Titre de série : | Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement | Titre : | Optimisation paramétrique de la pyrolyse en vue d’améliorer la réactivité des charbons végétaux comme agents réducteurs : applications aux biomasses tropicales | Type de document : | texte imprimé | Auteurs : | Eric Serges NOUMI | Année de publication : | 2016 | Importance : | 194p. | Langues : | Français (fre) | Mots-clés : | charbon végétal, agent réducteur, propriétés physico-mécanique, réactivité au CO2, haut fourneau.
Palavras-chave: Carvão, Agente redutor, Propriedades físico-mecânicas, Reatividade ao CO2, Alto-forno. | Résumé : | Les principaux obstacles à la substitution du coke utilisé comme réducteur dans les hauts fourneaux conventionnels par le charbon végétal sont ses faibles propriétés physico-mécaniques et sa réactivité très élevée. Cependant, cette substitution est la meilleure alternative dans le court terme qui contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
L’étude a consisté à déterminer l’influence de la pression (2-10 bars), de la température de consigne (350 -800 °C) et de la vitesse de chauffe (1-10 °C/min) sur le rendement et la qualité du charbon de bois, en particulier sur sa teneur en carbone fixe, sa densité, sa friabilité, sa résistance à la compression et sa réactivité de CO2. La nature de la matière première à travers l'utilisation de quatre espèces de bois tropical différent a été aussi prise en compte dans cette étude. Les espèces qui ont été utilisées pour cette étude sont l’Acacia, le Cailcédrat, l’Eucalyptus urophylla et l’Eucalyptus camaldulensis.
Les résultats obtenus confirment l’effet de la pression sur le rendement en charbon de bois. La teneur en carbone dépend exclusivement de la température de pyrolyse malgré que l'effet de la pression soit positif sur le rendement. Les propriétés physico-mécaniques (densité, friabilité et résistance à l’écrasement) sont influencées exclusivement par la vitesse de chauffe. La réactivité au CO2 des charbons quant à elle est influencée par la température, la pression et la nature de bois. L'augmentation de la pression conduit à l'augmentation de la réactivité tandis que celle de la température conduit à la baisse. Une teneur en cendre élevée dans la biomasse conduit à la production d'un charbon très réactif. L'application de l'optimisation multi critères a permis de déterminer les conditions de pyrolyse optimisant les propriétés thermoréductrices des charbons et le rendement du procédé. Les conditions optimales retenues sont les suivantes : une pression de 6 bars, température de consigne de 600 °C et une vitesse de chauffe de 1 °C/min.
Parallèlement à cela, une étude de la relation entre la réactivité au CO2 des charbons végétaux et leurs caractéristiques a été réalisée. Les caractéristiques étudiées sont la teneur en hétéroatomes (ratios atomiques H/C et O/C), la surface spécifique BET, la teneur en cendre et sa composition, la perméabilité, la structure cristalline et la surface réactive. Parmi toutes ces caractéristiques, la surface réactive est celle qui a présenté une corrélation forte avec la réactivité au CO2 des charbons. Par ailleurs, nous avons également confirmé que les métaux alcalins tels que K et Ca ont un effet statistiquement significatif sur la réactivité au CO2 des charbons préparés.
Resumo : Os principais obstáculos para a substituição de coque usado como redutor dentro aos altos-fornos convencionais pelo carvão vegetal são as suas propriedades físico-mecânicas baixas e sua reactividade ao CO2 muito elevada. No entanto, esta substituição é a melhor alternativa no curto prazo que contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa.
Este estudo consistiu no determinaçaõ a influência da pressão (2-10 bars), a temperatura do conjunto (350 - 800 °C) e a taxa de aquecimento (1-10 °C/min) sobre o rendimento e da qualidade do carvão, em particular sobre o sua teor de carbono fixo, sua densidade, sua friabilidade, sua resistência no compressão e a sua reactividade ao CO2. A natureza da matéria-prima através utilização de quatro madeira tropicais diferentes, também foi considerado em neste estudo. As espécies que têm sido utilizados são o Acacia, o Caïlcédrat, o Eucalyptus urophylla e o Eucalyptus camaldulensis.
Os resultados confirmam o efeito da pressão sobre a produção de carvão. O teor de carbono depende exclusivamente da temperatura de pirólise, apesar do efeito positivo da pressão sobre rendimento. As propriedades físico-mecânicas (densidade, friabilidade e resistência ao esmagamento) são exclusivamente influenciados por a taixa de aquecimento. Por sua vez, a reactividade de CO2 do carvão é influenciada pela temperatura, a pressão e a natureza da madeira. O aumentaçaõ da pressão durante pirolisa leva ao aumento da reactividade do carvaõ, enquanto a da temperatura leva a uma diminuição. A biomassa com o teor de cinza elevado produzindo os carvão muito reactif. A aplicação de técnicas de optimização de multi-critérios foi utilizado para determinar as condições de pirólise, que permitem a optimização das propriedades do carvão e o rendimento do processo. Este condições são as seguintes: uma pressão de 6 bars, definido temperatura de 600 °C e uma velocidade de aquecimento de 1 °C/min.
Em paralelo com isto, um estudo da relação entre a reactividade ao CO2 do carvão e algumas de suas características foi realizado. As caracteristicas estudados são : o teor do heteroátomo (rátios atómica H/C e O/C), a área superficial específica BET, o teor de cinzas e sua composição, a permeabilidade, a estrutura cristalina e a superfície reactiva. Entre estas caracteristicas, a superfície reactivo é aquele que apresentou uma forte correlação com reactividade ao CO2 do carvão. Além disso, também confirmaram que os metais alcalinos, tais como potássio e cálcio têm um efeito estatisticamente significativo sobre a reactividade. |
Thèse en Sciences et Technologies de l'Eau, de l'Energie et de l’Environnement. Optimisation paramétrique de la pyrolyse en vue d’améliorer la réactivité des charbons végétaux comme agents réducteurs : applications aux biomasses tropicales [texte imprimé] / Eric Serges NOUMI . - 2016 . - 194p. Langues : Français ( fre) Mots-clés : | charbon végétal, agent réducteur, propriétés physico-mécanique, réactivité au CO2, haut fourneau.
