-
Conception et réalisation d’un gazogène downdraft à usage
domestique : application à la gazéification des
éclats d’eucalyptus Rijalalaina RAKOTOSAONA a,d, Robinson M.
RAKOTOMALALA a, Jaconnet O.
ANDRIANAIVORAVELONA a, Jean de Dieu RAMAROSON b, Philippe
ANDRIANARY a, Fréderic RANDRIANARIVELO c
a École Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Département
Génie chimique, bCentre National de Recherches Industrielle et
Technologique. Département Matériaux et Génie Civil, c École
Supérieure Polytechnique d’Antananarivo, Département Science des
Matériaux et Métallurgie dAuteur correspondant : Email :
[email protected]__________________________________________________________________________
Résumé
La constatation des gaspillages d’énergie par les cuiseurs
traditionnels souvent utilisés à Madagascar a motivé la confection
du gazogène. Le choix s’est porté sur le type downdraft pour sa
souplesse, du point de vue combustibles, mais aussi de
l’utilisation du syngas produit. Le gazogène construit à partir des
matériels disponibles à Madagascar contient les éléments suivants :
la chambre de réaction, son enveloppe et la trémie (qui constituent
le corps du gazogène) mais aussi le cyclone, le ventilateur
centrifuge, le moteur, le variateur de vitesse et le refroidisseur
de gaz (qui constituent les équipements auxiliaires). Nous avons
ensuite utilisé le logiciel EES « gasifier » , un programme de
modélisation pour les gazogènes downdraft afin de déterminer la
composition du gaz. Les tests du gazogène ont été effectués avec
des éclats d’eucalyptus avec une humidité de 10,92% et de formule
CH1,37 O0,63. A la vitesse maximale, on a obtenu un débit de
biomasse de 3,09 kg/h qui décroît avec la diminution de la vitesse
et se retrouve à 2,06 kg/h à vitesse minimale. La composition du
syngas ne présente pas de différence majeure pour les trois tests
concluants, la composition moyenne est CO : 21,3%, H2 : 15%, CH4 :
2%, CO2 : 11,23%, N2 : 50,47 % en base sèche. Ces résultats se sont
donc avérés concluants pour les éclats d’eucalyptus.
I INTRODUCTION
Le recours à des sources d’énergie alternatives est
incontournable pour continuer à satisfaire les besoins
énergétiques, tout en préservant l’environnement. Pour la majorité
des ménages malgaches, le bois reste le premier choix en matière de
combustible. Celui-ci est pourtant utilisé d’une manière encore
très primitive, ce qui ne permet pas de profiter les innombrables
potentiels qu’elle peut offrir. La problématique se pose sur la
manière dont il faut exploiter la biomasse afin de rentabiliser le
plus possible. La principale raison de cette étude est la
conception et la réalisation d’un gazogène à petite échelle dans le
but de valoriser la biomasse, considérée comme des déchets à
Madagascar, en la transformant en gaz utilisable ainsi que de
réduire la consommation en bois pour la cuisson et pour la
fabrication de charbon dans les ménages malgache.
II MATERIEL ET METHODE
A Choix du type de gazogène. [1][2][3]
Parmi les différents types de gazogène, nous avons choisi de
réaliser un gazogène à lit fixe de type co-courant (downdraft) pour
les raisons suivantes :
• Les gazogènes à lit fixe sont les mieux adaptés aux contextes
des pays en voie de développement comme Madagascar car la taille
des installations est convenable à l’utilisation domestique
(cuisson) ou à la production d’électricité à petite échelle.
• Le gazogène downdraft est préféré par rapport à l’updraft,
pour la qualité du gaz produit qui contient
-
moins de goudron et donc à usage multiple.
• Les matériaux de construction sont faciles à se procurer. On a
choisi l’acier ordinaire pour le corps du gazogène et l'acier
galvanisé pour les tuyauteries, qui sont des matériaux non
seulement résistants à l’usure du temps mais aussi disponibles sur
le marché local.
B Les composants du gazogène [2] [3] [6] [8]
Les composants du gazogène sont divisés en deux groupes. Il y a
les composants qui constituent le corps du gazogène et les
équipements auxiliaires.
1-Le corps du gazogène
Afin de faciliter la maintenance ou éventuellement la
modification de l'appareil, Le corps du gazogène est divisé en deux
éléments séparables : La chambre de réaction avec la trémie et
l'enveloppe.
