Production embarquée d’hydrogène par reformage catalytique des hydrocarbures PDF Download
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Author: Emmanuelle Ambroise
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 226
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Book Description
Le reformage d’isooctane dans des conditions fixées par la composition des gaz à l’échappement d’une voiture à essence peut être mis en oeuvre afin de produire de l’hydrogène embarqué. Des simulations thermodynamiques de reformage d’isooctane ont montré la possibilité de produire 10 à 15 % d’hydrogène dans l’effluent gazeux, selon les conditions opératoires d’un moteur à combustion interne. Des tests de réactivité ont été réalisés selon ces conditions avec des catalyseurs bimétalliques Co-métal noble/cérine-zircone ou Co-métal noble/cérine-praséodyme-zircone. L’activité variable des catalyseurs dopés aux métaux nobles, selon la nature du métal (Rh, Ru, Pd, Pt) et sa proportion, est discutée, ainsi que l’effet du rapport cérine/zircone et l’effet de la présence de praséodyme sur l’activité et la stabilité catalytique. L’étude de la spéciation du cobalt par diverses techniques de caractérisations structurales a permis de déterminer un optimum d’insertion du cobalt dans l’oxyde mixte, augmentant ainsi les propriétés redox de ce dernier. Le catalyseur le plus performant pour la production d’hydrogène a été évalué en diverses réactions pouvant se produire lors du reformage d’isooctane (reformage à sec, oxyreformage, vaporeformage), ce qui a permis de proposer un mécanisme réactionnel. Ainsi, le rôle du support (un oxyde mixte à base de cérine-zircone) aux propriétés acides et redox est d'activer la molécule d’isooctane en isobutène par craquage déshydrogénant (site acide) et d’activer l’eau (site lacunaire, redox). Le rôle du métal noble est d’effectuer le reformage de l’isobutène. La forte interaction métal-support assure la bonne durée de vie du système catalytique.
Author: Emmanuelle Ambroise
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Languages : fr
Pages : 226
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Book Description
Le reformage d’isooctane dans des conditions fixées par la composition des gaz à l’échappement d’une voiture à essence peut être mis en oeuvre afin de produire de l’hydrogène embarqué. Des simulations thermodynamiques de reformage d’isooctane ont montré la possibilité de produire 10 à 15 % d’hydrogène dans l’effluent gazeux, selon les conditions opératoires d’un moteur à combustion interne. Des tests de réactivité ont été réalisés selon ces conditions avec des catalyseurs bimétalliques Co-métal noble/cérine-zircone ou Co-métal noble/cérine-praséodyme-zircone. L’activité variable des catalyseurs dopés aux métaux nobles, selon la nature du métal (Rh, Ru, Pd, Pt) et sa proportion, est discutée, ainsi que l’effet du rapport cérine/zircone et l’effet de la présence de praséodyme sur l’activité et la stabilité catalytique. L’étude de la spéciation du cobalt par diverses techniques de caractérisations structurales a permis de déterminer un optimum d’insertion du cobalt dans l’oxyde mixte, augmentant ainsi les propriétés redox de ce dernier. Le catalyseur le plus performant pour la production d’hydrogène a été évalué en diverses réactions pouvant se produire lors du reformage d’isooctane (reformage à sec, oxyreformage, vaporeformage), ce qui a permis de proposer un mécanisme réactionnel. Ainsi, le rôle du support (un oxyde mixte à base de cérine-zircone) aux propriétés acides et redox est d'activer la molécule d’isooctane en isobutène par craquage déshydrogénant (site acide) et d’activer l’eau (site lacunaire, redox). Le rôle du métal noble est d’effectuer le reformage de l’isobutène. La forte interaction métal-support assure la bonne durée de vie du système catalytique.
