Etude d'un procédé de gazéification de biomasse en ambiance ...

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III –Matériels et méthodes ________________________________________________________________________________________________________________ énergétique augmente avec le rendement matière c’est-à-dire lorsque le taux d’humidité correspond à la quasi-stœchiométrie : 2 moles de H2O pour 1 mole de biomasse. delta H massique (MJ/kg de biomasse humide) 1.E+07 1.E+07 1.E+07 1.E+07 1.E+07 9.E+06 8.E+06 7.E+06 6.E+06 5.E+06 4.E+06 3.E+06 2.E+06 1.E+06 0.E+00 30% 20% 7% 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 température (K) Figure III-32 : Consommation énergétique (MJ.kg -1 de biomasse) en fonction du taux d’humidité. T (K) 30 % 20 % 7 % 1300 6,24 6,50 5,60 1350 6,36 6,63 5,73 1400 6,48 6,75 5,86 1450 6,60 6,88 5,98 1500 6,72 7,00 6,10 1550 6,85 7,12 6,21 1600 6,97 7,23 6,33 1650 7,09 7,35 6,45 1700 7,21 7,47 6,57 1750 7,34 7,59 6,69 1800 7,46 7,72 6,81 1850 7,59 7,84 6,93 1900 7,72 7,96 7,05 Tableau III-14 : Consommation énergétique (MJ.kg -1 de biomasse) en fonction du taux d’humidité. 123
III –Matériels et méthodes ________________________________________________________________________________________________________________ III - 7 - 4 - Bilan énergie Une approche d’un bilan énergie théorique consiste à considérer le PCI du gaz produit par la gazéification de 1 kg de biomasse humide. Lorsque la gazéification est complète, c’est- à-dire à T > 1300°C pour les situations considérées précédemment, les seuls combustibles dans les gaz produits sont CO et H2. Ainsi le PCI du gaz produit correspond à la chaleur dégagée par la réaction : nCO CO + nH2 H2 + nO2 O2 → nCO CO2 + nH2 H2O à la température de référence de 298,15 K, soit : qr = - ∆Hr = nCO [ ∆Η - 241,826 nH2 (kJ). 0 f CO 0 ∆Η f CO ] - nH2 2 0 ∆Η f H O = 282,99 nCO + Dans le cas de 1 kg de biomasse humide (20 %) à P = 1 bar et T = 1500 K, nCO = 33,1 et nH2 = 35,8 on obtient un PCI de 18,6 MJ pour le gaz de synthèse produit. Son volume est de 1,543 Nm 3 soit un PCI de 12 MJ.Nm -3 . Alors que le PCI de 1 kg de biomasse humide (20 %) calculé selon la même méthode s’établit à 13,6 MJ.kg -1 de biomasse humide, ce qui est cohérent avec la valeur de 3,9 kWh.kg -1 , soit 14 MJ.kg -1 de hêtre à 20 % d’humidité donnée par (ADEME, 2001). On pourrait ainsi présenter un bilan énergie par le schéma de la Figure III-33 : on part de 1 kg de biomasse à 20 % d’humidité dont le PCI est de 13,6 MJ ; dans un réacteur « sans perte » on apporte sous forme allothermique 7 MJ ; les gaz en sortent à 1500 K sous forme de 35,8 moles de H2 et de 33,1 moles de CO soit un volume de 1,54 Nm 3 ; dans un échangeur de chaleur idéal qui ramènerait les gaz de 1500 K à 300 K, il serait possible de récupérer 2,6 MJ (la chaleur sensible contenue) alors que le gaz de synthèse possèderait un PCI de 18 MJ. 2 vap Figure III-33 : Bilan énergie. Attribuons un rendement au four de 85 % et ce sont 8,23 MJélec qu’il faut fournir. Attribuons à l’échangeur de chaleur un rendement de 70 % : on ne récupère alors que 2,6*0,7 = 1,82 MJthermique. On peut alors définir un rendement si toutefois on considère que 1 MJthermique est égal à 1 MJ électrique, par : ρ = PCI gaz / [PCI biomasse + énergie électrique - énergie thermique récupérée] ρ = 18 / [13,6 + 8,23 – 1,82] = 18 / 20,01 ~ 90 %. 124
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Remerciements _____________________
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