Modélisation du reformage assisté par plasma  

Réactifs du reformage

Combustible Le thème de nos recherches concerne les hydrocarbures liquides et spécifiquement l’essence. L’essence est un mélange complexe d’hydrocarbures dont les chaînes carbonées sont comprises entre C4 et C12. Elle est généralement modélisée par l’Iso-octane (C8H18) qui en est l’un des principaux constituants. Produits pétroliers Composition Gaz naturel C1-C2 Gaz de pétrole liquéfié (GPL) C3-C4 Essence C4-C12 Kérosène C12-C18 Diesel (gazole) C10-C24 Fiouls C20-C300 Bitumes C40-C300 Table. 7 – Composition de quelques produits pétroliers [111, 112] Les réactifs du reformage sont : les hydrocarbures, l’eau et l’oxygène. La composition des réactifs peut être définie à l’aide de ratios. Cela permet, de comparer différents hydrocarbures et différents procédés. · Ratio O/C c o air n n ratio O/C = O /C = [Eq. 36] avec nc le nombre d’atomes de carbone et no le nombre d’atomes d’oxygène provenant de l’air. · Ratio H2O/C nc n ratio OH C 2OH 2 / = [Eq. 37] avec nc , le nombre d’atomes de carbone et n 2OH , le nombre de molécules d’eau. · Température d’entrée des réactifs : Tin [K] Sauf mention contraire, le mélange est introduit à la température Tin = 400 K Paramètres étudiés Chapitre III – Modélisation du reformage assisté par plasma .

Paramètres de réaction

Les paramètres de réaction sont au nombre de quatre : le volume du réacteur, la pression dans le réacteur, le débit total et la puissance nette fournie au système. Le volume, la pression et le débit total interviennent dans la modélisation de la cinétique chimique où ils déterminent directement le temps de séjour des espèces. · Volume du réacteur : V [L] La modélisation a porté sur des volumes compris entre 0.5 L et 30 L · Pression dans le réacteur : P [atm] La plage de pression étudiée est comprise entre 1 et 100 atmosphères. · Débit total : Qtot [g/s] Il est calculé à partir du débit d’hydrocarbure QCnHm et des ratios O/C et H2O/C. Dans la modélisation cinétique le débit d’hydrocarbure est égal à 0.1 g/s. · Puissance injectée dans le réacteur : W [W] Afin de s’affranchir de l’aspect quantitatif, la puissance nette fournie au système ne sera pas exprimée en watt, mais en pourcentage du pouvoir calorifique du carburant injecté : 8 18 8 18. 8 18 == C H C H C H PCI Q PCI W W W x et %PCI =100.xPCI [Eq. 38] Avec : “Qi ” le débit molaire de l’espèce i, “W ” la puissance électrique nette fournie au système, “WC H188 ” le pouvoir calorifique du carburant et “ PCI C H188 ” le pouvoir calorifique inférieur molaire de l’iso-octane. 2.3 – Paramètres de conversion · Rendement de conversion : ?conv Le rendement énergétique de conversion utilisé dans la suite de ce rapport est défini ci-dessous. Il est directement proportionnel à la somme des moles d’hydrogène et de monoxyde de carbone produits. On suppose ainsi que le monoxyde de carbone peut potentiellement être converti en hydrogène par “Water Gas Shift” dans une étape ultérieure. La puissance injectée W est prise en compte dans la formule du rendement. Elle provient dans notre cas de la puissance électrique injectée dans le plasma. De manière générale dans la modélisation, cela correspond à tout apport externe de puissance. ( ) Q PCI W QQ PCI ? C H C H CO H H conv . + + . = 8 18 8 18 2 2 [Eq. 39] Avec : “Qi ” le débit molaire de l’espèce i, “W ” la puissance nette fournie au système et “ PCI i ” le pouvoir calorifique inférieur de l’espèce i. Dans la suite de ce document, nous l’exprimerons sous le terme : “rendement de conversion”. · Taux de conversion : t conv Le taux de conversion représente le bilan entre le carbone présent dans les produits gazeux analysés (méthane, monoxyde de carbone et dioxyde de carbone) et le carbone initial de l’hydrocarbure. 8 18 2 4 8. ++ = H CO CO CH C conv Q QQQ t [Eq. 40] Avec : “Qi ” le débit molaire de l’espèce