Development of a sampling methodology using solid phase microextraction for the quantification of tars on biomass thermolysis processes
Mise au point d'une méthodologie d'échantillonnage utilisant la micro-extraction sur phase solide pour la quantification de goudrons sur des procédés de thermolyse de la biomasse
Abstract
The gasification of biomass by thermochemical processes is presently a promising method of producting H2 and CO which are used for synthesis of biogasoil. However, the thermal treatment of biomass leads to the production of unwanted compounds referred to as "tar" (heavy hydrocarbons) of which the content in syngas must to be inferior to 0.1 mg.Nm-3. Knowledge of tar content is consequently needed. To this end, a sampling methodology using SPME (Solid Phase MicroExtraction) was developed for the quantification of "model compounds" which represents the total tar content mainly emitted by two gasification or pyrolysis processes. Introduction of the notion of model compounds is intended to simplify the sampling methodology on one hand to overcome the possible limitations related to the sampling system developed in this work to allow SPME extraction on the other. For the two thermochemical processes, 15 model compounds were selected. The quantification of these compounds required calibration of SPME fibres (polydimethylsiloxane coating) which allow us, over a range of temperatures, to establish the absorption profiles and to determine distribution coefficients. Influence of the sampling conditions on the absorption and performance of the coupled SPME-gas Chromatography were also evaluated. In order to avoid repetitive calibrations, a model based on thermodynamic considerations was developed to speed-up determination of the distribution coefficient.
La gazéification de la biomasse par voie thermochimique apparaît aujourd'hui comme une voie prometteuse pour la production de H2 et CO utilisés dans la synthèse de biocarburants. Le traitement thermique subi par la biomasse entraîne toutefois la production de composés indésirables appelés goudrons (hydrocarbures lourds) dont la teneur dans les gaz de synthèse doit être inférieure à 0,1 mg.Nm-3. Le suivi de la quantité de goudrons produits est, par conséquent, indispensable. Dans ce contexte, une méthodologie d'échantillonnage utilisant la SPME (micro-extraction sur phase solide) a été mise au point pour la quantification de "composés types" représentatifs de la quantité globale de goudrons émis principalement par deux pilotes de gazéification et de pyrolyse. L'introduction de la notion de composés types est destinée d'une part, à simplifier la méthodologie d'échantillonnage et d'autre part, à s'affranchir des éventuelles limitations liées au système de prélèvement des effluents gazeux développé dans le cadre de ce travail pour autoriser l'extraction par SPME. Pour les deux pilotes, 15 composés types ont été retenus. Leur quantification a d'abord nécessité l'étalonnage préalable des fibres SPME (revêtue de polydimethylsiloxane) qui a permis, à plusieurs températures, d'établir les profils d'absorption et de déterminer les coefficients de partage. L'influence des conditions d'extraction sur l'absorption ainsi que les performances du couplage SPME-chromatographie gazeuse ont également été évaluées. De manière à éviter les étalonnages répétitifs, un modèle basé sur la théorie des équilibres thermodynamiques a été développé pour déterminer la valeur des coefficients de partage.
Domains
Ocean, Atmosphere
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