Intensification du procédé de vaporeformage à travers la réalisation d’un échangeur-réacteur céramique à architecture 3D complexe fonctionnalisé à l’aide de catalyseurs spécifiquement optimisés

Discipline

Matériaux Céramiques et traitements de Surface

Classification

Technologie (Sciences appliquées)

Mots-clés libres

Vaporeformage, Echangeur-réacteur

Mots-clés

Catalyseurs - Thèses et écrits académiques,

Céramique industrielle - Thèses et écrits académiques,

Alumine - Thèses et écrits académiques,

Méthane - Thèses et écrits académiques,

Stéréolithographie - Thèses et écrits académiques

Cette thèse porte sur l’élaboration d’un échangeur-réacteur catalytique à plaques dont l’architecture 3D est optimisée pour la réaction de vaporeformage du méthane.Une étude thermodynamique permet d’établir la stabilité de divers oxydes (Al₂O₃, Y₃Al₅O₁₂, Al₂TiO₅, MgAl₂O₄) dans les conditions opératoires du vaporeformage. L’alumine est retenue pour des raisonstechnico-économiques comme matériau constitutif du corps de l’échangeur-réacteur. Compte tenu du design complexe de l’échangeur-réacteur, sa fabrication est dissociée en deuxétapes : (i) la fabrication des plaques et (ii) l’assemblage de ces plaques pour constituer des modules élémentaires étanches. Les plaques sont mises en forme par stéréolithographie laser. L’optimisationet la maîtrise du procédé permet la réalisation de plaques de taille semi-industrielle (350x120x1,6 mm³). Ces plaques sont ensuite assemblées pour former un module élémentaire de 5 plaques ensuivant deux voies d’assemblage: (i) à partir de composants en cru et (ii) à partir de composants frittés. Ces deux voies requièrent l’intercalation d’une bande d’alumine obtenue par coulage en bande.La réaction de vaporeformage nécessite ensuite de fonctionnaliser l’échangeur-réacteur à l’aide d’un catalyseur. L’échangeur-réacteur impliquant des temps de contact des réactifs à la surface ducatalyseur très courts (de l’ordre de 100 millisecondes), des catalyseurs Rh/MgAl₂O₄ sont spécifiquement synthétisés à partir d’une méthode inspirée du sol-gel. Nous montrons alors que lamicrostructure ultradivisée de ces catalyseurs est particulièrement stable sous conditions opératoires laissant présager d’excellentes performances.