Dissertations / Theses: 'Biomasse – Combustion'

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Magalhaes, Eliseu Monteiro. "Combustion study of mixtures resulting from a gasification process of forest biomass." Chasseneuil-du-Poitou, Ecole nationale supérieure de mécanique et d'aérotechnique, 2011. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00623090.

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Abstract:

Trois compositions typiques de gaz de synthèse ont été considérées comme représentatives de gaz issus de la gazéification de biomasse d'origine forestière et leur utilisation dans un moteur à combustion interne a été étudiée. Les vitesses de flamme laminaire ont été déterminées sur un domaine de richesse incluse dans le domaine d'inflammabilité. L'effet de l'étirement de la flamme a été étudié en déterminant les nombres de Markstein et de Karlovitz. Une étude en conditions turbulentes comparables à celles rencontrées dans les moteurs a été réalisée en machine à compression rapide. Le cas d'un mélange méthane-air, représentant le cas du gaz naturel, mélange généralement utilisé pour les groupes de production d'électricité stationnaire, a servi de référence. Finalement, les résultats expérimentaux ont été comparés à ceux obtenus avec un code de simulation deux zones
Three typical syngas compositions have been considered as representative of syngas resultant from forest biomass gasification and the possibility of using them in internal combustion engine is studied. First, laminar burning velocities have been determined over a range of equivalent ratio within the flammability limits. The study of flame stretch effects is performed through the determination of Karlovitz and Markstein numbers. Engine like turbulente conditions were experimentally reproduced in a rapid compression machine. Results have been compared with the case of methane-air mixture, simulating the natural gas case often use in stationary power application. Finally, experimental results are compared with a two zones simulation code

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Baraket, Nada. "Étude et compréhension de la formation et de la destruction de dioxines lors de la combustion de déchets bois en chaudières automatiques." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0369.

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Abstract:

Dans le cadre de la transition énergétique, la valorisation énergétique de la biomasse est vouée à être augmentée, principalement en ce qui concerne les utilisations dans des chaufferies industrielles ou collectives, pour des applications chaleur ou cogénération. Pour limiter les éventuels conflits d'usages, la biomasse forestière étant aussi sollicitée pour des applications de type matériau, construction, chimie, … l'utilisation de bois en fin de vie tend à se développer rapidement pour l'application énergétique. Ces types de combustibles présentent alors des caractéristiques (PCI (pouvoir calorifique inférieur), taux de cendres, composition élémentaire…) radicalement différentes des plaquettes forestières encore majoritairement utilisées ; il s'agira de bois collectés dans les déchetteries, de sous-produits industriels ou d'une partie de déchets de l'ameublement ou de démolition par exemple. Ces nouveaux types de combustibles, provenant de différentes sources et ayant des compositions très variées, peuvent contenir des polluants favorisant des nouveaux types d'émissions, notamment celles des dioxines. Les dioxines sont une famille de molécules organochlorées, hétérocycliques et ayant deux atomes d'oxygène dans un cycle aromatique. Cette famille regroupe les PCDD/F (PolyChloroDibenzoDioxines et PolyChloroDibenzoFuranes) et les PCB (dioxin-like). Des tests en laboratoire ou sur des sites pilotes ont montré quelques cas de formation de dioxines lors de la combustion de certains bois en fin de vie. De plus, il est apparu clairement que ces émissions peuvent durer dans le temps, même lorsque du bois de première qualité est utilisé suite au passage de bois plus ou moins pollué. Dans le cas de ces émissions, les solutions mises en œuvre sont très souvent de types secondaires avec des dispositifs de traitements mis en place dans les fumées. Or, ces techniques pèsent sur la viabilité économique de la filière. Ainsi, l'objectif de ce travail de thèse consiste à adapter les connaissances existantes sur les mécanismes de formation, destruction, dépôts, relargage, etc. de PCDD/F pour proposer des pistes de solutions primaires de réduction des émissions à la sortie, applicables à notre secteur. Outre une analyse bibliographique exhaustive, le travail est basé plutôt sur une approche expérimentale en utilisant la chaudière pilote de LERMAB (instrumentée et équipée de systèmes de prélèvements) pour effectuer des essais de combustion et des dispositifs existants au laboratoire : macro-TG et réacteur modèles, pour essayer de mieux comprendre les phénomènes de formation/destruction et relargage des PCDD/F à la surface des cendres, l'objectif étant d'acter des recommandations aux exploitants
Within the framework of the energy transition, the energy valorization of biomass is bound to be increased, mainly as regards the uses in industrial or collective boiler rooms, for heat or cogeneration applications. In order to limit possible conflicts of use, forest biomass is also solicited for applications such as materials, construction, chemistry, etc. The use of end-of-life wood tends to develop rapidly for energy applications. These types of fuels have characteristics (lower calorific value, ash content, elemental composition, etc.) that are radically different from those of the forestry chips that are still mainly used; they are wood collected from waste disposal sites, industrial by-products or part of furniture or demolition waste for example. These new types of fuels, coming from different sources and having very different compositions, may contain pollutants that favour new types of emissions, in particular dioxins. Dioxins are a family of organochlorine molecules, heterocyclic and having two oxygen atoms in an aromatic ring. This family includes PCDD/F (PolyChloroDibenzoDioxins and PolyChloroDibenzoFurans) and PCB (dioxin-like). Tests in laboratories or on pilot sites have shown some cases of dioxin formation during the combustion of some wood at the end of its life. Moreover, it became clear that these emissions can last over time, even when first quality wood is used after the passage of more or less polluted wood. In the case of these emissions, the solutions implemented are very often of secondary types with treatment devices set up in the smoke. However, these techniques weigh on the economic viability of the sector. Thus, the objective of this thesis is to adapt the existing knowledge on the mechanisms of formation, destruction, deposition, release, etc. of PCDD/F in order to propose primary solutions for the reduction of emissions at the exit, applicable to our sector. In addition to an exhaustive bibliographical analysis, the work is based on an experimental approach using the LERMAB pilot boiler (instrumented and equipped with sampling systems) to carry out combustion tests and existing devices in the laboratory: macro-TG and model reactor, to try to better understand the phenomena of formation/destruction and release of PCDD/Fs on the surface of the ash, the objective being to make recommendations to the operators

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Florea, Tudor. "Simulation numérique de la combustion du bois dans une chaudière automatique de 400 kW." Valenciennes, 2010. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/50dbded6-e6b8-4d98-be2c-f710442567f9.

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Abstract:

Ce travail présente la mise en place, à l’aide de mesures expérimentales, d’un outil numérique qui décrit le mieux possible la combustion du bois dans une chaudière automatique à grille mobile de moyenne puissance. Deux types de mesure ont été réalisées : globales et locales. La première catégorie concerne les paramètres de fonctionnement de l’installation. Les mesures locales concernent les profils de température, de vitesse (diagnostique optique par laser) et de concentrations des gaz au sein du foyer. L’ensemble de ces mesures a permis de mettre en évidence les régimes de fonctionnement, la nature turbulente de l’écoulement et le caractère instationnaire des flammes. Ces mesures ont servi ensuite comme support pour l’analyse des calculs numériques. L’approche utilisée pour modéliser le foyer repose sur un couplage code de mécanique des fluides numérique - code 2D. L’étude numérique a été d’abord orientée vers la simulation de la combustion des matières volatiles au-dessus du lit de combustible, à l’aide du logiciel Fluent. . Une cinétique chimique semi-globale (6 réactions) a été employée dans un premier temps. Ces éléments ont permis d’évaluer l’impact de la distribution d’air secondaire. Ainsi, en passant d’une distribution asymétrique à symétrique, l’émission de CO peut être réduite par un facteur trois. Le calcul numérique est capable de reproduire les tendances observées expérimentalement, mais la cinétique semi-globale surestime le taux de CO. Suite à ces constats, un schéma réactionnel réduit (40 réactions) a été proposé. Celui-ci s’est montré beaucoup plus précis en ce qui concerne les teneurs en CO, O2 et CO2. Quant à l’écoulement, un bon accord entre les valeurs de vitesse expérimentales et numériques a été observé sur l’axe du foyer. Également, l’emplacement des zones de recirculation prédit par calcul correspond globalement à ce qui est indiqué par voie expérimentale. En complément, la cinétique à 40 réactions a été confrontée, en utilisant le code CHEMKIN II, aux résultats expérimentaux et au mécanisme réactionnel à 49 réactions (22 espèces) de Leroy et al. (2008) Le premier s’avère plus réactif que le dernier. Cependant, le schéma cinétique à 40 réactions se trouve dans un bon accord avec les données expérimentales à basse température (700 - 1000 K) et faible richesse (0,6 - 1)
This work presents the implementation of a numerical tool, which can predict as best as possible the woodchips combustion within a medium power reciprocating grate boiler. In order to do so, several global and local measurements were conducted. The first category concerns the operating parameters of the installation. The local measurements concern the profiles of temperature, velocity and gas concentrations inside the furnace. The measurements allowed the ascertaining the operating regimes, the turbulent nature of the flow and the unsteadiness of the flames. Later, these measurements served to analyze the numerical simulations. The approach used for the furnace modelling is based on the computational fluid dynamics code - 2D code coupling. The numerical study was firstly oriented towards the volatiles combustion above the fuel bed, using the code Fluent. A semi-global reaction mechanism (6 reactions, 9 species) was first used. These elements allowed us to evaluate the impact of the secondary air distribution. Thus, the CO emission can be reduced by a factor of three when the secondary air configuration is changed from asymmetrical to symmetrical. The numerical computation is able to reproduce these tendencies, but the semi-global mechanism overestimates the CO concentration. Following these observations, a reduced mechanism (40 reactions, 17 species) was introduced, which proved to be much more accurate as far as the CO, O2 and CO2 are concerned. Regarding the flow analysis, a good agreement was found between the measured and computed velocities. In addition, the computed location of the recirculation zones corresponds globally with the experimental observations. Further, the 40 reactions mechanism was compared, using the CHEMKIN II code, to the experimental results and the 49 reactions (22 species) mechanism of Leroy et al. (2008). The first was found to be more reactive then the last one. However, the 40 reactions mechanism is in a good agreement with the experimental at low temperature (700 - 1000 K) and low fuel to air ratio (0. 6 - 1)

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Morin, Mathieu. "Gazéification de la biomasse en double lit fluidisé circulant : étude des réactions élémentaires de gazéification et de combustion du char et de reformage des goudrons." Thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://www.theses.fr/2017INPT0089/document.

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Abstract:

La conversion thermochimique à haute température (>700°C) de la biomasse en double lit fluidisé circulant est une voie alternative aux énergies fossiles (pétrole, charbon) pour la production d’un gaz de synthèse à haute valeur énergétique, utilisable dans de nombreuses applications. L’objectif de cette thèse est de développer des méthodologies et des outils théoriques et expérimentaux permettant d’accéder aux cinétiques des transformations élémentaires (pyrolyse de la biomasse, gazéification et combustion du char, craquage et reformage des goudrons) présentes dans le procédé de gazéification de la biomasse en double lit fluidisé circulant. Dans un premier temps, un mini-réacteur à lit fluidisé fonctionnant entre 300 et 1000°C avec une alimentation en gaz parfaitement contrôlée (N2, O2, H2, H2O et goudrons) a été conçu et mis au point au Laboratoire de Génie Chimique de Toulouse. Un système d’échantillonnage et d’analyse de la phase gaz permet de quantifier en continu les fractions molaires des gaz incondensables et des goudrons produits. Une étude hydrodynamique et thermique a permis de déterminer les points de fonctionnement du réacteur pour chaque transformation élémentaire étudiée. Dans un second temps, les études de gazéification et de combustion du char ont été réalisées dans le mini-réacteur à lit fluidisé. L’influence de nombreux paramètres opératoires (température, pression partielle des différents constituants) a permis de comprendre la formation des différents produits et de modéliser les cinétiques de transformation du solide. Dans le cas de la combustion du char, un mécanisme réactionnel a également été établi et la cinétique obtenue en lit fluidisé a été comparée à celle déterminée par analyse thermogravimétrique. Enfin, une étude sur le reformage d’un goudron modèle (toluène) en lit fluidisé a mis en évidence l’effet de l’atmosphère réactionnelle sur le mécanisme de dégradation du toluène sur l’olivine et le char
The thermochemical conversion of biomass at high temperature (>700°C) in Fast Internally Circulating Fluidized Bed (FICFB) is a promising alternative route to fossil fuels (oil, coal) to produce syngas which can be used in several applications. The aim of the present work is to develop methodologies as well as theoretical and experimental tools for determining the intrinsic kinetic of biomass transformations (biomass pyrolysis, char gasification and combustion, cracking and reforming of tars). Firstly, a fluidized bed reactor has been designed and built at the Laboratory of Chemical Engineering (LGC). This reactor can operate for temperatures between 20 and 1000°C with a well-defined gas supply (N2, O2, H2, H2O and tars). A sampling and analysis gas system enables the continuous quantification of the non-condensable gases and tars molar fractions. A hydrodynamic and thermal study enabled the determination of the operating conditions for each experimental study. Secondly, the char gasification and combustion was performed in the fluidized bed reactor. The influence of the operating conditions (temperature and compounds partial pressure) led to the modelling of the different solid transformation kinetics. Besides, in the case of char combustion, a reaction scheme was proposed and the kinetic obtained in the fluidized bed was compared to that obtained in a thermogravimetric analyzer. Finally, a study on the tar reforming in a fluidized bed reactor highlighted the effect of the reactive atmosphere on the reaction scheme of toluene conversion over olivine and char

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Dib, Hadi. "Traitement catalytique des émissions issues de la combustion de la biomasse." Thesis, Littoral, 2019. https://documents.univ-littoral.fr/access/content/group/50b76a52-4e4b-4ade-a198-f84bc4e1bc3c/BULCO/Th%C3%A8ses/Toxicologie/These_DIB_Hadi.pdf.

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Abstract:

La combustion de la biomasse et en particulier du bois constitue une alternative intéressante à l'utilisation des combustibles fossiles pour l'approvisionnement en énergie. Elle présente l'avantage de pouvoir être renouvelable sans contribuer à une émission supplémentaire de CO₂. Cependant, il est connu que les appareils de chauffage utilisant la biomasse comme combustible peuvent générer certains polluants gazeux dont notamment les Composés Organiques Volatils (COV) et le monoxyde de carbone (CO). Le post-traitement catalytique se révèle comme une des technologies les plus prometteuses pour limiter ces émissions de polluants. Ce projet vise donc à développer des matériaux catalytiques actifs, sélectifs en dioxyde de carbone et stables, assurant une décomposition complète du mélange de COV et de CO. Les catalyseurs à base de métaux nobles, étant reconnus pour leur bonne activité pour ce type de réaction d'oxydation, engendrent cependant un coût important pour le développement d'un tel procédé. L'objectif de nos travaux sera donc basé sur la synthèse et le développement de nouveaux matériaux catalytiques peu onéreux à base d'oxydes de métaux de transition qui seront utilisés comme alternatifs aux catalyseurs à base de métaux nobles. Afin d'obtenir des oxydes performants, la synthèse des matériaux en utilisant la voie hydrotalcite a été choisie. Nous avons montré l'effet bénéfique de l'ajout du cérium dans les oxydes MgAl-O et CuAl-O vis-à-vis de l'oxydation du toluène et/ou du CO. Une relation entre la réductibilité et l'activité de ces solides pour ces réactions a été observée. Pour les catalyseurs MgAlCe-O, aucun effet sur la conversion du toluène n'a été observé, cependant un effet significatif sur la conversion du CO en présence de toluène a été mis en évidence. Ainsi, un oxyde du type CuAlCe-O s'est avéré actif et stable pour la destruction de mélanges de COV et de CO. De plus, l'intérêt d'utiliser la voie hydrotalcite pour synthétiser ces oxydes CuAlCe-O a été vérifié par comparaison avec d'autres voies de synthèses. L'activité supérieure du catalyseur CuAlCe-O peut être corrélée à un effet de synergie entre les éléments cuivre et cérium
Biomass burning, in particular wood, is an attractive alternative to the utilization of fossil fuels for energy supply, as it is renewable and does contribute to any additional CO₂ emission into atmospher. However, it is known that heating appliances using biomass generate large amounts of Volatile Organic Compounds (VOCs) and carbon monoxide (CO) during the combustion cycle. A catalytic post-treatment is one of the most promising technologies to limit the emissions of these pollutants. This project aims to develop active and selective catalytic materials with enhanced redox properties in order to achieve the total oxidation of VOCs and CO at low temperature. Noble metals based catalysts are considered as good candidates for such types of reactions. However, these catalysts are very expensive for adaptation to domestic heating device. The objective of our work is focused on the synthesis and development of innovative and cheaper catalytic materials composed of transition metal oxides that could be used as alternatives to noble metal catalysts. In order to obtain efficient oxides, the hydrotelcite route was chosen for the synthesis of the catalysts. The beneficial effect of adding cerium to MgAl-O and CuAl-O oxides towards the oxidation of toluene and/or CO was demonstrated. A relationship between the reducibility and activity of these solids for these reactions has been also identified. For MgAlCe-O catalysts, a beneficial effect on the conversion of toluene in presence of CO was observed. Indeed, the temperature of toluene oxidation was shifted at lower temperatures in presence of CO. In contrary, no effect on toluene conversion was observed for the CuAlCe-O materials. However, a significant effect on the conversion of CO in presence of toluene was revealed. Briefly, a CuAlCe-O type oxide with high activity and stability has been synthesized for the destruction of VOCs and CO mixtures. In addition, the advantage of using the hydrotalcite route to synthesize these CuAlCe-O oxides has been verified by comparison with other synthetic routes. The high activity of the CuAlCe-O catalyst can be attributed to the synergic effect between copper and cerium elements

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Daragon, Guillaume. "Etude des voies de valorisation de la vinasse par combustion en mélange avec des biomasses." Thesis, Mulhouse, 2015. http://www.theses.fr/2015MULH7972.

