Contribution à l'étude de la combustion de mélanges gaz naturel-hydrogène en milieu poreux catalytique PDF Download
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Author: Ségolène Gauthier
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 210
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Book Description
Dans le contexte actuel des problèmes environnementaux et de la disponibilité limitée des ressources fossiles, il est nécessaire de développer des brûleurs performants et peu polluants, et d’utiliser des sources d’énergie non fossiles. Cette étude porte sur la combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène en milieu poreux catalytiques. En effet, les brûleurs radiants poreux permettent d’obtenir une efficacité élevée et de faibles émissions de polluants. Le comportement de ces brûleurs est cependant complexe et peut être fortement modifié par l’introduction d’hydrogène. L’objectif de cette thèse est dans un premier temps d’étudier le comportement d’un brûleur radiant poreux constitué d’un support poreux de type mousse catalysé ou non et de comprendre les phénomènes en jeu, pour ensuite étudier l’influence de la structure et de la nature du milieu poreux et pouvoir ainsi optimiser le brûleur. Des tests expérimentaux sur quatre mousses différentes (deux mousses métalliques et deux mousses céramiques) et pour des mélanges combustibles contenant de 100% vol. de gaz naturel à 100% vol. d’hydrogène ont été effectués. Ils ont permis de définir les zones de fonctionnement pour chaque support. L’ajout d’hydrogène réduit la zone de fonctionnement du brûleur jusqu’à une disparition complète du mode radiant au-delà de 80% vol d’hydrogène. Un modèle numérique a été développé. Il permet de représenter les zones de fonctionnement obtenues expérimentalement et reproduit l’évolution des émissions de polluants en fonction de la richesse, de la puissance spécifique et de la quantité d’hydrogène. Les phénomènes prenant place au sein du brûleur sont fortement couplés. Ils conditionnent la position du front de combustion et ainsi les performances du brûleur. La diminution de la conductivité thermique, du transfert de chaleur entre la phase gaz et la phase solide et du coefficient d’absorption permettent à la fois de réduire les émissions de CO et de NO et d’augmenter le flux radiatif. Leur variation est cependant limitée par une réduction de la résistance du brûleur à la remontée de la zone de combustion vers l’entrée.
Author: Ségolène Gauthier
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 210
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Book Description
Dans le contexte actuel des problèmes environnementaux et de la disponibilité limitée des ressources fossiles, il est nécessaire de développer des brûleurs performants et peu polluants, et d’utiliser des sources d’énergie non fossiles. Cette étude porte sur la combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène en milieu poreux catalytiques. En effet, les brûleurs radiants poreux permettent d’obtenir une efficacité élevée et de faibles émissions de polluants. Le comportement de ces brûleurs est cependant complexe et peut être fortement modifié par l’introduction d’hydrogène. L’objectif de cette thèse est dans un premier temps d’étudier le comportement d’un brûleur radiant poreux constitué d’un support poreux de type mousse catalysé ou non et de comprendre les phénomènes en jeu, pour ensuite étudier l’influence de la structure et de la nature du milieu poreux et pouvoir ainsi optimiser le brûleur. Des tests expérimentaux sur quatre mousses différentes (deux mousses métalliques et deux mousses céramiques) et pour des mélanges combustibles contenant de 100% vol. de gaz naturel à 100% vol. d’hydrogène ont été effectués. Ils ont permis de définir les zones de fonctionnement pour chaque support. L’ajout d’hydrogène réduit la zone de fonctionnement du brûleur jusqu’à une disparition complète du mode radiant au-delà de 80% vol d’hydrogène. Un modèle numérique a été développé. Il permet de représenter les zones de fonctionnement obtenues expérimentalement et reproduit l’évolution des émissions de polluants en fonction de la richesse, de la puissance spécifique et de la quantité d’hydrogène. Les phénomènes prenant place au sein du brûleur sont fortement couplés. Ils conditionnent la position du front de combustion et ainsi les performances du brûleur. La diminution de la conductivité thermique, du transfert de chaleur entre la phase gaz et la phase solide et du coefficient d’absorption permettent à la fois de réduire les émissions de CO et de NO et d’augmenter le flux radiatif. Leur variation est cependant limitée par une réduction de la résistance du brûleur à la remontée de la zone de combustion vers l’entrée.
