Modélisation cinétique de la réduction de minerais par le monoxyde de carbone utilisés dans le procédé de combustion en boucle chimiqu

Le procede de combustion en boucle chimique est un procede de production d'energie generant un courant ne contenant que du dioxyde de carbone et de l'eau. Contrairement aux autres procedes de production d'energie bases sur la combustion, les gaz ne sont pas dilues dans un courant riche en diazote (N2). Pour separer le CO2 sans la penalite energetique de post-separation, on utilise l'oxygene contenu dans un oxyde metallique (solide), sequentiellement oxyde et reduit dans deux reacteurs interconnectes. La configuration de lit fluidise s'est graduellement imposee dans la litterature. Dans le reacteur d'oxydation, opere en colonne montante (riser), le solide est reoxyde en presence d'air, et dans celui de reduction, opere en regime bullant, on alimente un combustible (solide, liquide ou gazeux) qui servira d'agent reducteur. On recupere de l'energie essentiellement dans le reacteur d'oxydation (variation d'enthalpie negative), mais certains oxydes sont aussi reduits par le biais d'une reaction exothermique (p. ex., cuivre). La somme des enthalpies d'oxydation et de reduction du solide est egale a la variation d'enthalpie de la combustion du combustible utilise. Le deploiement du procede a l'echelle industrielle repose sur l'identification d'un solide (porteur d'oxygene) pouvant transferer une grande quantite d'oxygene sur une base massique (capacite de transfert d'oxygene), ayant une cinetique rapide (minimisation du volume necessaire pour une conversion donnee), resistant a l'attrition, non toxique, peu cher et chimiquement stable (desactivation lente). Les criteres de non-toxicite et de faible cout favorisent l'utilisation de minerais dans le procede (par opposition aux oxydes de synthese).;Le dimensionnement du procede repose sur la connaissance des cinetiques d'oxydation et de reduction du solide. Or, la reaction d'oxydation est toujours beaucoup plus rapide (quelques secondes) que sa reduction (quelques minutes). Ainsi, pour le dimensionnement, la determination de la cinetique de reduction est suffisante. L'ilmenite (de formule FeTiO3) s'est graduellement imposee comme porteur d'oxygene d'origine minerale de reference en raison de son abondance et de sa tenue mecanique exemplaire. Malheureusement, celui-ci est sujet a l'agglomeration et possede une capacite de transfert d'oxygene limitee. Nous avons prealablement identifie la pyrolusite (de formule MnO2 dans sa forme fraiche) comme porteur d'oxygene potentiel de remplacement pour l'ilmenite. La pyrolusite est un minerai amorphe de manganese, beacoup moins cher que l'ilmenite et abondant. Lors de sa calcination, son degre de cristallinite augmente, et on peut identifier la bixbyite (Mn2O3), l'hausmannite (Mn3O4) et la manganosite (MnO) par analyse de diffraction a rayons X. Un des objectifs de cette these est d'identifier le meilleur candidat pour le procede de combustion en boucle chimique en procedant a la comparaison des cinetiques de reduction par le monoxyde de carbone (CO) de l'ilmenite et de la pyrolusite. (Abstract shortened by ProQuest.).