La chambre de réaction avec la trémie constitue le cœur du
gazogène. C’est à l’intérieur de celle-ci que se passent les quatre
étapes de la gazéification. Elle a été faite à l’aide d’un tube
cylindrique en acier ordinaire de hauteur 450 mm, de diamètre
intérieur 260 mm et d’ une épaisseur de 4 mm. En bas du tube est
soudée une plaque épaisse (5mm) perforée qui maintient le
combustible et permet le passage des gaz. Il y a un rétrécissement
niveau de la zone de combustion du gazogène pour réduire la
quantité de goudron qui se dépose à ce niveau.
L’air est alimenté à la partie basse du gazogène, au tiers de la
longueur de la chambre de réaction (une hauteur très commune dans
les gazogènes downdraft). D’abord, l’air est amené dans une chambre
placée en haut sur le périphérique du réacteur avant d’être
distribué à l’aide de trois conduites et ensuite injecté par des
buses dans la zone de combustion. Le nombre de buses doit être un
nombre impair de telle sorte que le jet d'une buse ne touche pas le
jet du côté opposé, en laissant un espace mort entre les deux.
Afin de permettre l’assemblage de la chambre de réaction avec
son enveloppe, une bride est soudée à 100 mm du haut. Des trous
sont percés sur la périphérie de la bride pour l’assemblage par
boulon. Les différentes vues de la chambre de réaction est présenté
sur la figure suivante.
FIG 1 : Différentes vues de la chambre de réaction avec : (a)
entrée d’air principale, (b) buse, (c) grille, (d)
conduite de distribution d’air et (e) bride
FIG 2 : Photographie de la chambre de réaction
Le réacteur est surmonté d’une trémie dont l’usage permet un
approvisionnement continu de
-
biomasse dans le réacteur pendant un certain temps. Les
dimensions de la trémie sont respectivement pour la hauteur et le
diamètre de 500 mm et 400 mm. Elle est fermée par un couvercle sur
la partie supérieure qui empêche l’air d’entrer par le haut. La
figure suivante montre les différentes vues de la trémie de
stockage de la biomasse.
FIG 3 : Différentes vues de la trémie avec : (a) couvercle, (b)
corps de la trémie, (c) poigné et (d) écrou de serrage à la
main
L’enveloppe permet de stocker temporairement le gaz produit qui
sort ensuite par la grille. Cette dernière permet de maintenir le
combustible et de récupérer les cendres. Une bride est soudée sur
son bord supérieur, permettant l’assemblage du corps du
gazogène.
FIG 4 : Différentes vues de l’enveloppe avec : (a) bride, (b)
sortie du syngas, (c) récupération du cendre et (d) fixation avec
le cadre
L’espace entre l’enveloppe et le réacteur doit être hermétique
et le gaz ne peut être évacué que par une perforation réalisée sur
la surface latérale de l'enveloppe. Le gaz passe ensuite dans les
équipements auxiliaires du gazogène. Une ouverture a été installée
au fond de la cuve, pour récupérer les cendres. La figure N°4
montre l’enveloppe de la chambre de réaction sous différentes
vues.
2 Les équipements auxiliaires
-
Les équipements auxiliaires comprennent : un système de
séparation solide-gaz (le cyclone), un ventilateur centrifuge, un
moteur, un dispositif mécanique de variation de tour et un
refroidisseur.
a. Le cyclone
A la sortie de la chambre de combustion, le syngas contient des
particules en suspension. Le séparateur largement utilisé dans les
procédés de gazéification est un cyclone à flux inversé. Le cyclone
est construit avec un tôle d’épaisseur 2 mm. Les différentes vues
du cyclone se trouve dans la figure suivante.
FIG 5 : Différentes vues du cyclone avec : (a) entrée du syngas
impur, (b) diaphragme de sortie du gaz purifié et (c) récupération
des particules de charbon
b. Le ventilateur centrifuge
Le ventilateur centrifuge est le poumon du gazogène. Cet
appareil permet en même temps l’entrée de l’air dans le gazogène et
l’évacuation du syngas produit. La figure N°6 illustre un
ventilateur centrifuge avec ses différents composants.
Le ventilateur à pales inclinés vers l’arrière a été choisi du
fait de son efficacité par rapport aux ventilateurs à pales
radiales. Le nombre de pales utilisées est de 6. La figure N°7
montre le schéma de notre roue avec les 6 pales.