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Abstract:

L’industrie, quel que soit son domaine d’activité, produit une quantité importante d’effluents chargés, couramment appelés coproduits. La gestion et le traitement de ces eaux usées sont aujourd’hui strictement encadrés car leurs propriétés physiques et leurs compositions chimiques interdisent leurs rejets directs vers le milieu naturel. Cependant, la présence en forte concentration de certains éléments valorisables tels que les sels minéraux ou des composés organiques dans certains de ces effluents, leurs confèrent alors de nouvelles propriétés qui trouvent échos dans diverses applications (fertilisation des sols, alimentation animale, méthanisation, co-compostage, etc.). Le carbone étant le constituant majoritaire de tout combustible, une valorisation thermique par combustion en chaudière biomasse des effluents organiques semble être une alternative envisageable. L’objet de cette thèse est l’étude de cette voie de valorisation énergétique et de la faisabilité de cette application. Du fait de leur état liquide, les effluents seuls sont de mauvais combustibles comparés aux biomasses standards (plaquettes forestières, paille, etc.). Les travaux de recherche se concentrent donc sur l’étude et la caractérisation de biomasses en tant que support d’imprégnation, puis sur la formulation d’un co-combustible homogène imprégné d’un effluent organique industriel. Les biomasses sont en effet connues dans la littérature pour avoir des propriétés d’adsorption et d’absorption intéressantes. Une étude paramétrique à l’échelle du laboratoire a été menée afin de quantifier la capacité d’imprégnation et la sélectivité de différents types de biomasse vis-à-vis de l’effluent choisi. Le but était également de déterminer les paramètres qui influençaient l’imprégnation afin de modéliser les phénomènes. Suite à cela, des essais à l’échelle pilote sur une installation de combustion de 40 kW ont été effectués en vue de vérifier la conformité des combustibles imprégnés en termes d’émissions à la cheminée et dans l’optique de préparer le changement d’échelle pour une potentielle application industrielle
Important amounts of organic effluents, also called wastewaters or byproducts, are produced whatever the type of industry which is considered. Nowadays, the wastewaters management and treatment are strictly controlled since the physical properties and the chemical composition of these byproducts disallow the direct reject through natural media. However, the presence of some specific compounds confers to effluents new advantages and opens the door to several applications (such as soil fertilization, cattle feed, methanization, co-composting, etc.). Carbon being the main component of every fuel, the thermal valorization of these organic effluents by combustion in a standard biomass boiler seems to be possible. The study of this recovery method and its feasibility are the subjects of the thesis here. Due to their liquid state, effluents alone cannot be considered as fuels compared to standard biomass (woodchips, straw, etc.). Therefore research works are focused on study and characterization of biomasses as impregnation base, then formulation of fuels impregnated with an industrial organic effluent. Indeed, the adsorptive and absorptive properties of biomasses are well-known in the literature. A parametric study at laboratory scale was carried out in order to quantify the impregnation capacity of different types of biomass regarding the effluent. The main goal was also to highlight the parameters which influence the impregnation in order to modeling the phenomenon. Then impregnation and combustion tests were performed at pilot scale using a biomass boiler of 40 kW to ensure the conformity of impregnated fuels in terms of stack emissions. This part of the work was conducted with the perspective of preparing the process scale-up for a potential industrial utilization

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Sudholt, Alena [Verfasser]. "Ignition and Combustion of Tailor-Made Fuels from Biomass : Zündverhalten und Verbrennung maßgeschneiderter Kraftstoffe aus Biomasse / Alena Sudholt." Aachen : Shaker, 2017. http://d-nb.info/1124366644/34.

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Fofana, Alhassane. "Traitement pyrolitique de résidus en four vibrofluidisé : application à la biomasse et aux boues de station d'épuration." Compiègne, 2003. http://www.theses.fr/2003COMP1491.

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Abstract:

La pyrolyse de la biomasse consiste au traitement thermique de cette dernière dans le but de produire de la coke et du gaz, cette technique peut être source d'énergie renouvelable. Les travaux de cette étude ont été faits sur un pilote de pyrolyse de la biomasse à lit de transport vibrofluidisé. L'écoulement du solide est de type piston avec une température de traitement ajustable entre 400 et 1000°C. Le temps de séjour indépendant de la nature du solide, peut varier de quelques secondes à plusieurs minutes. L'étude s'est portée sur quatre espèces (bois, écorce, paille et les balles de riz) où nous avons déterminé les rendements de carbonisation et la caractérisation des cokes et des gaz de pyrolyse. Un modèle de pyrolyse en lit vibrofluidisé a été élaboré afin de simuler le comportement des solides dans le four. Cette modélisation a été validée par des résultats expérimentaux effectués sur le pilote. Les tests de pyrolyse des boues à l'échelle industrielle sur un pilote de plus grand dimension ont été validés
Pyrolysis of biomass is a thermal treatment which products generally coke and gases, this process can allow renewable energy plant. The study has been done on a vibrotluidized pyrolyser pilot. The type of transportation corresponds to a piston-like flow with an adjustable uniform temperature between 400 and 10OO°c. The residence time independent of the nature of the solid, does not depend of the solid nature and can vary few seconds at several minutes. The study went on four species (wood, bark, straw and halls of rice) where we determined the yield of carbonization, the characterization of cokes and gases of pyrolysis. A model of pyrolysis in vibrofluidized bed was elaborated in order to simulate the behaviour of the solids in the fumace. This modelling was validated by experimental results carried out on the pilot. The tests of pyrolysis of sludge on an industrial scale with a pilot of larger dimension were also validated

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Piednoir, Brice. "Comportement en combustion de résidus de biomasse : mise en évidence de synergies par mélange sous forme de granulés." Thesis, Perpignan, 2017. http://www.theses.fr/2017PERP0066/document.

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Abstract:

La combustion de résidus de biomasse, généralement peu valorisés, pourrait apporter une solution d’approvisionnement intéressante pour la production d’énergie, allégeant la pression sur les ressources forestières. Toutefois, la composition chimique de ces résidus est à l’origine de problèmes techniques autant qu’environnementaux dans les procédés de combustion existants, ce qui limite leur utilisation. Deux de ces problèmes ont été traités dans cette thèse : les émissions de NOX et la quantité de potassium volatilisée lors de la combustion de différents résidus. Des essais de combustion ont été menés dans des réacteurs à l’échelle du laboratoire, sur des granulés de biomasse pure ou en mélange. Contrairement à la volatilisation du potassium, qui est liée à la teneur en différents éléments inorganiques, une relation linéaire forte (R² = 0,98) entre les émissions de NOX et la teneur en azote du combustible a été établie pour les granulés de biomasse pure. Des écarts par rapport à cette relation linéaire ont été observés dans le cas des essais menés sur des granulés de mélange, mettant en relief que la teneur en azote n’est pas le seul paramètre impliqué. Les travaux menés ont ainsi permis d’établir de manière originale que des synergies peuvent exister dans les granulés de mélange de résidus de biomasse, conduisant à des comportements différant de l’additivité directe des comportements des biomasses prises séparément. Ces synergies permettraient d’atténuer les problèmes causés par l’utilisation de ces résidus dans des chaudières en agissant de manière ingénieuse directement sur les propriétés des combustibles sans modification du procédé
Combustion of biomass residues, which are generally poorly valued, could provide an attractive supply solution for energy production, alleviating pressure on forest resources. However, the chemical composition of these residues is causing both technical and environmental problems in existing combustion processes, which limits their use. Two of these problems have been addressed in this thesis: the amount of volatilized potassium and NOX emissions, when burning different residues. Combustion tests have been conducted in laboratory-scale reactors on pure and mixed biomass pellets. Variations in the amount of volatilized potassium was found to be linked to the content of multiple chemical elements for pure biomass pellets. In the case of NOx emissions, a strong correlation (R² = 0.98) with the nitrogen content of the fuel was found for pure biomass pellets. However, deviations from this linear relationship were observed for trials conducted on mixed biomass pellets, highlighting that the nitrogen content is not the only parameter involved. The work carried out thus made it possible to establish in an original way that synergies can exist in the pellets made of a mixture of biomass residues, leading to beneficial behaviors differing from the direct additivity of the biomass behaviors taken separately. These synergies could allow to mitigate the problems caused by the use of these residues in boilers by ingeniously acting directly on the properties of the fuels without modification of the process

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Mameri, Fateh. "Caractérisation multi-physique et multi-échelle d'une installation de conversion d'énergie : application à une unité de cogénération biomasse." Thesis, Valenciennes, 2018. http://www.theses.fr/2018VALE0049/document.

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La micro-cogénération désigne la production simultanée de deux énergies finales et utilisables à partir d’une seule source d’énergie primaire. Le cas le plus fréquent est la production de la chaleur et de l’électricité. En France, la micro-cogénération concerne les petites puissances (< 36 kWel). Son intérêt réside dans des rendements globaux supérieurs à ceux obtenus dans le cas d’une production séparée équivalente d’électricité et de chaleur. Dans le cas d’une micro-cogénération biomasse, la chaleur est fournie par une chaudière biomasse qui est couplée à un cogénérateur via un échangeur de chaleur gaz – gaz. À cette échelle de puissance, les moteurs à combustion externe ou moteurs à air chaud sont les plus indiqués comme cogénérateur. L’objet de cette thèse est de caractériser et de modéliser une unité de micro-cogénération biomasse qui se compose d’une chaudière domestique à pellets de puissance 30 kWth, d’un moteur à air chaud de type Ericsson et d’un échangeur air–gaz brûlés inséré dans la chambre de combustion de la chaudière. Des modèles dynamiques 0D de la chaudière biomasse et de l’échangeur de chaleur air – gaz brûlés sont développés pour simuler les phases transitoires et représenter l’évolution des variables du système au cours du temps. Les modèles 0D dynamiques ont été validés par des mesures expérimentales. Ils sont capables d'évaluer les performances énergétiques et les pertes de puissance et de quantifier les transferts thermiques entre les fluides de travail (eau et air), les gaz brûlés et les parois en différentes zones au sein du système considéré (chaudière ou échangeur de chaleur air – gaz brûlés). Une post-combustion a été réalisée en injectant de l’air secondaire à différents débits, chauffé à différentes températures dans la partie haute de la chambre de combustion de la chaudière. Des mesures des émissions polluantes au niveau de la cheminée de la chaudière ont été réalisées afin d’examiner l’influence de la post-combustion. Les principaux composants mesurés sont : le dioxyde de carbone, l’oxygène, le monoxyde de carbone et les oxydes d’azote
Micro-cogeneration refers to the simultaneous production of two final and usable energies from a single primary energy source. The most common case is the production of heat and electricity. In France, micro-cogeneration concerns small powers (< 36 kWel). Its interest lies in higher efficiencies than those obtained in the case of an equivalent separate production of electricity and heat. In the case of biomass micro-CHP system, the heat is supplied by a biomass boiler that is coupled to a cogenerator via a heat exchanger. For this power, external combustion engines or hot air engines are the most suitable. In the case of The purpose of this PhD thesis work is to characterize and model a biomass micro-CHP unit, with a biomass boiler (30 kWth), an Ericsson engine and an air-flue gas heat exchanger inserted inside the combustion chamber of the boiler. Dynamic models 0D of the biomass boiler and the air-flue gas heat exchanger are developed to simulate the transient phases and to represent the evolution of the variables as a time function. Dynamic 0D models have been validated by experimental measurements. They evaluate the energy performances and power losses and quantify heat transfer between working fluids (water and air), flue gases and walls in different zones in the considered system (boiler or air-flue gas heat exchanger). A post-combustion is investigated by injecting secondary air at different flow rates and different temperatures in the upper part of the boiler combustion chamber. Experimental measurements of pollutant emissions in the boiler chimney are performed to examine the post-combustion influence. The main pollutants measured are: carbon dioxide, oxygen, carbon monoxide and nitrogen oxides

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Sampaio, Mergulhão Carolina. "Étude expérimentale de la cinétique de combustion de biocarburants issus de la biomasse lignocellulosique à hautes pressions." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1R045.

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En 2019, environ 30% des émissions de CO2 dans l'UE provenaient du secteur des transports. L'électrification est l'une des alternatives possibles pour réduire les émissions de CO2 liées à la mobilité ; néanmoins, sa démocratisation coûterait un budget énorme et des décennies pour remplacer plus de 300 millions de voitures particulières propulsées par des moteurs à combustion interne. De plus, certains domaines tels que l'aviation et le transport maritime sont encore loin de pouvoir adopter l'électrification en raison de la densité énergétique des batteries et de l’approvisionnement d'énergie suffisamment décarboné. Compte tenu de cette situation et de ces limitations, les biocarburants renouvelables apparaissent comme un moyen prometteur de décarboner rapidement le secteur des transports. Les biocarburants sont actuellement mélangés comme additifs, et ils peuvent être produits par transformation de la biomasse lignocellulosique ; matière première non comestible et renouvelable utilisée pour la production de biocarburants de deuxième génération. Les biocarburants nouvellement introduits présenteraient des caractéristiques de combustion différentes de celles des combustibles fossiles conventionnels, qui doivent être étudiées en détail. La mise en œuvre de telles substances nécessite une modification appropriée de la cartographie de fonctionnement du moteur pour éviter le phénomène de cliquetis dans les moteurs à allumage commandé, qui est un obstacle majeur à l'augmentation de l'efficacité thermique des moteurs fortement turbocompressés. Compte tenu du fait que ces phénomènes et l'auto-allumage des gaz imbrûlés dans des conditions de température plus basse est régi par la chimie d'auto-inflammation du carburant, il est nécessaire d'assurer leur compatibilité avec les nouveaux moteurs en examinant leurs voies de réaction en conditions "moteur". Cette étude vise donc à présenter un benchmark des potentiels nouveaux biocarburants et/ou additifs à utiliser dans les moteurs à essence, ainsi qu'à fournir des discussions utiles d'un point de vue cinétique sur la co-oxydation de ces composés avec les carburants conventionnels. Quatre composés dérivés de la lignocellulose (LDC) ont été étudiés ; l'anisole, l'o-crésol, le prénol et la cyclopentanone, qui sont soit des carburants automobiles potentiels, soit des additifs. L'isooctane, qui a souvent été utilisé comme substitut de l'essence de référence, a également été testé pour comparer les données acquises avec la littérature et valider la méthodologie utilisée dans cette étude. Les délais d’auto-inflammation (IDT) ont été mesurés à l'aide de la machine à compression rapide d'ULille, et les mélanges d'isooctane/LDC/O2 /inerte ont été évalués dans des conditions stœchiométriques de carburant dans l'air. L'effet de la composition a été étudié, en faisant varier la quantité de LDC dans les mélanges d'isooctane et en faisant également varier la pression de compression de 14 à 25 bar. L'effet de la température sur l'IDT a été étudié à 20 bar et les températures de 665 à 870 K. Les carburants de substitution ont été formulés dans des conditions stœchiométriques et préparés jusqu'à ce que la fraction LDC atteigne la valeur maximale autorisée vis-à-vis de leur volatilité. Les limites étaient de 20% pour l'o-crésol, 40% pour l'anisole et le CPN et 50% pour le prénol. Dans l'ensemble, l'ajout de LDC inhibe la réactivité à l'isooctane, qui peut être classée par ordre décroissant de réactivité : isooctane pur, o-crésol, anisole et cyclopentanone. En revanche, le carburant de substitution contenant le prénol était le seul à présenter une réactivité limitée à basse température et à favoriser la réactivité à l'isooctane à haute température, c'est-à-dire de 800 à 870 K
In 2019, nearly 30% of the CO2 emissions in the EU come from the transport sector. Electrification is one of the possible and stringent alternatives towards reducing CO2 emissions from the mobility; nevertheless, its wide availability would cost an enormous budget and decades to replace more than 300 million passenger cars powered by internal combustion engines. Moreover, some domains such as aviation and marine transport are still far from adopting electrification due to the comparably lower energy density of the batteries and carbon-free energy provision. Considering these situations and limitations, renewable biofuels emerge as a promising way to decarbonize the transport sector promptly. Biofuels are currently blended as additives, and can be produced by transformation of lignocellulosic biomass; inedible and renewable feedstock utilized for second-generation biofuel production. The newly introduced biofuels would demonstrate different combustion characteristics than the conventional fossil-based fuels, which need to be investigated in detail. The implementation of such substances requires precise operation strategy to avoid engine knock from spark-ignition (SI) engines, which is a major obstacle against increasing the thermal efficiency in highly turbocharged engines. Taking into account that the engine knock, or in general the autoignition of the unburned end-gas under low temperature conditions, is governed by the autoignition chemistry of fuel, it is, necessary to ensure their compatibility with the new engines by looking into their reaction pathways in engine-relevant conditions. This study aims to present a benchmark of potential new biofuels and/or additives to be used in (SI) engines, as well as provide useful discussions from a kinetics perspective on the co-oxidation of these compounds along with conventional fuels. Four oxygenated lignocellulosic derived compounds (LDCs) were investigated; anisole, o-cresol, prenol, and cyclopentanone (CPN), which are either potential automotive fuels or additives. Isooctane, which has often been used as the reference gasoline surrogate, was also tested to compare the acquired data with literature and validate the methodology used in this study. Ignition delay times (IDTs) were measured using ULille Rapid Compression Machine (RCM), and the mixtures of isooctane/LDC/O2/inert were evaluated at stoichiometric fuel-in-air conditions. The composition effect was investigated, varying the amount of LDC within isooctane mixtures and also varying the compression pressure from 14 to 25 bar. The effect of temperature on the IDT was investigated at 20 bar, and core gas temperatures from 665 to 870 K. The surrogates were formulated at stoichiometric conditions and prepared until the LDC fraction reached the maximum reasonable value given their volatility. The limits were 20% for o-cresol, 40% for anisole and CPN, and 50% for prenol. Overall, the LDC addition inhibits the isooctane reactivity, which can be ranked in descending order for reactivity: pure isooctane, o-cresol, anisole, and cyclopentanone. On the other hand, prenol surrogate was the only one to show limited reactivity at low temperatures and promote the isooctane reactivity at high temperatures, i.e., from 800 to 870 K

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Sampaio, Mergulhão Carolina. "Étude expérimentale de la cinétique de combustion de biocarburants issus de la biomasse lignocellulosique à hautes pressions." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2018-2021), 2020. http://www.theses.fr/2020LILUR045.

