<  Back to the Polytechnique Montréal portal

Réactions homogènes en phase gazeuse dans les lits fluidisés

Jean-Philippe Laviolette

Ph.D. thesis (2010)

Open Access document in PolyPublie
[img]
Preview
Open Access to the full text of this document
Terms of Use: All rights reserved
Download (3MB)
Show abstract
Hide abstract

Abstract

This thesis presents a study on homogeneous gas-phase reactions in fluidized beds. The mainobjective is to develop new tools to model and characterize homogeneous gas-phase reactions inthis type of reactor.Minimizing the risk of gas-phase reactions in fluidized beds is critical since they may cause adecrease in production by degrading reactants and desired products. Furthermore, they mayconstitute a safety concern in the case of fast and exothermic reactions such as oxidationreactions. In the fluidized bed region, the high solids volume fraction quenches free radicals,which minimizes gas-phase reactions. However, fluidized bed reactors are characterized byseveral regions of low solids volume fractions where gas-phase reactions may occur due to hightemperatures, pressures and reactants concentrations. In these regions, the rate at which freeradicals are quenched may be insufficient. In a fluidized bed reactor, the regions of low solidsvolume fraction mainly include:• The regions close to the distributor and the injectors• The bubble phase• The regions downstream of the fluidized bed surface (freeboard, cyclones, etc. )Chemical processes in fluidized beds should be designed in order to prevent the initiation ofhomogeneous gas-phase reactions in these regions.In the first part of this work, the non-premixed combustion of C1 to C4 n-alkanes with air wasinvestigated inside a bubbling fluidized bed of inert sand particles at intermediate temperatures:923 K ≤ TB ≤ 1123 K. For ethane, propane and n-butane, combustion occurred mainly in thefreeboard region at bed temperatures below T1 = 923 K. On the other hand, complete conversionoccurred within 0.2 m of the injector at: T2 = 1073 K. For methane, the measured values of T1and T2 were significantly higher at 1023 K and above 1123 K, respectively. The fluidized bedcombustion was accurately modeled with first-order global kinetics and two one-phase PFR

Résumé

Cette thèse présente une étude sur les réactions homogènes en phase gazeuse dans les litsfluidisés. L'objectif principal est de développer des outils de modélisation et de caractérisationdes réactions homogènes en phases gazeuses dans les réacteurs à lit fluidisé.Minimiser l'occurrence de réactions homogènes dans les lits fluidisés est un enjeu majeurpuisqu'elles peuvent causer une baisse de production suite à la dégradation des réactifs et desproduits désirés. Par ailleurs, ces réactions peuvent représenter un risque pour la sécuritélorsqu'elles sont rapides et exothermiques comme c'est le cas pour les réactions d'oxydations.Dans la région du lit fluidisé, la fraction de solides augmente le taux de recombinaison desradicaux libre et évite l'initiation de réactions homogènes ou réduit leur vitesse de réaction. Ilexiste toutefois des régions de haute porosité où des réactions homogènes peuvent être produitespar de fortes concentrations de réactifs combinés à des températures et pressions élevées(caractéristiques de nombreux procédés incluant les procédés d'oxydation). Dans ces régions, letaux de recombinaison des radicaux libres peut être insuffisant pour empêcher l'initiation deréactions en phases gazeuses. Dans un réacteur à lit fluidisé, les régions de faible fraction desolides incluent principalement:• La zone du distributeur et des injecteurs dans le lit fluidisé• La phase bulle dans le lit fluidisé• Les régions en aval du lit fluidisé (zone de désengagement, cyclone, etc.)Dans la première partie de ce travail, la combustion en lit fluidisé du méthane, éthane, propane etn-butane avec de l'air a été étudiée en mode d'injection séparée. Un lit fluidisé de particulesinertes de sables a été opéré dans le régime à bulle et à des températures intermédiaires :923 K ≤ TB ≤ 1123 K. Pour l'éthane, le propane et le n-butane, la combustion avait lieuprincipalement dans la région de désengagement lorsque la température du lit fluidisé étaitinférieure à T1 = 923 K. D'un autre côté, la combustion se produisant entièrement dans unedistance de 0.2 m de l'injecteur lorsque la température du lit était supérieure à T2 = 1073 K.
Department: Department of Chemical Engineering
Program: Génie chimique
Academic/Research Directors: Jamal Chaouki, Concetta La Marca, Gregory Patience
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/340/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 04 Oct 2010 14:53
Last Modified: 11 Nov 2022 12:19
Cite in APA 7: Laviolette, J.-P. (2010). Réactions homogènes en phase gazeuse dans les lits fluidisés [Ph.D. thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/340/

Statistics

Total downloads

Downloads per month in the last year

Origin of downloads

Repository Staff Only

View Item View Item