Author: Guillaume Petitpas
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 213
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Book Description
L’utilisation directe d’hydrogène comme vecteur énergétique pour des applications embarquées doit actuellement faire face à l’absence d’infrastructure de distribution et à des difficultés technologiques liées au problème du stockage de l’hydrogène. Une étape transitoire possible avant le passage à une économie «direct hydrogène» consiste à produire l’hydrogène à bord du véhicule à partir des carburants automobiles traditionnels. Le reformage assisté par plasma hors équilibre constitue une alternative au reformage catalytique qui, bien que largement utilisé à l’échelle industrielle, reste peu adapté aux contraintes des systèmes embarqués. Ce travail s’inscrit dans le cadre de recherches menées depuis une quinzaine d’années par le Centre Énergétique et Procédés, dans le domaine de la conversion d’hydrocarbures par plasma. L’objectif de ce travail a été la caractérisation précise du dispositif de reformage assisté par plasma, à travers différentes études paramétriques (influence de l’écoulement – géométrie de l’électrode cylindrique, régime de fonctionnement, pression, polarité – et influence des conditions chimiques – mélange initiale, débit total, puissance électrique, nature du carburant précurseur), conduites tant sur le plan expérimental que théorique. Une étude du comportement de la torche dans les conditions non-réactives (eau, air) a d'abord été effectuée. La réaction de reformage a ensuite été étudiée suivant des conditions variées (POx, SR, ATR) et à l'aide d'essence SP95, d'éthanol, d'E85 et de gazole ; prouvant le caractère versatile de la technologie. Un modèle simple d'arc a été développé dans le cas de l'air. La modélisation du réacteur a ensuite concerné différents aspects. L'étude de l'écoulement, tout d'abord, a permis de montrer que le mélange homogène entre les trois réactifs (air, eau, octane) était rapidement atteint lors de leur injection dans le réacteur, conférant au système une symétrie axiale. L'étude d'un modèle cinétique 1D a ensuite mis en évidence le rôle des radicaux dans l'activation de la réaction de reformage, et a donné lieu à une étude paramétrique poussée (mélange initial, débit total, puissance injectée, schéma cinétique utilisé). Un modèle couplé prenant en compte l'interaction entre l'écoulement 2D axisymétrique et les réactions de cinétique chimique a enfin été élaboré, mettant l'accent sur le déroulement de la réaction dans l'ensemble du réacteur.
Author: Philippe Marty
Publisher:
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Languages : fr
Pages : 296
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Ce travail s'inscrit dans le cadre de la génération d'hydrogène par reformage non catalytique de combustibles, à haute température, en vue de l'alimentation d'une pile à combustible H2/02 de type PEM pour une application transport. Il constitue une alternative à l'utilisation de catalyseurs. Le reformage thermique proposé supprime les problèmes d'empoisonnement et de formation de coke liés aux systèmes catalytiques de reformage et permet dans le même temps de réaliser un système de reformage acceptant tous types de combustibles, sans avoir à adapter un catalyseur aux molécules de combustibles à reformer. La comparaison des différentes filières de production d'hydrogène (oxydation partielle, vapo-reformage et vapo-reformage autotherme) est effectuée à partir des contraintes imposées par la pile PEM et des résultats de calculs sur les réactions stoechiométriques. Elle aboutit au choix du vapo-reformage hybride (VRH), bien adapté aux caractéristiques de la pile PEM et permettant une optimisation énergétique du système constitué par le reformeur et la pile PEM. L'utilisation d'un modèle de cinétique chimique adapté au VRH du propane permet de déterminer les niveaux de température et les temps de séjour nécessaires pour réaliser la réaction de VRH sans catalyseur et pour éviter la persistance de méthane, d'hydrocarbures non méthaniques et d'hydrocarbures polycycliques aromatiques dans le mélange riche en hydrogène. A partir de ces résultats, une procédure de définition d'un reformeur non catalytique est donnée et est appliquée pour la conception d'une première maquette de VRH de propane. Les résultats expérimentaux obtenus sur une maquette (composition volumique, températures du reformat et des parois) sont présentés et comparés aux résultats des calculs effectués lors de la phase de conception.