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Abstract:

En 2019, environ 30% des émissions de CO2 dans l'UE provenaient du secteur des transports. L'électrification est l'une des alternatives possibles pour réduire les émissions de CO2 liées à la mobilité ; néanmoins, sa démocratisation coûterait un budget énorme et des décennies pour remplacer plus de 300 millions de voitures particulières propulsées par des moteurs à combustion interne. De plus, certains domaines tels que l'aviation et le transport maritime sont encore loin de pouvoir adopter l'électrification en raison de la densité énergétique des batteries et de l’approvisionnement d'énergie suffisamment décarboné. Compte tenu de cette situation et de ces limitations, les biocarburants renouvelables apparaissent comme un moyen prometteur de décarboner rapidement le secteur des transports. Les biocarburants sont actuellement mélangés comme additifs, et ils peuvent être produits par transformation de la biomasse lignocellulosique ; matière première non comestible et renouvelable utilisée pour la production de biocarburants de deuxième génération. Les biocarburants nouvellement introduits présenteraient des caractéristiques de combustion différentes de celles des combustibles fossiles conventionnels, qui doivent être étudiées en détail. La mise en œuvre de telles substances nécessite une modification appropriée de la cartographie de fonctionnement du moteur pour éviter le phénomène de cliquetis dans les moteurs à allumage commandé, qui est un obstacle majeur à l'augmentation de l'efficacité thermique des moteurs fortement turbocompressés. Compte tenu du fait que ces phénomènes et l'auto-allumage des gaz imbrûlés dans des conditions de température plus basse est régi par la chimie d'auto-inflammation du carburant, il est nécessaire d'assurer leur compatibilité avec les nouveaux moteurs en examinant leurs voies de réaction en conditions "moteur". Cette étude vise donc à présenter un benchmark des potentiels nouveaux biocarburants et/ou additifs à utiliser dans les moteurs à essence, ainsi qu'à fournir des discussions utiles d'un point de vue cinétique sur la co-oxydation de ces composés avec les carburants conventionnels. Quatre composés dérivés de la lignocellulose (LDC) ont été étudiés ; l'anisole, l'o-crésol, le prénol et la cyclopentanone, qui sont soit des carburants automobiles potentiels, soit des additifs. L'isooctane, qui a souvent été utilisé comme substitut de l'essence de référence, a également été testé pour comparer les données acquises avec la littérature et valider la méthodologie utilisée dans cette étude. Les délais d’auto-inflammation (IDT) ont été mesurés à l'aide de la machine à compression rapide d'ULille, et les mélanges d'isooctane/LDC/O2 /inerte ont été évalués dans des conditions stœchiométriques de carburant dans l'air. L'effet de la composition a été étudié, en faisant varier la quantité de LDC dans les mélanges d'isooctane et en faisant également varier la pression de compression de 14 à 25 bar. L'effet de la température sur l'IDT a été étudié à 20 bar et les températures de 665 à 870 K. Les carburants de substitution ont été formulés dans des conditions stœchiométriques et préparés jusqu'à ce que la fraction LDC atteigne la valeur maximale autorisée vis-à-vis de leur volatilité. Les limites étaient de 20% pour l'o-crésol, 40% pour l'anisole et le CPN et 50% pour le prénol. Dans l'ensemble, l'ajout de LDC inhibe la réactivité à l'isooctane, qui peut être classée par ordre décroissant de réactivité : isooctane pur, o-crésol, anisole et cyclopentanone. En revanche, le carburant de substitution contenant le prénol était le seul à présenter une réactivité limitée à basse température et à favoriser la réactivité à l'isooctane à haute température, c'est-à-dire de 800 à 870 K
In 2019, nearly 30% of the CO2 emissions in the EU come from the transport sector. Electrification is one of the possible and stringent alternatives towards reducing CO2 emissions from the mobility; nevertheless, its wide availability would cost an enormous budget and decades to replace more than 300 million passenger cars powered by internal combustion engines. Moreover, some domains such as aviation and marine transport are still far from adopting electrification due to the comparably lower energy density of the batteries and carbon-free energy provision. Considering these situations and limitations, renewable biofuels emerge as a promising way to decarbonize the transport sector promptly. Biofuels are currently blended as additives, and can be produced by transformation of lignocellulosic biomass; inedible and renewable feedstock utilized for second-generation biofuel production. The newly introduced biofuels would demonstrate different combustion characteristics than the conventional fossil-based fuels, which need to be investigated in detail. The implementation of such substances requires precise operation strategy to avoid engine knock from spark-ignition (SI) engines, which is a major obstacle against increasing the thermal efficiency in highly turbocharged engines. Taking into account that the engine knock, or in general the autoignition of the unburned end-gas under low temperature conditions, is governed by the autoignition chemistry of fuel, it is, necessary to ensure their compatibility with the new engines by looking into their reaction pathways in engine-relevant conditions. This study aims to present a benchmark of potential new biofuels and/or additives to be used in (SI) engines, as well as provide useful discussions from a kinetics perspective on the co-oxidation of these compounds along with conventional fuels. Four oxygenated lignocellulosic derived compounds (LDCs) were investigated; anisole, o-cresol, prenol, and cyclopentanone (CPN), which are either potential automotive fuels or additives. Isooctane, which has often been used as the reference gasoline surrogate, was also tested to compare the acquired data with literature and validate the methodology used in this study. Ignition delay times (IDTs) were measured using ULille Rapid Compression Machine (RCM), and the mixtures of isooctane/LDC/O2/inert were evaluated at stoichiometric fuel-in-air conditions. The composition effect was investigated, varying the amount of LDC within isooctane mixtures and also varying the compression pressure from 14 to 25 bar. The effect of temperature on the IDT was investigated at 20 bar, and core gas temperatures from 665 to 870 K. The surrogates were formulated at stoichiometric conditions and prepared until the LDC fraction reached the maximum reasonable value given their volatility. The limits were 20% for o-cresol, 40% for anisole and CPN, and 50% for prenol. Overall, the LDC addition inhibits the isooctane reactivity, which can be ranked in descending order for reactivity: pure isooctane, o-cresol, anisole, and cyclopentanone. On the other hand, prenol surrogate was the only one to show limited reactivity at low temperatures and promote the isooctane reactivity at high temperatures, i.e., from 800 to 870 K

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Pillet, Séverine. "Réalisation d'un système expérimental pour caractériser la combustion et les émissions d'oxydes d'azote des combustibles solides : application aux charbons et à la biomasse." Orléans, 2004. http://www.theses.fr/2004ORLE2051.

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Abstract:

Des modèles sont aujourd'hui disponibles pour prédire la formation de NOx et d'imbrûlés dans les chaudières à charbon pulvérisé. Ils requièrent néanmoins une caractérisation préalable des combustibles. Dans cette optique, un système expérimental, basé sur un four à chute, a été développé pour étudier les différentes phases de la combustion de solides dans des conditions similaires à celles des flammes de charbon pulvérisé. Deux études expérimentales ont été menées. En premier lieu, la pyrolyse de biomasse (peuplier) a été investiguée entre 800 et 1350°C. La composition des matières volatiles émises a été analysée et discutée en termes d'efficacité de recombustion et de devenir de l'azote du combustible. En second lieu, des essais de combustion de résidus carbonés, issus de deux charbons (bitumineux et semi-anthracite), ont été réalisés à différents taux d'oxygène, températures et temps de séjour. Des constantes de réactivité apparente ont ainsi été déterminées pour chaque charbon.

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Brassard, Patrick. "Étude des émissions gazeuses et particulaires de la combustion de biomasses agricoles et forestières." Thesis, Université Laval, 2012. http://www.theses.ulaval.ca/2012/29173/29173.pdf.

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Cousineau-Pelletier, Myriam. "Combustion monitoring for biomass boilers using multivariate image analysis." Thesis, Université Laval, 2009. http://www.theses.ulaval.ca/2009/26714/26714.pdf.

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Abstract:

Les procédés de combustion sont utilisés dans la plupart des industries chimiques, métallurgiques et manufacturières, pour produire de la vapeur (chaudières), pour sécher des solides ou les transformer dans des fours rotatifs (ou autres). Or, les combustibles fossiles qui les alimentent (ex. : gaz naturel) sont de plus en plus dispendieux, ce qui incite plusieurs compagnies à utiliser d’autres sources de combustibles tels que de la biomasse, des rejets inflammables produits par le procédé lui-même ou des combustibles fossiles de moindre qualité. Ces alternatives sont moins coûteuses, mais de composition, et donc de pouvoir calorifique, plus variable. De telles variations dans la chaleur dégagée par la combustion perturbent l’opération des procédés et la qualité des produits qui dépendent de ces installations. De nouvelles stratégies de contrôle de la combustion doivent donc être élaborées afin de tenir compte de cette nouvelle réalité. Il a été récemment démontré que l’énergie dégagée par la combustion est corrélée à l’aspect visuel de la flamme, principalement sa couleur, ce qui permet d’en quantifier les variations par imagerie numérique. L’objectif de ce projet industriel consiste à faire la démonstration que l’analyse d’images multivariées peut servir à l’identification du comportement d’une chaudière à biomasse. La chaudière à biomasse opérée par Irving Pulp & Paper Ltd (Saint-John, Nouveau-Brunswick) fera office d’exemple. Les résultats montrent qu’un modèle bâtit à partir des informations fournies par les images ainsi que les données de procédé donne de bonnes prédictions de la quantité de vapeur produite (R2modèle=93.6%, R2validation=70.1%) et ce, 2,5 minutes à l’avance. Ce projet est la première étape du développement d’une nouvelle stratégie de contrôle automatique de la combustion de biomasse, capable de stabiliser l’énergie dégagée, malgré les variations imprévisibles dans le pouvoir calorifique et les proportions des combustibles utilisés provenant de différentes sources.
Biomass is increasingly used in the process industry, particularly in utility boilers, as a low cost source of renewable, carbon neutral energy. It is, however, a solid fuel with some degree of moisture which feed rate and heat of combustion is often highly variable and difficult to control. Indeed, the variable bark properties such as its carbon content or its moisture content have an influence on heat released. Moreover, the uncertain and unsteady bark flow rate increases the level of difficulty for predicting heat released. The traditional 3-element boiler control strategy normally used needs to be improved to make sure the resulting heat released remains as steady as possible, thus leading to a more widespread use biomass as a combustible. It has been shown in the past that the flame digital images can be used to estimate the heat released by combustion processes. Therefore, this work investigates the use of Multivariate Image Analysis (MIA) of biomass combustion images for early detection of combustion disturbances. Applied to a bark boiler operated by Irving Pulp & Paper Ltd, it was shown to provide good predictions, 2.5 minutes in advance, of variations in steam flow rate (R2fit=93.6%, R2val=70.1%) when information extracted from images were combined with relevant process data. This project is the first step in the development of a new automatic control scheme for biomass boilers, which would have the ability to take proactive control actions before such disturbances in the manipulated variable (i.e. bark flow and bark properties) could affect steam production and steam header pressure.

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Le, Bris Thomas. "Etude de la combustion du charbon pulvérisé et de la biomasse sur un brûleur à swirl bas NOx." Valenciennes, 2010. http://ged.univ-valenciennes.fr/nuxeo/site/esupversions/7b27fd73-7593-4ba6-96e1-5afc95ca172a.

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Abstract:

Ce travail présente la combustion du charbon pulvérisé et la cocombustion charbon/biomasse (pellets de bois) en vue d’une utilisation dans des foyers de grande puissance dans le cadre d’un projet Européen Interreg IIIA Franco-Britannique nommé COSAMM. L’étude présente des résultats d’instruments expérimentaux et traditionnels ainsi que de la modélisation numérique sur une chaudière équipée d’un brûleur bas-NOx à swirl de 3 MWth. Trois instruments sont à valider. Le premier sert à la mesure des particules dans la veine d’alimentation avant le brûleur. Juste en aval, une mesure optique expérimentale de la granulométrie est faite. Le dernier instrument sert à la mesure de la température de flamme et à contrôler sa stabilité. Dans la flamme, des mesures de température par thermocouple et des mesures d’espèces sont faites en complément. La thèse présente la nature des combustibles utilisés, leur combustion et les bases de la théorie de la modélisation de leur combustion. Le système expérimental et les conditions d’entrée pour les modèles sont présentés. La première campagne d’essais permet la validation des instruments avec l’appui des mesures et de la modélisation. La seconde campagne d’essais se fait sur les paramétrages du brûleur. La troisième campagne se fait sur la cocombustion, différents mélanges de charbon/biomasse sont brûlés. La modification de la flamme est significative lors du passage de la combustion du charbon pur au mélange de charbon et de 5% massique de biomasse. On observe une diminution des imbrûlés avec l’augmentation de la quantité de biomasse. Cette amélioration de la combustion avec l’ajout de biomasse est contrebalancée par l'encrassement du foyer
This work concerns pulverised coal combustion and coal/biomass co-firing (wood pellets) for use in large power plants. The study presents results from classical instrumentation, new experimental devices and CFD computational fluid dynamics modeling on a 3 MWth boiler equipped with a swirl low-NOx burner. The work takes place in the framework of a Franco-British European project Interreg IIIA named COSAMM. Three new tools for industry are developed at the university of Kent, an instrument to measure particle speed in the feeding pipe before the burner. Just downstream on the feeding pipe, an optical particle size measurement by imaging is made, the last instrument used is measuring flame temperature and stability. In the flame, thermocouple and species measurements are made in complement. This measurement package coupled with modeling allows the validation of new the measurement instruments. The test on the semi-industrial boiler are used for anticipating problems for upgrading to the industrial stage. The thesis presents the used fuels nature, their combustion and the theoretical bases for the combustion modeling. Moreover, the experimental setup is described. The first test campaign allows testing the experimental instruments by the measures and the modeling. The second test campaign is done on burner parameters. The last campaign biomass is added with a mass fraction input going from 0 to 20%. There is a clear decrease in unburned carbon with the increasing biomass quantity. This combustion improvement with the biomass addition is offset by a strong slagging

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Pelletier, Chloé. "Analyse environnementale et économique des filières bois-énergie." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0331/document.

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Abstract:

Le but de cette thèse est de conduire l’analyse environnementale et économique de plusieurs filières bois-énergie basée sur des technologies de combustion variées. Les bilans matière et énergie des filières s’appuient sur des modèles de croissance de la forêt, et sur des modèles de combustion basés sur les émissions de poêles et chaudières en conditions réelles. La croissance de la forêt est simulée pour le pin des Landes et le hêtre de Lorraine selon plusieurs itinéraires de gestion sylvicole. Les étapes de récolte, transformation, et transport, ainsi que les données économiques sont basées sur des données de la littérature L’analyse environnementale compare les impacts calculés selon deux méthodes : ReCiPe et CML 2001. Une analyse dynamique de l’impact « Changement Climatique » complète la discussion sur les impacts environnementaux du bois-énergie. Enfin, une perspective plus large est ouverte avec une modélisation de l’usage des terres et des coûts de production de biomasse-énergie à l’échelle globale. Les résultats de l’Analyse de Cycle de Vie montrent l’importance à la fois de la qualité de la combustion (et donc de la technologie) et des étapes de transformation et de transport de la biomasse. Par exemple, les poêles et chaudières à granulés bénéficient de très bons rendements énergétiques mais sont handicapés par l’étape de séchage de la biomasse, qui consomme des énergies fossiles. Ces équipements sont également beaucoup plus onéreux à installer que les poêles et chaudières à bûches. L’analyse dynamique montre que l’intensification des itinéraires forestiers par raccourcissement des cycles de croissance entraîne un impact supplémentaire qui n’est pas tout à fait compensé par l’augmentation de production des plantations
The objective of this thesis is to conduct the environmental and economic analysis of several wood-to-energy production chains based on various wood combustion technologies. The material and energy balances of the production chains are determined with modeling of forest growth and of wood combustion. The wood combustion models use the emission factors from real-scale experimental tests on stoves and boilers. Forest growth is modeled for maritime pine and beech plantations, according to several forest management schemes. The data on the harvest, transformation, and transport steps, as well as the economic data, were taken from the literature. The environmental analysis compares the impacts calculated by two methods: ReCiPe and CML 2001. A dynamic analysis of the “climate change” impact complements the discussion on the environmental impacts of energy wood. Finally, we open a broader perspective with modeling of land use and production costs of bioenergy on a global scale. The results of the Life Cycle Analysis show the importance of both combustion quality (linked to combustion technology), and the transformation and transport steps. For instance, pellet stoves and boilers have excellent efficiencies, but suffer from the consumption of fossil fuels to dry the biomass. These technologies are also much more expensive to buy than log stoves or boilers. The dynamic analysis shows that the intensification of wood production via the shortening of growth cycles leads to higher impacts that are not completely offset by the higher production rate

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Net-David-Buytaert, Sopheak. "Etude de la réactivité hétérogène des composés organiques issus de la combustion de la biomasse." Aix-Marseille 1, 2010. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2010AIX11034.pdf.

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Abstract:

La combustion de la biomasse est une des principales sources de matières organiques fines (<2. 5μm) qui peut contribuer à plus de 70% de fractions organiques des aérosols et à plus de 50% de la masse PM2. 5 dans les zones urbaines. Cependant, le devenir de ces matières fines et leurs impacts sur le climat, l’environnement, la santé sont actuellement des questions ouvertes. D’autre part, les réactivités hétérogènes à l’interface gaz/particules dans l’atmosphère sont loin d’être entièrement expliquées. L’objectif de cette thèse était d’apporter une contribution aux objectifs du programme INTOX (étude de l’impact sanitaire des produits de combustion du bois), et de développer parallèlement de nouvelles connaissances sur la réactivité hétérogène chimique et photochimique des composés organiques émis dans l’atmosphère par la combustion de la biomasse. Les réactivités hétérogènes entre l’ozone gazeux et 12 composés organiques provenant de combustion de la biomasse, adsorbés sur les particules de silice ont été étudiées. L’étude de l’influence de différents paramètres tels que la photolyse, la photosensibilisation, la nature des composés sur cette réactivité a été également effectuée. L’ensemble des résultats obtenus au cours de cette thèse révèle l’importance des réactivités hétérogènes à l’interface gaz/particule. Ce type de réaction forme des produits de propriétés physicochimiques très variées, volatils, semi-volatils, polaires, peu polaires, de petites masses moléculaires à de grandes masses moléculaires ainsi que des oligomères. Ces produits formés interagissent alors dans différentes phases atmosphériques telles que la phase gazeuse, aqueuse et particulaire. Dans ce travail de thèse, les constantes cinétiques des réactions chimiques et photochimiques ont été calculées ainsi que leurs âges apparents. Les produits de la réaction ont été identifiés ; les principaux produits ont été confirmés et quantifiés avec leurs standards correspondants
Biomass combustion is one of the major sources of fine organic materials (<2. 5μm), which contribution has been estimated at more than 70% of the total organic fraction of aerosols and more than 50% of the mass PM2. 5 in urban areas. The transformation of this ultrafine particulate matter and its impact on climate, environment and health, yet remains an intriguing question. Moreover, the heterogeneous interactions between the gas-phase oxidants and aerosol particles in the atmosphere are not completely resolved. One of the primary goals of this thesis was to develop new knowledge towards chemical and photochemical heterogeneous chemistry of the organic compounds produced from wood combustion processes. To this end, the heterogeneous reactions between gaseous ozone and 12 of the most representative wood combustion products adsorbed on the silica particles were carried out at various experimental conditions of atmospheric relevance. The results obtained in this work show the importance of heterogeneous reactivities at the interface gas/particles. This type of reactions gives secondary products with a range of physico-chemical properties, i. E. Variable volatiliy, polarity and molecular masses (sometimes even oligomers). Such secondary products may interact with the gas, aqueous and solid phase in the atmosphere. In this thesis, the kinetic constants of chemical and photochemical reactions were determined as well. The reaction products were identified and the major products were confirmed and quantified by their corresponding standards

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Bruhier, Cyril. "Etude des mécanismes physico-chimiques impliqués dans la dévolatilisation et l’oxydation de combustibles solides pulvérisés sous atmosphères plus ou moins riches en oxygène." Thesis, Lille 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LIL10169.