Author: Marc Bellenoue
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Languages : fr
Pages : 126
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Book Description
LE STATOREACTEUR A COMBUSTION EN FLUX SUPERSONIQUE EST L'UN DES PROPULSEUR AEROBIE ENVISAGES POUR LES VEHICULES HYPERSONIQUES (M > 5). LORS DE LA TRANSITION DU REGIME D'ECOULEMENT SUBSONIQUE AU REGIME SUPERSONIQUE DANS LA CHAMBRE DE COMBUSTION, LES CONDITIONS A L'ENTREE DE CELLE-CI N'AUTORISENT PAS L'INFLAMMATION SPONTANEE DU CARBURANT (HYDROGENE). LE BUT DES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MEMOIRE EST, D'UNE PART, LA MISE AU POINT D'UN PROCEDE D'INITIATION DE LA COMBUSTION LORS DE CETTE TRANSITION, D'AUTRE PART, L'ETUDE DU DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION D'UN PREMELANGE D'HYDROGENE ET D'AIR. UNE SOUFFLERIE SUPERSONIQUE A HAUTE TEMPERATURE GENERATRICE A ETE REALISEE A CETTE FIN. UN MODELE NUMERIQUE MONODIMENSIONNEL A ETE ELABORE AFIN DE DEDUIRE, DES REPARTITIONS DE PRESSIONS PARIETALES, LE RENDEMENT DE COMBUSTION. L'INSTALLATION D'UNE PLAQUE CATALYTIQUE DE PLATINE PUR EN PAROI A PERMIS D'ETUDIER L'INITIATION ET LE DEVELOPPEMENT DE LA COMBUSTION POUR DES RICHESSES DE 0,13 A 0,21. UN TEL CATALYSEUR A ETE CHOISI AFIN DE PALLIER AU PHENOMENE DE FRITTAGE QUI SE PRODUIT A HAUTE TEMPERATURE. L'ETUDE DE DEUX LONGUEURS DE PLAQUES CATALYTIQUES A MONTRE LE ROLE ESSENTIEL DE CE PARAMETRE SUR LE PROCESSUS D'ALLUMAGE. EN OUTRE, L'IMPORTANCE DES PERTES DE CHALEURS AUX PAROIS A EGALEMENT ETE MISE EN EVIDENCE. CE TRAVAIL A ETE COMPLETE PAR LA DEFINITION D'UN DISPOSITIF PASSIF AERODYNAMIQUE D'AMELIORATION DES TAUX DE MELANGE DES COUCHES CISAILLEES SUPERSONIQUES ; SON PRINCIPE CONSISTE A GENERER DES TOURBILLONS DONT L'AXE EST PARALLELE A LA DIRECTION PRINCIPALE DES ECOULEMENTS. L'INFLUENCE DE L'INCIDENCE DES GENERATEURS DE TOURBILLONS A ETE EXAMINEE. LE DISPOSITIF A ENSUITE ETE ADAPTE AU CAS REACTIF AFIN D'ACCROITRE LE RENDEMENT DE LA COMBUSTION. IL S'EST AVERE TRES EFFICACE PUISQUE, POUR DES RICHESSES SUPERIEURES A 0,19, L'EMBALLEMENT DE LA COMBUSTION A ETE OBSERVE
Author: Solène de Ferrières
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Languages : en
Pages : 23
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Cette étude a pour but de valoriser la combustion de mélanges gaz naturel/hydrogène, combustible alternatif qui permettrait de réduire les émissions polluantes. L'objectif est d'acquérir des données cinétiques détaillées (température, concentrations d'espèces chimiques) sur la combustion de différents mélanges gaz naturel/hydrogène dans des flammes. L'influence de la quantité d'hydrogène, de la richesse et de la pression sur la cinétique chimique de combustion du gaz naturel a été examinée. Dix-huit flammes laminaires prémélangées CH4/C2H6/C3H8/H2/O2/N2 opérant à basse pression (0,079 atm) et à pression atmosphérique ont été étudiées. Les profils d'évolution des espèces moléculaires sont obtenus après prélèvement par microsonde et analyse par chromatographie en phase gazeuse et spectrométrie de masse couplée à la spectroscopie d'absorption infrarouge. Les profils de température sont mesurés par thermocouple recouvert. Cette base de données expérimentales a été utilisée pour développer le mécanisme chimique GDF-Kin® qui comporte 192 espèces impliquées dans 1287 réactions dont la plupart sont réversibles. Le mécanisme prédit de façon satisfaisante les profils de fraction molaire des espèces hydrocarbonées analysées, l'effet de l'hydrogène sur la cinétique d'oxydation du gaz naturel ainsi qu'un grand nombre de données globales et détaillées de la littérature (délais d'auto-inflammation, vitesses de flamme ... ). L'effet de l'hydrogène dépend fortement de sa quantité initiale et de la richesse, mais peu de la pression. L'hydrogène modifie les voies réactionnelles principales d'oxydation du gaz naturel, en particulier les réactions de métathèse par les atomes d'hydrogène.