Author: Alain Chauvel
Publisher: Editions TECHNIP
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Category : Alkanes
Languages : fr
Pages : 488
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Author: Bastien Monnerat
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Category :
Languages : fr
Pages : 218
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Author: Ommolbanin Ali Zadeh Sahraei
Publisher:
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Category :
Languages : en
Pages : 234
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Les crises liées à la dégradation de l'environnement et à la diminution des ressources naturelles renforcent la nécessité de prolonger la durée de vie de tout matériau résiduel ou sous-produit indésirable dans les systèmes de production et de consommation. Dans ce contexte, l'idée de développer de nouveaux catalyseurs en utilisant des déchets solides industriels est un sujet émergent, qui s'inscrit bien dans le concept de développement durable. D'autre part, en raison des progrès rapides de la technologie, de l'industrie et de l'information, l'offre en énergie sera difficilement capable de répondre à la demande mondiale croissante. L'importance de fournir cette énergie de manière durable afin de rencontrer les objectifs des efforts mondiaux de lutte contre les changements climatiques a renforcé l'intérêt pour le développement de biocarburants hydrocarbonés renouvelables tels que le biodiesel. Au cours des dernières décennies, avec la croissance de la production de biodiesel, le monde a été confronté à un excédent de glycérol comme sous-produit résiduel provenant du processus de production commun de transestérification. Afin de réduire l'impact environnemental négatif de cet excédent de glycérol et d'accroître la rentabilité de l'industrie du biodiesel, ce déchet devrait être impliqué dans une économie circulaire environnementale et durable. De récentes recherches ont démontré qu'il existe un grand potentiel pour l'utilisation du glycérol résiduel du biodiesel dans le secteur des énergies renouvelables. Il est possible d'y parvenir par divers procédés, notamment la gazéification, la pyrolyse, la combustion, la liquéfaction et le reformage à la vapeur. Parmi ceux-ci, le reformage à la vapeur est considéré comme l'une des méthodes les plus prometteuses pour convertir le glycérol en hydrogène (en tant que vecteur d'énergie verte et matière première essentielle dans les raffineries et les industries chimiques), car sa mise à l'échelle industrielle ne nécessiterait pas de modifications importantes des infrastructures de reformage du gaz naturel existantes. Compte tenu de l'importance de ces enjeux, cette thèse se penche sur le développement de nouveaux catalyseurs par la valorisation d'un résidu solide métallurgique (UGSO) pour la production d'hydrogène (syngas) via le reformage à la vapeur de glycérol (GSR). Plus précisément, les trois principaux objectifs de cette étude sont les suivants: (i) l'étude du potentiel de l'UGSO comme support/promoteur pour catalyseurs à base de Ni (Ni-UGSO), (ii) l'analyse approfondie de l'effet des paramètres de synthèse du catalyseur (charge de métal actif et méthode de préparation) sur les propriétés physico-chimiques et la performance du catalyseur, ainsi que l'étude de l'effet de la température de réaction en examinant le rôle des principales réactions secondaires dans le réseau réactionnel du procédé reformage (y compris les réactions de water-gas shift (WGS), de Boudouard, de méthanisation du CO et du CO2, et la réaction inverse de WGS), et (iii) la comparaison des caractéristiques structurelles et de la performance catalytique du Ni-UGSO avec celles des catalyseurs à base de métaux nobles(Ru-UGSO et Rh-UGSO) reconnus comme hautement efficaces dans les procédés de reformage à la vapeur. (i) Le catalyseur préparé par l'incorporation de 12,5 % massique de Ni dans l'UGSO a été évalué pour l'application dans le procédé de GSR dans des conditions opératoires spécifiques suggérées comme optimales par l'analyse thermodynamique (T=580 °C, P=1 bar, et S/C=3). En comparant avec un catalyseur commercial de reformage à la vapeur à base de Ni, les résultats furent prometteurs, notamment en termes de formation de coke. Les principales propriétés intéressantes du catalyseur Ni-UGSO ont été suggérées comme étant : (i) la dispersion et l'ancrage des particules de Ni par la formation d'oxydes mixtes nickel-fer ainsi que nickel-magnésium, (ii) l'absence de phases métalliques libres par la formation d'alliages Ni-Fe après un prétraitement de réduction, et (iii) le caractère basique de l'UGSO dû à la présence d'oxydes tels que MgO, CaO, K2O et MnO, qui pourrait