FIG 6 : Les composantes d’un ventilateur centrifuge avec : (a)
carter, (b) roue, (c) porte roue, (d) palier et (e) arbre
Le ventilateur centrifuge est placé en aval de la chambre de
réaction. Lorsque l’hélice tourne, elle crée une dépression qui
aspire l’air depuis l’entrée d’air principale vers la zone de
combustion. Le gaz produit passe à travers le cyclone avant d’être
expulsé dans le refroidisseur. La vitesse de rotation de la
roue
-
détermine le débit de gaz déplacé. Le ventilateur est fabriqué à
partir de d'une tôle d’acier de 4 mm d’épaisseur.
FIG 7 : Schéma de l’assemblage roue-pales
c. Le moteur
Le moteur utilisé pour faire fonctionner le ventilateur est un
moteur électrique asynchrone monophasé dont les caractéristiques
sont données dans le tableau suivant.
Marque GEORG SAHM
Puissance nominale 0,75 kW
Tension d’alimentation 220-230 V
Courant nominal 5,40 A
Vitesse de rotation 2800 tr/ min à 50 Hz et 3360 tr/min à 60
Hz
Facteur de puissance cos( φ ) 0,82
Condensateur permanent 25 µF 450 V
Tableau 1 : Les caractéristique du moteur utilisée
d. Le variateur de vitesse
Le débit d'air qui passe dans l'appareil dépend de la vitesse de
rotation du ventilateur. Sur le plan technologique, un variateur de
vitesse mécanique est conçu pour varier en continu la vitesse au
niveau du ventilateur sans arrêter le moteur. Ce type de variateur
est moins performant que celui d’un variateur électronique mais le
moyen financier de laboratoire ne permettra pas l'acquisition de ce
dernier.
Le variateur est composé d’une roue menante de 130 mm de
diamètre montée sur arbre du moteur et d’une roue menée de 100 mm
placée perpendiculairement à la première. Cette deuxième roue peut
coulisser librement sur l’arbre de transmission à l’aide de la
manivelle (f). Pour améliorer le transfert de mouvement entre les
deux roues, une gaine en caoutchouc est fixée sur la roue menée
Lorsque la roue menée s’éloigne de l’arbre du moteur, la vitesse
de rotation de cette dernière augmente. Une poulie est assemblée
sur l’arbre de transmission
-
FIG 8 : Variateur mécanique de vitesse avec : (a) arbre du
moteur, (b) roue menante, (c) roue menée, (d) caoutchouc, (e) arbre
de transmission, (f) réglage de la position de la roue menée et (g)
poulie menante
En supposant qu’il n’y a pas de glissement entre les deux roues,
les vitesses linéaires de la roue menée et de la roue menante sont
les mêmes,
Avec
dr1 le diamètre d’un cercle se trouvant sur le plan de la roue
menante, de centre O et passant par le point de contact entre les
deux roues.
dr2 le diamètre de la roue menée.
N1 et N2 respectivement la vitesse de rotation de la roue menée
et de la roue menante .
FIG 9 : disposition de la roue menante et la roue menée
Le déplacement de la roue menée est limité à dr1 (min) = 40 mm
et dr1 (max) = 130 mm. La vitesse de rotation de la roue menée est
comprise entre N2(min) = 1120 tr / min et N2(max) = 3640 tr / min.
Cette valeur est également la vitesse de rotation de la poulie
menante.
En fixant la vitesse de rotation maximale au niveau de la pale
du ventilateur à 5500 tr/min et le diamètre de la poulie menante du
variateur à 40 mm de diamètre, le diamètre de la poulie au niveau
du ventilateur est égal à 60 mm.
Après calcul, la plage de vitesse de rotation de la pale est
entre 1680 tr/min à 5500 tr/min.
e- Le refroidisseur
Le syngas produit contient une certaine quantité d’eau sous
forme de vapeur qui réduit considérablement le pouvoir calorifique
du combustible gazeux, donc il est nécessaire de l’éliminer par une
simple condensation sur une paroi possédant une grande surface. Le
refroidisseur est composé d' un seul tube de grand diamètre et
d’une bonbonne qui sont soudés ensembles. La surface totale est
suffisamment grande pour permettre la condensation de la vapeur
d’eau. Le refroidisseur fait aussi office de réservoir tampon pour
le syngas produit.