Author: Tanh Le Cong
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Languages : fr
Pages : 263
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L’utilisation des mélanges hydrogénés permettrait de réduire significativement l’effet de serre (par les émissions de CO2) en diminuant l’utilisation des combustibles carbonés. L’addition de l’hydrogène au gaz naturel permet de faire fonctionner les turbines à gaz dans des régimes de combustion très pauvres afin de diminuer les émissions de NOX. Les mélanges de combustibles issus de la gazéification de la biomasse contenant du CH4, du H2, du CO, du CO2, ainsi que la recirculation des produits gazeux de combustion (CO2, H2O) sont également à considérer. De nouvelles données expérimentales ont été obtenues en réacteur auto-agité pour l’oxydation de H2, de CH4, et de mélanges avec H2, CO, CO2 et H2O (à 1 et 10 atm à des températures de 800-1450 K, la richesse variant de 0,1 à 2). Ces données sont très utiles pour étudier l’effet de l’hydrogène, du gaz de synthèse et de la recirculation sur l’oxydation du méthane. Un mécanisme cinétique détaillé a été développé pour la combustion des mélanges H2-O2, H2-CO, CH2O, CH3OH, CH4, CH4-H2, CH4-CO-H2 et validé en utilisant les données expérimentales de cette étude ainsi que les données de la littérature (réacteur auto-agité, réacteur à écoulement piston, tubes à choc et flamme laminaire pré-mélangée). L’étude cinétique indique que H2 et CO accélèrent l’oxydation de CH4 en favorisant les réactions de production des radicaux H et OH (H + O2 = OH + H, H + HO2 = 2OH, et H2 + OH = H2O + H) tandis que CO2 et H2O sont les inhibiteurs pour l’oxydation du méthane, en affectant l’équilibre des réactions CO + OH = CO2 + H et H + O2 + M = HO2 + M.
Author: Hong Quan Do
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Languages : fr
Pages : 0
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Nos besoins énergétiques, qui augmentent de plus de 2 % chaque année à l'échelle mondiale, sont pourvus à près de 80 % par la combustion des combustibles fossiles, potentiellement générateurs de polluants nocifs pour notre santé et notre environnement, comme les particules de suie, et de composés gazeux participant au réchauffement climatique tel que le dioxyde de carbone (CO2). Aussi, afin de répondre à cette demande énergétique croissante tout en essayant d'en limiter les effets négatifs, différentes sources d'énergie alternatives sont aujourd'hui à l'étude. Parmi, ces nouvelles énergies envisagées, l'association du dihydrogène (H2) et du gaz naturel (gaz naturel enrichi par H2-GNEH) apparaît comme une solution alternative crédible tant en terme d'efficacité énergétique que sur le plan environnemental. Le travail qui a été réalisé durant cette thèse s'inscrit dans le cadre spécifique des études visant à caractériser ce type de combustible, c'est-à-dire son efficacité de combustion mais aussi, et plus particulièrement ici, l'impact de H2 en tant qu'additif, sur le processus de combustion du méthane et la formation des émissions polluantes associées. Au cours de ce travail, nous avons ainsi caractérisé l'influence de H2 à la fois sur la formation des espèces gazeuses (aliphatiques et aromatiques) dont certaines potentiellement polluantes et, la formation des espèces particulaires (suies) dans des flammes de prémélange stabilisées à pression atmosphérique pour différentes conditions de richesses. Pour ce faire, un arsenal conséquent de techniques expérimentales a été mis en œuvre afin de permettre notamment la mesure des profils de fractions molaires des espèces gazeuses (C1-C16) et celles des profils de fractions volumiques des particules de suies, ainsi que les distributions en taille des particules formées. Ces mesures ont été réalisées dans des conditions de flammes judicieusement choisies (flammes de nucléation notamment) de manière à mettre à jour des informations pertinentes et novatrices sur le rôle de H2 dans les processus de formation des suies, plus particulièrement sur le processus de nucléation caractérisant la transformation des espèces précurseuses gazeuses, potentiellement des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs), en particules de suies solides. Sur la base du large panel de données expérimentales mesurées, nous proposons ainsi une discussion relative à l'impact de la richesse sur la formation des particules de suies dans les flammes de méthane et plus spécifiquement sur le processus de nucléation des particules de suie. Ce travail apparaît d'autant plus crucial que les mécanismes liés au processus de nucléation dans les flammes restent à ce jour toujours très mal connus. Par ailleurs, une partie importante de ce mémoire est consacré à l'analyse de l'impact de l'ajout de H2 sur le processus de formation des suies dans des flammes de méthane. Le travail réalisé dans cette thèse démontre de manière très claire l'influence déterminante de H2 sur la formation des HAPs et des particules de suies, influence qui se révèle intimement dépendant du processus d'ajout de l'hydrogène (addition ou substitution) au mélange des réactifs initiaux CH4/O2/N2.
