Modèle réactionnel pour le craquage ds goudrons
Cette activité a débutée dans le cadre de la thèse
d'Alice Fourcault (T5 Modelisation d'un étage haute température
alimenté par une troche à plasma pour la dégradation des goudrons présents
dans les gaz de synthèse) en collaboration
avec la société Europlasma et s'est poursuivie dans le cadre du programme
soutenu par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR BioE 2009 Turboplasma) dans
lequel s'est inscrit le travail de thèse de Romain Demarthon (T8
Conception et modélisation d’un étage haute température pour la dégradation
thermique de goudrons) en collaboration avec la société Europlasma.
L'objectif recherché dans cette première partie du travail, plus largement
dédié au dimensionnement d'un réacteur de craquage thermique des goudrons
par assitance plasma, était de définir des composés modèles à même de représenter
les différentes classes de goudrons présents dans le produit d'un gazéifieur de
déchets et de biomasse et de créer un modèle réactionnel permettant de d'estimer
leur dégradation en fonction de la composition du gaz et de sa température.
Afin de simplifier la complexité représentée par le nombre
important de molécules chimiques qui constituent les goudrons, quatre espèces
modèles ont été retenues fin de représenter les différentes classes des
goudrons:
- Le Naphtalène comme représentant de la classe 4
- Le Toluene comme représentant de la classe 3
- Le Phenol comme représentant de la classe 2
- Le Benzene comme intermédiaire de la dégradation
Compte tenu de ce choix, et compte tenu des données de la littérature, un premier modèle réactionnel permettant de retranscrire la dégradation thermique des goudrons avait été développé dans le cadre de la thèse d'Alice Fourcault.
Premier modèle réactionnel établit par A. Fourcault.
(Figure tirée de la thèse de R. Demarthon (2013).
Ce premier modèle réactionnel était par ailleurs accompagné d'un certains nombres de réactions permettant de représenter les phénomènes d'oxydation potentiels associés à l'apport d'air, et/ou de reformage à la vapeur, vapeur initialement contenue dans le gaz issu du gazifieur et à épurer dans l'étage haute température. Ce gaz pouvant également être composé de d'hydrogène, de monoxyde et dioxyde de carbone, de méthane, d'éthane et de suies.
Ce premier modèle fut ensuite enrichi durant la thèse de Romain Demarthon afin de prendre compte la présence de phénol et la formation de suies à partir du craquage du méthane. L'espèce acétylène fut également prise en compte dans le modèle à partir de ce point.
Deuxième modèle réactionnel établit par R. Demarthon.
(Figure tirée de la thèse de R. Demarthon (2013).
Afin de qualifier le comportement de ces modèles, des premièrs tests ont été effectués dans le cadre d'une géométrie idéale (Réacteur Parfaitement agité). Après avoir montré que les résultats du modèle cinétique étaient conformes à ceux prédits par un modèle d'équilibre si le volume du réacteur était infini, l'influence de quelques paramètres opératoires a pu être étudiée.
Résultats obtenus à l'aide du premier modèle réactionnel.
Comparaison de la composition du gaz entre l'entrée et
la sortie du réacteur.
Résultats obtenus à l'aide du premier modèle réactionnel.
Influence de la température du gaz d'entrée sur :
la fraction molaire des principaux constituants (gauche),
la concentration en polluants (centre) et la température du
gaz de sortie (droite). Conversion du naphtalene et du toluene
dans le réacteur (droite).
