Developpement d'un reacteur plasma-lit jaillissant applique a la valorisation du methane. Validation des resultats au travers de l'hydropyrolyse plasma d'hydrocarbures modeles et modelisation cinetique

Development of a plasma-spouted bed reactor applied to methane valorization. Validation of the results through model hydrocarbons hydropyrolysis and kinetic model

• Auteur / Autrice : JEAN-FRANCOIS PERNIN
• Direction : Jacques Amouroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées
• Date : Soutenance en 1993
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

L'objectif de ce travail est de combiner l'activation du methane et la valorisation d'un hydrocarbure lourd modele dans un reacteur permettant une mise en valeur d'une chimie radicalaire. Le methane, outre une source potentielle d'hydrogene, s'avere une source de reactifs chimiques (radicaux h. Et ch#3. ), intermediaires cles dans les processus reactionnels d'hydropyrolyse des lourds. L'etude thermodynamique demontre la necessite d'un apport energetique consequent (t>1500 k), afin de favoriser l'activation du methane. Le choix d'un plasma inductif repond aux attendus thermiques mais surtout chimiques: pour un plasma argon-hydrogene, les temperatures atteignent 5000-10000 k, avec une dissociation de l'hydrogene comprise entre 50% et 100%. Toutefois, les contraintes thermodynamiques de pyrolyse d'un lourd nous ont conduit a etablir une trempe du plasma par lit jaillissant, qui permet de plus un melange plasma/reactif gazeux/particules efficace. La vitesse de trempe calculee, 5. 10#5 k/s, demontre la possibilite d'une conservation d'une partie du flux h. . Experimentalement, pour une conversion du methane de 40%, les rendements sont marques en c#2h#2, h#2, noir de carbone, c#2h#4, c#5h#6, c#4h#2, qui resultent des principaux intermediaires h et ch#3. Dans le cas de la pyrolyse combinee avec un hydrocarbure modele (n-heptane, n-dodecane et n-hexadecane) le role de ces radicaux se manifeste par l'emulation des reactions radicalaires conduisant a l'apparition d'a-olefines. Ces resultats sont valides par modelisation cinetique, ou l'exploitation d'une procedure implicite avec predicteur-correcteur sur differents schemas relatifs a l'hydrogene, a l'hydropyrolyse du n-hexadecane et a l'hydropyrolyse du methane montre simultanement la conservation d'une partie du flux h-produit par le plasma, conduisant a des concentrations 10#6 fois superieures aux conditions thermodynamiques usuelles, d'excellentes correlations simulation/experience sur les hydropyrolyses de l'hexadecane et du methane, et le role emulateur a faible temps de sejour des petits radicaux dans ces schemas conduisant a une augmentation des conversions