Author: Yvan Reneme
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 215
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Ce travail concerne l’étude de catalyseurs à base de métaux nobles pour le post-traitement des gaz de combustion de moteurs fonctionnant au gaz naturel. La stabilité du méthane impose des températures de fonctionnement supérieures à celles d’un catalyseur pour un moteur essence. La conséquence est une désactivation plus rapide associée au frittage et aux changements de composition de surface lorsque Pd et Rh sont associés. Une première partie a permis de cerner l’impact de ces reconstructions sur les propriétés d’adsorption des métaux noble et les mécanismes d’activation du méthane. L’effet bénéfique de l’ajout de Rh au catalyseur Pd/Al2O3 retardant l’agglomération de Pd est observé. Un état oxydé des catalyseurs vieillis semble plus favorable à l’adsorption du méthane. D’autre part, la dispersion de Pd sur Al2O3/CexZr1-xO2 permet d’accroître sa résistance.Ces catalyseurs ont également été étudiés au cours du démarrage à froid la réaction NO/H2 étant prépondérante. Deux approches théorique et expérimentale ont été confrontées permettant de proposer un mécanisme réactionnel où l’étape clé est la dissociation de NO. La réaction compétitive H2/O2 joue un rôle important régulant le taux de recouvrement en hydrogène qui permet d’assister la dissociation de NO sur Rh alors que cet effet bénéfique n’est pas observé sur Pd en raison d’une réaction H2/O2 trop rapide. Le développement de formulations catalytiques alternatives a été entrepris montrant l’intérêt potentiel des perovskites. Une très bonne stabilité, lorsque le palladium est déposé sur la perovskite et un gain d’activité après inclusion dans la structure de la perovskite ont été mis en évidence après vieillissement.
Author: Jacques Joannis
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 194
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Book Description
Author: PATRICE.. FRANCO
Publisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages :
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Book Description
INJECTE DANS DES GAZ DE COMBUSTION CHAUDS, LE METHANE REAGIT SELON DEUX VOIES PRINCIPALES: FORMATION D'HYDROCARBURES SUPERIEURS (PRINCIPALEMENT DE L'ACETYLENE) ET REFORMAGE (FORMATION PRINCIPALEMENT D'OXYDE DE CARBONE). DES SUIES ET DES HYDROCARBURES AROMATIQUES POLYCYCLIQUES SONT EGALEMENT OBSERVES EN FAIBLES PROPORTIONS. LA MISE AU POINT D'UN MODELE DE CINETIQUE CHIMIQUE DETAILLE VIENT COMPLETER L'ETUDE EXPERIMENTALE. LE MODELE DECRIT L'OXYDATION ET LA PYROLYSE DU METHANE PAR UN ENSEMBLE DE 461 REACTIONS ELEMENTAIRES. LA FORMATION DES SUIES EST REPRESENTEE PAR UN INDICE DE SUIE EGAL A LA FRACTION DE CARBONE PRESENT SOUS