Potassium a way for improvement of mild pyrolysis processes

Potassium au service de l'amélioration du procédé de pyrolyse douce La torréfaction est une technologie de traitement thermique développée pour améliorer les propriétés thermiques de la biomasse par une conversion thermochimique entre 200 et 300 °C. Le bois devient hydrophobe et sa densité énergétique augmente en même temps que son pouvoir calorifique. De plus, la broyabilité augmente, ce qui permet de réduire de manière significative la consommation d'énergie lors du processus de broyage. Cependant, de nombreux facteurs peuvent avoir un impact sur le profil de dégradation thermique de la biomasse lignocellulosique. Dans cette thèse, l'accent a été mis sur l'effet de la teneur en potassium (K) et de l'atmosphère de torréfaction, qui ne sont pas encore totalement compris dans la littérature. Dans la première partie de l'étude, les torréfactions semi-industrielles sont comparées en variant les atmosphères : N2, air, vapeur d'eau et pressions de vide allant de 200 à 600 hPa. La vapeur d'eau et l'air ont eu des effets similaires sur la dégradation thermique du bois en raison de leur nature oxydante. En augmentant la pression du vide, le temps de séjour des substances volatiles et la teneur en O2 sont augmentés. Il en résulte une compétition entre l'oxydation et l'évacuation des sous-produits catalytiques tels que l'acide acétique. Néanmoins, les changements d'atmosphères et de réacteur n'engendrent pas des différences significatives au niveau du produit. Ceci permet aux industriels de faire leur choix de réacteur selon les conditions et le design le plus économique. Grâce à l'étude au niveau moléculaire de l'effet de l'atmosphère sur la torréfaction, les résultats peuvent être utilisés pour contrôler les paramètres spécifiques de la torréfaction afin d'obtenir les propriétés souhaitées pour les produits. Après l'étude des atmosphères, l'impact du potassium sur la poudre de bois et les composants lignocellulosiques est étudié afin de mieux comprendre la double action du potassium rapportée dans la littérature. La torréfaction du bois de hêtre (2 heures à 250, 300 et 380 °C) par ATG montre que, quelle que soit la température de torréfaction, l'action du potassium est d'abord catalytique, puis, si elle est maintenue suffisamment longtemps, elle favorise la formation de charbon. Les effets du K dépendent en fait de la durée du traitement et de la composition chimique de la biomasse. Après avoir compris l'action du K sur la poudre de hêtre, un changement d'échelle a été effectué pour étudier la faisabilité du procédé sur des planches de bois. L'objectif était de vérifier si la torréfaction catalytique pouvait être effectuée sur le bois avant broyage, ce qui permettrait de réduire les coûts de cette étape ainsi que les coûts de transport. Les résultats de l'ICP-AES ont montré que la méthode d'imprégnation utilisée pour les planches de bois avait permis de doper le bois avec du K. Les expériences de torréfaction à 300 °C pendant différentes durées (5 à 60 min) ont montré que le K augmentait de manière significative la perte de masse et que l'on pouvait gagner jusqu'à 67 % de la durée de torréfaction. En outre, la biomasse produite possède des propriétés thermiques similaires à celles du charbon, ce qui montre que le changement d'échelle est réussi. La dernière partie de l'étude se concentre sur l'évaluation des changements qui se passent à la surface et au cœur de l'échantillon pendant la torréfaction catalytique des planches de bois. Les résultats de l'ICP-AES démontrent que la teneur en K à la surface est toujours plus élevée qu'au cœur. Cependant, l'ATG montre qu'au cours de la torréfaction, le cœur est plus dégradé que la surface malgré une teneur en K plus faible. Ceci pourrait être attribué à la production de volatiles qui sont piégés plus longtemps dans le cœur du bois et qui conduisent à des réactions ultérieures. Par conséquent, l'utilisation de planches de bois devrait tenir compte de leur épaisseur et des réactions exothermiques qui pourraient être amplifiées avec le K.