Une fois assemblé l’image en 3D de l'appareil conçu est présenté
sur la figure suivante
-
FIG 10 : image du gazogène conçu
FIG 11 : chambre de réaction
FIG 12 : envelloppe – cyclone - refroidisseur - ventilateur
FIG 13 : variateur de vitesse
III-Mise en marche de l'appareil
A La biomasse utilisée
Le bois d’eucalyptus a été choisi pour tester le gazogène pour
les raisons suivantes :
• l'eucalyptus est très utilisé à Madagascar comme bois de
chauffe et de fabrication de charbon de bois. Il est alors
intéressant de trouver une mode de valorisation énergétique
d’eucalyptus plus efficace que celui du bois de chauffe et du
charbon de bois.
-
• On peut en trouver facilement d'une quantité importante.
• L’eucalyptus ne contient pas beaucoup de résine, on peut
espérer d'obtenir un gaz plus propre.
L'eucalyptus utilisé provient des chutes de bois récupérés dans
les scieries dans la ville d’Ambatolampy (50 km sud d'Antananarivo,
la capitale de Madagascar). Elles ont été coupées en petit morceaux
d'environ de 1cmx1cmx5cm à la hache. La taille des échantillons
devrait, en effet, être assez petite pour permettre son passage à
travers l’engorgement situé dans la zone de combustion du gazogène.
Les échantillons sont ensuite séchés au soleil pendant 2 jours pour
réduire son taux d’humidité. La figure suivante montre la
photographie des morceaux de bois d’eucalyptus après séchage.
FIG 14 : Photographie du combustible utilisé lors des tests
1-Humidité du bois
L’humidité est une donnée capitale pour tous procédés de
gazéification. La méthode d’analyse de l’humidité utilisée repose
sur le principe de séchage/pesage de l’échantillon. Le principe de
la méthode est la suivante :
• Pesée de l’échantillon humide avec une précision supérieur à
0,5g.
• Séchage dans l’étuve à 103°C jusqu’à séchage complet de
l’échantillon
• Pesée de l’échantillon après séchage jusqu'à en avoir une
masse constante.
L’humidité sur base humide en pourcentage est alors donnée par
la formule
La durée du séchage est de 1h30min, un temps largement suffisant
pour un échantillon de 50 g. L’humidité des différents échantillons
ainsi que l’humidité moyenne de l'eucalyptus est présenté dans le
tableau suivant :
Echantillon Humidité [%]
Echantillon 1 11,07
Echantillon 2 11,56
Echantillon 3 10,14
moyenne 10,92
Tableau N°2 : humidité de l’échantillon
B-Mode opératoire
Le protocole expérimental à suivre pour réaliser les tests de
gazéification des éclats d’eucalyptus est la suivante. Avant tout
démarrage, vérifier le serrage de tous les boulons ainsi que les
ouvertures au fond du gazogène, sur le cyclone et sur le
refroidisseur.
1. Ouvrir le couvercle de la trémie.
2. Peser le combustible.
3. Démarrer le moteur et régler la vitesse jusqu’au maximum.
-
4. Mettre du combustible facile à brûler (déchet de papier, de
copeaux de bois, ...) au fond de la chambre de réaction.
5. Allumer le feu
6. Verser une poignée du combustible pesé.
7. Attendre 2 minutes pour que le feu prenne et verser le reste
du combustible.
8. Fermer le couvercle de la trémie.
9. Tester l’inflammabilité du gaz avec un bruleur à gaz à la
sortie du refroidisseur toutes les minutes.
10. Lorsque le feu se stabilise, choisir la vitesse voulue.
11. Attendre jusqu’à l’extinction de la flamme.
12. Arrêter le moteur.
13. Laisser le gazogène se refroidir.
14. Récupérer et peser le mélange de cendre et de charbon tombé
à travers de la grille qui supporte les combustibles.
15. Récupérer et peser le reste de combustible non brûlé dans le
gazogène.
Ce mode opératoire est une compilation de plusieurs essais
préliminaires.
