Réacteur Turboplasma
Cette activité a débuté dans le cadre de la thèse d'Alice Fourcault (T5 Modelisation d'un étage haute température alimenté par une troche à plasma pour la dégradation des goudrons présents dans les gaz de synthèse) en collaboration avec la société Europlasma et s'est poursuivie dans le cadre du programme soutenu par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR BioE 2009 Turboplasma) dans lequel s'est inscrit le travail de thèse de Romain Demarthon (T8 Conception et modélisation d’un étage haute température pour la dégradation thermique de goudrons) en collaboration avec la société Europlasma. L'objectif recherché dans ces différents travaux était de développer un outil à même de permettre le dimensionnement de réacteurs d'épuration d'un gaz issu d'un étage de gazéification comme dans le cas du procédé CHO_Power.
Procédé CHO_Power.
Ce réacteur, le Turboplasma , a donc comme objectif de transformer les goudrons et particules imbrulées, en des espèces gazeuses plus légères. Les goudrons sont craqués tandis que les particules solides chargées en imbrûlés sont gazéifiées. Par rapport au procédé d'élimination des goudrons, le principal avantage du craquage thermique réside dans le fait que les contenu énéergétique des "impuretés" est conservé. Cette méthode requiert néanmoins que de hautes températures soient atteintes dans le réacteur, ce qui est réalisé dans le réacteur Turboplasma, par l'utilisation d'une torche à Plasma à arc non transféré.
Illustration de l'objectif recherché.
Afin de parvenir à cet objectif de dimensionnement, et compte tenu des phénomènes en présence, la mécanique des fluides numériques, et plus précisement l'outil commercial Fluent, a été utilisée. Afin de décrire les réactons chimiques impliquées dans le dispositif, un modèle réactionnel spécifique a été introduit dans l'outil commercial tout comme les propriétés physiques relatives à la présence d'une phase plasma au sein du réacteur. Les phénomènes de turbulence (et les interactions réactions chimiques turbulence) et de rayonnement ont été intégrés dans la description des phénomènes en présence. Les processus de conduction se déroulant dans l'enveloppe du réacteur (réfractaire, caising) sont également pris en compte. Compte tenu enfin de la présence de particules chargées en carbone en sortie du gazéifieur, une phase discrète réactive a également implémentée dans le modèle. Elle permet de décrire les processus de gazéification hétérogène (à l'oxygène, au dioxyde de carbone et à la vapeur d'eau) de ces particules.
Grâce à l'outil développé plusieurs géométries de réacteurs ont pu être envisagées afin d'en dégager les principaux avantages et inconvénients. De cette première analyse, une architecture générale pour le réacteur a été arrétée, et, grâce encore au modèle développé, elle a pû être optimiséé, ce qui a conduit à la construction du premier réacteur Turboplasma sur le procédé CHO_Power de Morcenx (40), réacteur équipé d'une torche à plasma d'une puisssance de 2MW.
Vue globale de l'usine CHO_Power de Morcenx (40).
Exemple de résultats de simulation obtenus sur le
réacteur Turboplasma 2MW. Profils de température.
Pour répondre à des besoins de recherche, un deuxième réacteur Turboplasma a également été construit sur le site de Morcenx dans le cadre du programme ANR Turboplasma (ANR 2009 BioE). Sur cette plateforme de recherche et de développement, le réacteur Turboplasma (équipé d'une torche à plasma d'une puissance de 300 kW) a été "couplé à un réacteur de gazéification en lit Fluidisé, constituant ainsi le procédé Kiwi.
Réacteur Turboplasma du procédé Kiwi (Morcenx, 40).
Exemple de résultats de simulation obtenus sur le
réacteur Turboplasma 300kW. Profils de fraction massique en Naphtalene.
