Etude expérimentale de la gazéification à l’eau supercritique. Application à la dégradation du glycérol

Abstract

La production de gaz énergétique à partir de biomasse humide est une alternative attrayante pour la production d’une énergie renouvelable et la valorisation énergétique d’un déchet. Cette thèse s’intéresse à l’utilisation de l’eau supercritique pour la dégradation d’un polluant organique et sa transformation en énergie, elle étudie le procédé de gazéification en eau supercritique (T>374°C et P>22.1MPa) d’une biomasse humide «glycérol » pour l’obtention d’un gaz valorisable (H2, CO, CO2, CH4 et les hydrocarbures légers CxHy). Les propriétés de l’eau et le mécanisme réactionnel du procédé dépendent des paramètres opératoires (température, temps de séjour, pression, concentration en catalyseur et en glycérol). D’après la littérature, plusieurs paramètres opératoires du procédé ont prouvé leur influence sur le procédé séparément. L’objectif de cette thèse est de prendre en considération tous ces paramètres dans une même étude pour une meilleure compréhension du procédé en utilisant différents types de plans d’expériences avec plus de dix réponses pour chaque plan. En effet, en premier lieu, l’étude paramétrique par plan factoriel du procédé dans un réacteur batch avait montré que la température, le temps de séjour et la présence de catalyseur avaient un effet significatif positif sur les rendements en H2, CO2, CH4 et les hydrocarbures légers CxHy. En revanche, pour l’efficacité de la gazéification et le pouvoir calorifique inférieur, l’effet de la concentration initiale en glycérol était négatif sur ces mêmes réponses. D’autre part, la pression n’avait pas eu un effet important. L’optimisation par plan central composite a permis d’obtenir des modèles du second degré et de déterminer les conditions optimales pour un maximum de réponse souhaitée. L’optimisation étant multiobjective, les modèles développés permettent de générer des conditions optimales pour chaque objectif visant une quelconque quantité ou qualité de gaz produit. Le modèle Mathcad développé pour la cinétique de gazéification du glycérol dans un réacteur tubulaire montrait que pour ce type de réacteur, un meilleur rendement en gaz est obtenu à faible temps de séjour. Pour améliorer la quantité et la qualité du gaz produit, la gazéification supercritique a été réalisé en présence d’un mélange de trois catalyseurs (KOH, Ca(OH)2, Fe2O3) en utilisant un plan de mélange centré augmenté. Des modèles quadratiques du second degré en fonction des trois catalyseurs ont été obtenus. La sélectivité des catalyseurs diffère d’un gaz à un autre, leurs mélanges ont montré un effet important sur les réponses étudiées. Les résultats du plan permettent de générer une formulation optimale de catalyseurs en fonction de l’objectif de l’optimisation. Les résultats de l’étude ont été validés et sont très encourageant pour une application industrielle de la gazéification en eau supercritique afin de valoriser différents types de biomasse humide.