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1 «Conversion de la biomasse en combustible par procédé plasma» (Décharge élémentaire stationnaire à la pression atmosphérique) Présentation d études préliminaires de laboratoire GFC-23 novembre 2007 Jocelyn LUCHE Olivier AUBRY Ahmed KHACEF Jean-Marie CORMIER janvier

2 Plan de l exposé Enrichissement en H 2 d un mélange CH 4 -air, Vaporeformage de l éthanol, Production du gaz de synthèse à partir d huiles végétales, Le projet Pyroplasm. janvier

3 Enrichissement en hydrogène d un mélange CH 4 /air Contexte 1 Air Air Gaz naturel Gaz naturel Réacteur plasma Echappement Débimètres massiques H.T. Mélange enrichi en H 2 Moteur Contexte 2 : CH 4 et mélanges gazeux provenant de la biomasse janvier

4 Enrichissement en hydrogène d un mélange CH 4 /air Réacteur élémentaire Gaz vers analyse Electrodes Tube en Pyrex Longueur de l arc (m) Entrée gaz Mélange CH 4 /air Rayon (m) Current 155 ma RMS janvier

5 Enrichissement en hydrogène d un mélange CH 4 /air CH + O 4H 2CO Zone de combustion partielle (3mm) Zone sous influence plasma (6mm) Ecoulement gazeux à vitesse constante Colonne de plasma à densité d énergie source constante Modèle simplifié du réacteur plasma. T 2 ρc p +.( λ T + ρc pt u) = σe + Q t. D y + y u = k ([ A] y)[ B] ( y)y janvier

6 Enrichissement en hydrogene d un mélange CH 4 /air CH + O 4H 2CO Longueur de l arc (m) Rayon (m) 30% de CH4 Débit entrée : 0, 25l/mn - Taux de conversion: 70% janvier

7 Enrichissement en hydrogène d un mélange CH 4 /air Longueur de l arc (m) Longueur de l arc (m) Rayon (m) Rayon (m) Conversion Température (K) Rayon (m) Rayon (m) Conversion Température janvier

8 Enrichissement en hydrogène d un mélange CH 4 /air Species mole fraction H2 CH4 CO CO2 a Initial CH 4 concentration (%) Inlet flow rate (CH 4 -N 2 -O 2 ): 0,25 Nl/mn janvier

9 Enrichissement en hydrogène d un mélange CH 4 /air Species mole fraction C2H4 C2H6 C2H2 b Initial CH 4 concentration (%) Inlet flow rate (CH 4 -N 2 -O 2 ): 0,25 Nl/mn janvier

10 Vaporeformage de l éthanol.the plasma reactor Gas outlet Current 155 ma RMS Graphite electrodes Electrical discharge Water/ethanol mixture 2mm Simple geometry Easy to realized janvier

11 Vaporeformage de l éthanol Dried gas phase composition mole fraction 1.0E E E E E E E E E E E+00 H2 CO CO X C 2 H 5 OH / X H 2 O mole fraction 6.0E E E E E E E+00 CH4 C2H2 C2H4 C2H X C 2 H 5 OH / X H 2 O janvier

12 Vaporeformage de l éthanol Chemical interpretation : C 2 H 5 OH + 3H 2 O 2CO 2 + 6H 2 (alpha) C 2 H 5 OH + H 2 O 2CO + 4H 2 (beta) progress variable values alpha beta X C 2 H 5 OH / X H 2 O janvier

13 Vaporeformage de l éthanol Comparative results : plasma / catalytic reactors This work Auprêtre et al. [1] Llorca et al. [5] Inlet ethanol/water ratio H CO CO CH We observe that plasma technology allows to achieve a good level of H 2 mole fraction in a great range of ethanol/water ratio comparing to the catalytic techniques. janvier

14 Vaporeformage de l éthanol Le reformage de l éthanol par plasma non thermique semble être une technique prometteuse, il pourrait-être développé pour la production de gaz de synthèse. Ses avantages résident essentiellement dans la simplicité de mise en oeuvre et la possibilité de traiter des solutions non purifiées. Le coût énergétique dans une option tout électrique est principalement déterminé par l énergie nécessaire à la vaporisation. janvier

15 Production de gaz de synthèse à partir d huiles végétales janvier

16 Production de gaz de synthèse à partir d huiles végétales 6,0 5,5 C 2 H 2 CO 2 5,0 4,5 CO 2 C 2 H 4 4,0 3,5 Absorbance 3,0 2,5 2,0 1,5 H 2 O CH 4 C 2 H 2 C 2 H 4 CO C 2 H 4 C 2 H 4 CH 4 1,0 0,5 0,0-0,5-1,0-1, CO H 2 O Réunion 2500 PYROPLASM Nombre janvier d'onde 2007 (cm-1) 16

17 Production de gaz de synthèse à partir d huiles végétales Emulsions huile/eau : 50/50% 0,2mL/min 1,0mL/min GV L/min ppm Conc. Conc. CH CO ,5 CO C 2 H C 2 H CH CO N 2 1,0 CO C 2 H C 2 H CH CO ,0 CO C 2 H C 2 H janvier

18 Production de gaz de synthèse à partir d huiles végétales Emulsions huile/eau : 50/50% 0,2mL/min 1,0mL/min GV L/min ppm Conc. Conc. CH CO ,5 CO C 2 H C 2 H CH CO Air 1,0 CO C 2 H C 2 H CH CO ,0 CO C 2 H C 2 H janvier

19 Production de gaz de synthèse à partir d huiles végétales P 0 = 1atm, T 0 = 25 C Huile X Débit huiles : 1.6 ml/h + H 2 O Pures Quantité liquide injectée 2 ml 2,5 ml H % 63.38% CH % 2.07% CO 5.38% 28.92% CO % 0.32% C 2 H % 1.27% C 2 H % 0.05% C 2 H % 3.98% janvier

20 Projet Pyroplasm Gaz vecteur ou/ et vaoeur d'eau ou/et autres gaz Injection de biomasse Réacteur plasma Chauffage par induction Réacteur de pyrolyse ou de gazéification Particules solides Produits Analyse des produits janvier

21 Conclusion L utilisation d un plasma non thermique à décharge stationnaire est adaptée aux applications de vaporeformage et pour l enrichissement en hydrogène. La conversion de mélanges liquides contenant des hydrocarbures est aussi possible après vaporisation dans le réacteur plasma. (éthanol huiles ). L intérêt principal est en premier lieu la production de gaz de synthèse. Dans une seconde phase les aspects purification des gaz ainsi que la réduction de la production de condensables visqueux sera étudiée. janvier

22 Conclusion La comprehension des principaux effets ainsi que la prédétermination d un réacteur appliqué à un traitement particulier nécessite des travaux complémentaires très importants. La physicochimie doit tenir compte : de l écoulement, de la cinétique, ainsi que de la possibilité de génération locale par le plasma de radicaux accélérateurs des réactions. janvier

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