Palavras-chave: Carvão, Agente redutor, Propriedades físico-mecânicas, Reatividade ao CO2, Alto-forno. | Résumé : | Les principaux obstacles à la substitution du coke utilisé comme réducteur dans les hauts fourneaux conventionnels par le charbon végétal sont ses faibles propriétés physico-mécaniques et sa réactivité très élevée. Cependant, cette substitution est la meilleure alternative dans le court terme qui contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre.
L’étude a consisté à déterminer l’influence de la pression (2-10 bars), de la température de consigne (350 -800 °C) et de la vitesse de chauffe (1-10 °C/min) sur le rendement et la qualité du charbon de bois, en particulier sur sa teneur en carbone fixe, sa densité, sa friabilité, sa résistance à la compression et sa réactivité de CO2. La nature de la matière première à travers l'utilisation de quatre espèces de bois tropical différent a été aussi prise en compte dans cette étude. Les espèces qui ont été utilisées pour cette étude sont l’Acacia, le Cailcédrat, l’Eucalyptus urophylla et l’Eucalyptus camaldulensis.
Les résultats obtenus confirment l’effet de la pression sur le rendement en charbon de bois. La teneur en carbone dépend exclusivement de la température de pyrolyse malgré que l'effet de la pression soit positif sur le rendement. Les propriétés physico-mécaniques (densité, friabilité et résistance à l’écrasement) sont influencées exclusivement par la vitesse de chauffe. La réactivité au CO2 des charbons quant à elle est influencée par la température, la pression et la nature de bois. L'augmentation de la pression conduit à l'augmentation de la réactivité tandis que celle de la température conduit à la baisse. Une teneur en cendre élevée dans la biomasse conduit à la production d'un charbon très réactif. L'application de l'optimisation multi critères a permis de déterminer les conditions de pyrolyse optimisant les propriétés thermoréductrices des charbons et le rendement du procédé. Les conditions optimales retenues sont les suivantes : une pression de 6 bars, température de consigne de 600 °C et une vitesse de chauffe de 1 °C/min.
Parallèlement à cela, une étude de la relation entre la réactivité au CO2 des charbons végétaux et leurs caractéristiques a été réalisée. Les caractéristiques étudiées sont la teneur en hétéroatomes (ratios atomiques H/C et O/C), la surface spécifique BET, la teneur en cendre et sa composition, la perméabilité, la structure cristalline et la surface réactive. Parmi toutes ces caractéristiques, la surface réactive est celle qui a présenté une corrélation forte avec la réactivité au CO2 des charbons. Par ailleurs, nous avons également confirmé que les métaux alcalins tels que K et Ca ont un effet statistiquement significatif sur la réactivité au CO2 des charbons préparés.
Resumo : Os principais obstáculos para a substituição de coque usado como redutor dentro aos altos-fornos convencionais pelo carvão vegetal são as suas propriedades físico-mecânicas baixas e sua reactividade ao CO2 muito elevada. No entanto, esta substituição é a melhor alternativa no curto prazo que contribui para a redução das emissões de gases de efeito estufa.
Este estudo consistiu no determinaçaõ a influência da pressão (2-10 bars), a temperatura do conjunto (350 - 800 °C) e a taxa de aquecimento (1-10 °C/min) sobre o rendimento e da qualidade do carvão, em particular sobre o sua teor de carbono fixo, sua densidade, sua friabilidade, sua resistência no compressão e a sua reactividade ao CO2. A natureza da matéria-prima através utilização de quatro madeira tropicais diferentes, também foi considerado em neste estudo. As espécies que têm sido utilizados são o Acacia, o Caïlcédrat, o Eucalyptus urophylla e o Eucalyptus camaldulensis.
Os resultados confirmam o efeito da pressão sobre a produção de carvão. O teor de carbono depende exclusivamente da temperatura de pirólise, apesar do efeito positivo da pressão sobre rendimento. As propriedades físico-mecânicas (densidade, friabilidade e resistência ao esmagamento) são exclusivamente influenciados por a taixa de aquecimento. Por sua vez, a reactividade de CO2 do carvão é influenciada pela temperatura, a pressão e a natureza da madeira. O aumentaçaõ da pressão durante pirolisa leva ao aumento da reactividade do carvaõ, enquanto a da temperatura leva a uma diminuição. A biomassa com o teor de cinza elevado produzindo os carvão muito reactif. A aplicação de técnicas de optimização de multi-critérios foi utilizado para determinar as condições de pirólise, que permitem a optimização das propriedades do carvão e o rendimento do processo. Este condições são as seguintes: uma pressão de 6 bars, definido temperatura de 600 °C e uma velocidade de aquecimento de 1 °C/min.
Em paralelo com isto, um estudo da relação entre a reactividade ao CO2 do carvão e algumas de suas características foi realizado. As caracteristicas estudados são : o teor do heteroátomo (rátios atómica H/C e O/C), a área superficial específica BET, o teor de cinzas e sua composição, a permeabilidade, a estrutura cristalina e a superfície reactiva. Entre estas caracteristicas, a superfície reactivo é aquele que apresentou uma forte correlação com reactividade ao CO2 do carvão. Além disso, também confirmaram que os metais alcalinos, tais como potássio e cálcio têm um efeito estatisticamente significativo sobre a reactividade. |
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