C Résultats et discussions
Les résultats obtenus sont basés sur les observations au cours
du test de gazogène
1-Test 1
Après 12 min et 48 s de marche, la fumée présente un signe
d’inflammabilité. A l’approche du bruleur, quelques flammes
apparaissent dans l’épaisse fumée. Elles ne sont pas encore
stables, et s’éteignent aussitôt dès qu’on enlève le brûleur. En
continuant de temps à autre de bruler la fumée, on a obtenu une
belle flamme de couleur bleue à la base surmontée d’une couleur
orange (témoigne de la présence de CO et H2)
A t = 16 min et 59 s cette flamme ne contient aucune fumée et
elle est capable de se maintenir par elle-même. La vitesse du
ventilateur est toujours au maximum (Vp = 5208 tr/min). La flamme
s’est maintenue jusqu’à t = 2 h 23 min et 52 s. Ce qui donne une
durée de 127 min de flamme stable . A la fin de l'opération,
lorsqu’on observe l’état du combustible dans le gazogène, les
combustibles dans le réacteur sont tous consumés sauf ceux qui sont
retenus dans les volumes morts. La figure suivante montre
l’évolution de l’inflammabilité du syngas.
FIG 15 :Evolution de l’inflammabilité du syngas
2-Test 2
Tous les paramètres sont les mêmes que celui du test 1 sauf qu’
on a réduit la vitesse du ventilateur à Vp= 4284 tr/mn. La fumée
commence à être inflammable à t = 9 min : 30 s. La flamme se
maintient à t =
18 min et 19 s jusqu’à t = 2 h : 22 min et 18 s. Une durée
totale de 124 min.
-
3-Test 3
On a réduit la vitesse du ventilateur à Vp = 3528 tr/min. La
fumée commence à être inflammable à t = 24 min et 15 s, elle se
maintient à t = 33 min : 16 s jusqu’à t = 3 h : 21 min et 19 s, une
durée totale de 168 mn.
4-Test 4
On a démarré le gazogène avec une vitesse de rotation du
ventilateur entre 3528 tr/mn et 4284 tr/mn, une vitesse
intermédiaire entre le test 2 et le test 3. La fumée commence à
être inflammable à t = 17 min et 32 s. Au bout de t = 26 min et 45
s, une belle flamme bleue-orange se maintient. On réduit au fur et
à mesure d'une manière continue la vitesse du ventilateur jusqu'à
2520 tr/mn et on observe que la flamme s’éteint.
5-Consommation de combustible
Le débit de combustible est le rapport entre la quantité de
combustible consommé et la durée de l’expérimentation. La quantité
consommée étant la différence entre la masse de combustible pesé et
la masse de combustible non brûlé dans le gazogène à la fin de
l’expérimentation. La durée de l’expérimentation est comptabilisé à
partir du moment où le couvercle du gazogène est fermé jusqu’à
l’extinction de la flamme produit par le syngas.
Ainsi, le tableau suivant donne les différentes masses, les
durées de l’expérience et les débits de bois calculés des quatre
tests.
Test Vp [tr/min] m 1 [g] m2 [g] t [min] DB [g/min]
Test 1 5208 8053 631 144 51,54
Test 2 4284 8158 937 142 50,85
Test 3 3528 8111 1212 201 34,32
Test 4 2520 5029
Tableau 3 : Relevé des différentes masses et du temps pour le
calcul de débit
Vp : vitesse au bout des pales en [tr/min]
m1 : masse du combustible utilisé en [g]
m2 : masse de combustible imbrulé en [g]
t : durée de l’expérimentation en [min]
DB : débit de biomasse humide en [g/min]
Lors du test 4, la flamme produite par le syngas s’éteint
lorsque la vitesse 2520 tr/mn est atteinte. Le test est donc
considéré comme un échec. La vitesse minimale de la ventilateur
pour que l'appareil fonctionne est donc 2520 tr/mn.
Le débit de la biomasse DB décroît avec la diminution de la
vitesse de rotation des pales. A 5208 tr/min qui est la vitesse
réelle maximale qu’on peut atteindre avec le variateur, le débit de
biomasse (éclats d’eucalyptus) est de 51,54 g/ min soit 3,09
kg/h.
IV Modélisation de l’appareil par le modèle « gasifier » sous
EES
Le programme de simulation du gazogène est nommée « EES GASIFIER
» et a été développé par Fock et al [9] au Department of Energy
Engineering de Technical University of Danemark. C’est un modèle
stationnaire qui n’est basé sur aucun gazogène spécifique. Le
modèle est encore réduit aux gazogènes à co-courant. En utilisant
le programme, on peut calculer la composition de de syngas à la
sortie de l’appareil.
