poster biostar 2 - agence-nationale-recherche.fr · catalyse: lacco et cti sa metallurgie : lgmpa...

1
Biostar Biostar 2 Optimisation et qualification d Optimisation et qualification d’ un reformeur un reformeur à membrane compact membrane compact fonctionnant au bio fonctionnant au bioé thanol thanol F.Auprêtre a , E. Gernot a , D. Duprez b , R. Le Gall c E. Louradour d 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] c LGMPA - Ecole Polytech Nantes rue Christian Pauc BP 50609-44306 Nantes Cedex 3, [email protected] d 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 CO 2 . - Combustible liquide. - Création d’une chaîne de valeurs autour de la filière micro cogénération à l’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 : CETH Conception 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 assemblé par 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 2 4 6 8 10 12 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 temps en heures Pression en bara et rendement mol à mol 0 200 400 600 800 T°C et débit g/h d'éthanol Température Pression débit Reformeur assemblé par brasage Côté reformage Côté aval Membranes Côté fumées / BC Fonctionnement sur plus de 3000 h Architecture de reformeur intégré avec purification membranaire Analyse thermique Architecture de reformeur intégré avec RCM

Upload: vantuyen

Post on 15-Sep-2018

213 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

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

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