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Le charbon demeure à l’heure actuelle l’un des combustibles fossiles les plus couramment employés afin de produire de l’énergie. Son utilisation accrue dans le futur devra toutefois être conciliée avec la problématique de réduction des émissions de gaz à effet de serre. Des procédés permettant de limiter les émissions de CO2 ou de faciliter son captage, à l’image de l’oxycombustion, sont de fait actuellement développés. Leur implémentation à l’échelle industrielle implique toutefois de lever un certain nombre de verrous scientifiques liés à la compréhension des mécanismes physico-chimiques d’oxydation du charbon pulvérisé sous atmosphères plus ou moins riches en oxygène. Ce travail de thèse a de fait porté sur la mise au point d’un banc d’essais de laboratoire permettant d’étudier la combustion du charbon en reproduisant des conditions de chauffe analogues à celles rencontrées industriellement. Le brûleur hybride qui a été mis au point lors de ce travail a permis d’analyser des flammes jets de combustible solide sous atmosphères O2/N2 et O2/CO2 contenant des teneurs variables en oxygène. Une caractérisation détaillée des champs de vitesse et de température dans la chambre réactionnelle a été opérée. Des mesures de température des semi-cokes dans les flammes et de concentrations d’espèces gazeuses (CO, CO2, O2, NO, NOx et SOx) ont également été réalisées tout au long de la combustion. Des prélèvements de semi-cokes à différents temps de séjour ont enfin été opérés de sorte à obtenir des profils de dévolatilisation qui ont pu être confrontés à divers modèles empiriques issus de la littérature. L’ensemble des données que nous avons obtenues nous a permis de mettre en évidence l’impact d’un enrichissement en oxygène du milieu réactionnel sur les cinétiques de dévolatilisation et sur les mécanismes de formation de polluants tels que les NOx et les SOx. Les travaux menés sous oxycombustion ont pour leur part permis de mieux appréhender les différences fondamentales entre la combustion du charbon pulvérisé sous air et sous atmosphères O2/CO2. Pour terminer, des essais préliminaires de combustion de mélanges à base de charbon et de bois ont également été menés, la co-combustion de charbon et de biomasse constituant un autre moyen de limiter les quantités nettes de CO2 émises dans l’atmosphère
Coal is currently one of the most widely used fossil-fuel for energy production applications. Its increasing use in the near future will have to face the greenhouse gas reduction objectives. Different processes have thus been developed to reduce CO2 emissions or ease their capture as oxy-fuel combustion for instance. The implementation of such techniques at industrial scale implies fundamental works to be undertaken to better understand the physical-chemical processes involved in the oxidation of pulverized coal under oxygen enriched environments. The present work has thus focused on the development of a lab-scale test bench allowing the study of coal combustion with heating rates similar to those met in industrial combustors. The hybrid burner that has been set up allowed the analysis of different solid fuels jet-flames under O2/N2 and O2/CO2 atmospheres containing various amounts of oxygen. A detailed characterization of the velocity and temperature fields has been carried out in the combustion chamber. Char temperatures and gaseous species concentrations (CO, CO2, O2, NO, NOx and SOx) have also been monitored during the combustion. Char samples at different residence times have finally been collected to derive devolatilization profiles that have been compared to simulated data issued from various empirical models from the literature. Obtained results clearly illustrate the impact of an oxygen enrichment of the reaction medium on devolatilization kinetics and pollutants formation including NOx and SOx. Works conducted in the fields of oxy-fuel combustion allowed to better understand the fundamental differences between pulverized coal combustion under air and O2/CO2 environment. Finally, preliminary experiments have been conducted using coal and wood blends since coal co-combustion with biomass appears to be another interesting mean to reduce net CO2 emissions into the atmosphere

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Ould, Lemine Mohamed. "Étude technologique, expérimentale et numérique de la conversion thermochimique de la biomasse : Développement d'un procédé de carbonisation et gazéification en suspension." Paris, CNAM, 2002. http://www.theses.fr/2002CNAM0425.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de produire du charbon végétal et du gaz propre à des fins énergétiques à partir des déchets végétaux par le développement d'une nouvelle technologie de carbonisation et gazéification de la biomasse en suspension. L'ensemble du travail s'articule autour de trois grands volets. Le premier volet a pour objectif la mise au point d'un procédé de carbonisation en suspension en combinant des essais de thermogravimétrie de la carbonisation de paille et la mise au point technologique du procédé. Les avantages de cette technologie résident principalement dans la compacité des réacteurs, qui se traduit par une réduction notable des coûts, la simplicité en construction mécanique, qui facilite son adaptation dans les pays en voie de développement, et la souplesse de l'installation par simple réglage d'air primaire. Le deuxième volet est une tentative de modélisation de la carbonisation de la paille dans le réacteur conçu comme un phénomène de combustion turbulente diphasique non-prémélangée en milieu pauvre. Nous avons adopté un modèle Eurelo-Lagrangien couplé à une Pdf présumée à deux scalaires. L'intérêt manifeste de l'application de la méthode Pdf à la combustion turbulente non prémélangée réside dans la possibilité d'introduire par une méthode de volumes finis à opérateurs séparés. Le troisième volet est consacré à l'application du procédé de carbonisation à la valorisation des déchets agricoles et particulièrement la balle et la paille de riz dans un contexte local d'un pays en développement. Il s'agit en effet non seulement de développer une nouvelle technologie énergétique, mais aussi de veiller à l'adéquation de la solution proposée aux contraintes locales. Le panorama du contexte énergétique mondial nous a fait ressortir les principales caractéristiques de la problématique énergie/environnement et particulièrement dans les pays en développement
The objective of this work is to produce vegetable coal and clean gas to energy ends starting from the vegetation wastes by te development of a new technology of carbonization and gasification of the biomass in suspension. The whole work is articulated around three large shutters. The first shutter aims at the development of a process of carbonization of straw and the development technological of the process. The advantages of this technology lie mainly at the compactness of the engines, which results in a notable reduction of the costs, simplicity in mechanical engineering, which facilitates its adaptation in the countries in the process of development, and the flexibility of the installation by simple adjustment of primary air. The second shutter is an attempt at modeling of the carbonization of the straw in the engine designed like a phenomeon of turbulent combustion diphasic non-premixed in poor medium. To model the operation of the engine of process, we adopted a Eulero-Lagrangian model coupled to a pdf supposed with two sclarars. The interest of the application of methode pdf to non-premixed turbulent combustion resides in the possibility of introducing the chemical term of source exactly. The system of the equations of the various assessments was solved by a finit cells method with separated operators. The third shutter is devoted to the application of the process of carbonization to the valorization of agricultural waste and particularly the balls and the rice straw in the local context of a developing country. It is indeed not only a question of developing a new energy technology, but also of taking care of the adequacy of the solution suggested with the local constraints. The panorama of the world energy context emphasized to us the principal charachteristics of the problems energy/environnement and particularly in the developping countries

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M'Laouhi, Amor. "Contribution à la modélisation et à l'optimisation des principaux paramètres de la méthanogénèse anaérobie pour la production d'énergie : application à la fermentation d'effluents bovins." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1993. http://www.theses.fr/1993ECAP0308.

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Abstract:

Dans le cadre de cette étude nous avons pu expérimenter trois types de fermenteurs: sur le premier fermenteur nous avons étudié le comportement hydraulique des effluents par un traceur chimique afin de connaître le type d'écoulement réel ainsi que le rôle de l'agitation par rapport au taux de dégazage. Sur le deuxième fermenteur nous avons testé l'influence du temps de rétention hydraulique sur production de gaz et la stabilité de la fermentation et proposé un modèle de production de gaz. L'étude des digesteurs en zone rurale a révélé l'importance de certains facteurs climatiques, du temps de séjour pratique, de la température et de la qualité de la matière organique introduite sur la production de biogaz. En outre l'utilisation de biogaz et son taux de couverture par rapport aux besoins des ménages ruraux ont été étudiés. Par ailleurs, la valeur fertilisante des effluents avant et après, fermentation en éléments N, P et K a été analysée sur les différents types de digesteur. Enfin, une approche économique du prix d'un KwH de l'énergie produite par les fermenteurs de Grignon et Sejnane a été évaluée.

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Dhahak, Amal. "Modélisation chimique détaillée de la combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestique en vue de réduire leurs émissions polluantes." Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0017.

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Abstract:

Cette thèse vise à comprendre et à modéliser les mécanismes chimiques de combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestiques afin de réduire les émissions polluantes. Dans ce but, un modèle global de combustion a été développé. Ce modèle considère à la fois une cinétique chimique détaillée et le transfert thermique. La première partie de ce travail a consisté à développer un modèle cinétique permettant de représenter la dévolatilisation de la biomasse ainsi que les réactions secondaires de combustion en phase gazeuse des espèces émises au cours de la pyrolyse primaire. Selon le modèle cinétique de pyrolyse utilisé, la biomasse est caractérisée comme étant un mélange de trois constituants dits de référence : la cellulose, l’hémicellulose et la lignine. Pour connaître les limitations du modèle étudié, il a été testé sur plusieurs cas de pyrolyse primaire. Un modèle de pyrolyse secondaire et de combustion a été ajouté au modèle représentant la pyrolyse primaire. Ce modèle secondaire est composé de mécanismes d'oxydation pour les produits formés par la pyrolyse, comme l’hydroxyacétaldéhyde, le furane et ses dérivés, l’anisole, le furfural, le gaïacol… Ce modèle secondaire, ainsi que le nouveau modèle global développé, BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation), ont été testés sur un grand nombre de points expérimentaux. Dans une seconde partie, le modèle cinétique considérant à la fois la pyrolyse primaire et le craquage thermique des espèces gazeuses émises, est couplé à un modèle de transfert de chaleur simplifié afin de modéliser la combustion d’une bûche de bois dans un poêle représenté par un réseau de réacteurs chimiques idéaux. Le modèle global, couplant les parties cinétique et thermique, permet de reproduire des résultats expérimentaux sur des émissions gazeuses (CO, CO2, NO) obtenues dans un poêle à bois
This thesis aims to understand and model the chemical mechanisms of biomass combustion in domestic heating appliances to reduce polluting emissions. For this purpose, a global model of combustion has been developed. This model considers both detailed chemical kinetics and heat transfer. The first part of this work consisted of developing a kinetic model to represent the devolatilization of biomass as well as the secondary gas phase combustion reactions of the species emitted during primary pyrolysis. According to the used kinetic model of pyrolysis, the biomass is characterized as a mixture of three so-called reference constituents: cellulose, hemicellulose and lignin. To know the limitations of the studied model, it has been tested on several cases of primary pyrolysis. A model of secondary pyrolysis and combustion was added to the model representing primary pyrolysis. This secondary model is composed of oxidation mechanisms for products formed by pyrolysis, such as hydroxyacetaldehyde, furan and its derivatives, furfural, anisole, guaiacol ... This secondary model, as well as the new global model developed BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation) have been tested on a large number of experimental results. In a second part, the kinetic model considering both the primary pyrolysis and the thermal cracking of the emitted gaseous species, is coupled to a simplified model of heat transfer to model the combustion of a log of wood in a stove represented by a network of ideal chemical reactors. The global model, coupling the kinetic and thermal parts, reproduces experimental results on gaseous emissions (CO, CO2, NO) obtained in a wood stove

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Nozahic, Françoise. "Production de gaz de synthèse par interactions à haute température du gaz, des goudrons et du résidu carboné issus de la pyrolyse de biomasses." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2008. http://oatao.univ-toulouse.fr/7688/1/nozahic.pdf.

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Abstract:

Cette thèse vise à comprendre et modéliser les mécanismes mis en jeu dans un réacteur de traitement de gaz de pyrolyse (RTGP) de biomasses sur un lit fixe constitué du résidu carboné. L'objectif est de produire un gaz de synthèse (CO + H2) ayant une teneur en goudrons inférieure à 0,1 mg/Nm3. Au niveau conceptuel le système matériel a été caractérisé et un schéma réactionnel simplifié a été identifié à l'aide de composés modèles sélectionnés pour être représentatifs des goudrons en terme de réactivité, révélateurs des mécanismes réactionnels et traceurs en entrée et sortie du RTGP. Un dispositif expérimental à échelle réduite, mini-RTGP, a été développé et les méthodes et protocoles d'analyse mis au point. Des expériences ont été menées afin de comprendre les mécanismes de dégradation du méthane et des composés modèles et de gazéification du résidu carboné ainsi que d'apporter des informations préliminaires sur les cinétiques. Un modèle du RTGP a également été développé.

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Coda, Beatrice. "Studies on ash behavior during co-combustion of paper sludge in fluidized bed boilers Untersuchung des Ascheverhaltens bei der Mitverbrennung von Papierschlammen in Wirbelschichtfeuerungen /." [S.l. : s.n.], 2004. http://www.bsz-bw.de/cgi-bin/xvms.cgi?SWB11195138.

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Hadj, Ali Kamal. "Étude cinétique de l'oxydation et de l'auto-inflammation en milieux gazeux homogène pauvre et ultra pauvre de carburants de substitution issus de la biomasse." Lille 1, 2007. http://www.theses.fr/2007LIL10004.

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L'oxydation et l'auto-inflammation de quatre carburants issus de la biomasse ont été étudiées dans des réacteurs adaptés à leurs réactivité, à haute pression et dans un large domaine de température. L'auto-inflammation du biogaz purifié (CH4 + H2) et du gaz de synthèse (CO + H2) a été étudiée en tube à choc à 10 bar entre 1200 et 2000 K. Elle se fait en un seul stade sans coefficient négatif de température ni de flamme froide. La cinétique d'oxydation du méthanol a été étudiée dans un réacteur parfaitement agité à 10 bar entre 700 et 1200 K. L'influence des oxydes d'azote (NOx) sur la cinétique d'oxydation du méthanol a également été étudiée. En présence de NOx l'oxydation du méthanol est accélérée. L'analyse et la quantification des produits de combustion ont permis de construire et de valider un modèle thermocinétique composé de 39 espèces et 170 réactions. L'oxydation et l'auto-inflammation du diméthyléther ont été étudiées en machine à compression rapide de 600 à 900 K et de 1,7 à 8,3 bar. L'effet de NO2 sur l'oxydation du diméthyléther a également été étudié. La formation de méthanoate de méthyle a été mise en évidence durant ce travail. Le diméthyléther présente une phénoménologie d'auto-inflammation en deux stades avec coefficient négatif de température et flammes froides. Les délais d'auto-inflammation mesurés en présence de NO2 sont plus courts. La base de données expérimentales établie à partir des résultats de cette étude a permis de mettre à jour un modèle thermocinétique de l'oxydation et de l'autoinflammation du diméthyléther. Le nouveau modèle a été validé sur des mesures obtenues en machine à compression rapide, tube à choc et réacteur parfaitement agité.

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Ibrahim, Mira. "Etude de la combustion de mélanges pauvres sur la base de biocarburant. Application par auto-allumage contrôlé par injection de particules de biomasse." Thesis, Sorbonne université, 2020. https://accesdistant.sorbonne-universite.fr/login?url=http://theses-intra.upmc.fr/modules/resources/download/theses/2020SORUS088.pdf.

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Abstract:

La combinaison d'une technologie alternative comme l'allumage par compression de la charge (HCCI) avec une énergie renouvelable comme la biomasse est un bon compromis pour réduire les émissions polluantes à la source. L'un des problèmes majeurs de cette combustion est le contrôle du moment de l’allumage ; l'injection directe de particules solides en suspension dans le mélange réactif permet de contrôler le début de la combustion. Dans la première partie de ce travail, la combustion de la biomasse gazeuse a été étudiée expérimentalement sur une machine à compression rapide dans des conditions HCCI. En raison de la complexité de ce mode de combustion, une approche simplifiée du processus a été simulée numériquement sur Chemkin-Pro pour étudier les effets des conditions initiales et de la composition du combustible sur les aspects physico-chimiques de la combustion ainsi que sur les émissions produites. Après avoir mis en évidence les avantages de la combustion pauvre, et d’un combustible type (biogaz/gaz de synthèse) dans la réduction les émissions polluantes, une base de données a été constituée pour sélectionner une gamme optimisée de conditions pour des émissions minimales et une réactivité spécifique. La deuxième partie de ce travail a été consacrée au contrôle du moment de l'allumage. Un injecteur de particules a été conçu pour injecter directement la poudre de biomasse dans le mélange réactif. Ce système a été combiné avec la machine à compression rapide, permettant l'étude de la combustion de biomasse dans différentes conditions initiales avant son injection dans le gaz réactif. Les résultats de cette étude ont mis en lumière les effets prometteurs de l'injection de poudre sur le contrôle de la combustion homogène pauvre
Combining an alternative technology like charge compression ignition (HCCI) with renewable energy such as biomass is a good compromise to reduce pollutant emissions at the source. One major problem of this combustion is the control of ignition timing; the direct injection of solid particles in suspension into the reactive mixture may control the start of ignition. Hence, the work was divided into two parts. In the first part, gaseous biomass combustion was studied experimentally on a rapid compression machine under HCCI conditions. Because of the complexity of this combustion mode, a simplified approach of the process was simulated numerically on Chemkin-Pro to study the effects of initial conditions and fuel composition on the physico-chemical aspects of the combustion as well as the produced pollutant emissions. After highlighting the advantages of lean combustion, and a fuel type biogas/syngas in reducing pollutant emissions, a database was built to select an optimized range of conditions for minimal emissions and a specific reactivity. The second part of this work was dedicated to ignition control. A particle injector was conceived to inject biomass powder into the reactive mixture directly. This system was combined with the rapid compression machine, allowing the study of biomass combustion with different initial conditions prior to its injection into reactive gas. The results of this study shed light on the promising effects of powder injection in the control of lean homogeneous combustion

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Dhahak, Amal. "Modélisation chimique détaillée de la combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestique en vue de réduire leurs émissions polluantes." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0017.

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Abstract:

Cette thèse vise à comprendre et à modéliser les mécanismes chimiques de combustion de la biomasse dans les appareils de chauffage domestiques afin de réduire les émissions polluantes. Dans ce but, un modèle global de combustion a été développé. Ce modèle considère à la fois une cinétique chimique détaillée et le transfert thermique. La première partie de ce travail a consisté à développer un modèle cinétique permettant de représenter la dévolatilisation de la biomasse ainsi que les réactions secondaires de combustion en phase gazeuse des espèces émises au cours de la pyrolyse primaire. Selon le modèle cinétique de pyrolyse utilisé, la biomasse est caractérisée comme étant un mélange de trois constituants dits de référence : la cellulose, l’hémicellulose et la lignine. Pour connaître les limitations du modèle étudié, il a été testé sur plusieurs cas de pyrolyse primaire. Un modèle de pyrolyse secondaire et de combustion a été ajouté au modèle représentant la pyrolyse primaire. Ce modèle secondaire est composé de mécanismes d'oxydation pour les produits formés par la pyrolyse, comme l’hydroxyacétaldéhyde, le furane et ses dérivés, l’anisole, le furfural, le gaïacol… Ce modèle secondaire, ainsi que le nouveau modèle global développé, BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation), ont été testés sur un grand nombre de points expérimentaux. Dans une seconde partie, le modèle cinétique considérant à la fois la pyrolyse primaire et le craquage thermique des espèces gazeuses émises, est couplé à un modèle de transfert de chaleur simplifié afin de modéliser la combustion d’une bûche de bois dans un poêle représenté par un réseau de réacteurs chimiques idéaux. Le modèle global, couplant les parties cinétique et thermique, permet de reproduire des résultats expérimentaux sur des émissions gazeuses (CO, CO2, NO) obtenues dans un poêle à bois
This thesis aims to understand and model the chemical mechanisms of biomass combustion in domestic heating appliances to reduce polluting emissions. For this purpose, a global model of combustion has been developed. This model considers both detailed chemical kinetics and heat transfer. The first part of this work consisted of developing a kinetic model to represent the devolatilization of biomass as well as the secondary gas phase combustion reactions of the species emitted during primary pyrolysis. According to the used kinetic model of pyrolysis, the biomass is characterized as a mixture of three so-called reference constituents: cellulose, hemicellulose and lignin. To know the limitations of the studied model, it has been tested on several cases of primary pyrolysis. A model of secondary pyrolysis and combustion was added to the model representing primary pyrolysis. This secondary model is composed of oxidation mechanisms for products formed by pyrolysis, such as hydroxyacetaldehyde, furan and its derivatives, furfural, anisole, guaiacol ... This secondary model, as well as the new global model developed BioPOx (Biomass Pyrolysis and Oxidation) have been tested on a large number of experimental results. In a second part, the kinetic model considering both the primary pyrolysis and the thermal cracking of the emitted gaseous species, is coupled to a simplified model of heat transfer to model the combustion of a log of wood in a stove represented by a network of ideal chemical reactors. The global model, coupling the kinetic and thermal parts, reproduces experimental results on gaseous emissions (CO, CO2, NO) obtained in a wood stove

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François, Jessica. "Modélisation et évaluation environnementale des filières de cogénération par combustion et gazéification du bois." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0071.

