène téréphtalate, polyéthylène et polypropylène), souvent présents dans les CSR, ont été étudiés séparément, en atmosphère inerte et en présence d'air en tant qu'agent oxydant. Le rendement et la distribution des produits de réaction (résidu carboné, espèces gazeuses, goudrons) ont été déterminés. La pyrolyse des mélanges bois/plastique a montré une conversion accrue du carbone en produits gazeux en comparaison à ce qui aurait été attendu sans interaction. En se basant sur les résultats expérimentaux de pyrolyse pour les matériaux modèles, une corrélation a été développée dans le but de prévoir les rendements de pyrolyse à partir des fractions massiques en C, H et O des ressources.Solid waste materials that cannot be reused or recycled are increasingly used to produce Solid Recovered Fuels (SRF). They can be transformed by thermochemical processes such as gasification, thus producing a synthesis gas that can be used in cogeneration (heat and electricity) or for the synthesis of liquid or gaseous fuels. SRF constitute a raw material of interest, that has been largely less studied than biomass in gasification. The objective of the thesis is to investigate the pyrolysis and gasification of SRF, in relation with their physical and chemical characteristics, under controlled operating conditions. For this purpose, a new laboratory-scale experimental device was developed. An experimental characterization and CFD calculations provided a complete description of the temperature profiles for the sample and the gas inside the reactor. Several model materials (wood, cardboard, polyethylene terephthalate, polyethylene and polypropylene), often found in SRF, were studied separately, in an inert atmosphere and in the presence of air as an oxidizing agent. The yield and distribution of reaction products (char, gas species, tar) were determined. Pyrolysis of wood/plastic mixtures showed an increased conversion of carbon to gaseous products in comparison with what would be expected with no interaction. Based on the experimental pyrolysis results for the individual model materials, a correlation was developed to predict the product yields as a function of the feedstock C, H and O contents

Pyrolyse et gazéification d'un combustible solide de récupération (CSR) et de ses matériaux modèles

Solid waste materials that cannot be reused or recycled are increasingly used to produce Solid Recovered Fuels (SRF). They can be transformed by thermochemical processes such as gasification, thus producing a synthesis gas that can be used in cogeneration (heat and electricity) or for the synthesis of liquid or gaseous fuels. SRF constitute a raw material of interest, that has been largely less studied than biomass in gasification. The objective of the thesis is to investigate the pyrolysis and gasification of SRF, in relation with their physical and chemical characteristics, under controlled operating conditions. For this purpose, a new laboratory-scale experimental device was developed. An experimental characterization and CFD calculations provided a complete description of the temperature profiles for the sample and the gas inside the reactor. Several model materials (wood, cardboard, polyethylene terephthalate, polyethylene and polypropylene), often found in SRF, were studied separately, in an inert atmosphere and in the presence of air as an oxidizing agent. The yield and distribution of reaction products (char, gas species, tar) were determined. Pyrolysis of wood/plastic mixtures showed an increased conversion of carbon to gaseous products in comparison with what would be expected with no interaction. Based on the experimental pyrolysis results for the individual model materials, a correlation was developed to predict the product yields as a function of the feedstock C, H and O contents.Certains déchets solides qui ne peuvent être ni réutilisés ni recyclés sont de plus en plus utilisés dans la production de Combustibles Solides de Récupération (CSR). Ils peuvent être valorisés par des procédés thermochimiques comme la gazéification, produisant ainsi un gaz de synthèse utilisable en cogénération (chaleur et électricité) ou pour la synthèse de carburants liquides ou gazeux. Les CSR constituent une matière première d'intérêt, qui a cependant été largement moins étudiée que la biomasse en gazéification. L'objectif de la thèse est d'étudier la pyrolyse et la gazéification de CSR, en lien avec leurs caractéristiques physiques et chimiques, dans des conditions opératoires contrôlées. Pour cela, un nouveau dispositif expérimental à l'échelle du laboratoire a été développé. Une caractérisation expérimentale et des calculs CFD ont fourni une description complète des profils de température pour l'échantillon et le gaz à l'intérieur du réacteur. Plusieurs matériaux modèles (bois, carton, polyéthylène téréphtalate, polyéthylène et polypropylène), souvent présents dans les CSR, ont été étudiés séparément, en atmosphère inerte et en présence d'air en tant qu'agent oxydant. Le rendement et la distribution des produits de réaction (résidu carboné, espèces gazeuses, goudrons) ont été déterminés. La pyrolyse des mélanges bois/plastique a montré une conversion accrue du carbone en produits gazeux en comparaison à ce qui aurait été attendu sans interaction. En se basant sur les résultats expérimentaux de pyrolyse pour les matériaux modèles, une corrélation a été développée dans le but de prévoir les rendements de pyrolyse à partir des fractions massiques en C, H et O des ressources

Design and thermal characterization of an induction-heated reactor for pyrolysis of solid waste

International audienceA small-scale induction heated reactor (IHR) was specifically developed to study fast pyrolysis, here investigated as the first step of gasification process, representing some of the reaction conditions encountered in a fluidized bed reactor. First, the thermal response of the system was characterized at transient and steady state, and CFD calculations were performed to have a complete description of the temperature profiles inside the reactor. The novel device can handle a few grams of solid at temperatures up to 900 °C, allowing high heating rates (near 80 °C/s) and a uniform distribution of temperature in the sample. Secondly, the pyrolysis of a solid recovered fuel (SRF) sample was carried out at 800 °C, and the distribution and composition of reaction products were analyzed and compared with tests performed in a pilot scale fluidized bed reactor (FBR). The results obtained in the IHR showed a good reproducibility. The same main gas and tar species were measured in the IHR and FBR, with however some differences in gas and tar composition that were attributed to the extent of secondary reactions, enhanced by higher heat transfer rates and the presence of bed material in the FBR

Pyrolysis of solid waste and its components in a lab scale induction-heating reactor

International audienceThe present study investigates the thermochemical conversion of Solid Recovered Fuel (SRF), represented by selected “model materials”. A laboratory-scale induction heated device was specifically developed to achieve fast pyrolysis conditions close to those encountered in a fluidized bed reactor. The novel device can handle up to 5 grams of solid, allowing fast heating rates (near 70°C/s) and a homogeneous distribution of temperature all along the reactor. Pyrolysis tests of a SRF sample and four model materials (Polyethylene, Polyethylene Terephthalate, beech wood, cardboard) were performed at 800°C. The yield and composition of the produced gas for each sample were determined. Experimental results will help to elucidate the relation between the initial components of waste derived fuels and the obtained reaction products

Pyrolysis and gasification of solid waste and its components in a lab scale induction-heating reactor

International audienceThe present study investigates the thermochemical conversion of solid recovered fuel, represented by selected “model materials”. A laboratory-scale induction heated device was specifically developed to achieve gasification conditions close to those encountered in a fluidized bed reactor. The novel device can handle up to 5 grams of solid, allowing fast heating rates (near 70°C/s) and a homogeneous distribution of temperature all along the reactor. Pyrolysis tests of a SRF sample and four model materials (Polyethylene (PE), Polyethylene Terephthalate (PET), beech wood, cardboard) were performed at 800°C. The yield and composition of the produced gas for each sample were determinated. Experimental results will help to elucidate the relation between the initial components of waste derived fuels and the obtained reaction products

Co-pyrolysis of biomass and plastics from waste in an induction heated reactor

International audienc