Procédé de pyrogazéification 

Le centre Rapsodee d’IMT-Mines Albi dispose d’un four tournant d’une capacité de 1 à 10 kg/h et d’un réacteur tubulaire d’une capacité de 0,03 à 0,5 kg/h. Dans cette thèse, on a réalisé leur couplage, avec un artifice sur les débits : on ne craque/reforme pas toutes les matières volatiles de pyrolyse. 

Four tournant

 Le four tournant à l’échelle pilote est constitué d’un cylindre de longueur 4,2 m et de diamètre interne 0,21 m. L’intérieur du cylindre est équipé d’une grille métallique amovible à la paroi qui évite le glissement de la charge. La partie centrale du cylindre est insérée dans cinq coquilles chauffantes comme présenté sur la Figure 20. Chaque coquille a une longueur de 0,5 m, soit une longueur totale chauffée de 2,5 m. Chaque zone est chauffée électriquement et indépendamment les unes des autres. Deux thermocouples (un de régulation et un de sécurité) sont placés proche de la paroi externe du cylindre en rotation et offrent donc la possibilité d’imposer des températures de consigne différentes dans chacune des zones. La puissance délivrable dans chacune des 2 zones d’extrémité (zone 1 et zone 2) est de 10,8 kW, et celle des zones 2, 3 et 4 est de 5,4 kW (Figure 21). La température maximale est de 1000°C en consigne. La vitesse rotation du tube varie entre 0,5 et 21 tr/min et est assurée par un moteur électrique. L’ensemble du four peut être incliné par rapport à l’horizontal de 0 à 7°. Le four tournant a une trémie d’une capacité de 26 kg. La biomasse introduite dans la trémie, hermétiquement fermée par la suite, est convoyée jusqu’à l’entrée du cylindre par un couloir vibrant dont l’amplitude de vibration est réglable afin d’ajuster le débit. Le couloir vibrant et la trémie sont reliés à l’entrée du four par un manchon souple. La trémie et le couloir vibrant reposent sur une balance qui est connectée à un ordinateur. Cette balance a une précision de 0,2 g pour une portée maximale de 300 kg (à vide, le système pèse plus de 180 kg). À l’autre extrémité du cylindre, il y a deux sorties : l’une pour des résidus solides et l’autre pour les matières volatiles. Le caisson de sortie est tracé thermiquement à 200°C afin d’éviter la condensation des goudrons. Il est important de noter que le cylindre réacteur n’est pas équipé d’un diaphragme en sortie, ni de releveurs La température dans le lit de particules et des gaz est connue grâce à 3 thermocouples (Figure 21). Les trois thermocouples sont amenés via une canne fixe au niveau des zones de chauffe 3, 4 et dans le caisson de sortie et leur position est connue. Les thermocouples T4 (dans le lit), T5 et T6 sont à 2,4 m, 1,12 m, et 0,18 m de la sortie du four. 

Alimentation du four tournant 

Un débit d’alimentation de granulés de 6 kg/h a été choisi. La régulation est assurée par un doseur pondéral. La masse des granulés dans la trémie est mesurée en continue et une boucle de régulation PID a été implémentée afin de commander l’amplitude de vibration du couloir vibrant. L’amplitude de sortie n’était pas identique pour les deux biomasses : 75% au maximum pour les granulés de déchets verts et 35% pour les granulés de bois. Ainsi la régulation du débit s’est faite avec une précision de ± 10 g/h. 

Détermination du temps de séjour du solide et du taux de remplissage du four à froid 

Les principaux paramètres qui influencent le temps de séjour des particules dans les fours tournants sont la vitesse de rotation ω, l’angle d’inclinaison α, le débit d’alimentation et les propriétés rhéologiques de la charge. Dans cette étude, les influences de la vitesse de rotation et de l’angle d’inclinaison sur le temps de séjour des particules à froid, pour un même débit d’alimentation sont étudiées. Dans la littérature, la vitesse de rotation varie de 1 à 5 tr/min et l’angle d’inclinaison de 1 à 3° et ces gammes sont proches de celles utilisées à l’échelle industrielle [2]. Nous avons travaillé dans une gamme similaire, c’est-à-dire avec une la vitesse de rotation variant entre 2 et 3 tr/min, et des angles d’inclinaison de 1,5, 2 et 3°. Nous avons constaté que lorsque la vitesse de rotation est supérieure à 3 tr/min ou l’angle d’inclinaison Chapitre 2 : Matériels et méthodes 71 supérieur à 3°, la régulation du débit d’alimentation ne se fait pas correctement. Nous n’avons pas trouvé une explication plausible à cette observation. Il existe un nombre important de relations et de méthodes permettant d’estimer le temps de séjour moyen du solide dans un four tournant [3–8]. On peut citer les approches basées sur le calcul de débit volumique et du profil de chargement en régime stationnaire, la modélisation des vitesses d’écoulement, statistique ou rhéologique. Dans cette étude, le temps de séjour moyen a été expérimentalement déterminé par la technique des traceurs, en supposant que le temps de séjour est normalement distribué [3,8]. Les expériences de détermination du temps de séjour moyen ont été réalisées avec 50 granulés, colorés en bleu avec une encre de traçage et séchés pendant une semaine à l’air libre et à l’étuve à 105°C (Figure 23). Étant donnée la faible quantité de l’encre, il a été supposé que celle-ci ne modifie pas la masse des granulés. Une fois le régime permanent atteint (quand le débit massique de granulés à la sortie est égal au débit d’entrée, soit 6 kg/h ± 10 g/h), 50 granulés colorés sont introduits simultanément dans le couloir vibrant et récupérés à la sortie, donnant ainsi une courbe de distribution des temps de séjour. Les mesures ont été effectuées deux fois.