Production d'hydrogène par vapo-reformage de méthanol : intensification des transferts

Hydrogen production by steam-reforming of methanol : transfer intensification

• Auteur / Autrice : Leonardo Esteban Pacheco Sandoval
• Direction : Hassan Peerhossaini, Olivier Le Corre, Dominique Della Valle
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'ingénieur, Thermique et énergétique
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur, Géosciences, Architecture (Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : École polytechnique de l'Université de Nantes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrogène

Méthanol

Mots clés libres

Vaporeformage

Production d'hydrogène

Intensification des transferts

Echangeur-réacteur multifonctionnel

Résumé

Le but de cette étude numérique est d'analyser l'impact de générateurs de turbulence (ailettes décalées OSF avec dépôt catalytique CuO/ZnO/Al2O3) sur le taux de conversion du méthanol et sur la sélectivité de la réaction catalytique. Une revue bibliographique du vapo-reformage du méthanol a permis de retenir le modèle cinétique chimique développé par Peppley (1997), basé sur les équations SRM, WGS et de la décomposition du méthanol. Une approche longitudinale (1-D) d'un réacteur isotherme permet la validation du modèle cinétique à l'aide de mesures expérimentales (issues de la littérature) dans différentes conditions opératoires. Une étude de sensibilité des paramètres significatifs (température, pression, ratio H2O/CH3OH, etc. . . ) est, ensuite, présentée. Une approche bi-dimensionnelle (2-D) permet d'observer l'influence de la géométrie du réacteur et du catalyseur, ainsi que l'identification de zones internes favorisant certaines réactions (parfois de manière couplée) dans le processus vapo-reformage du méthanol. L'étude de l'influence des générateurs de turbulence sur le taux de conversion du méthanol et la sélectivité de la réaction catalytique est, finalement, abordée. Deux aspects sont étudiés : l'aspect "écoulement" et l'aspect "distribution de la surface réactive". Un réacteur composé d'inserts enduits de catalyseur (ailettes décalées OSF) est comparé à un canal vide. De prometteurs résultats numériques ont été obtenus.

The aim of this numerical work is to study the influence of flow turbulence (offset OSF fins coated with CuO/ZnO/Al2O3 catalyst) on the conversion rate of methanol and also on the selectivity of this catalytic reaction. A thorough literature search of methanol steam reforming permitted retaining for this work the kinetic model developed by Peppley (1997) based on the SRM, WGS and methanol decomposition equations. A one-dimensional reactor approach allowed validating the kinetic model using the experimental results from literature for different operational conditions. A sensitivity study to the significant parameter of the process (temperature, pressure, H2O/CH3OH ratio, etc. ) is then carried out. A two-dimensional approach revealed the influence of reactor geometry and catalyst as well as the existence of certain regions in the reactor which favorise certain reactions (sometimes coupled) in steam reforming of methanol. Finally the effects of turbulence generators on the conversion rate of methanol and the selectivity of the catalytic reaction was investigated. Two aspects were specifically studied: “flow” and “reactive surface distribution”. A reactor composed of catalyst coated inserts (offset fins) is compared with a duct flow, and promising numerical results are obtained.