2.2.3.  Influence de la température opératoire

Dans cette étude, la température opératoire varie entre 260 et 290°C. La Fi-gure II.9 présente l’évolution de la température maximale mesurée au sein du lit et du taux de conversion du CO2 en fonction de la température opératoire. La pression opératoire est fixée à 2,5 bar et un débit total de 1,25 NL/min (VVH = 15600 h-1) en proportion stœchiométrique est appliqué. Dans ces essais, la sélectivité en méthane est très proche de l’unité.

L’augmentation de la température opératoire entraine une augmentation du taux de conversion du CO2 due à l’accroissement des vitesses des réactions chimiques (voir Figure I.10). L’augmentation de la conversion s’accompagne d’une augmenta-tion de la température maximale mesurée dans le lit.

Il est possible de distinguer trois zones sur la Figure II.9. Tout d’abord, entre 260 et 270°C, augmenter la température opératoire conduit à une augmentation mo-dérée de la température maximale du lit et du taux de conversion. Dans cette zone, le taux de conversion passe de 35 à 54 % et la température maximale de 277 à 310°C de manière quasi-linéaire.

La deuxième zone est celle de l’emballement thermique. En augmentant la température opératoire de 270 à 272°C, le taux de conversion du CO2 passe de 54 à 83 % et la température maximale mesurée dans le lit de 310 à 530°C. Ces fortes augmentations sont caractéristiques de l’emballement thermique. La température li-mite de l’emballement thermique, ou température de démarrage, est alors de 272°C. Puis, en augmentant la température opératoire à 275°C, la température du lit atteint 590°C et le taux de conversion atteint 86 %. La zone d’emballement thermique

augmentation de la température opératoire conduit à une forte augmentation du taux de conversion et de la température du lit.

Figure II.9 – Évolutions de la température maximale mesurée et du taux de conver-sion du CO2 obtenues avec la maquette de réacteur-échangeur en fonction de la tem-pérature opératoire pour une pression opératoire de 2,5 bar et des débits d’entrée de 0,25 NL/min de CO2 et 1 NL/min d’H2 (VVH = 15600 h-1).

La troisième zone correspond aux températures opératoires au-delà de 275°C. Ici, le taux de conversion et la température maximale mesurée dans le lit augmentent de façon très modérée avec la température opératoire.

Le taux de conversion du CO2 est mesuré seulement à la sortie du réacteur et correspond donc au maximum de conversion. À la température opératoire de 290°C, le taux de conversion du CO2 est égal à 90 %, ce qui est proche de la valeur de l’équilibre thermodynamique, égale à 96,7 % à 290°C. Pour approcher davantage le taux de conversion à l’équilibre, un réacteur possédant une longueur utile plus im-portante peut être utilisé.

La Figure II.10 présente les profils de température mesurée le long du réacteur pour les différentes températures opératoires. Pour des températures opératoires in-férieures ou égales à 270°C, l’élévation de la température dans le réacteur est faible

gure II.9, l’augmentation de la température opératoire à 272°C conduit à une forte élévation de la température du lit. Le pic de température apparait à l’intérieur du réacteur à la cote de 52 mm. En augmentant la température opératoire, le pic de température se déplace vers l’amont du réacteur car les vitesses de réaction augmen-tent et l’élévation de la température du lit est de plus en plus raide. Pour le profil de température à 290°C, la température maximale est mesurée dès le deuxième thermo-couple, positionné à la cote de 2 mm.

Figure II.10 – Profils de température au sein de la maquette de réacteur-échangeur en fonction de la température opératoire pour une pression opératoire de 2,5 bar et des débits d’entrée de 0,25 NL/min de CO2 et 1 NL/min d’H2 (VVH = 15600 h-1).

Cet essai met en évidence la non-linéarité du comportement du réacteur en régime stationnaire par rapport à la température opératoire. À quelques degrés près, il est possible d’allumer le réacteur et ainsi d’observer une forte élévation du taux de conversion et de la température du lit. Ces hautes températures sont dues aux vi-tesses de réaction élevées et permettent ainsi d’obtenir des taux de conversion du CO2 élevés.

Des cycles d’augmentation et de diminution de la température opératoire ont également été effectués et sont présentés Figure II.11. L’objectif de ces essais est la recherche de phénomènes d’hystérésis dans le réacteur. L’évolution du taux de con-version du CO2 est différente sur les deux cycles de température. Par exemple, lors

miquement et un taux de conversion de 83 % est mesuré. Lors de la descente 1, pour la même température opératoire, le réacteur n’est plus dans un état emballé et un taux de conversion de 42 % est mesuré. L’évolution du taux de conversion lors de la montée 2 est identique à celle de la descente 1. Puis, dans la descente 2, le chemin est de nouveau différent. Cette différence d’évolution du taux de conversion peut être causée soit par un phénomène d’hystérésis au sein du milieu réactionnel, soit par des phénomènes de dégradation du matériau catalytique.

Figure II.11 – Évolution de la température maximale mesurée au sein de la maquette de réacteur-échangeur suite à des cycles températures opératoires pour une pression opératoire de 2,5 bar et des débits d’entrée de 0,25 NL/min de CO2 et 1 NL/min d’H2 (VVH = 15600 h-1).

Température

opératoire (°C) ^{250 260 265 270 275 280 285 290}

Pertes de

pres-sion (bar) ^{0,295 0,290 0,290 0,290 0,245 0,245 0,240 0,240}

Tableau II.2 – Pertes de pression à travers la maquette de réacteur-échangeur en fonction de la température opératoire pour une pression opératoire de 2,5 bar et des débits d’entrée de 0,25 NL/min de CO2 et 1NL/min d’H2 (VVH = 15600 h-1).

Tableau II.2. Les pertes de pression chutent lors du passage du réacteur d’un état éteint à un état emballé. La réaction de méthanation conduit à une diminution de la quantité de matière en phase gaz et par conséquent lorsque la conversion du CO2

augmente, le débit diminue entrainant une diminution des pertes de pression. En passant de la température de 270 à 275°C, une chute de la perte de pression de 45 mbar est ainsi observée.