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Abstract:

Le développement du bois énergie est un des principaux leviers dans la lutte contre le changement climatique. Cependant son utilisation à grande échelle n’est pas sans risque pour l’environnement. Afin de quantifier les impacts environnementaux de la filière bois énergie, nous avons, dans un premier temps, développé un modèle systémique de la filière, depuis la forêt jusqu’à la production d’énergie. Deux technologies ont été considérées pour la co-production d’électricité et de chaleur à partir de biomasse forestière : l’une, traditionnelle, par combustion directe, et l’autre, plus avancée mais moins mature, par gazéification. Dans le cas de la gazéification, nous avons défini les conditions opératoires les plus favorables du procédé en tenant compte des rendements énergétiques et exergétiques ainsi que de la qualité du syngas. Dans un deuxième temps, nous avons calculé les flux de carbone et de minéraux exportés lors de la récolte du bois ainsi que le nombre d’hectares requis, puis les ressources et rejets liées au fonctionnement des centrales biomasses. Nous avons noté qu’une intensification des pratiques sylvicoles résultait en une augmentation des exportations de minéraux. Enfin, nous avons évalué les performances environnementales des deux filières à l’aide d’une Analyse de Cycle de Vie (ACV). Dans le contexte énergétique français, les deux systèmes offrent des performances très similaires, avec un léger avantage à la combustion. Du point de vue du changement climatique, il serait plus particulièrement bénéfique de développer ces procédés biomasse afin de remplacer les technologies de production d’énergie basées sur les combustibles fossiles
Biomass is one of the most promising renewable energy source in Europe. Its use as a substitute to fossil energy is expected to mitigate climate change. However, potential drawbacks are also feared with large scale development. In order to assess the environmental impacts of the biomass-to-energy chain, we firstly developed a model of the bioenergy system, from the forest to the energy production. We focused on two biomass power plants for combined heat and power (CHP) production: one is based on the conventional direct combustion process while the other is based on the more advanced gasification process. Gasification offers higher electrical efficiency, but its development is still facing technical difficulties. In case of the gasification process, we defined the best operating conditions regarding energetic and exergetic efficiencies, as well as the syngas quality requirements. Secondly, we calculated the carbon and mineral flows taken from the forest through energy wood harvesting, along with the forested area required to feed the CHP plant. The other resources and emissions related to the plant operation were also predicted. We observed that more extensive forestry practices led to an increase in the mineral exports. Finally, we evaluated the environmental performance of the two biomass CHP plants using life cycle assessment (LCA). Within French energy context, we found that both CHP technologies had very similar impacts with a slight advantage toward the combustion process. It appears of particular benefit to replace current fossil energy systems with biomass CHP plants to reduce climate change

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Zellagui, Sami. "Pyrolyse et combustion de solides pulvérisés sous forts gradients thermiques : Caractérisation de la dévolatilisation, des matières particulaires générées et modélisation." Thesis, Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH9599/document.

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Abstract:

Le charbon est l’une des ressources fossiles les plus économiques pour la production d’énergie. Cependant, il présente des inconvénients liés à l’impact environnemental lors de sa combustion qui produit CO2, principal gaz à effet de serre, ainsi que d’autres gaz et particules polluants et nocifs pour la santé. Afin de lutter contre ces effets, plusieurs procédés sont envisagés dont l’oxycombustion (possibilité de séquestrer CO2 en sortie du système de combustion) et la co-combustion charbon/biomasse sachant que le bilan carbone est neutre pour la biomasse. Pour caractériser ces procédés, un dispositif expérimental a été développé. Il s’agit d’un four à chute qui permet de reproduire en laboratoire les conditions expérimentales prévalant dans les chaudières industrielles dont une vitesse de chauffe des particules de l’ordre de 104 K s-1. Ce dispositif a permis d’étudier la réaction de dévolatilisation de différents solides pulvérisés (charbons, biomasse) à différentes températures (de 600 à 1400 °C). Pour comparer les procédés de combustion et d’oxycombustion, la dévolatilisation sous N2 (étape préliminaire à la combustion sous air) et sous CO2 (étape préliminaire à l’oxycombustion) a été étudiée pour différents charbons à différentes températures. Les résultats obtenus montrent que l’influence de l’atmosphère gazeuse sur la dévolatilisation du charbon n’est significative que pour des températures supérieures à 1200 °C. L’influence des différentes conditions opératoires sur les émissions de particules (PM2.5) issues de la combustion du charbon et de la biomasse a été évaluée et des corrélations sont mises en évidence entre l’intensité d’émission des particules et la nature du combustible, la température et l’atmosphère gazeuse. Une étude cinétique de la pyrolyse a été effectuée et les paramètres cinétiques correspondants déterminés par modélisation à partir de plusieurs schémas cinétiques réactionnels
Coal is the most economically attractive fossil fuel and the main resource used for electricity production. However, the main issue with coal combustion is the greenhouse gas as well as other gases and particulates matter leading to environmental and human concerns. In order to reduce the environmental impact of coal utilization, researches are conducted to improve the combustion process and to use other carbon-based fuels. The first approach includes the oxy-fuel combustion that can be coupled with Carbon Capture and Storage process (CCS). The second approach promotes the partial substitution of coal by carbon-neutral fuels, such as biomasses, which are promising fuels.For the evaluation of the application of these technologies, an experimental device was developed. This device is a drop tube furnace (DTF) in which high particle heating rate (approximately 104–105 K s−1) has to be achieved in order to characterize solid fuels under conditions similar to those taking place in power plant furnaces. DTF allowed to investigate pyrolysis reaction involving coal and/or biomass particles at different temperatures (600-1400 °C). The comparison between the oxy-combustion and the conventional air combustion process starts with the investigation of the pyrolysis step. The impact of N2 (for conventional air combustion) and CO2 (for oxy-fuel combustion) atmospheres during pyrolysis of different coals at different temperatures was investigated. Results showed that the coal devolatilization is influenced by the gas under which the fuel devolatilization is carried out (N2 or CO2) only at high temperatures (>1200 °C). The influence of different operating conditions on PM2.5 emission were experimented for coals or biomass, including combustion atmosphere (air or oxy-fuel conditions), particle residence time and temperature. A kinetic study of the pyrolysis was carried out and the corresponding kinetic parameters were determined by modeling from several kinetic reaction schemes

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Fournel, Sébastien. "Combustion à la ferme de cultures énergétiques : influence de leurs propriétés physico-chimiques sur les émissions atmosphériques, prédiction de la composition des gaz et cadre de qualité de la biomasse agricole." Thèse, Université de Sherbrooke, 2015. http://hdl.handle.net/11143/6832.

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Abstract:

Le monde agricole québécois a actuellement la volonté de mettre en place une filière biomasse pour la production de chaleur à la ferme. Toutefois, la législation sur la qualité de l’air du Québec ne permet pas de valoriser aisément des cultures énergétiques à cette fin. Dans la littérature, le manque de facteurs d’émission en lien avec la combustion de biomasses lignocellulosiques limite l’actualisation du règlement, plutôt contraignant dans le moment, pour répondre aux besoins du milieu. Par ailleurs, la variabilité des propriétés physico-chimiques des plantes agricoles rend le dossier encore plus complexe. Le présent projet visait donc à quantifier l’influence des caractéristiques (espèce, composition chimique, date de récolte, forme, etc.) des cultures dédiées ayant le meilleur potentiel de développement au Québec sur les émissions atmosphériques (particules et gaz) lors de la combustion à la ferme. Une revue critique de la littérature a d’abord ciblé, en plus du bois (référence), quatre biomasses agricoles d’intérêt : le saule à croissance rapide, le panic érigé, le miscanthus et l’alpiste roseau. Ces cultures pérennes ont ensuite été acquises de divers producteurs selon la forme du produit (copeaux, granules ou vrac) et sa date de récolte (automne ou printemps). Au total, 12 différentes biomasses ont été brûlées dans une chaudière multi-combustible de 29 kW au Laboratoire sur les énergies en agriculture durable (LEAD) de l’Institut de recherche et de développement en agroenvironnement (IRDA). Au cours de 36 essais expérimentaux (3 répétitions), les paramètres d’opération (masse du combustible, températures de la chambre, de l’effluent gazeux et de l’eau de l’échangeur de chaleur, débits des gaz et du fluide caloporteur, etc.) et les concentrations de 11 gaz (CO, CO[indice inférieur 2], CH[indice inférieur 4], N[indice inférieur 2]O, NO, NO[indice inférieur 2], NH[indice inférieur 3], SO[indice inférieur 2], HCl, H[indice inférieur 2]O et O[indice inférieur 2]) ont été mesurés en continu. Les matières particulaires ont aussi été échantillonnées pour chaque test de combustion à l’aide de la Méthode 5 de l’United States Environmental Protection Agency (USEPA). Au final, aucune des biomasses n’a respecté les valeurs limites de particules décrites par la règlementation environnementale québécoise avec le système de combustion utilisé. Des contraintes technologiques et la vaste gamme de biomasses sélectionnées ont compliqué l’ajustement des conditions optimales d’opération pour chaque combustible. Néanmoins, plusieurs tendances ont été soulevées. Le bois, étant donné ses faibles teneurs en éléments inorganiques, a produit moins de polluants que les plantes à vocation énergétique. Dans leur cas, leurs émissions particulaires et gazeuses ont généralement été proportionnelles à leurs contenus en azote, en soufre, en chlore, en métaux alcalins et en cendres. C’est ce qui explique que le lessivage causé par la fonte des neiges et subi par une culture récoltée au printemps ait entraîné une diminution importante des rejets atmosphériques. De plus, la granulation, qui permet en densifiant et en homogénéisant le produit de mieux contrôler le procédé, a engendré une baisse des composés issus d’une combustion incomplète. L’analyse de l’impact des propriétés physico-chimiques des cultures sur les émissions lors de la combustion a mené à l’établissement d’un cadre potentiel de certification de la qualité de la biomasse agricole. Un modèle de prédiction de la composition des gaz, basé sur la notion d’équilibre thermodynamique et la minimisation de l’énergie libre de Gibbs, a également été développé pour estimer rapidement les rejets de combustion de toute biomasse et ainsi faciliter son classement à l’intérieur du cadre proposé.

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Rouvière, Aurélie. "Impact des combustions du bois de chauffage sur les atmosphères extérieures et intérieures : étude de la dégradation d'un traceur spécifique en enceinte de simulation : le créosol." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://www.theses.fr/2006GRE10185.

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Abstract:

L'atmosphère terrestre est un milieu très complexe, perpétuellement en interaction, dont sa composition est fortement influencée par les activités humaines qui émettent de nombreux composés. Peu d'études liées aux émissions de composés organiques volatils (COV) en air intérieur à partir des sources de combustion (différents modes de chauffage, cuisine,. . . ) ont été conduites à ce jour. En effet, l'utilisation de cheminées ne peut que s'accentuer ces prochaines années compte tenu de l'augmentation importante du coût du pétrole et de la valorisation du bois en tant que source alternative. Une partie de la carence en études dans de domaine est liée au manque de techniques analytiques permettant d'accéder aux composés émis à des niveaux très faibles. Le travail entrepris a pour principal objectif l'évaluation de l'impact des émissions de COV dû à la combustion du bois, plus particulièrement dans les atmosphères intérieures. Afin de mieux appréhender le rôle des composés émis sur la qualité de l'air et la santé, une étude cinétique de photodégradation d'un traceur spécifique de la combustion a été réalisée : le créosol. Ainsi après avoir étudié les possibilités de nouveaux supports analytiques à base de nanostructures de carbone (NSC) nous nous sommes attachés à évaluer les caractéristiques des émissions de différents foyers individuels à bois. Cette étude a montré qu'il était possible d'isoler certains composés « traceurs » en relation avec le type de combustion et l'essence de bois brûlé. Les NSC ont montré des qualités analytiques inégales à ce jour et demande encore des études complémentaires. Un traceur type : le créosol, à été mis en évidence dont son étude cinétique a montré qu'il était très réactif avec une constante très élevée et qu'il était à l'origine de composés secondaires parfois plus toxiques pour la santé humaine (composés oxydés)
Currently, few studies related to Volatile Organic compounds (VOC) emissions in indoor air were realised from combustion sources (heating, cooking. . . ). Indeed, the use of fireplaces will increase next years due to oil price: wood valorisation is one of the alternative sources for residential heating. There are not many studies about this subject because analytical techniques to determine weak concentration are difficult to implement. The main goal of this work is to evaluate the impact of VOC emissions due to wood combustion, and more particularly in indoor air. In order to understand the role of compounds emitted on air quality, a kinetic study of a specific marker was carried out in an atmospheric simulation chamber. Thus, after having studied the possibilities of news analytical supports containing carbon nanostructures (CNS), we evaluated VOC emissions from different wood fireplace. This study showed it was possible to find a marker in relation to wood type burning. Creosol was highlighted as this marker and its kinetic study showed that it was very reactive (very high constant). This compound was also at the origin of secondary compounds sometimes more toxic for human health. Finally at this time the CNS showed unequalled analytical qualities and requires complementary studies for a reliable analytical application

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Sarvaramini, Amin. "New routes to enhance the efficiency of biomass torrefaction and gasification processes (Potentials for valorization of lignocellulosic biomass and mining residues)." Thesis, Université Laval, 2014. http://www.theses.ulaval.ca/2014/30571/30571.pdf.

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Abstract:

L’objectif de la recherche proposée dans cette thèse est d’apporter une meilleure compréhension au mécanisme de la torréfaction de la biomasse et de proposer des méthodes pratiques afin d’améliorer l’efficacité de ce processus. Quant au mécanisme, la torréfaction de deux échantillons de biomasse lignocellulosique des forêts du Québec (le faux-tremble et le bouleau) et leurs constituants principaux tels que la lignine, la cellulose et l’hémicellulose est étudiée en détail en utilisant différentes techniques expérimentales et un modèle cinétique a été développé pour décrire la cinétique de leur torréfaction. Notre étude sur le mécanisme et la cinétique de torréfaction de la biomasse révèle également une faible vitesse de torréfaction de la biomasse, ce qui nous a motivés à proposer et développer une nouvelle méthode de torréfaction impliquant des liquides ioniques dans le but de stimuler la vitesse de torréfaction de la biomasse. Bien que la torréfaction améliore les propriétés physicochimiques de la biomasse en tant que combustible, la production d’hydrocarbures oxygénés (sous forme de volatils) de la biomasse lors de la torréfaction réduit son énergie globale. Dans le but de récupérer l’énergie des volatils, une nouvelle combinaison de la torréfaction de la biomasse et de la combustion des volatils dans une boucle chimique de combustion (Chemical Looping Combustion) a été étudiée dans cette thèse. À cet effet, les minéraux ultramafiques abondants et préalablement broyés, largement disponibles dans la province de Québec, ont été testés en tant que transporteurs solides d’oxygène conduisant à près de 96% de conversion des volatils à 700°C dans un réacteur CLC. Comme travail supplémentaire, nous étions également intéressé à explorer l’application potentielle des résidus miniers contenant une quantité considérable de fer pour le craquage catalytique de goudrons produits pendant les processus de gazéification de la biomasse. À cet effet, le potentiel de deux résidus miniers et des minéraux renfermant du fer obtenus de diverses activités minières au Québec a été comparé à celui de l’olivine (connu comme minéral actif pour le craquage du goudron).
The aim of the proposed research was to provide a better understanding of the mechanisms of biomass torrefaction and to propose practical methods to improve the efficiency of this process. As for the mechanism, torrefaction of two woody biomass samples from Quebec forests (aspen and birch) and their main constituents, i.e., lignin, cellulose and hemicellulose is studied in details using different experimental techniques and a kinetic model is developed for their torrefaction. Our studies on the mechanism and kinetics of biomass torrefaction also revealed the slow rate of biomass torrefaction which motivated us to propose and develop a new ionic-liquid assisted torrefaction process with the aim of increasing the rate of biomass torrefaction. Although torrefaction improves the physicochemical properties of biomass fuel, release of oxygenated hydrocarbons (in the form of volatiles) from biomass reduces its overall energy. To recover volatiles energy, a new combination of biomass torrefaction and chemical looping volatiles combustion was studied. In this regard, the already comminuted, abundant and cheap iron and magnesium bearing silicate minerals found widely in the form of mining residues in the province of Quebec were tested as solid oxygen carrier and up to 96% of volatiles conversion at 700°C was achieved in CLC reactor. As a supplementary work, we were also interested to explore the potential of mining residues containing sizeable quantities of iron for catalytic cracking of tar released during the gasification of biomass. For this purpose, iron-bearing mining residues and minerals obtained from the mining activities in Quebec were evaluated comparatively to olivine (known as an active mineral for tar cracking) for benzene cracking in simulated syngas. It was found that chrysotile showed up to four-fold increase in benzene and methane conversion than olivine.

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Michel, Christelle. "L'aérosol de combustion dans une région en grande mutation, l'Asie." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00069797.

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Abstract:

Une source majeure d'incertitude dans l'estimation de l'impact climatique des aérosols est directement liée à notre connaissance des émissions gazeuses et particulaires. Ceci est particulièrement vrai en Asie, où une forte empreinte régionale est observée, avec différents types d'émissions, dépendant de la grande hétérogénéité de végétations et climats (émissions de feux de biomasse) et de l'évolution rapide de la population, de l'urbanisation et de l'industrialisation (émissions de fuels fossiles et de biofuels).
Mon travail de thèse a eu pour but, tout d'abord, de développer un inventaire d'émissions de gaz et particules issues des feux de biomasse pour les campagnes ACE-Asia (Aerosol Characterization Experiment) et TRACE-P (Transport and Chemical Evolution over the Pacific), de mars à mai 2001. Pour ce faire, j'ai mis en œuvre une méthodologie la plus adaptée à mon étude, qui repose sur la cartographie des surfaces brûlées (projet GBA2000 (Global Burnt Area 2000) [Tansey et al., 2003]).
Les résultats de cette étude, ABBI (Asian Biomass Burning Inventory) [Michel et al., 2005] ont été comparés avec un autre inventaire d'émissions de feux de végétation (ACESS : ACE-Asia and TRACE-P Modelling and Emission Support System) [Streets et al., 2003], construit, non pas à partir des surfaces brûlées, mais à partir des pixels de feux actifs. Cette comparaison illustre les limitations de l'utilisation des pixels de feux dans l'établissement des cartes d'inventaires d'émissions par les feux de biomasse, tout en soulignant l'importance et la pertinence de la méthode retenue dans mon étude. Une comparaison avec les données de l'année 2000, obtenues selon la même procédure, souligne toute l'importance des variations interannuelles.
L'inventaire ABBI a été introduit dans le modèle méso-échelle MésoNH-C couplé au module aérosol ORISAM (ORganic and Inorganic Spectral Aerosol Module) [Bessagnet, 2000]. Une attention particulière a porté sur l'étude du transport des émissions de feux de végétation à travers le continent asiatique. Des comparaisons entre les données simulées et les mesures in-situ et aéroportées ont montré des résultats satisfaisants dans certains cas, mais ont également fait encore apparaître certaines limitations. Des tests de sensibilités ont été effectués pour comprendre l'origine de ces différences, avec tout d'abord une deuxième simulation avec MésoNH-C-ORISAM effectuée avec l'inventaire ACESS pour étudier l'impact des émissions de feux. Le module ORISAM dans sa version 0D a été ensuite utilisé pour mettre en évidence de manière détaillée les paramètres contrôlant la formation de l'aérosol secondaire au sein du modèle.
Au total, tout en faisant ressortir l'importance majeure des inventaires d'émissions gazeuses et particulaires à l'échelle continentale, ce travail va au delà de ce thème, en montrant notamment l'apport du modèle d'aérosol ORISAM à l'analyse et la compréhension des processus de chimie hétérogène dans les épisodes de pollution affectant l'Asie.

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François, Jessica. "Modélisation et évaluation environnementale des filières de cogénération par combustion et gazéification du bois." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0071/document.