favoriser l'adsorption dissociative de l'eau et la réaction de WGS. Ces résultats ont prouvé la capacité de l'UGSO promu par le Ni à agir comme un puissant catalyseur dans le procédé de GSR. (ii) Les résultats d'une étude détaillée sur les effets des paramètres de synthèse sur la performance du catalyseur Ni-UGSO ont révélé que la meilleure performance catalytique GSR a été obtenue en incorporant 5 % massique de Ni par la méthode d'imprégnation à l'état solide (SSI-5%Ni-UGSO), où des oxydes mixtes nickel-fer avec un rapport Ni/Fe optimal (comme NiFe2O4) et des oxydes mixtes nickel-magnésium riches en Mg (comme 3MgO.NiO) ont été formés. La performance supérieure du catalyseur SSI-5%Ni-UGSO optimisé est principalement due à (i) l'effet synergique entre le Ni et les espèces d'oxyde de fer partiellement réduites sur les sites actifs Ni-Fe[indice x]O[indice y] (plutôt que les alliages métalliques Ni et/ou NiFe) où le glycérol est activé sur les espèces Ni et les atomes d'oxygène sont fournis à l'intermédiaire carboné à partir du Fe[indice x]O[indice y] voisin, et (ii) aux propriétés fondamentales du MgO en contact étroit avec le Ni, qui favorise la dissociation de l'eau en groupes hydroxyle et aide à gazéifier les précurseurs de coke déposés sur la surface du catalyseur. Pour des températures supérieures à 580 °C, des conversions presque complètes du glycérol en produits gazeux ont été obtenues avec le catalyseur SSI-5%Ni-UGSO dans les conditions opératoires choisies (S/C=3, FI=1.1, GHSV=10,966 cm3 (STP) gcat−1 h−1). Un rendement en H2 plus élevé (80.7 %) et une très faible formation de coke (0.59 mg[indice coke] h−1(m2/g[indice cat])−1) sont des avantages de l'opération à 580 °C en favorisant la réaction WGS, tandis que l'augmentation de la température à 730 °C permet de supprimer presque entièrement la formation de coke (0.18 mg[indice coke] h−1(m2/g[indice cat])−1) principalement en limitant la réaction de Boudouard, avec l'inconvénient d'un rendement en hydrogène plus faible (59.4 %). (iii) Les résultats d'une étude exhaustive sur la performance des catalyseurs UGSO promus au M (M= 1%Ru, 1%Rh, 5%Ni) ont révélé que la tendance du métal incorporé à interagir avec les oxydes contenant du Mg/Fe déjà existants dans l'UGSO joue un rôle crucial (i) dans la disponibilité de surface du métal correspondant, (ii) les changements structurels après réduction et (iii) la stabilité du catalyseur. En plus d'offrir une meilleure stabilité, le catalyseur 5% Ni-UGSO a montré une performance (conversion du glycérol en produits gazeux de 100% et rendement en H2 de 74%) comparable à celle de 1% Rh-UGSO (100% et 78%, respectivement) ou même dépassant celle de 1% Ru-UGSO (94% et 71%, respectivement), en tant que catalyseurs à base de métaux nobles. Une coopération synergique entre les métaux incorporés (M) et les espèces contenant du Fe/Mg au sein de l'UGSO a permis d'améliorer l'activation du glycérol et de l'eau. Les résultats plus faibles observés pour Ru-UGSO pourraient s'expliquer par un manque de propension à l'interaction MgO-RuO2 sur la surface de l'UGSO. Compte tenu du prix nettement inférieur du Ni par rapport au Rh (1/5526 du prix moyen du Rh en 2018), un rendement en hydrogène légèrement supérieur (78 contre 74 %) et une différence insignifiante dans la formation de coke (0 contre 0,01 g[indice coke] h−1 gcat−1) ne justifient pas économiquement l'utilisation du catalyseur 1 % Rh-UGSO à la place de 5 % Ni-UGSO. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse prouvent la capacité de l'UGSO comme support/promoteur prometteur dans la formulation de catalyseurs actifs, sélectifs, stables et rentables pour la production d'hydrogène via le procédé de GSR, spécialement en raison de(i) la présence d'oxydes (principalement des oxydes de magnésium et de fer) reconnus pour leur capacité à éviter la formation de carbone (la principale cause de désactivation du catalyseur dans le reformage à la vapeur des hydrocarbures oxygénés) et (ii) sa structure cristalline de type spinelle avec des cations métalliques échangeables distribués de manière homogène, qui peut fournir une bonne matrice pour la dispersion de métaux actifs conduisant à une coopération synergique entre les particules de métaux actifs incorporées (en particulier le Ni, très accessible et bon marché) et les autres constituants déjà présents dans l'UGSO. De telles approches, dans lesquelles les déchets industriels issus de divers procédés sont utilisés ensemble pour des applications environnementales, sont non seulement cohérentes avec les concepts d'écologie industrielle et de développement durable, mais sont également classées comme le niveau le plus sophistiqué de valorisation des déchets.
