Modélisation de l’appareil par le modèle « gasifier » sous EES

Le programme de simulation du gazogène est nommé « EES GASIFIER » et a été développé par Fock et al [9] au Department of Energy Engineering de Technical University of Danemark. C’est un modèle stationnaire qui n’est basé sur aucun gazogène spécifique. Le modèle est encore réduit aux gazogènes à cocourant. En utilisant le programme, on peut calculer la composition de de syngas à la sortie de l’appareil. Les paramètres d’entrée du logiciel sont présentés sur le tableau suivant: Tableau 4 : Paramètres d’entrée des simulations Test DBH [kg/h] Humidité [%] DBS [kg/h] charbon T1 (air) [°C] T2 (air)[°C] Tg [°C] Test 1 3,09 10,92 2,76 4,04 25 25 950 Test 2 3,05 10,92 2,73 2,35 25 25 950 Test 3 2,06 10,92 1,84 3,79 25 25 950 DBH : débit de biomasse humide en [kg/h] Humidité : humidité de la biomasse. (Base humide) DBS : débit de biomasse sèche en [kg/h] Charbon : pourcentage du charbon récupéré au fond du gazogène par rapport à la biomasse sèche en [%] T1 (air) : température ambiante de l’air en [°C] T2 (air) : température de l’air à l’entrée du gazogène en [°C] Tg : température de gazéification en [°C] L’autre paramètre d’entrée est la composition de la biomasse. On peut déterminer la formule brute de la biomasse à partir de la composition centésimale de l’eucalyptus. Le tableau suivant donne les valeurs moyennes issues de la littérature des différents composants de l’eucalyptus en termes de composition élémentaire ainsi que les normes utilisées pour les analyses. Tableau 5 : composition élémentaire de l’eucalyptus Eucalyptus Composition immédiate (base sèche) Composition élémentaire (base sèche) Carbone fixe Matière volatile cendre C H O N S % masse 18,4 81,2 1,2 49,89 5,71 42,29 0,05 0,01 A partir de ces valeurs, on peut déduire la formule chimique de la biomasse : CH1,37O0,63N0,0008S0,00007. Les valeurs des rapports molaires de l’azote et du soufre par rapport au carbone est très faible, on peut faire l’hypothèse que ces deux constituants sont négligeables et qu’ils n’influent en rien ni le contenu énergétique de l’eucalyptus ni la composition du syngas après gazéification. De plus le logiciel «gasifier» ne requiert que les rapports molaires des trois constituants principaux qui sont C, H et O. la formule chimique de l’eucalyptus devient alors CH1,37O0,63. A. Composition du syngas Après simulation, la composition du syngas est présentée dans le tableau et la figure suivants. Tableau 6 : Composition du syngas en base humide et base sèche des différents tests (% en volume) Test Composition du syngas CO CO2 CH4 H2 H2O N2 BH BS BH BS BH BS BH BS BH BS BH BS Test 1 18,8 21,1 10,1 11,3 1,8 2,0 13,4 15,1 11,0 0,0 44,9 50,4 Test 2 19,3 21,6 9,9 11,1 1,8 2,0 13,3 14,9 10,4 0,0 45,3 50,6 Test 3 18,9 21,2 10,1 11,3 1,8 2,0 13,4 15,0 10,9 0,0 44,9 50,4 Avec : BH : base humide BS : base sèche FIG 16 : La composition du syngas (% en volume) A partir de cette figure, on peut déduire que presque la moitié de la composition du syngas pour les trois Tests est du diazote, ceci est dû à l’utilisation de l’air qui contient une proportion élevée de N2 (71%) comme agent de gazéification. On remarque aussi qu’entre les trois tests, la différence de composition est moindre. B. Rapport stœchiométrique Le rapport stœchiométrique est défini comme étant le rapport entre la quantité réelle d’air utilisée sur la quantité stœchiométrique nécessaire à la combustion complète d’une quantité de biomasse.  ! é » ! œ#$! é!%   » & é » »  »  ‘!   (  »  ‘!    » & œ#$! é!% En posant )  *+, -. é,, *+, / 0+* et )1  *+, -. 2œ3+*é245 *+, / 0+* on a  ) )1 A partir de la réaction de combustion complète du biomasse, on peut calculer la valeur de α0 qui est égale à 1,03. La masse molaire de la biomasse est égale à 23,45 g/mol et l’air est composé de 79% d’azote et 21 % d’oxygène. Les valeurs de α et Φ pour les différents tests se calculent à partir des données résultant des simulations et présentées dans le tableau suivant. Tableau 7 : Données pour le calcul de α Test Biomasse air O2 α α0 Φ Unité kg/h mole/h kg/h mole/h mole/h – – – Test 1 2,76 117,70 5,80 200,00 42,00 0,36 1,03 0,35 Test 2 2,73 116,42 5,90 203,45 42,72 0,37 1,03 0,36 Test 3 1,84 78,46 3,90 134,48 28,24 0,36 1,03 0,35 D’après ce tableau, la valeur du Φ est égale à 0,35. En pratique [4], pour la gazéification du biomasse, cette valeur se situe entre 0,2 et 0,3.Une valeur trop faible de Φ (<0,2) entraine plusieurs problèmes, notamment une gazéification incomplète, la formation excessive de charbon et la production de gaz à faible pouvoir calorifique. D’autre part, une valeur trop élevée entraine la formation des produits de combustion complète comme le CO2 et H2O au détriment des produits désirés comme CO et H2. Cela provoque aussi une diminution du pouvoir calorifique du syngas.