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Abstract:

Le développement du bois énergie est un des principaux leviers dans la lutte contre le changement climatique. Cependant son utilisation à grande échelle n’est pas sans risque pour l’environnement. Afin de quantifier les impacts environnementaux de la filière bois énergie, nous avons, dans un premier temps, développé un modèle systémique de la filière, depuis la forêt jusqu’à la production d’énergie. Deux technologies ont été considérées pour la co-production d’électricité et de chaleur à partir de biomasse forestière : l’une, traditionnelle, par combustion directe, et l’autre, plus avancée mais moins mature, par gazéification. Dans le cas de la gazéification, nous avons défini les conditions opératoires les plus favorables du procédé en tenant compte des rendements énergétiques et exergétiques ainsi que de la qualité du syngas. Dans un deuxième temps, nous avons calculé les flux de carbone et de minéraux exportés lors de la récolte du bois ainsi que le nombre d’hectares requis, puis les ressources et rejets liées au fonctionnement des centrales biomasses. Nous avons noté qu’une intensification des pratiques sylvicoles résultait en une augmentation des exportations de minéraux. Enfin, nous avons évalué les performances environnementales des deux filières à l’aide d’une Analyse de Cycle de Vie (ACV). Dans le contexte énergétique français, les deux systèmes offrent des performances très similaires, avec un léger avantage à la combustion. Du point de vue du changement climatique, il serait plus particulièrement bénéfique de développer ces procédés biomasse afin de remplacer les technologies de production d’énergie basées sur les combustibles fossiles
Biomass is one of the most promising renewable energy source in Europe. Its use as a substitute to fossil energy is expected to mitigate climate change. However, potential drawbacks are also feared with large scale development. In order to assess the environmental impacts of the biomass-to-energy chain, we firstly developed a model of the bioenergy system, from the forest to the energy production. We focused on two biomass power plants for combined heat and power (CHP) production: one is based on the conventional direct combustion process while the other is based on the more advanced gasification process. Gasification offers higher electrical efficiency, but its development is still facing technical difficulties. In case of the gasification process, we defined the best operating conditions regarding energetic and exergetic efficiencies, as well as the syngas quality requirements. Secondly, we calculated the carbon and mineral flows taken from the forest through energy wood harvesting, along with the forested area required to feed the CHP plant. The other resources and emissions related to the plant operation were also predicted. We observed that more extensive forestry practices led to an increase in the mineral exports. Finally, we evaluated the environmental performance of the two biomass CHP plants using life cycle assessment (LCA). Within French energy context, we found that both CHP technologies had very similar impacts with a slight advantage toward the combustion process. It appears of particular benefit to replace current fossil energy systems with biomass CHP plants to reduce climate change

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Bertrand, Amélie. "Vieillissement atmosphérique de l'aérosol de combustion de biomasse : du potentiel de formation d'aérosol organique secondaire à la modification de l'empreinte chimique à l'échelle moléculaire." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0149/document.

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Abstract:

La combustion de bois, ou plus largement de la biomasse, est une source de pollution très importante en particules atmosphériques en hiver, particulièrement en France. Si les émissions primaires ont été étudiées depuis de nombreuses années, il existe de grandes incertitudes sur le devenir de ces émissions dans l’atmosphère. Le travail de thèse a donc porté sur l’étude du vieillissement en chambre de simulation atmosphérique de l’aérosol émis par 3 appareillages pour le chauffage au bois (conçus entre 2000 et 2010 et représentatifs de la politique de renouvellement mis en place par l’ADEME), avec un intérêt particulier pour le potentiel de formation d’aérosol organique secondaire (SOA) et la modification de l’empreinte chimique à l’échelle moléculaire au cours du transport atmosphérique. Les expériences ont montré un potentiel de formation de SOA très important. La concentration en OA peut ainsi être multipliée par 7 (1.5 – 7.1) entre l’émission et après un temps de résidence atmosphérique équivalent à 5 h. Cette étude met également en évidence l’impact de l’efficacité de combustion sur les facteurs d’émission et par conséquent le rôle crucial de l’opérateur. L’étude à l’échelle moléculaire a mis en évidence la formation de composés susceptibles de servir de marqueurs de combustion de biomasse âgée, principalement des nitrocatéchols. Enfin, cette étude démontre le rôle clé de la volatilisation du lévoglucosan, principal marqueur organique de la combustion de biomasse, au cours du processus de dilution dans l’atmosphère, et pose clairement la question de la pertinence des constantes cinétiques de dégradation préalablement calculées en chambre de simulation atmosphérique
Biomass burning is in winter a main source of air pollution by particulate matter, especially in France. While primary emissions have been characterized extensively before, few studies have addressed the aging of these emissions in the atmosphere and large uncertainties remain. Therefore, the objectives of this thesis was to study in a smog chamber the aging of the aerosol emitted by 3 different woodstoves used for residential heating (fabricated from between 2000 and 2010, and representative of the policy engaged by the French environmental agency to renew the appliances across the country), with a specific focus on the Secondary Organic Aerosol (SOA) production potential and the modification of the chemical fingerprint of the emissions at the molecular level during their transport in the atmosphere. The experiments showed the SOA production potential can be significant. The OA concentration can be increased by up to a factor of 7 (1.5 – 7.1) after being aged in the smog chamber with a time equivalent to 5 hours in the atmosphere. The study also further demonstrated the influence of the combustion efficiency on the emissions and implicitly the role of the operator. The study of the composition of the aerosol at the molecular level showed the formation of compounds, likely to serve as markers for aged biomass burning, mainly nitrocatechols. Finally, the work also illustrates the influence of the volatilization of levoglucosan, main marker of biomass burning, during the dilution process occurring in the atmosphere, and challenge the pertinence of the degradation rate constant determined previously in smog chamber

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Machado, Echalar Francisco Agustin. "Caractérisation de la fraction minérale des particules émises par les feux de végétation tropicale." Paris 12, 1995. http://www.theses.fr/1995PA120032.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est de decrire la production particulaire d'elements traces par les feux de vegetation tropicale en integrant ses facteurs de variabilite. Les prelevements ont ete realises dans des feux de forets et de savanes d'afrique et d'amazonie, les deux grands ecosystemes tropicaux. Les elements traces constituent de bons marqueurs sensibles aux processus de combustion: les particules du flaming seraient caracterisees par k, cl, zn, et br (elements attaches plutot aux particules fines), et les particules du smoldering par si et ca (attaches plutot aux particules grosses). A l'echelle individuelle, les particules de microsuies des feux presentent tres souvent le signal potassium independamment de la phase du feu. La signature elementaire du panache peut etre alteree par des particules remobilisees par le feu. Une fois emis, les particules grossissent et, si a l'emission il y a un rapport presque stoechiometrique entre k et cl, a distance le cl devient proportionnellement moins important au profit du s. Ceci impliquerait la formation assez rapide d'une couche de sulfates sur les particules de microsuie. Ainsi ces aerosols de feux evoluent de facon complexe dans l'atmosphere, ce qui rend delicate la modelisation de leur comportement radiatif. A distance, quelques caracteristiques semblent se conserver: a echelle individuelle le signal potassium persiste ; globalement le rapport k/zn semble conserver des valeurs similaires a celles retrouvees a l'emission. Ces caracteristiques pourront etre utilisees comme des traceurs des feux de vegetation. En savane, l'intensite des emissions est determinee principalement par les conditions de combustion, et non pas par les caracteristiques de la vegetation. Cela nous autorise a donner un ensemble de facteurs d'emission representatifs des emissions des savanes brulant sous des conditions similaires. Les emissions des feux de savane sont peu importantes comparees aux sources naturelles de poussiere, elles correspondent neanmoins a un quart des emissions de poussieres industrielles. Les feux de savane sont une source de pollution anthropique importante dans la region tropicale, notamment des metaux trace, comme le zn. Les feux de savane pourraient, en outre, etre un maillon du cycle du potassium important au niveau regional: en afrique occidentale, le potassium emis par les feux est environ deux fois plus importantes que celui perdu par l'erosion hydrique. Ainsi ces emissions peuvent etre assez significatives localement pour le transfert de nutriments

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Veiga, João Paulo Soto. "Caracterização de resíduos de colheita da mandioca (Maninhot esculenta CRANTZ) e avaliação do potencial de co-geração de energia no processo de produção de etanol." [s.n.], 2012. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/264695.

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Abstract:

Orientador: Waldir Antonio Bizzo
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Made available in DSpace on 2018-08-21T01:47:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Veiga_JoaoPauloSoto_M.pdf: 4987446 bytes, checksum: 3c44bab555f4880ba92b7347ae31a198 (MD5) Previous issue date: 2012
Resumo: Este trabalho caracterizou os resíduos de campo da cultura de mandioca (Manihot esculenta Crantz) para sua utilização energética através de análises de produtividade em campo, umidade em campo, análise elementar e análise imediata, análise de extrativos, hemicelulose, celulose e lignina, poder calorífico, análise dos componentes das cinzas e análise termogravimétrica, para três diferentes variedades de mandioca (IAC-90; IAC-14; Clone 48/98) colhidas em três diferentes períodos após o plantio (12, 18 e 24 meses). Além disso, foi elaborado um fluxograma do processo de produção de etanol de raízes de mandioca e a energia fornecida pelos resíduos de campo foi comparada à energia necessária para o suprimento da fase industrial. Foi então calculada a produção de energia elétrica excedente de um ciclo de co-geração de energia térmica e elétrica. Os resíduos analisados provêm da um plantio comercial situado na cidade de Echaporã-SP e foram divididos em três partes distintas da planta: cepa, ramos grossos e ramos finos. Cada amostra foi cominuída com a finalidade de homogeneizá-la para realização das análises. Os resíduos de mandioca apresentaram-se com os parâmetros tecnológicos análogos aos de biomassas analisadas anteriormente por outros autores, pressupondo baixo ponto de fusibilidade das cinzas e possibilidade de depósitos e incrustações nos equipamentos de combustão, baseando-se na análise dos componentes das cinzas. O ciclo térmico proposto gera vapor a 45 bar e 460ºC, com extração a 2,5 bar e 127ºC para suprir a energia térmica do processo. Foi selecionada a variedade IAC 14 com colheita em 12 meses por apresentar os melhores resultados. Obtiveram-se os montantes de 451 kg de resíduo (b.s.) para cada Mg de raiz (b.u.) os quais geram 1.387 kg de vapor total, destes, 735 são extraídos para o processo. A energia elétrica obtida com estes resíduos é de 871,6 MJ dos quais são utilizados 148,5 MJ para a autossuficiência da usina, disponibilizando-se 723,2 MJ à comercialização na rede distribuída por tonelada de mandioca processada. Para uma usina com produção de 600.000 l por dia de etanol 95,6°GL pode ser produzido um excedente de 2.097 GJ por dia (equivalente a 24 MW de potência elétrica)
Abstract: This study characterized the cassava (Manihot esculenta Crantz) waste field for their energy use through analysis of field productivity and moisture, elemental and proximate analysis, analysis of extractives, hemicellulose, cellulose and lignin, low and high heat values , ash components and thermogravimetric analysis, for three different cassava varieties (IAC-90, IAC- 14, Clone 48/98) harvested in three different periods after planting (12, 18 and 24 months). In addition, we designed an ethanol process flowchart of producing ethanol from cassava roots and the energy provided by waste field was compared to the energy needed to supply the industrial phase. It was also calculated the co-generation power cycle surplus of thermal and electrical energy. Analyzed residues came from a commercial plantation located in the city of Echaporã-SP and were divided into three distinct parts of the plant, cepa, thick branches and thin branches. Each sample was comminuted in order to homogenize it for analyzes. The cassava residue showed technological parameters similar to previously biomasses analyzed by other authors, assuming low point of ash fusion and possibility of deposits and incrustations on the combustion equipment, based on analysis of the components of the ash. The thermal cycle proposed generates steam at 45 bar and 460 º C, with extraction at 2.5 bar and 127 ° C to supply heat energy in the process. IAC 14 variety with harvest in 12 months was selected by presenting the best results. Were obtained 451 kg of residue (b.s.) for each root Mg (b.u.) which generate 1,387 kg of, and them, 735kg of steam are extracted for the process. The electrical energy obtained with these residues is 871.6 MJ of which are used 148.5 MJ for plant self-sufficiency, providing 723.2 MJ to marketing network distributed per ton of cassava roots processed. For a plant with production of 600,000 liters per day of ethanol 96.6 ° GL it's produced a surplus of 2,170 GJ per day (equivalent at 25 MW of electric energy)
Mestrado
Termica e Fluidos
Mestre em Engenharia Mecânica

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Mungyeko, Bisulandu Baby-Jean Robert. "Modélisation de l'apport d'énergie par combustibles alternatifs dans les fours tournants de production de ciment." Thesis, Pau, 2018. http://www.theses.fr/2018PAUU3001/document.

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Abstract:

En raison de l'épuisement des combustibles fossiles et en raison de son coût croissant, les déchets ont été utilisés comme combustibles alternatifs dans les fours rotatifs à ciment pendant plusieurs années. Afin de répondre aux exigences de protection de l'environnement et de qualité du produit final, il est nécessaire de comprendre et de quantifier les différents processus intervenant dans le four. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la substitution partielle des déchets (pneus usés et Refuse Derived Fuel « RDF ») et biomasse (résidus d’agriculture) dans les fours tournants de production de ciment à un taux de 50 % d’apport énergétique. Le présent projet de thèse a été financé par la République Démocratique Congo, porté par l’Université Kongo (UK), dans le cadre du renfoncement des capacités des universités congolaises. Les travaux de recherche ont été réalisés au sein du Laboratoire de Thermique, Energétique et Procédés (LaTEP) de l’Ecole Nationale Supérieure en Génie de Technologies Industrielles (ENSGTI)/Université de Pau et des Pays de l’Adour (France), dans le but d’étudier et de comprendre les phénomènes thermochimiques se déroulant dans les fours tournants de production de ciments, dans le cas de substitution partielle des combustibles fossiles par des combustibles alternatifs. Pour cela, un modèle mathématique à deux sous-modèles a été établi : - Le modèle monodimensionnel stationnaire du lit de solides et de l’enveloppe du four, caractérisé dans sa première partie par le mélange de la farine de ciment, de déchets et/ou biomasse, et de gaz, et alors que dans sa deuxième partie par les échanges thermiques. Le travail de modélisation est effectué à l'aide du langage de programmation Fortran 90 dans lequel sont implémentées les équations de conservations de la masse, des espèces et de l’énergie, l’équation de transport de la charge, ainsi que les équations algébriques. - Le modèle tridimensionnel instationnaire, repose sur l’utilisation de la mécanique des fluides numérique, et l’outil commercial Fluent a été retenu pour représenter les processus se déroulant au-dessus de la surface libre du lit.Le modèle complet est le couplage entre les deux sous modèles, étant donné les échanges qui s’y effectuent.Deux grands groupes de simulations ont été réalisés dans cette thèse : le cas monodimensionnel et le cas global (couplage Modèle 1D-Modèle 3D). Dans les deux situations, les simulations ont été effectuées dans le cas de fonctionnement au fuel lourd seul, puis dans celui du fonctionnement avec substitution partielle du combustible fossile par les combustibles alternatifs. Pour le modèle monodimensionnel, les simulations ont été effectuées en imposant les flux de chaleur dans la surface libre du lit et dans la paroi découverte. Alors que pour le modèle global, les simulations ont été effectuées en considérant les densités de flux de chaleur associées aux phénomènes physico-chimiques (combustion du fuel lourd, rayonnement, turbulence) se déroulant dans le volume de gaz situé au-dessus de la surface libre du lit.Les résultats ainsi obtenus nous ont permis de conclure sur l’importance de mener en amont une étude expérimentale dans un four tournant à l’échelle pilote afin de pouvoir disposer des ordres de grandeur des différents flux de chaleur au sein du four tournant. Les résultats obtenus nous ont également permis de nous rendre compte de la nécessité de disposer de la géométrie exacte (emplacement) du brûleur dans le four tournant
Because of the depletion of fossil fuels and because of its increasing cost, waste has been used as alternative fuels in cement rotary kilns for several years. In order to fulfill the requirements of environmental protection and quality of the final product, it is necessary to understand and quantify the different processes occurring in the kiln.As part of this thesis, we focused on the partial substitution of waste (used tires and Refuse Derived Fuel "RDF") and biomass (agricultural residues) in rotary kilns producing cement at a rate of 50 % of energy supply. This thesis project was funded by the Democratic Republic of Congo, led by Kongo University (UK), as part of the capacity building of Congolese universities. The research work was carried out within the Laboratory of Thermal, Energy and Processes (LaTEP) of the National School of Engineering in Industrial Technologies (ENSGTI) /University of Pau, with the aim of to study and understand the thermochemical phenomena taking place in rotary kilns for the production of cement, in the case of partial substitution of fossil fuels by alternative fuels. For this, a mathematical model with two sub-models has been established:- The stationary one-dimensional model of the bed of solids and furnace casing, characterized in its first part by the mixing of cement flour, waste and / or biomass, and gas, and while in its second part by thermal exchanges. The modeling work is performed using the Fortran 90 programming language in which the conservation equations for mass, species and energy, the load transport equation, and the algebraic equations are implemented.- The unsteady three-dimensional model relies on the use of digital fluid mechanics, and the Fluent commercial tool has been retained to represent the processes taking place above the free surface of the bed.The complete model is the coupling between the two sub models, because of the exchanges that take place there.Two large groups of simulations have been realized in this thesis: the one-dimensional case and the global case (Model 1D-3D model coupling). In both situations, the simulations were carried out in the case of operation with heavy fuel oil alone, then in the case of operation with partial substitution of the fossil fuel by alternative fuels. For the one-dimensional model, the simulations were performed by imposing the heat flux in the free surface of the bed and in the exposed wall. Whereas for the global model, the simulations were performed considering the heat flux densities associated with physico-chemical phenomena (combustion of heavy fuel oil, radiation, turbulence) taking place in the volume of gas located above the free surface of the bed.The results thus obtained allowed us to conclude on the importance of carrying out an experimental study in a pilot scale furnace in order to be able to have orders of magnitude of the different heat flows within the rotating furnace. The results obtained also allowed us to realize the necessity to model the exact geometry (location) of the burner in the rotary kiln

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Ricoul, François. "Association d'un procédé de gazéification avec une pile à combustion haute température (SOFC) pour la production d'électricité à partir de biomasse." Thesis, Nantes, 2016. http://www.theses.fr/2016NANT4023/document.

