Conception et expérimentation d’un gazéificateur pour le traitement thermique des déchets organiques

Abstract

Le présent travail se focalise sur la gestion et valorisation de la biomasse lignocellulosique par gazéification dans un réacteur à lit fixe contre-courant (up-draft). La biomasse valorisée dans cette thèse est les déchets lignocellulosique issus des opérations de nettoyage annuels des palmiers dattiers Algériens (Phoenix dactylifera L.) variété Takarbouche de la wilaya d’Adrar. Les principaux résultats de prospection du terrain montrent que les déchets produits durant l’opérations de nettoyage annuel des palmiers dattiers peuvent atteindre une quantité globale d’environ 5380,28568T de déchets, avec des pourcentages massiques de 53,55%, 17,41%, 12,91%, 6,89%, 4,87%, 4,36% pour les palmes sèches, pétioles, régime, pédoncule du régime, spathe et fibrilium respectivement. Cette quantité peut être augmenté de plus de la moitie, si les opérations de nettoyage touchent les palmiers dattiers non productifs. La caractérisation de cette biomasse montre qu’elle possède un potentiel énergétique intéressant qui varie entre 11,81(MJ/kg) et 17,81 (MJ/kg) ce qui rend sa valorisation intéressante. Sa faible teneur en eau qui varie entre 3,32 et 5,81% et son taux élevé de matière volatile qui varie entre 82,47% et 94,05%, favorisent sa conversion thermique et facilite l’allumage lors de la gazéification. Les cendres à leur tour présentent des valeurs conformes au résultats des travaux sur d’autres palmiers dattier et varient entre 1,99% et 11,7% Les tests de gazéification montrent une allure de température opératoire cohérente pour la gazéification avec l’air. Le gaz produit lors des tests est inflammable et sa température se situe dans l’intervalle donné par la bibliographie entre 200 et 400°C pour les palmes, pétioles, régime, tandis que les pédoncules du régime présentent un profile de température plus. Le taux de conversion obtenu à la fin des tests varie entre 89 et 95%. La composition du gaz produit est variable, en fonction de la composition du substrat et la température opératoire, avec un pouvoir calorifique intéressant qui varie entre 4,42MJ/Nm3 et17,86MJ/Nm3. Les résultats expérimentaux de cette thèse ne représentent qu’une modeste contribution à la nouvelle stratégie de développement des énergies renouvelables et gestion et valorisation des déchets

This work focuses on the management and valorization of lignocellulosic biomass by gasification in fixed-bed up draft reactors. The biomass valued in this thesis is the lignocellulosic waste resulting from the annual cleaning operations of the Algerian date palms (Phoenix dactylifera L.) Takarbouche variety of Adrar. The main field prospecting results show that the waste produced during the annual date palm cleaning operations can expect an overall quantity of waste of approximately 5380,28568T with mass percentages of 53,55%, 17,41%, 12,91%, 6,89%, 4,87%, 4,36% for dry palms, petioles, bunch, bunch peduncle, spathe and fibrilium respectively. This quantity can be increased by more than half, if the cleaning operations affect non-productive date palms. The characterization of this biomass shows that it has an interesting energy potential which varies between 11,81 (MJ/kg) and 17,81 (MJ/kg) that makes its valuation interesting. Its low water content, which varies between 3,32% and 5,81%, and its high rate of volatile matter, which varies between 82,47% and 94,05%, promote its thermal conversion and facilitate ignition during gasification. The ashes in turn present values in line with the results of work on other date palms and vary between 1,99% and 11,7%. Gasification tests show a coherent operating temperature curve for gasification with air. The gas produced during the tests is flammable and its temperature is within the interval given by the bibliography between 200 and 400°C for the palms, petioles, bunch, while the peduncles of the bunch have a temperature profile lower than this interval. The conversion rate obtained at the end of the tests varies between 89 and 95%. The produced gas composition is variable, depending on the composition of the substrate and the operating temperature, with an interesting calorific value which varies between 4,42MJ/Nm3 and 17,86MJ/Nm3 The experimental results of this thesis represent only a modest contribution to the new strategy for the development of renewable energies and waste management and recovery

يركز هذا العمل على إدارة وتثمين الكتلة الحيوية السيلولوزية عن طريق التغويز في المفاعلات ذات الطبقة الثابتة المعاكسة. الكتلة الحيوية المستخدمة في هذه الأطروحة هي النفايات السيلولوزية الناتجة عن عمليات التنظيف السنوية لنخيل التمر الجزائري صنف تاقربوش بولاية أدرار تظهر النتائج الرئيسية للدراسة الميدانية أن كمية الكتلة الحيوية السيلولوزية الناتجة عن عملية التنظيف السنوية لنخيل التمر المنتج تقارب 5380،28568 طن بنسب كتلة 53،55٪، 17،41٪، 12،91٪، 6،89٪، 4،87٪، 4،36٪ من جريد النخيل الجاف ، كرناف, عراجين، أعناق العراجين ، غلاف الطلع، و الياف على التوالي. يمكن مضاعفة هذه الكمية بأكثر من النصف إذا شملت عمليات التنظيف أشجار النخيل غير المنتجة يوضح توصيف هذه الكتلة الحيوية أن لديها قيمة طاقوية هامة تتراوح بين 11،81(ميغا جول/كغم) و17،81 (ميغا جول/كغم) مما يجعل تثمينها مثيرًا للاهتمام. نسبة الرطوبة المنخفضة التي تتراوح قيمتها بين 3،32٪ و5،81٪وكذا نسبة المواد المتطايرة العالية التي تتراوح بين 82،47٪ و94،05٪ تدعم التحويل الحراري لنفايات النخيل كما تسهل الاشتعال أثناء عملية التغويز. يقدم الرماد بدوره قيمًا تتراوح بين 1،99٪ و11،7٪. وهي تتوافق مع نتائج مختلف الابحاث الأخرى حول نخيل التمر تُظهر اختبارات التغويز ان شكل منحنى درجة حرارة مطابق لعملية التغويز بالهواء. الغاز الناتج أثناء الاختبارات قابل للاشتعال ودرجة حرارته تقع ضمن المجال المحدد في الببليوغرافيا بين 200 و400 درجة مئوية بجريد النخيل، والكرناف، والعرجون، في حين أن ساق العرجون ا لها درجة حرارة أقل من هذا النطاق. يتراوح معدل التحويل الذي تم الحصول عليه في نهاية الاختبارات بين 89 و95٪. تختلف تركيبة الغاز الناتج باختلاف تركيبة نفايات النخيل ودرجة حرارة التشغيل، كما يتميز بقيمة طاقوية مثيرة للاهتمام تتراوح بين 4،42 (ميغا جول/م3) و17،86(ميغا جول/م3) تمثل النتائج التجريبية لهذه الأطروحة مساهمة متواضعة فقط في الاستراتيجية الجديدة لتطوير الطاقات المتجددة وإدارة النفايات واستعادتها