Procédé hybride plasma-catalytique pour la méthanation du CO2

Hybrid plasma-catalytic process for CO2 methanation

• Auteur / Autrice : Bo Wang
• Direction : Stéphanie Ognier, Patrick Da Costa
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique, génie des procédés
• Date : Soutenance le 13/10/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche de Chimie Paris. Chimie Théorique et Modélisation - Institut de recherche de chimie Paris
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Procédés Plasmas, Microsystèmes (2PM)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de chimie (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Xavier Duten
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Michaël Tatoulian

Mots clés

Mots clés contrôlés

Catalyse

Méthanisation

Mots clés libres

Catalyse plasma

Co2

Réacteur à cylindre

Température

Simulation

Plasma-Catalysis

Co2

Cylinder reactor

Temperature

Simulation

Résumé

L'utilisation de plasmas froids en combinaison avec un catalyseur hétérogène a récemment permis d'accélérer significativement la réaction d'hydrogénation de CO2 à basses températures, c'est-à-dire sans aucune source de chauffage externe. Néanmoins, il existe un manque total de compréhension de l'effet réel du plasma, ainsi que de son couplage à un système catalytique. En outre, les réacteurs conventionnels à lit fixe testés jusqu'à présent ne permettent pas un contrôle correct des phénomènes physiques, en particuliers les transferts de chaleur et de matière, ce qui freine l'application industrielle de ce procédé hybride. Le présent sujet de doctorat propose la construction de réacteurs milli-structurés pour l'hydrogénation du CO2. Grâce à une distribution optimisée de la décharge du plasma, cette configuration permettra un diagnostic précis de l'interaction entre le plasma et la phase solide catalytique, et donc une meilleure compréhension du couplage plasma-catalyse. Egalement, ce dispositif permettra de mieux adapter l'énergie fournie par le plasma aux besoins de la réaction catalytique. Enfin, un meilleur contrôle de la chaleur et du transfert de masse sera obtenu grâce à la milli-structuration du système catalytique.

The utilization of cold plasmas in combination with an heterogeneous catalyst has recently proven to boost the kinetically impeded CO2 hydrogenation reaction at low temperatures, i.e. without any source of external heating. Nevertheless, there is a complete lack of understanding about the real effect of the plasma, as well as on its coupling to a catalytic system. Moreover, the cylindrical-shaped fixed bed reactors tested so far do not allow a proper control of the physical phenomena, i.e. heat-energy and mass transfer, hindering the industrial application of this hybrid process. The present PhD subject proposes the construction of milli-structured reactors for CO2 hydrogenation. By means of an optimized distribution of the plasma discharge, this configuration will permit the accurate diagnosis of the interaction between the plasma and the catalytic solid phase, and thus, a better understanding of the bulk effects of the coupled plasma-catalytic phenomena. In this sense, the energy practically provided by the plasma can be tailored to fit the requirements of the catalytic reaction. Furthermore, a better control of heat and mass transfer will be gained through the milli-structuration of the catalytic system.