PRECONDitionnement de la biomasse par pyrolyse flash pour une

PRECONDitionnement de la biomasse par pyrolyse flash
pour une application biocarburants ou biocombustibles
Participants : CIRAD, CNRS-LSGC, GRADIENT-UTC, IFP, CEA, TOTAL, EDF, ATANOR, ASTON Univ.
Contact : François Broust / CIRAD UPR Biomasse-Energie / email : [email protected] / tel 04 67 61 58 43
Intérêt de la PF : densification énergétique et liquéfaction de la biomasse Æ large éventail de valorisations possibles
PYROLYSE
FLASH
PYROLYSE
FLASH
Biomasse
lignocellulosique
Gazéification
+ Fischer-Tropsch
Transport
Formulation
Formulation
BIOCARBURANT
2nde G
Co-raffinage
Combustion en
chaudière
CHALEUR/ELEC
Applicatifs examinés dans le projet
Bio-huile
Objectif : Evaluer la viabilité technique, économique et environnementale d’une telle filière de préconditionnement
V1 : Adéquation des produits de pyrolyse avec les applicatifs combustion, raffinage, gazéification
1- Rédaction d’un cahier des charges par les utilisateurs industriels : spécifications des bio-huiles vs usage
Æ
Teneur en inorganiques, particules, eau, instabilité thermique !!
2- Evaluation des procédés de pyrolyse existants : Lit fluidisé bouillonnant (LF) est le procédé le + mature
V2 : Construction et exploitation
d’un réacteur de laboratoire (LF)
Æ Capacité: 1-1,5 kg/h biomasse
Æ Bilans de matière > 95%
Æ Meilleure maîtrise des
conditions opératoires de
pyrolyse et de condensation
2- Caractérisation rhéologique des huiles – Etude de leur stabilité
Æ Fluide non newtonien : comportement pseudoplastique
Mesure de la viscosité!
Æ Instabilité au stockage (> 3-6mois) + Instabilité thermique (chauffage >150°C)
Æ Des additifs (ex éthanol) permettent une déviscosification et une stabilisation
Résultats dans les conditions optimales (500°C, temps de séjour 1-2 s)
Hêtre
Résineux
Résineux
Paille
sans écorces avec écorces
74-76
67 -68
55-62
12-14
15-16
23-27
9-11
11-12
14-17
Homogène
Homogène 2 phases
29-35
27,5
20 / 48
0,17
0,17
0.5-0,75
0,05
0,02-0,03
0,16
3- Atomisation de bio-huiles et transport de slurries (bio-huiles + char)
Æ Les huiles brutes sont aptes au pompage, au transport en conduite, à l’atomisation.
Æ Des formulations permettent d’améliorer la stabilité des slurries (sédimentation).
V3 : Modélisation, optimisation et extrapolation du réacteur
1- Essais sur banc expérimental dédié Æ mesures de cinétiques de pyrolyse
Four à image:
Condenseur
T~-15°C
Lampe Xenon
Contrôle du
flux incident
bons rendements et bonne qualité
qualité médiocre, rendements + faibles
Performances du pilote conformes aux attentes
100%
Sac d’échantillonnage
pour gaz
Cartouche
adsorbante pour
liquides
Sortie
90%
Gaz‐Exp
Vap‐Exp
Char‐Exp
80%
Gaz‐Mod
Vap‐Mod
Char‐Mod
70%
Vanne
Rendement
2- Essais à partir de différentes biomasses
Huiles de pyrolyse
73-77
Rendements
Charbon
10-12
(% m/m)
Gaz
11-13
Homogène
Aspect des huiles
29-36
Teneur en eau
Propriétés
des huiles Teneur en insolubles
0,10
(% m/m)
0,06-0,07
Teneur en cendres
1- Développement et/ou maîtrise de méthodes analytiques
Æ Essais circulaires entre 3 laboratoires sur des huiles références
Æ Certaines méthodes restent à parfaire : teneur en cendres, en inorganiques, en O …
1- Qualification du pilote
Biomasse
V4 : Caractérisation et formulation des bio-huiles
réacteur
60%
50%
40%
30%
20%
Rendements liquides (% m/m)
80
70
30
Liquides
Char
Gaz 25
60
20
50
15
40
10
30
5
20
450
0
500
550
Température du lit (°C)
600
Rendements gaz et char (% m/m)
3- Etude paramétrique (sur bois)
Rendements vs t°
Æ Optimum en
accord avec littérature
Æ Confrontation au
modèle
Miroir
elliptique
Contrôle du
temps de flash
Gaz vecteur:
Azote
10%
Echantillon
0%
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
Densité de Flux (x106 W/m²)
0,80
0,90
1,00
2- Ecriture d’un modèle de décomposition du grain
Æ résultats en bon accord avec les mesures sur banc dédié
Æ cinétiques des conditions représentatives dans le LF
3- Intégration du modèle de grain dans un modèle complet du réacteur LF
Æ Bonne prédiction des rendements obtenus sur le pilote
Æ Modèle peut être utilisé en appui de calculs de changement d’échelle.
V5 : Evaluation technico-économique d’une filière de préconditionnement par pyrolyse flash
Méthodologie commune : Pilotage par l’aval Æ Spécifications sur l’unité de pyrolyse
1- Evaluation fine du procédé de pyrolyse
Æ estimation du coût de production des huiles ou slurries et de leur contenu GES pour
des cas référence (procédés Bioliq® et Dynamotive) : coûts encore élevés à ce jour!
2- Evaluation des 3 filières de valorisation : combustion, gazéfication, co-raffinage
Æ évaluation – détaillée intégrant les coûts de production précédents (hypothèses fortes)
Combustion et gazéification : coûts encore élevés p/r schémas de valorisation directe de la biomasse
Co-raffinage : pourrait être rentable si la filière est techniquement démontrée
20,00
15,00
Investissement
Entretien
M Œuvre
Autres énergies
Transport
BM 35
Vente Char
Origine Coûts Bio Combustible (€/GJ)
10,00
5,00
0,00
-5,00
BM 35
Bio-Huile
Slurry
Bio Huile sans apport
d'én. fossile
Bilan - Perspectives
1- Meilleure expertise technique de la filière (caractérisation et spécifications des produits - procédé de PF - modélisation)
2- Propositions d’améliorations du procédé (ex: condensation) à tester sur pilote avant validation à l’échelle de démonstration.