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La combustion en boucle chimique (Chemical Looping Combustion - CLC) est une technologie de combustion sans air, utilisant des matériaux transporteurs d’oxygène (MTO) qui circulent entre deux zones réactionnelles d’oxydoréduction. La séparation en deux zones permet u combustion sans azote qui génère un effluent uniquement constitué de CO2 et de vapeur d’eau, facilement séparables.

La majorité des recherches sur la CLC a été conduite sur des pilotes de petite taille (<150 kW). Ce fut le cas du développement des zones réactionnelles au sein d’IFPEN, avec des maquettes à différentes échelles et un pilote de 10 kWtha ayant permis de caractériser la cinétique de combustion en fonction de la charge et du MTO(1).

Toutefois, pour préparer l’extrapolation industrielle(2), la démonstration à plus grande échelle (> au MW) est nécessaire, dans des conditions hydrodynamiques et réactionnelles représentatives où peuvent être relevés les principaux défis de la technologie :
extrapolation et optimisation des zones réactionnelles et minimisation des pertes énergétiques ;
circulation contrôlée et stable du MTO entre les réacteurs ;
performance des différents MTO sur un très grand nombre de cycles d’oxydoréduction ;
maîtrise de l’étanchéité entre les deux zones réactionnelles pour éviter les fuites.
 

maquette
Maquette de 1,5 MWth de la boucle entière opérée pour différentes conditions de flux de solide et de gaz.


Le projet collaboratif sino-européen Cheersb vise à construire et opérer un démonstrateur de 3 MW, basé sur un concept innovantc destiné à valoriser des résidus de l’industrie pétrolière comme charges. Récemment, une maquette (figure) de taille équivalente à une unité de 1,5 MWth de l’ensemble de la section réactionnelle a été construite et opérée en Chine pour étudier l’hydrodynamique de chaque section, l’efficacité de séparation entre les imbrûlés de la charge solide et le MTO, et le contrôle de la circulation du solide.


a - kW thermique
b - Chinese European Emission Reduction Solutions
c - Développé avec Total
 


(1) A. Lambert, A. Tilland, W. Pelletant, S. Bertholin, F. Moreau, I. Clémençon, M. Yazdanpanah, Fuel 216 (2018): 71-82.
DOI : 10.1016/j.fuel.2017.11.115

(2) T. Gauthier, M Yazdanpanah, A. Forret, B. Amblard, A. Lambert, S. Bertholin, Powder Technology 316 (2017): 3-17.
DOI : 10.1016/j.powtec.2017.01

 

Contact scientifique : sina.tebianian@ifpen.fr

>> NUMÉRO 40 DE SCIENCE@IFPEN