Design, construction and evaluation of millistructured plate reactor for autothermal coupling of methylcyclohexane dehydrogenation and toluene combustion.

Conception réalisation et évaluation d'un réacteur à plaques milli-structurées pour le couplage autotherme de la déshydrogénation du méthylcyclohexane et de la combustion du toluène

Isabelle Pitault (1) , Philippe Kerleau (1) , Frédéric Bornette (1) , Valérie Meille (1)

1 LGPC - Laboratoire de Génie des Procédés Catalytiques

Heat exchanger reactor (HER) conception consists on separately studying the two involved reactions with opposite thermicity to define volumes and characteristics of each reactor and doing spatially tally powers to improve HER energetic efficiency. To produce 5mg.s-1 hydrogen at about 370°C, a HER coupling methylcyclohexane dehydrogenation and toluene combustion was designed, built and evaluated. Methylcyclohexane dehydrogenation being slow, first order kinetic law but highly endothermic, the reactor consisted in 2 granular beds containing 9,22g of 0,5%Pt/Al2O3 catalyst, with 4,5mm*3mm of section and 440mm of length. Toluene combustion being rapid and limited by transfer at the wall, the reactor consisted in 6 plates structured with self-supplied 2mm*3mm ducts, coated each with 400mg of 2%Pt/Al2O3. The thermal efficiency was about 90% and exchanged heat flows were about 20 kW.m-2 .

La conception d'un réacteur-échangeur (HER) consiste à étudier séparément les deux réactions de thermicité opposée mises en jeu pour définir les volumes et caractéristiques de chaque réacteur et ensuite à faire concorder spatialement les puissances mises en jeu pour augmenter l'efficacité énergétique du HER. Pour produire 5mg.s-1 d'hydrogène à 370°C, un HER couplant la déshydrogénation du méthylcyclohexane et la combustion du toluène a été conçu, fabriqué et testé. La déshydrogénation du méthylcyclohexane étant lente, d'ordre 1 mais fortement endothermique, le réacteur obtenu est constitué de 2 lits granulaires contenant 9,22g de 0,5%Pt/Al2O3 de section 4,5mm*3mm et de longueur 440mm. Pour la combustion du toluène rapide et limitée par le transfert externe, le réacteur est constitué de 6 plaques structurées par des canaux de 2mm*3mm, enduites chacune d'environ 400mg de 2%Pt/Al2O3 et auto-distributrice. L'efficacité thermique est de l'ordre de 90% et les flux échangés sont de 20 kW.m-2.

Mots clés: Recuperative coupling; heat-exchanger reactor; Methylcyclohexane dehydrogenation

Mots clés: Couplage récupératif; Réacteur-échangeur; Méthylcyclohexane déshydrogénation; Toluène combustion

Domaines: Génie chimique; Catalyse; Génie des procédés

Isabelle Pitault, Philippe Kerleau, Frédéric Bornette, Valérie Meille. Conception réalisation et évaluation d'un réacteur à plaques milli-structurées pour le couplage autotherme de la déshydrogénation du méthylcyclohexane et de la combustion du toluène. XIIIème congrès de la SFGP : "Des procédés au service du produit au coeur de l'Europe", Nov 2011, Lille, France. ⟨hal-01935850⟩