paramètre appareil ou gaz concerné valeur
température évaporateur 200°C
microréacteur varie entre 80°C et 520°C
débit
air vers microréacteur 0,5 NL/min en général (à 0°C et 1 atm)
COV vers microréacteur varie selon la concentration désirée
effluent vers chromatographe 30 Ncm3/min (à 25°C et 760 mmHg)
pression
air synthétique vers microréacteur 0,7 bar
air synthétique vers chromatographe 4,2 bar
hélium vers chromatographe 7 bar
hydrogène vers chromatographe 3 bar
air comprimé vers chromatographe 4,2 bar
Le dispositif expérimental a donc été présenté, tout d’abord d’un point de vue appareillage, en détaillant chaque partie du procédé, puis d’un point de vue expérimental, avec le mode opératoire ainsi que les conditions d’utilisation. La partie suivante précise comment l’installation a été adaptée pour effectuer un essai sur une longue durée en vue de l’étude de la désactivation éventuelle du catalyseur.
II.2. Adaptation du pilote pour l’étude de la durée de vie du catalyseur
L’étude de la durée de vie du catalyseur est effectuée en maintenant des conditions d’utilisation du microréacteur pendant 100 heures. Ainsi, le maintien de l’installation en utilisation prolongée a nécessité une mise en sécurité.
II.2.a. Mise en sécurité de l’installation
Des seuils d’alarmes hautes ont été réglés pour les différentes températures, de façon à ce que le coupe-circuit du panneau de commandes s’actionne si ces seuils sont dépassés. Le pousse- seringue est également relié au coupe-circuit, pour que l’introduction du COV dans le microréacteur s’arrête en cas de surchauffe de l’évaporateur ou du microréacteur. Le pousse- seringue est paramétré de manière à ce que la quantité maximale injectée soit de 50 mL, soit la
contenance de la seringue utilisée pour cet essai ; une bague de sécurité renforce de manière mécanique cette consigne. Les températures de seuil sont réglées à 250°C pour l’évaporateur, et 530°C pour l’effluent et le microréacteur. En cas de déclenchement du coupe-circuit, le débit d’air synthétique dans le système est cependant maintenu, afin de refroidir les composants. Par ailleurs, une plaque d’acier inoxydable a été placée sous les composants chauffés, dans le but d’augmenter la diffusion thermique d’une éventuelle surchauffe.
Un enregistreur a été mis en place afin de pouvoir suivre l’évolution des paramètres au cours du temps, et ainsi pour détecter toute dérive en cas de déclenchement du coupe-circuit. Les paramètres enregistrés sont les trois températures citées précédemment, la perte de charge ainsi que le débit d’air synthétique.
Enfin, la hotte aspirante ainsi que l’extraction d’air de la pièce sont maintenues de jour comme de nuit. La mise en sécurité de l’installation étant faite, l’étape suivante consiste à préparer le microréacteur pour cette étude.
II.2.b. Montage du réacteur et activation du catalyseur
Le microréacteur utilisé contient six plaques microgravées, recouvertes de platine (il est présenté dans la partie I.2.b de ce chapitre).
Une fois le microréacteur installé sur le pilote, l’activation du catalyseur doit être réalisée. Normalement effectuée par passage d’hydrogène afin de réduire le platine, [Rachedi et al., 2009] ont montré qu’une simple montée en température sous air synthétique était suffisante, suivie d’un passage d’hélium pour désorber l’oxygène éventuellement adsorbé sur les sites du platine. Le microréacteur est donc chauffé à 450°C, et l’évaporateur à 200°C, en y faisant passer un débit d’air synthétique de 0,3 NL/min ; ces conditions sont maintenues pendant 6h15. La chauffe est ensuite arrêtée, le passage d’air synthétique étant maintenu pendant 1h. Le passage d’hélium n’a pas pu être effectué.
II.2.c. Conditions opératoires
Les températures de l’évaporateur et du microréacteur sont maintenues à 200°C et 450°C, repectivement. Le COV choisi pour cette étude est l’acétate d’éthyle, avec une concentration de 2500 ppm. Le COV est introduit dans une seringue de marque Hamilton, modèle Gastight 1050 TLL, ayant une contenance de 50 mL. Le débit d’air synthétique est de 0,3 NL/min, afin d’avoir le même temps de séjour que dans le microréacteur d’étude contenant deux fois plus de plaques microgravées. Le débit de COV requis dans ces conditions est de 0,17 mL/h.
Les conditions sont maintenues constantes durant 100 heures. Des analyses chromatographiques de l’effluent sont effectuées toutes les 2 heures environ pendant la journée, et une fois de nuit. Les résultats de cet essai sont présentés dans la partie II.5 du chapitre 4 ainsi que dans l’Annexe 14.
L’appareillage du dispositif expérimental a ainsi été présenté dans cette deuxième partie du présent chapitre. La sécurisation du pilote pour effectuer un essai sur une longue durée a
troisième partie de ce chapitre concerne alors les conditions de l’étude, ainsi que l’outil d’exploitation : le chromatographe en phase gazeuse.
III. Domaine d’étude et outil d’exploitation
Le dispositif expérimental a été mis en place dans le but d’étudier l’oxydation d’un effluent contenant un ou plusieurs COV grâce à un microréacteur catalytique, et l’utilisation du pilote requiert le contrôle de certains paramètres opératoires afin de maîtriser les conditions de la réaction. Les COV étudiés sont les suivants : acétate d’éthyle, acétone, 1,4-dioxane, éthanol, n- hexane, isopropanol, méthyléthylcétone, propanol et toluène. Dans une première partie, le domaine d’étude est tout d’abord explicité, en précisant la gamme des concentrations ainsi que des débits traités. Les différents paramètres contrôlés sont présentés ainsi que les grandeurs étudiées. Les incertitudes sont indiquées pour chacun. Dans une deuxième partie, l’outil analytique est présenté : la chromatographe en phase gazeuse a été conçu spécifiquement pour le pilote, il permet l’analyse en ligne des divers composants pouvant être retrouvés dans l’effluent à l’entrée et à la sortie du microréacteur. Un étalonnage a ainsi été mis en place. Enfin, la fidélité des résultats est indiquée dans la troisième partie, d’un point de vue répétabilité et reproductivité.
III.1. Conditions et paramètres de l’étude
III.1.a. Gamme d’étude
Une étude sur le microréacteur a été effectuée lors de travaux précédents, en testant d’une part différentes tailles de microcanaux, et d’autre part le débit d’air à l’entrée du microréacteur. Les dimensions des canaux testés sont les suivantes : 200 x 500 µm, 100 x 200 µm et 50 x 100 µm.