Les paramètres d’entrée du logiciel sont présenté sur le tableau
suivant:
-
Test DBH [kg/h] Humidité [%] DBS [kg/h] charbon T1 (air) [°C] T2
(air) [°C] Tg [°C]
Test 1 3,09 10,92 2,76 4,04 25 25 950
Test 2 3,05 10,92 2,73 2,35 25 25 950
Test 3 2,06 10,92 1,84 3,79 25 25 950
Tableau 4 : Paramètres d’entrée des simulations
DBH : débit de biomasse humide en [kg/h]
Humidité : humidité de la biomasse. (Base humide)
DBS : débit de biomasse sèche en [kg/h]
Charbon : pourcentage du charbon récupéré au fond du gazogène
par rapport à la biomasse sèche en [%]
T1 (air) : température ambiante de l’air en [°C]
T2 (air) : température de l’air à l’entrée du gazogène en
[°C]
Tg : température de gazéification en [°C]
L’autre paramètre d’entrée est la composition de la biomasse. On
peut déterminer la formule brute de la biomasse à partir de la
composition centésimale de l’eucalyptus. Le tableau suivant donne
les valeurs moyennes issue de la littérature des différents
composants de l’eucalyptus en termes de composition élémentaire
ainsi que les normes utilisées pour les analyses.
Eucalyptus Composition immédiate (base sèche)
Composition élémentaire (base sèche)
Carbone fixe Matière volatile cendre C H O N S % masse 18,4 81,2
1,2 49,89 5,71 42,29 0,05 0,01
Tableau 5 : composition élémentaire de l’eucalyptus
A partir de ces valeurs, on peut déduire la formule chimique de
la biomasse : CH1,37O0,63N0,0008S0,00007. Les valeurs des rapports
molaires de l’azote et du soufre par rapport au carbone est très
faible, on peut faire l’hypothèse que ces deux constituants sont
négligeables et qu’ils n’influent en rien ni le contenu énergétique
de l’eucalyptus ni la composition du syngas après gazéification. De
plus le logiciel « gasifier » ne requiert que les rapports molaires
des trois constituants principaux qui sont C, H et O. la formule
chimique de l’eucalyptus devient alors CH1,37O0,63.
A-Composition du syngas
Après simulation, la composition du syngas est présenté dans le
tableau et la figure suivants.
Composition du syngas CO CO2 CH4 H2 H2O N2
Test
BH BS BH BS BH BS BH BS BH BS BH BS Test 1 18,8 21,1 10,1 11,3
1,8 2,0 13,4 15,1 11,0 0,0 44,9 50,4 Test 2 19,3 21,6 9,9 11,1 1,8
2,0 13,3 14,9 10,4 0,0 45,3 50,6 Test 3 18,9 21,2 10,1 11,3 1,8 2,0
13,4 15,0 10,9 0,0 44,9 50,4
Tableau 6 : Composition du syngas en base humide et base sèche
des différents tests (pourcentage en volume)
Avec : BH : base humide BS : base sèche
-
FIG 16 : La composition du syngas (% en volume)
A partir de cette figure, on peut déduire que presque la moitié
de la composition du syngas pour les trois Test est du diazote,
ceci est dû à l’utilisation de l’air qui contient une proportion
élevée de N2 (71%) comme agent de gazéification. On remarque aussi
qu’entre les trois tests, la différence de composition est
moindre.
B-Rapport stœchiométrique
Le rapport stœchiométrique est défini comme étant le rapport
entre la quantité réelle d’air utilisée sur la quantité
stœchiométrique nécessaire à la combustion complète d’une quantité
de biomasse.
En posant et on a
A partir de la réaction de combustion complète du biomasse, on
peut calculer la valeur de α0 qui est égale à 1,03.
La masse molaire de la biomasse est égal à 23,45 g/mol et l’air
est composé de 79% d’azote et 21 % d’oxygène. Les valeurs de α et Φ
pour les différents tests se calculent à partir des données
résultant des simulations et présentées dans le tableau
suivant.
Test biomasse air O2 α α0 Φ Unité kg/h mole/h kg/h mole/h mole/h
- - - Test 1 2,76 117,70 5,80 200,00 42,00 0,36 1,03 0,35 Test 2
2,73 116,42 5,90 203,45 42,72 0,37 1,03 0,36 Test 3 1,84 78,46 3,90
134,48 28,24 0,36 1,03 0,35
Tableau 7 : Données pour le calcul de α
D’après ce tableau, la valeur du Φ est égal à 0,35. En pratique
[4], pour la gazéification du biomasse, cette valeur se situe entre
0,2 et 0,3. Une valeur trop faible de Φ (
-
IV CONCLUSION
La constatation des gaspillages d’énergie générés par les
cuiseurs traditionnels fréquemment utilisés à Madagascar a motivé
la confection du gazogène. Le choix s’est porté sur le type
downdraft pour sa souplesse du point de vue combustibles et de
l’utilisation du syngas produit. Le gazogène construit contient les
éléments suivants : Le corps du gazogène composé de la chambre de
réaction, de son enveloppe et de la trémie, et les équipements
auxiliaires composé du cyclone, du ventilateur centrifuge, du
moteur, du variateur de vitesse et du refroidisseur de gaz. Ces
éléments sont réalisés avec de l’acier ordinaire.