FORME DE BENZENE ET DE CYCLOPENTADIENE. LA VALIDATION DU MODELE A ETE FAITE PAR COMPARAISON AVEC DES RESULTATS EXPERIMENTAUX PUBLIES. CE MODELE CONFIRME LES RESULTATS OBTENUS AU PLAN EXPERIMENTAL ET PERMET DE SIMULER DES CONFIGURATIONS IMPOSSIBLES A ATTEINDRE SUR UNE INSTALLATION DE LABORATOIRE. IL PERMET EGALEMENT DE COMPARER DIVERS MODES DE PYROLYSE ET, EN PARTICULIER, DE CONFIRMER L'INTERET DE L'INJECTION DANS DES GAZ CHAUDS PAR RAPPORT A L'ECHANGE DE CHALEUR A TRAVERS UNE PAROI POUR REALISER LA CONVERSION DIRECTE DU METHANE. LE RENDEMENT EN ACETYLENE AUGMENTE AVEC LA TENEUR EN HYDROGENE DES GAZ CHAUDS. L'INDICE DE SUIE PEUT ETRE REDUIT EN CONTROLANT LE TEMPS DE SEJOUR ET EN AUGMENTANT LA TENEUR EN HYDROGENE DES GAZ CHAUDS
Author: Luis Eugénio Pinto Teixeira de Lemos
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 287
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Book Description
Author: Maurice Vidal
Publisher:
ISBN:
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Languages : fr
Pages : 203
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Book Description
CE MEMOIRE PRESENTE UNE ETUDE NUMERIQUE DE L'ALLUMAGE D'UN MELANGE COMBUSTIBLE-AIR PAR UN DEPOT D'ENERGIE LOCALISE DANS UN VOLUME SPHERIQUE. ON ETUDIE EN PARTICULIER L'INFLUENCE SUR LE PROCESSUS D'ALLUMAGE DES PARAMETRES CARACTERISTIQUES DU MELANGE (TEMPERATURE, PRESSION, RICHESSE) ET DES CONDITIONS INITIALES (ENERGIE DEPOSEE, TAILLE ET DUREE DU DEPOT). LES CALCULS SONT EFFECTUES EN UTILISANT DIFFERENTES MODELISATIONS DU PROCESSUS DE TRANSFORMATION CHIMIQUE (GLOBALE, REDUITE, DETAILLEE). LE PREMIER CHAPITRE EST CONSACRE A UNE DESCRIPTION DU PHENOMENE D'ALLUMAGE ET DE SES DIFFERENTES ETAPES: AUTO-INFLAMMATION ET FORMATION D'UN FRONT DE FLAMME, PROPAGATION DU FRONT ET EXISTENCE D'UN RAYON CRITIQUE. LE DEUXIEME CHAPITRE DONNE DES EQUATIONS DE BILAN QUI PERMETTENT DE MODELISER L'ALLUMAGE AINSI QUE LES CONDITIONS INITIALES ET AUX LIMITES CARACTERISTIQUES DE CE PROBLEME. LE TROISIEME CHAPITRE S'INTERESSE AUX MELANGES D'HYDROGENE ET D'AIR. NOTRE ETUDE MONTRE L'EXISTENCE DE DIFFERENTS REGIMES POUR L'ALLUMAGE, CONTROLES SOIT PAR LE MECANISME D'AUTO-INFLAMMATION SOIT PAR LE PROCESSUS DYNAMIQUE LIE A L'EXISTENCE D'UN RAYON DE FLAMME CRITIQUE. LE QUATRIEME ET DERNIER CHAPITRE EST CONSACRE A L'ETUDE DES MELANGES DE PROPANE ET D'AIR. TROIS TYPES DIFFERENTS DE SCHEMAS CINETIQUES SONT UTILISES ET TESTES: I) LES SCHEMAS GLOBAUX QUI COMPRENNENT 3 OU 4 REACTIONS, II) LE SCHEMA DETAILLE QUI EST CONSTITUE DE 441 REACTIONS ELEMENTAIRES ENTRE 61 ESPECES CHIMIQUES, III) DEUX SCHEMAS REDUITS QUE NOUS PROPOSONS ET QUI COMPORTENT RESPECTIVEMENT 56 ET 38 REACTIONS ELEMENTAIRES. LES RESULTATS OBTENUS A PARTIR DE CES DIFFERENTES MODELISATIONS SONT COMPARES ENTRE EUX ET ANALYSES