Author: Abdelhamid Djaidja
Publisher: Univ Europeenne
ISBN: 9783841664082
Category :
Languages : fr
Pages : 224
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Book Description
Author: SERGIO.. RAPAGNA
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 131
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Book Description
CETTE THESE DEVELOPPE LA POSSIBILITE DE PRODUCTION CATALYTIQUE D'HYDROGENE PAR GAZEIFICATION DE LA BIOMASSE DANS UN REACTEUR A LIT FLUIDISE EN PRESENCE DE VAPEUR D'EAU. LE PREMIER CHAPITRE EST CONSACRE A UNE REVUE SUR L'ETAT DE L'ART DANS CE DOMAINE. LE CHAPITRE DEUX DECRIT LA FLUIDODYNAMIQUE A HAUTE TEMPERATURE D'UN LIT FLUIDISE EN FONCTIONNEMENT. LA QUALITE DE LA FLUIDISATION EST FORTEMENT DEPENDANTE DE LA TEMPERATURE. CECI A UNE INFLUENCE IMPORTANTE SUR LE COMPORTEMENT DU LIT FLUIDISE COMME REACTEUR ET SUR LA CINETIQUE CHIMIQUE. DES RESULTATS SONT DONNES: SUR L'EFFET DE LA TEMPERATURE DANS LE DOMAINE DE GAZEIFICATION DE LA BIOMASSE, SUR LA CONDITION MINIMALE DE FLUIDISATION ET SUR LE SEUIL DE BULLAGE. LA QUALITE DE LA FLUIDISATION EST CARACTERISEE PAR LES FLUCTUATIONS DE PRESSION DANS LE LIT. LE CHAPITRE TROIS DECRIT LA CONSTRUCTION ET LE FONCTIONNEMENT D'UN PILOTE DE LABORATOIRE POUR LA GAZEIFICATION DE LA BIOMASSE (COQUE D'AMANDES). LES EFFETS DES PRINCIPALES VARIABLES (TAILLE DES PARTICULES DE BIOMASSE, TEMPERATURE DE TRAVAIL, RAPPORT VAPEUR D'EAU/BIOMASSE) SUR LA PRODUCTION DE GAZ SONT REPORTES. LE BUT ULTIME DE CETTE INVESTIGATION EST D'OPTIMISER LA PRODUCTION D'HYDROGENE. LE CHAPITRE QUATRE REPORTE LE DEVELOPPEMENT DE CATALYSEURS NECESSAIRES A OPTIMISER CETTE PRODUCTION D'HYDROGENE PAR VAPO OU OXYCRAQUAGE DES HYDROCARBURES, PRODUITS DANS LA GAZEIFICATION, EN MONOXYDE DE CARBONE ET HYDROGENE
Author: Sérgio Rijo Gomes
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 186
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Book Description
Le travail de recherche de cette thèse concerne l'étude de la production d'hydrogène par reformage catalytique dans le circuit de recyclage des gaz d'échappement (REGR) des véhicules essence. Cette technologie permet de réduire de manière significative la consommation en carburant et les émissions de polluants, sans changer radicalement les motorisations. Plusieurs catalyseurs, contenant 1wt% de Rh sur supports à base d'alumine dopée par de la cérine, Al(Cex) et/ou du baryum, AlBa(Cex) ou à base de zircone dopée par les oxydes de terres rares, ZLNY(Cex), entre autres, ont été caractérisés et évalués dans les conditions REGR à haute température (580°C), et à basse température (450°C) . Les catalyseurs du type Rh(1wt%)/ZLNY(Cex) présentent le meilleur compromis entre activité et stabilité, le catalyseur Rh(1wt%)/ZLNY étant le plus sélectif pour la production d'hydrogène. A partir de la meilleur formulation catalytique, deux études fondamentales ont été réalisés dans les conditions REGR dans le but de comprendre le rôle des co-réactifs et des espèces de surface sur les performances et sur la désactivation du catalyseur, et d'établir le schéma réactionnel pour les principales réactions (vaporeformage, reformage à sec, et la formation de méthane) mises en jeu.
Author: Christian Marcilly
Publisher: TECHNIP OPHRYS EDITIONS
ISBN: 9782710808428
Category : Catalysis
Languages : fr
Pages : 474
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