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Abstract:

La pile SOFC, qui fonctionne entre 700 et 800°C, est appropriée pour valoriser du gaz issu de la gazéification de la biomasse en électricité. Son haut rendement électrique (50 à 60% ) permettrait de doubler celui des installations de cogénération par gazéification actuelles. Cette thèse, sous contrat Cifre entre la société S3D, l’Institut des Matériaux de Nantes et l’Ecole des Mines de Nantes, est associée au projet ValorPac, soutenu par l’ADEME et regroupant différents partenaires (IMN, Fiaxell, S3D et SAS Syngas). L’objectif est de prouver expérimentalement la faisabilité du couplage entre SOFC et gazéification de la biomasse. Les travaux ont abouti à la construction d’une unité pilo te de gazéification selon un concept breveté. Les tests ont validé le fonctionnement avec 7 kg.h - 1 de plaquettes de bois et 10 kg.h - 1 de granulés de bois. Une composition moyenne de 14% de CO, 15% d’H 2 , 20% de CO 2 , 1% de CH 4 et 49% de N 2 , a été obtenue. En parallèle le fonctionnement des cellules SOFC avec des gaz similaires à ceux de la gazéification de la biomasse a été validé. Les résultats ont montré que dans certaines conditions quelques ppmv d’H 2 S suffisent à dégrader de 20% les performances alors qu’ une teneur de 100 ppmv d’HCl n’affecte pas les réactions électrochimiques. Les travaux ont aussi validé l’utilisation de la Bauxaline® pour éliminer l’H 2 S à haute température. Il s’agit d’un coproduit industriel issu de l’extraction de l’alumine et contena nt 50% d’ oxydes de fer. Il a permis de réduire une teneur en H 2 S de 200 ppmv à moins de 8 ppmv pendant plusieurs heures. A 400°C et pour une percée de 1 ppmv la capacité de traitement a été estimée à 70 gS.kg - 1
The SOFC, which operates between 700 and 800°C, is appropriate to convert the gas from biomass gasification into electricity. Its high electrical yield (50 - 60%) could double those of current CHP plants using gasification process. The objective of our work is to prove experimentally the feasibility of coupling SOFC and biomass gasification. This thesis is associated with ValorPac project in partnership with Institut des Matériaux of Nantes, S3D Company, Ecole des Mines of Nantes, Fiaxell and SAS Syngas compa nies and supported by ARNT and ADEME. During our work, a gasification pilot plant was built according to a patented concept. Its operation with 7 kg.h - 1 of wood chips and 10 kg.h - 1 of wood pellets was tested successfully. An average composition of 14% CO, 15% H 2 , 20% CO 2 , 1% CH 4 and 49% N 2 , was obtained. In parallel, operation of SOFC cells with gases similar to those of biomass gasification has been proved. Results showed that some ppmv of H 2 S lead to a 20% decrease of cell's power while 100 ppmv of HCl doesn’t affect the electrochemical reactions. Our work confirmed the use of Bauxaline® to eliminate H 2 S at high temperature. This material is an industrial byproduct derived from alu mina extraction which contains 50% of iron oxides. A content of 200 ppmv H 2 S can be reduced to 8 ppmv for several hours. Treatment capacity was estimated at 70 gS.kg - 1 with a breakthrough of 1 ppmv and an operating temperature of 400°C

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Parlatore, Lancha Julia. "A multiscale approach to understand and predict the effects of hydrothermal treatment on lignocellulosic biomass In situ measurements of viscoelastic properties of biomass during hydrothermal treatment to assess the kinetics of chemical alterations." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASC023.

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La biomasse lignocellulosique est une matière première prometteuse pour la production de biocarburants et de produits chimiques renouvelables. Cependant, en raison de la structure macromoléculaire récalcitrante des tiges de plantes, un prétraitement est nécessaire pour rendre les glucides suffisamment accessibles pour l'hydrolyse enzymatique. Parmi la vaste gamme de prétraitements disponibles, l'explosion à la vapeur se distingue car elle ne nécessite pas de solvant et peut être appliquée à diverses matières premières. Elle se déroule en deux étapes : une cuisson acide suivie d'une décompression brutale.Les modifications subies par la biomasse lors de la cuisson acide ont un impact important sur la phase explosive et les étapes ultérieures de la production de bioéthanol. Elles affectent ainsi largement la rentabilité de l'ensemble de la chaîne de production. Ayant pour origine des altérations chimiques, ces modifications sont observables à de multiples échelles.C'est pourquoi une approche multi-échelle est proposée dans ce travail, avec pour objectif ultime de fournir des indicateurs mécaniques macroscopiques de la cinétique du traitement, susceptibles de donner des règles pour optimiser le temps de séjour et la température de la cuisson acide. Pour comprendre comment le comportement mécanique à l'échelle macroscopique est affecté par les changements de propriétés à l'échelle moléculaire et microscopique au cours du traitement, trois disciplines – mécanique, chimie et imagerie – ont été combinées. En raison de sa croissance rapide et de son faible besoin en engrais, le peuplier (Populus euro-americana 'Koster') a été utilisé comme biomasse modèle pour cette étude.Au niveau microscopique, la microscopie confocale Raman a révélé que les altérations chimiques dépendent de l'organisation des différents composants à l'intérieur de la paroi cellulaire et de leurs interactions entre eux. La combinaison unique de cette technique avec la nano-tomographie à rayons X a permis d'obtenir une vision globale de la dégradation de la paroi cellulaire après la cuisson acide, avec des informations précieuses sur les modifications topochimiques et anatomiques des échantillons. Des analyses chimiques complémentaires ont permis la quantification de l'hydrolyse concomitante de la biomasse.Au niveau macroscopique, un dispositif développé préalablement au sein du laboratoire a été amélioré pour effectuer avec précision des essais mécaniques continus de la biomasse (diverses combinaisons de contraintes et de déformations) dans des conditions de saturation en eau jusqu'à 190 °C. L'effet du temps de séjour est donc suivi en continu. Grâce à des mesures d'élasticité et de relaxation, les propriétés viscoélastiques ont été utilisées pour comparer différentes conditions de traitement (température et acidité). Enfin, ce dispositif a permis de mesurer pour la première fois la cinétique du retrait de l'échantillon lors de ce type de traitement, à partir de laquelle un modèle DAEM a été identifié. Le degré de conversion de la biomasse, calculé à partir de ce modèle, est capable de prédire l'évolution des caractéristiques physiques et chimiques en fonction des conditions de traitement. Ces résultats prouvent que le retrait est un excellent indicateur de la dégradation chimique de la biomasse lignocellulosique lors de la cuisson acide
Lignocellulosic biomass is a promising feedstock for the production of renewable fuels and bio-based chemicals. However, due to the recalcitrant macromolecular structure of plant stems, a pretreatment is required to make carbohydrates sufficiently accessible for enzymatic hydrolysis. Among the large range of available processes, steam explosion stands out, as it requires no additional solvent and can be applied to a variety of raw materials. It consists of two steps: a hydrothermal treatment followed by a sudden decompression.Biomass alterations during hydrothermal treatment have a great impact on the explosion and the subsequent steps of bioethanol production. Caused by chemical alterations, these modifications are reflected at multiple spatial levels. For this reason, a multiscale approach is proposed in the present work, with the ultimate goal of providing macroscopic mechanical indicators of the treatment kinetics likely to give rules to optimize the residence time and treatment temperature during hydrothermal treatment. To understand how the mechanical behavior at the macroscopic scale is affected by the changes in the properties at molecular and microscopic scales during treatment, three disciplines – mechanics, chemistry and imaging techniques – were combined. Because of its fast growth and low need of fertilizers, poplar (Populus euro-americana ‘Koster’) was used as model biomass for this study.At the microscopic level, the use of Raman confocal microscopy revealed that chemical alterations depend on the organization of the different components within the cell wall and their interactions with each other. The unique combination of this technique with X-ray nano-tomography provided a global vision of the degradation of the cell wall after hydrothermal treatment, with valuable information on both topochemical and anatomical changes of the samples. Complimentary wet chemistry analysis allowed to quantify the concomitant hydrolysis and degradation of biomass.At a macroscopic level, an in-house developed device was improved to accurately perform continuous mechanical tests on macroscopic solid samples (various combinations of strain and stress) under water-saturated conditions up to 190 °C. The effect of residence time is therefore continuously monitored. Through elasticity and stress relaxation measurements, viscoelastic properties were used to compare different treatment conditions (temperature levels and acidity). Finally, this device allowed the kinetics of sample shrinkage to be measured. From these results a DAEM model was identified. The degree of conversion of the biomass, as calculated from this model, is able to predict the change of physical and chemical characteristics for any time-temperature pathway. These findings prove that shrinkage is an excellent indicator of the chemical degradation of lignocellulosic biomass during the hydrothermal treatment

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Zellagui, Sami. "Pyrolyse et combustion de solides pulvérisés sous forts gradients thermiques : Caractérisation de la dévolatilisation, des matières particulaires générées et modélisation." Electronic Thesis or Diss., Mulhouse, 2016. http://www.theses.fr/2016MULH9599.

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Abstract:

Le charbon est l’une des ressources fossiles les plus économiques pour la production d’énergie. Cependant, il présente des inconvénients liés à l’impact environnemental lors de sa combustion qui produit CO2, principal gaz à effet de serre, ainsi que d’autres gaz et particules polluants et nocifs pour la santé. Afin de lutter contre ces effets, plusieurs procédés sont envisagés dont l’oxycombustion (possibilité de séquestrer CO2 en sortie du système de combustion) et la co-combustion charbon/biomasse sachant que le bilan carbone est neutre pour la biomasse. Pour caractériser ces procédés, un dispositif expérimental a été développé. Il s’agit d’un four à chute qui permet de reproduire en laboratoire les conditions expérimentales prévalant dans les chaudières industrielles dont une vitesse de chauffe des particules de l’ordre de 104 K s-1. Ce dispositif a permis d’étudier la réaction de dévolatilisation de différents solides pulvérisés (charbons, biomasse) à différentes températures (de 600 à 1400 °C). Pour comparer les procédés de combustion et d’oxycombustion, la dévolatilisation sous N2 (étape préliminaire à la combustion sous air) et sous CO2 (étape préliminaire à l’oxycombustion) a été étudiée pour différents charbons à différentes températures. Les résultats obtenus montrent que l’influence de l’atmosphère gazeuse sur la dévolatilisation du charbon n’est significative que pour des températures supérieures à 1200 °C. L’influence des différentes conditions opératoires sur les émissions de particules (PM2.5) issues de la combustion du charbon et de la biomasse a été évaluée et des corrélations sont mises en évidence entre l’intensité d’émission des particules et la nature du combustible, la température et l’atmosphère gazeuse. Une étude cinétique de la pyrolyse a été effectuée et les paramètres cinétiques correspondants déterminés par modélisation à partir de plusieurs schémas cinétiques réactionnels
Coal is the most economically attractive fossil fuel and the main resource used for electricity production. However, the main issue with coal combustion is the greenhouse gas as well as other gases and particulates matter leading to environmental and human concerns. In order to reduce the environmental impact of coal utilization, researches are conducted to improve the combustion process and to use other carbon-based fuels. The first approach includes the oxy-fuel combustion that can be coupled with Carbon Capture and Storage process (CCS). The second approach promotes the partial substitution of coal by carbon-neutral fuels, such as biomasses, which are promising fuels.For the evaluation of the application of these technologies, an experimental device was developed. This device is a drop tube furnace (DTF) in which high particle heating rate (approximately 104–105 K s−1) has to be achieved in order to characterize solid fuels under conditions similar to those taking place in power plant furnaces. DTF allowed to investigate pyrolysis reaction involving coal and/or biomass particles at different temperatures (600-1400 °C). The comparison between the oxy-combustion and the conventional air combustion process starts with the investigation of the pyrolysis step. The impact of N2 (for conventional air combustion) and CO2 (for oxy-fuel combustion) atmospheres during pyrolysis of different coals at different temperatures was investigated. Results showed that the coal devolatilization is influenced by the gas under which the fuel devolatilization is carried out (N2 or CO2) only at high temperatures (>1200 °C). The influence of different operating conditions on PM2.5 emission were experimented for coals or biomass, including combustion atmosphere (air or oxy-fuel conditions), particle residence time and temperature. A kinetic study of the pyrolysis was carried out and the corresponding kinetic parameters were determined by modeling from several kinetic reaction schemes

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Brocard, Delphine. "Emissions atmosphériques des combustions domestiques : étude des processus et détermination des sources à l'échelle régionale et globale en Afrique." Toulouse 3, 1996. http://www.theses.fr/1996TOU30296.

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Abstract:

Les feux de savanes et les combustions domestiques sont les principales sources de polluants atmospheriques en afrique. Afin de connaitre leur impact sur la chimie de l'atmosphere a l'echelle globale et regionale, il est necessaire d'estimer leurs emissions a ces differentes echelles. Pour cela, il faut determiner les quantites de biomasse brulees en fonction du temps et de l'espace et les caracteristiques de l'emission du compose atmospherique etudie, c'est a dire, la quantite de compose emis par unite de biomasse brule ou facteur d'emission. Ce travail propose la premiere quantification a l'echelle regionale et globale des emissions atmospheriques par les feux domestiques en afrique. Deux experiences en cote d'ivoire ont permis d'obtenir les facteurs d'emissions du dioxyde de carbone, du monoxyde de carbone, du methane, des hydrocarbures non methaniques, des acides organiques, des oxydes d'azote, du protoxyde d'azote, de l'ammoniac et du carbone particulaire emis par les feux traditionnels de bois, de charbon, et lors de la carbonisation du bois en meule artisanale pour la fabrication de charbon. Parallelement a ce travail, une etude theorique de la combustion permet de relier les diffrents procedes de combustion et les resultats experimentaux. Le principal processus mis en jeu lors de la carbonisation est une combustion lente, la combustion du charbon se fait en phase d'incandescence et les combustions du bois se font majoritairement en phase de flamme. En associant ces resultats et des donnees de consommation de bois et de charbon par pays, nous avons estime la quantite d'emission atmospherique due aux feux domestiques en afrique. Cette etude globale ne suffisant pas pour estimer l'impact de ces combustions sur la chimie reactive locale, nous proposons ensuite, une quantification des emissions a l'echelle spatiale et temporelle en presentant des cartes a 1 x 1 degre de resolution des emissions des principaux composes emis ainsi que les periodes maximums d'emissions. La comparaison de ces emissions negligeables a l'echelle regionale et globale de gaz traces et d'aerosols pouvant influencer la chimie de l'atmosphere

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Ribeiro, Natália da Silva [UNESP]. "Estudo termogravimétrico da combustão e oxicombustão de misturas carvão mineral-biomassa." Universidade Estadual Paulista (UNESP), 2017. http://hdl.handle.net/11449/149903.

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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)
Nesta dissertação, investiga-se através da análise termogravimétrica o comportamento da combustão de amostras de carvão mineral, bagaço de cana-de-açúcar, bagaço de sorgo biomassa e das misturas de carvão-biomassa. A biomassa e o carvão possuem propriedades físico-químicas diferentes que proporcionam comportamento térmico diferente durante o processo de co-combustão, desta forma o objetivo desta pesquisa é caracterizar o comportamento térmico de misturas de carvão mineral com bagaço de cana-de-açúcar e bagaço de sorgo em atmosferas simuladas de combustão (O2/N2) e oxicombustão (O2/CO2). Os experimentos foram realizados em duplicata em um analisador termogravimétrico utilizando uma razão de aquecimento de 10 °C/min. Foi considerada uma granulometria uniforme para todos os materiais (63 µm) com a finalidade de garantir uma mistura homogênea. Foram estudadas quatro proporções de biomassa na mistura (10, 25, 50 e 75%). A partir das técnicas de termogravimetria (TG) e termogravimetria derivada (DTG) foram determinados parâmetros tais como Índice de combustão, sinergismo e energia de ativação, bem como avaliada a influência da atmosfera de combustão sobre esses parâmetros. Os resultados indicam que o bagaço de cana-de-açúcar apresenta valor de energia de ativação inferior ao registrado para o bagaço de sorgo e desempenho de combustão superior ao do bagaço de sorgo. Para as misturas, os melhores resultados foram registrados até a proporção de 25% de biomassa na mistura. Avaliando individualmente cada material, quando se substitui o N2 por CO2 pode-se observar um aumento na reatividade da reação, uma maior oxidação dos materiais e uma melhora nos parâmetros avaliados. Para ambas as misturas não foram observadas mudanças significativas no perfil de combustão quando o N2 é substituído por CO2. No entanto, a presença da biomassa na co-combustão com o carvão, além dos benefícios econômicos e ambientais, aumentou o desempenho da combustão do carvão mineral em ambas as atmosferas.
This dissertation investigates by thermogravimetric analysis the behavior of the combustion of coal, sugarcane bagasse, sorghum biomass bagasse and coal-biomass blends. The biomass and coal have different physicochemical properties that provide different thermal behavior during the process of co-combustion, thus the aim of this research is to characterize the thermal behavior of coal mixed with sugarcane bagasse and sorghum bagasse in simulated atmospheres of combustion (O2/N2) and oxycombustion (O2/CO2). The experiments were performed in duplicate in a thermogravimetric analyzer using a heating rate of 10 ° C/min. A uniform particle size for all materials (63 μm) in order to ensure a homogeneous mixture was considered. Four biomass ratios were studied in the blend (10, 25, 50 and 75%). From the techniques of Thermogravimetry (TG) and Derivative Thermogravimetry (DTG) curves were determined parameters such as: Combustion index, synergism and activation energy and evaluated the influence of combustion atmosphere on these parameters. The results indicate that the sugarcane bagasse presents a lower activation energy value than sorghum bagasse and combustion performance higher than sorghum bagasse. For mixtures, best results were recorded up to 25% proportion of biomass in the blend. Individually evaluating each material, when replacing N2 by CO2 can be seen an increase in the reactivity of the reaction, the increased oxidation of the materials and an improvement in the evaluated parameters. For both blends, no significant changes in combustion profile when N2 substituted by CO2. However, the presence of biomass in co-combustion with coal in addition to economic and environmental benefits increased the combustion performance of coal in both atmospheres.
CNPq: 134366/2015-8

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Pelletier, Chloé. "Analyse environnementale et économique des filières bois-énergie." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0331.

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Abstract:

Le but de cette thèse est de conduire l’analyse environnementale et économique de plusieurs filières bois-énergie basée sur des technologies de combustion variées. Les bilans matière et énergie des filières s’appuient sur des modèles de croissance de la forêt, et sur des modèles de combustion basés sur les émissions de poêles et chaudières en conditions réelles. La croissance de la forêt est simulée pour le pin des Landes et le hêtre de Lorraine selon plusieurs itinéraires de gestion sylvicole. Les étapes de récolte, transformation, et transport, ainsi que les données économiques sont basées sur des données de la littérature L’analyse environnementale compare les impacts calculés selon deux méthodes : ReCiPe et CML 2001. Une analyse dynamique de l’impact « Changement Climatique » complète la discussion sur les impacts environnementaux du bois-énergie. Enfin, une perspective plus large est ouverte avec une modélisation de l’usage des terres et des coûts de production de biomasse-énergie à l’échelle globale. Les résultats de l’Analyse de Cycle de Vie montrent l’importance à la fois de la qualité de la combustion (et donc de la technologie) et des étapes de transformation et de transport de la biomasse. Par exemple, les poêles et chaudières à granulés bénéficient de très bons rendements énergétiques mais sont handicapés par l’étape de séchage de la biomasse, qui consomme des énergies fossiles. Ces équipements sont également beaucoup plus onéreux à installer que les poêles et chaudières à bûches. L’analyse dynamique montre que l’intensification des itinéraires forestiers par raccourcissement des cycles de croissance entraîne un impact supplémentaire qui n’est pas tout à fait compensé par l’augmentation de production des plantations
The objective of this thesis is to conduct the environmental and economic analysis of several wood-to-energy production chains based on various wood combustion technologies. The material and energy balances of the production chains are determined with modeling of forest growth and of wood combustion. The wood combustion models use the emission factors from real-scale experimental tests on stoves and boilers. Forest growth is modeled for maritime pine and beech plantations, according to several forest management schemes. The data on the harvest, transformation, and transport steps, as well as the economic data, were taken from the literature. The environmental analysis compares the impacts calculated by two methods: ReCiPe and CML 2001. A dynamic analysis of the “climate change” impact complements the discussion on the environmental impacts of energy wood. Finally, we open a broader perspective with modeling of land use and production costs of bioenergy on a global scale. The results of the Life Cycle Analysis show the importance of both combustion quality (linked to combustion technology), and the transformation and transport steps. For instance, pellet stoves and boilers have excellent efficiencies, but suffer from the consumption of fossil fuels to dry the biomass. These technologies are also much more expensive to buy than log stoves or boilers. The dynamic analysis shows that the intensification of wood production via the shortening of growth cycles leads to higher impacts that are not completely offset by the higher production rate

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Goussougli, Matieyendou. "Modélisation cinétique détaillée de la pyrolyse de la biomasse : application à des structures de type hémicellulose." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2022. http://www.theses.fr/2022LORR0327.

