Les microréacteurs : Quelles opportunités pour les industries chimiques Expérience IFP C. Boyer P. Font IFP-Lyon 14 mars 2007 Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 1
Actions IFP Bilan bibliographique des travaux R&D en microfluidique Caractérisation de microsystèmes : Réalisation d'un banc test micro-systèmes Caractérisation de micro-réacteur, micro-échangeurs, monolithes (hydrodynamique, transferts de matière, de chaleur) Étude d'applications Outils pilote Intensification de procédés industriels Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 2
Caractérisation de microsystèmes Banc test instrumenté Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 3
Caractérisation de microsystèmes Expérimentation : P, traçage Transfert de matière par méthodes chimiques Transfert de chaleur en convection/ébullition µ-piv, tomographie gamma Modélisation par CFD T2out T1out T1in T2in Thermique Hydrodynamique Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 4
Caractérisation de microsystèmes Mesure des profils de vitesse à l'échelle des µ-canaux par µ-piv Profils moyennés x (mm) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 0-0.01 image brute vecteurs vitesses V y (m/s) -0.02-0.03-0.04-0.05-0.06-0.07-0.08-0.09 Définition du domaine opératoire du microréacteur -0.1 Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 5
Caractérisation de microsystèmes Mesure de la distribution G/L à l'échelle d'un réseau de canaux par tomographie γ monolithe Cartographie de la rétention liquide Optimisation de l'alimentation de mini canaux à grande échelle Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 6
Application de microsystèmes au processus d'extrapolation Définition des outils adaptés aux étapes clefs de l'extrapolation Micro-réacteur pour le test de solvants en traitement de gaz Réacteur capillaire pour le test de catalyseur solide Optimisation des outils pilotes existants mélange des réactifs à l'amont du réacteur vaporisation de la charge Stripage H 2 S à l aval du réacteur Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 7
Application de microsystèmes au processus d'extrapolation Micro-réacteur à film tombant pour l'étude cinétique de solvants liquides (application traitement de gaz) Aire interfaciale contrôlée et stable Contrôle du temps de séjour avec le débit gaz 12 Application au système CO 2 /DEA y CO2 (% mol) 10 8 6 4 Experimental data Blanc & Demarais model (1981) Rinker model (1996) 2 0 0 5 10 15 20 25 30 Total gas flow rate (NL/h) Outil valide pour déterminer la cinétique de réaction d'un solvant Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 8
Application de microsystèmes au processus d'extrapolation Réacteur capillaire pour le test de catalyseurs industriels H/D élevé vitesses proches des réacteurs industriels Fonctionnement en régime de Taylor intensification du transfert de matière G/L Faible diamètre meilleur contrôle thermique Particule catalytique réelle représentativité des limitations internes Application aux réactions rapides et exothermiques (hydrogénations) Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 9
Application de microsystèmes à l'intensification des procédés Échangeurs compacts / microstructurés Générateur d'h 2 Intensification de l'intégration thermique du système Monolithes Applications catalytiques Intensification des transferts de matière Contacteurs microstructurés Procédés de traitement de gaz Intensification des transferts G/L Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 10
Conclusions Quelles opportunités pour les microréacteurs à l'ifp? Optimisation des outils d'extrapolation Contrôler les conditions de réaction Fonctionner en régime chimique Réduire les quantités d'effluents/catalyseur Intensification des procédés Réduire les tailles caractéristiques pour les phénomènes limitants Intégrer des sections microstructurés au sein de systèmes macro Améliorer les performances globales Réduire le coût énergétique à iso performance Les microréacteurs : quelles opportunités pour les industries chimiques, IFP-Lyon, 14 mars 2007 11