BiostarBiostar 22Optimisation et qualification dOptimisation et qualification d’’un reformeur un reformeur àà membrane compact membrane compact
fonctionnant au biofonctionnant au bioééthanolthanol
F.Auprêtrea, E. Gernota, D. Duprezb, R. Le Gallc E. Louradourd
a CETH - Innov’ Valley Entreprises –Route de Nozay, 91460 Marcoussis, [email protected] b LACCO - Université de Poitiers, 40 av du recteur Pineau- 86022 Poitiers cedex, [email protected] LGMPA - Ecole Polytech Nantes rue Christian Pauc BP 50609-44306 Nantes Cedex 3, [email protected] CTI SA – 382 av du Moulinas, 30340 Salindres, [email protected]
Objectifs du projet- Production à haut rendement d’hydrogène ultra-pur à partir de bioéthanol- Pureté de l’hydrogène supérieure à 99,99999 % convenant à une pile PEM- Couplage d’un reformeur à membrane avec une pile PEM de 1,5 kW électrique- Réalisation d’une chaudière de cogénération fonctionnant à l’éthanol délivrant 1,5 kW électrique et 10 kW thermique.
Bioéthanol: - Combustible renouvelable émettant peu de CO2.- Combustible liquide.- Création d’une chaîne de valeurs autour de la filière micro cogénération àl’éthanol.
Hydrogène pur 99,99999 % CO, etc < 10 ppm
Brûleur catalytique (BC)
Catalyseur
H2
BioEthanol, eau 6 à 30 bar
Membrane Métallique Composite (MMC)
Rétentat Chaleur
Air
Pile à combustible (PEMFC)
Réacteur à membrane (RCM)
Electricité
Chaleur
Schéma de principe Applications
CATALYSE: LACCO et CTI SA METALLURGIE: LGMPA
♦ Chaudière de cogénération.♦ Générateur de secours.♦ Cible privilégiée: remplacement des chaudières au fioul.
♦ Prototype fonctionnel en cours d’intégration et d’automatisation.♦ Rendement combiné électrique et thermique > 80%.
♦ Zéro NOx taux de CO < 40 ppm.
♦ Taux d’impuretés dans l’hydrogène produit < 10 ppm.
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Elem% Cr K
Elem% Fe K
Elem% Ni K
Elem% Cu K
Elem% Pd L
Elem% Ag L
Développement de prototypes RCM : CETHConception de systèmes et automatisation: CETH
Le LGMPA apporte son expertise pour la caractérisation des matériaux (MEB, EDX, test de résistance mécanique) et le développement de nouveaux types d’assemblage (technique de brasage des membranes
Pd-Ag compatible avec l’utilisation dans un réacteur à membrane).
Profil EDX d’une feuille de Pd-Ag
brasée sur un support inconel.Performances d’un catalyseur de combustion
catalytique d’effluents de vaporeformage
De droite à gauche: évolution des
monolithes au cours de la
préparation du catalyseur BIOSTAR
♦ Le couplage membrane – reformeur augmente le
rendement par extraction sélective de l’un des produits de la réaction (l’hydrogène).
♦ L’utilisation d’une membrane métallique en alliage de
Palladium permet d’obtenir un hydrogène très pur.
♦ Un brûleur catalytique transforme les rétentats en chaleur
afin de permettre le reformage qui est endothermique.
Système de contrôle
commande avec
automate
RCM assemblépar soudage
CETH conçoit et test le système intégré de réacteur catalytique à membrane (RCM) ainsi que le
brûleur catalytique et les échangeurs de chaleur nécessaire à l’obtention d’un rendement important.
Le LACCO et CTI SA conçoivent et mettent en forme les catalyseurs de reformage et de combustion catalytique
Performances du catalyseur de
vaporeformage de bioéthanol BIOSTAR
Préparation de
catalyseurs supportés
par flash combustion.
Géométrie de support
SiC pour intégration
en RCM.
Brasure Inconel/AgCu/PdAg/AgCu/Inconel
Micrographies MEB d’une soudure membrane
Pd/inconel et microstructure associée
Reformage d'un mélange 5/1 d'eau / éthanol
0
24
6
810
12
0 500 1000 1500 2000 2500 3000
temps en heures
Pre
ss
ion
en
ba
ra e
t
ren
de
me
nt
mo
l à
mo
l
0
200
400
600
800
T°C
et
dé
bit
g/h
d'é
tha
no
l
Température Pression débit
Reformeur assemblé par
brasage
Côté reformage
Côté aval Membranes
Côté fumées / BC
Fonctionnement sur plus de 3000 h
Architecture de reformeur intégréavec purification
membranaire
Analyse thermique
Architecture de reformeur intégré
avec RCM