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Abstract:

Ce travail de thèse a porté sur modélisation cinétique détaillée de la pyrolyse de la biomasse et notamment son application à des structures de type hémicellulose. Dans une première partie, nous nous sommes intéressés à la dégradation thermique du β-1,4-xylane à partir de processus unimoléculaires concertés. Le β-1,4-xylane représente le squelette d'un grand nombre d'hémicelluloses et une étude détaillée et exhaustive des chemins réactionnels mis en jeu dans sa pyrolyse a été réalisée à partir de calculs de structures électroniques, au niveau de théorie CBS-QB3. Ces calculs ont été couplés à la thermodynamique statistique et à la théorie de l'état de transition pour déterminer les constantes de vitesse associées. Au cours de ce travail, nous avons pu mettre en évidence un certain nombre de voies réactionnelles de basses énergies capables d'expliquer la formation de composés observés expérimentalement. D'autre part, nous avons pu montrer que la voie la plus facile passe par une ouverture de la chaine terminale réductrice puis par un ensemble de processus concertés à 6 centres incluant des réactions rétro-ène, rétro Diels-Alder, rétro-aldol, ou encore des réactions spécifiques comme les isomérisations céto-énoliques ou des éliminations de CO. La prise en compte exhaustive des voies réactionnelles puis une sélection des voies de plus basse énergie a permis de proposer un mécanisme de consommation itératif du polymère dans lequel deux fragments sont reformés avec des structures chimiques identiques, mais avec un cycle xylose en moins à chaque itération. Dans une seconde partie, nous avons ajouté une fonction acétyle au β-1,4-xylane. Cette fonction chimique est très fréquemment rencontrée dans les hémicelluloses. Lors de la pyrolyse, le groupement acétyle peut facilement réagir pour former de l'acide acétique et un fragment insaturé. Une analyse détaillée de la décomposition thermique de ce fragment a permis de mettre en évidence des voies réactionnelles permettant de former d'autres acides comme l'acide formique ainsi que des composés légers et notamment une voie permettant de former très facilement CO2. Là encore, il a été possible de mettre en évidence un mécanisme itératif permettant de boucler sur des fragments dont la structure chimique se conserve mais dont le degré de polymérisation diminue à chaque itération
StructuresThis thesis focused on a detailed kinetic modeling study of biomass pyrolysis and its application to hemicellulose-type structures. In a first part of the work, we considered the thermal degradation of β-1,4-xylan from concerted unimolecular processes. β-1,4-xylan represents the backbone of a large number of hemicelluloses and a detailed and exhaustive study of the reaction pathways involved in its pyrolysis has been carried out from electronic structures calculations, at the CBS-QB3 level of theory. These calculations were coupled with statistical thermodynamics and transition state theory to determine the associated rate constants. In this work, we highlighted low energy reaction pathways capable of explaining the formation of compounds observed experimentally. Furthermore, we showed that the easiest route goes through a ring-opening of the terminal reducing end-chain followed by successive decompositions from unimolecular concerted reactions, including retro-ene, retro Diels-Alder, retro-aldol reactions, or specific reactions such as keto-enolic isomerizations or CO eliminations. The exhaustive and comparative construction of the mechanism permitted to highlight an iterative polymer consumption mechanism, in which two fragments are reformed with the same molecular structure, but with one less xylose ring at each iteration. In a second part, we added an acetyl function to β-1,4-xylan, a chemical function frequently involved in hemicelluloses. During pyrolysis, the acetyl group can easily react to form acetic acid and an unsaturated fragment. A detailed analysis of the decomposition mechanism of this fragment has permitted to show low energy pathways involved in the formation of formic acid as well as light compounds. A specific route forming CO2 was also found with low energy barriers. Again, it was possible to highlight an iterative mechanism involving fragments whose chemical structure were conserved but whose degree of polymerization decreases with each iteration

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Balland, Michael. "Gazéification de biomasse en lit fluidisé : étude phénoménologique de l’agglomération liée à la fusion des cendres." Thesis, Orléans, 2016. http://www.theses.fr/2016ORLE2020/document.

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Améliorer la compréhension des phénomènes pilotant l’agglomération au sein des réacteurs à lit fluidisé lors de la conversion thermochimique de biomasse (700-1000°C) est important pour prédire son occurrence à l’échelle industrielle. L’agglomération est liée à la formation de phases liquides (oxydes liquides et/ou sels fondus) provenant de la fusion des espèces inorganiques contenues dans la ressource (cendres). Leur présence conduit à la défluidisation des matériaux de lit, à l’origine d’une baisse des rendements de production en gaz, voire d’un « blocage » du réacteur. La phénoménologie de l’agglomération est examinée à partir de trois approches expérimentales, en matériaux simulants et réels, à trois échelles différentes et dans des gammes de températures allant de l’ambiante à 1000°C. L’analyse des mécanismes à l’origine de cette agglomération du lit montre que la formation du liquide est le seul paramètre limitant dans la formation d’agglomérats. Ce phénomène provoque une augmentation du diamètre apparent des particules de lit en parallèle d’une diminution de leur masse volumique. Ces modifications peuvent être associées à un déplacement au sein de la classification de Geldart de la catégorie B vers la catégorie D. D’un point de vue hydrodynamique, la défluidisation du lit résulte de la ségrégation des agglomérats au fond du réacteur. Ce phénomène contribue à dégrader l’homogénéité de répartition du gaz de fluidisation dans le réacteur. La défluidisation complète du lit survient pour une fraction de liquide dans le lit très faible (quelques % vol. de lit). Sur la base de ces résultats, une formulation simplifiée a été proposée et permet de prédire, à partir de la ressource utilisée et pour un fonctionnement simplifié, la durée de fonctionnement avant défluidisation
Improving the knowledge on the driving phenomena of agglomeration during fluidized-bed conversion of biomass (700-1000°C) is essential to predict its occurrence at industrial scale. Agglomeration is due to liquid phase formation (molten salts and/or molten silicates) coming from the melting of inorganic species contained inside the biomass (ash). Their presence leads to bed materials defluidization, reducing the process efficiency and even going up to a “blockage” of the reactor. The phenomenology of agglomeration is investigated with three experimental approaches, using simulant and real materials, at three different scales, and with a temperature ranging from ambient one to 1000°C. The analysis of the mechanisms underlying the bed agglomeration indicates that the liquid formation is the single limiting parameter for agglomerates formation. This phenomenon leads to an increase of the apparent diameter of the bed particles and at the same time to a decrease of their density. These modifications can be seen as a shift among the Geldart’s classification, from the B to the D-class. Concerning the hydrodynamic aspect, the bed defluidization is due to the agglomerates segregation at the bottom of the reactor. This phenomenon contributes to degrade the homogenous fluidization gas distribution across the reactor. The total bed defluidization occurs for a very low liquid fraction in the bed (few % vol. of bed materials). Based on these results, a simplified model has been proposed in order to predict the operating time before defluidization of the reactor, taking into account the biomass composition and simplified operating conditions

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Tafoukt, Boulous Djida. "Suivi de réactions biochimiques par calorimétrie en vue de la production de biocarburants de 2ème génération." Thesis, Aix-Marseille, 2016. http://www.theses.fr/2016AIXM4332/document.

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Abstract:

C'est dans un contexte marqué par une demande croissante en énergie primaire, une diminution des ressources et dans un souci de protection de l'environnement que le biocarburant de 2ème génération est développé. Cependant, ce biocarburant est non viable économiquement. L’optimisation, le contrôle et la connaissance des cinétiques régissant les procédés de fabrication de ce bioéthanol sont donc des éléments capitaux. Dans cette étude, le potentiel de la calorimétrie isotherme pour surveiller les réactions d'hydrolyse et de fermentation est testé.Les résultats montrent que cette méthode est efficace. En effet, celle-ci a permis de mettre en évidence l'importance du ratio enzyme/substrat pour maximiser le rendement et de déterminer un meilleur cocktail composé de cellulases + cellobiose déshydrogénase (CDH) qui permet la production d'une certaine quantité d'acide gluconique, qui pourrait améliorer l'attractivité de ce biocarburant. Ces mêmes essais ont également permis de déterminer la chaleur de l'hydrolyse de la paille de blé, qui est 32,18 ± 3,18 J.g-1 (gramme de sucres produits).Les mesures obtenues ont été utilisées pour déterminer les constantes cinétiques des cellulases + CDH sur la paille de blé et les résultats montrent que ce cocktail enzymatique est plus rapide à 45 °C dans la gamme de températures testée (40-55°C) avec une vitesse de 7,36 ± 0,62 mmol/L.min.Par ailleurs, les essais avec un calorimètre à échelle laboratoire ont montré que même si celui-ci ne mesure pas avec précision les chaleurs engendrées par les réactions d'hydrolyse et de fermentation, celui-ci donne de bonnes indications sur le déroulement et l'avancement de ces réactions
Second generation biofuel is developed in a context marked by an increasing demand for primary energy, a decrease in resources and in environmental protection concernsHowever, this biofuel is not economically viable. Optimization, control and knowledge of the kinetics governing this bioethanol production processes are crucial elements.In this study the potential of isothermal calorimetry to monitor hydrolysis and fermentation reactions is tested.The results show that the isothermal calorimetry is an effective method. Indeed this method allowed determining that the substrate/enzyme ratio is an important parameter of the hydrolysis yield.Furthermore it has determined a better enzyme cocktail consisting of Cellulases + Cellobiose Dehydrogenase (CDH) which allows the production of a certain amount of gluconic acid, which could improve the attractiveness of these second-generation biofuels. These same tests also determined the hydrolysis heat of wheat straw which is 32.18 ± 3.18 J.g-1 (gram reducing sugars product).The measurements obtained were used to determine kinetic constants cellulases + CDH on wheat straw and the results show that this enzyme cocktail is faster at 45 ° C in the range of temperatures tested (40 - 55°C) with a speed of 7.36 ± 0.62 mmol/L.min.In addition, testing with a laboratory-scale calorimeter showed that even if this tool does not accurately measure the heat generated by the hydrolysis reaction and fermentation, it gives a good indication of the development and advancement of these reactions

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Le, Cong Tanh. "Etude expérimentale et modélisation de la cinétique de combustion de combustibles gazeux : méthane, gaz naturel et mélanges contenant de l’hydrogène, du monoxyde de carbone, du dioxyde de carbone et de l’eau." Orléans, 2007. http://www.theses.fr/2007ORLE2034.

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Abstract:

L’utilisation des mélanges hydrogénés permettrait de réduire significativement l’effet de serre (par les émissions de CO2) en diminuant l’utilisation des combustibles carbonés. L’addition de l’hydrogène au gaz naturel permet de faire fonctionner les turbines à gaz dans des régimes de combustion très pauvres afin de diminuer les émissions de NOX. Les mélanges de combustibles issus de la gazéification de la biomasse contenant du CH4, du H2, du CO, du CO2, ainsi que la recirculation des produits gazeux de combustion (CO2, H2O) sont également à considérer. De nouvelles données expérimentales ont été obtenues en réacteur auto-agité pour l’oxydation de H2, de CH4, et de mélanges avec H2, CO, CO2 et H2O (à 1 et 10 atm à des températures de 800-1450 K, la richesse variant de 0,1 à 2). Ces données sont très utiles pour étudier l’effet de l’hydrogène, du gaz de synthèse et de la recirculation sur l’oxydation du méthane. Un mécanisme cinétique détaillé a été développé pour la combustion des mélanges H2-O2, H2-CO, CH2O, CH3OH, CH4, CH4-H2, CH4-CO-H2 et validé en utilisant les données expérimentales de cette étude ainsi que les données de la littérature (réacteur auto-agité, réacteur à écoulement piston, tubes à choc et flamme laminaire pré-mélangée). L’étude cinétique indique que H2 et CO accélèrent l’oxydation de CH4 en favorisant les réactions de production des radicaux H et OH (H + O2 = OH + H, H + HO2 = 2OH, et H2 + OH = H2O + H) tandis que CO2 et H2O sont les inhibiteurs pour l’oxydation du méthane, en affectant l’équilibre des réactions CO + OH = CO2 + H et H + O2 + M = HO2 + M.

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Cluet, Benjamin. "Évaluation de la ségrégation de la biomasse dans un lit fluidisé et modélisation globale du procédé de gazéification." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0352/document.

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Abstract:

L'augmentation croissante de la demande énergétique mondiale entraine une production importante de dioxyde de carbone fossile. Pour limiter ces émissions, les énergies alternatives renouvelables sont prometteuses, et notamment, l'utilisation de la biomasse. C'est dans ce contexte qu'a été mis en place le projet ANR GAMECO par un consortium rassemblant des laboratoires universitaires et des unités de R&D industrielles. Ce projet vise à consolider l'utilisation d'un lit fluidisé bouillonnant de gazéification sous air pour convertir de la biomasse lignocellulosique en gaz de synthèse. Ce travail de doctorat a pour ambition de répondre à l’une des problématiques de ce projet : la répartition des particules de biomasses et de semi-coke ou charbon au sein du lit fluidisé et sa prise en compte dans la modélisation du gazéifieur. L'étude a porté sur des mélanges contenant de l'olivine et des particules de bois de caractéristiques différentes. Les résultats de mélange-ségrégation présentés ont été obtenus grâce à des mesures en maquette froide développée dans le cadre de cette thèse. Les données expérimentales obtenues ont permis de valider et consolider un modèle de mélange-ségrégation de la littérature. La dernière étape de la thèse consiste en la mise en place d'un modèle global du réacteur à lit fluidisé de gazéification de la biomasse pour prédire la productivité et la qualité du gaz produit. Ce modèle intègre les résultats hydrodynamiques précédents auxquels sont couplés des réactions chimiques de conversion de la biomasse (pyrolyse, oxy-gazéification du charbon, craquage des goudrons) provenant de la littérature. Les résultats de ce modèle sont comparés aux résultats obtenus sur une maquette chaude
The increasing population in the world leads to increasing energy demand. In order to limit emissions of fossil carbon dioxide, a solution is to develop renewable energy alternatives. In this context, the use of biomass is one of the solutions to study. It is in this context that implemented the project ANR GAMECO by a consortium of academic and industrial. This project aims to make reliable use of a bubbling fluidized bed of gasification with air to convert lignocellulosic biomass into synthesis gas. This PhD work aims to address one of the problems of this project: the distribution of biomass and char particles in the fluidized bed and the impact of these distributions when modeling of the gasifier. The study focused on mixtures containing olivine and wood particles of different characteristics. Mixing-segregation results were obtained through measurements in a cold model developed during this PhD work. The obtained experimental data were used to validate and consolidate existing hydrodynamic mixing model of the literature. The last step of the thesis consists in establishing a global model of the fluidized bed reactor for gasification of biomass. This model incorporates the previous hydrodynamic results, coupled with chemical reactions models describing biomass conversion (pyrolysis, oxy-coal gasification tar cracking) after the literature. The results of this model are then compared with results obtained on a hot model

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Navarrete, Cereijo Germán 1988. "Modelagem simplificada e simulação da combustão de uma partícula de biomassa suspensa em escoamento unidimensional." [s.n.], 2014. http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/265868.

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Abstract:

Orientador: Waldir Antônio Bizzo
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica
Made available in DSpace on 2018-08-26T13:11:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NavarreteCereijo_German_M.pdf: 5308158 bytes, checksum: e2000224af9eab9b23e1890faab22618 (MD5) Previous issue date: 2014
Resumo: Este trabalho objetivou o desenvolvimento de um modelo simples para a simulação numérica da combustão de uma partícula pequena de bagaço numa fornalha industrial. Com este fim foi feito um estudo das principais etapas na combustão de uma partícula de biomassa: secagem, devolatili- zação, gaseificação e combustão do carvão. Destaca-se os modelos cinéticos para cada etapa e os mecanismos de transferência de calor por radiação em gases e de massa por convecção. Também foi modelada a trajetória vertical da partícula baseando-se nas forças de empuxo, peso e a força de arrasto com o objetivo de desenvolver uma ferramenta para determinar quais partículas são quei- madas em suspensão, quais são queimadas na grelha e quais são arrastradas pelo escoamento de gases. Para a simulação foi desenvolvido um programa em Fortran 90 onde a resolução numérica das equações diferenciais governantes é feita utilizando o método de Runge-Kutta de quarta ordem. As equações governantes para as taxas de consumo da biomassa são determinadas a partir da cinética das reações e do transporte de massa por convecção. A devolatilização é modelada como uma pi- rólise cujo mecanismo de reação é modelado por uma equação cinética de primeira ordem baseada nos parâmetros de Arrhenius. A taxa de consumo de carvão é determinada por duas equações ciné- ticas de primeira ordem baseadas nos parâmetros de Arrhenius que representam a oxidação direta do carbono e a gaseificação do carbono utilizando como reagente o dióxido de carbono. As equa- ções governantes para a temperatura da partícula são determinadas a partir dos balanços de energia para cada etapa. A validação do modelo foi feita em base a outros modelos apresentados na literatura para par- tículas menores a 1 mm obtendo-se resultados consistentes. Nos resultados apresentam-se gráficos de massa, raio, composição e temperatura da partícula, fração molar de oxigênio na superfície da partícula, taxa de consumo da biomassa, e raio do frente de chama em função do tempo tanto para partículas esféricas como cilíndricas. Também apresentam-se gráficas da trajetória e velocidade da partícula variando a forma e tamanho desta e a velocidade do escoamento dos gases dentro da fornalha
Abstract: The aim of this work is to develop a simple model for the numerical simulation of the com- bustion of a small particle of bagasse in an industrial furnace. To this end a study of the main stages of the biomass particle combustion was carried out. Thats stages are: drying, devolatiliza- tion, char gasification and char combustion. Kinetics models for each stage and the mechanisms of heat transfer by radiation in gases and convective mass models are presented in details. Also, the vertical trajectory of the particle was modeled based on buoyant force, weight and drag force in order to develop a tool for determine which particles are burned in suspension, which are burned on the grate and which are dragged by the gas flow. It was developed a program in Fortran 90 where the numerical solution of the governing diffe- rential equations is done using a fourth order Runge-Kutta. The governing equations for the bio- mass consumption rates are determined by kinetics equations and convection mass transport. The devolatilization is modeled as a pyrolysis which reaction mechanism is modeled by a first order kinetic equation based on the Arrhenius parameters. The rate of coal consumption is determined by two first-order kinetics equations based on the Arrhenius parameters that represent the direct char oxidation and char gasification using as reagent carbon dioxide. The governing equations for the particle temperature are determined from the energy balance for each stage. Model validation is carried out by comparing the predictions with other models taken from the literature for particles smaller than 1 mm giving consistent results. The results are presented plotting the following variables as a function of time: particle mass, raio, composition and tempe- rature, oxygen concentration on the particle surface, consumption rate of biomass and flame front raio for both spherical and cylindrical particle. Also, graphics of the particle speed and trajectory are presented, varying particle¿s shape and size and gas flow velocity of gases inside the furnace
Mestrado
Termica e Fluidos
Mestre em Engenharia Mecânica

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Dissertations / Theses on the topic 'Biomasse – Combustion'

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