Les tests du gazogènes ont été effectués avec des éclats
d’eucalyptus avec une humidité de 10,92% et de formule CH1,37O0,63.
A la vitesse de rotation maximale du ventilateur qui est égale à
5500 tr/mn, on a obtenu un débit de biomasse de 3,09 kg/h qui
décroit avec la diminution de la vitesse et se retrouve à 2,06 kg/h
à la vitesse minimale. La température de gazéification se situe
vers 950 °C. Après simulation avec le logiciel « gasifier »
la composition du syngas ne présente pas de différence majeure
pour les trois tests concluants, la composition moyenne est de CO :
21,3%, H2 : 15%, CH4:2%, CO2 : 11,23%, N2 : 50,47 % en base sèche,
et un rapport stœchiométrique de 0,35. Ces résultats se sont donc
avérés concluants pour les éclats d’eucalyptus. Il faudra par la
suite effectuer des tests avec d’autres combustibles avant de
pouvoir apprécier le vrai potentiel de l’appareil.
Dans cette étude, le gazogène conçu se limite encore à un usage
domestique. Il peut être combiné à un groupe électrogène il servira
à la production d’électricité. Son utilisation pourra ainsi
s’étendre vers l’électrification rurale.
Références
[1] Basu, Prabir. Biomass Gasification, Pyrolysis and
Torrefaction: Practical Design and Theory. Édition : 2. Academic
Press, 2013. ISBN 9780123964885. (2013)
[2] Rakotomalala Robinson Mbolanantenaina, conception et
realisation d’un gazogene downdraft à usage domestique: application
a la gazeification d’eclats d’eucalyptus. Mémoire d’ingénieur en
Génie chimique, Ecole supérieure Polytechnique d’Antananarivo,
(2013)
[3] Chawdhury, M. A. et Mahkamov, K. Development of a Small
Downdraft Biomass Gasifier for Developing Countries. Journal of
Scientific Research. Vol. 3, n° 1. DOI 10.3329/jsr.v3i1.5613.( 31
décembre 2010)
[4] Arthur Mc Carty James Rivas. The effect of biomass,
operating conditions, and gasifier design on the performance of an
updraft biomass gasifier. Manhattan, Kansas : Kansas State
University, (2012).
[5] Klass, Donald L. Biomass for Renewable Energy, Fuels, and
Chemicals. Academic Press,. ISBN 9780124109506. (1998)
[6] Quaak, Peter, KNOEF, Harrie et STASSEN, Hubert. Energy from
biomass: a review of combustion and gasification technologies..
World Bank Publications.( 1999)
[7] Higman, Christopher et BURGT, Maarten van der. Gasification.
Édition : 2. Gulf Professional Publishing,. ISBN 9780750685283.
(2008)
[8] Institute Solar Energy Research et Energy, U. S. Department
of. Handbook of Biomass Downdraft Gasifier Engine Systems.
CreateSpace Independent Publishing Platform, 2014. ISBN
9781496082749. (2014)
[9] Fock, Felicia, Thomsen, P. B. Kirstine, Houbak, Niels et
Henriksen, Ulrik. Modelling a biomass gasification system by means
of « EES ». SIMS 2000 Conference. Scandinavian Simulation Society.
(18 septembre 2000).
-
[10] Montross, Michael, Kamm, Birgit, Neathery, James, Davis,
Burtron H., Crocker, Mark, Peter, Laurie, Schuth, Ferdi, Zhao, Tim
S., Frei, Heinz et Hunt, Julian C. R. Thermochemical Conversion of
Biomass to Liquid Fuels and Chemicals. Royal Society of Chemistry,
2010. ISBN 9781849730358. (2010)
[11] Brown, Robert C. Thermochemical Processing of Biomass:
Conversion into Fuels, Chemicals and Power. Édition : 1. Wiley,
(2011).