Étude cinétique de la pyrolyse en phase gazeuse de molécules organiques contenant des hétéroatomes représentatives de composés toxiques présents dans les sols pollués

Kinetic study of the gas phase pyrolysis of organic molecules containing heteroatoms as surrogates of toxic compounds present in polluted soils

• Auteur / Autrice : Nicolas Vin
• Direction : Frédérique Battin-Leclerc, Olivier Herbinet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 10/01/2019
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Marie-Odile Nicolas-Simonnot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Roger Gadiou, Luc-Sy Tran
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roger Gadiou, Michel Rossi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chimie analytique

Polluants

Effets de la température

Réactions chimiques -- Mécanismes

Cinétique chimique

Pyrolyse

Mots clés libres

Cinétique

Pyrolyse

Composés modèles

Sols pollués

Modélisation

Kinetics

Pyrolysis

Surrogates

Polluted soils

Modeling

Résumé

La pyrolyse de sept molécules modèles de composés toxiques (le diéthyl éther, le bromoéthane, le chloroacétate de méthyle, le nitrométhane, le nitrate d’isopropyle, la diéthylamine, le chlorobenzène) a été étudiée lors de la thèse dans deux types de réacteur à l’échelle du laboratoire : un réacteur parfaitement agité (RPA) en silice et le réacteur tubulaire (RT) en alumine. Ce dernier pilote a été développé durant ce travail pour réaliser des études à des températures supérieures à 1200 K. Les profils axiaux de température dans le réacteur tubulaire ont été mesurés pour en tenir compte lors des simulations. Parallèlement à l’utilisation de la Chromatographie en phase Gazeuse, une nouvelle technique analytique pour notre laboratoire a été utilisée : la spectroscopie Infra-rouge à Transformée de Fourier (IRTF) pour laquelle une méthode d’analyse a été développée. Au cours de ces différentes études, des modèles cinétiques détaillés ont été développés à l’exception de la diethylamine. Globalement, ces modèles cinétiques reproduisent bien dans chaque étude la décomposition du réactif en fonction de la température et la formation des produits majoritaires déterminés expérimentalement. Etant donné le manque de données cinétiques dans la littérature pour la pyrolyse ou l’oxydation de composés bromés, chlorés et azotés, de nombreux paramètres cinétiques ont été estimés dans la plupart des modèles cinétiques développés

The pyrolysis of seven surrogates of toxic compounds (diethyl ether, bromoethane, methyl chloroacetate, nitromethane, isopropyl nitrate, diethylamine and chlorobenzene) was studied during the thesis in two different types of reactors at the laboratory scale: a silica jet-stirred reactor (JSR) and an alumina tubular reactor (TR) to carry out studies at temperatures above 1200 K. Axial temperature profiles were measured and were used to take into account the temperature gradient in the TR. In addition to gas chromatography, a new analytical technique for our laboratory was used: The Fourier Transform InfraRed Spectroscopy (FTIR), for which an analysis method has been developed. As part of the study, detailed kinetics models were developed except for the diethylamine. Overall, these kinetics models well predict the reactivity temperature dependence and the formation of the major products determined experimentally. Since there is a lack of kinetic data in the literature for the pyrolysis and oxidation of brominated, chlorinated and nitrogen compounds, many kinetic parameters were estimated in most of the kinetic models developed