Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
CHAPITRE I : PRECALCINATEURS DE CIMENTERIE ET COMBUSTION DE SOLIDES PULVERISES
I.1. INTRODUCTION
I.2. PRECALCINATEURS DE CIMENTERIE
I.2.1. Procédé cimentier – Rappel
I.2.2. Four rotatif
I.2.3. Tour de précalcination
I.2.3.a. Introduction
I.2.3.b. Précalcinateur
I.2.3.c. Un précalcinateur particulier : le RSP Minox
I.2.3.d. Principe de réduction des NOX par procédé Minox
I.2.3.e. Conditions opératoires de combustion dans un précalcinateur RSP
I.3. LES COKES DE PETROLE
I.3.1. Généralités
I.3.2. Les origines des cokes de pétrole
I.3.3. Nature physico-chimique des cokes de pétrole
I.3.4. Avantages et désavantages du coke de pétrole
I.3.4.a. Avantages du coke de pétrole
I.3.4.b. Désavantages du coke de pétrole
I.3.4.c. Conclusion
I.4. COMBUSTION DE SOLIDES PULVERISES
I.4.1. Introduction
I.4.2. Dévolatilisation
I.4.3. L’oxydation homogène
I.4.4. L’oxydation hétérogène
I.5. CONCLUSION – RESUME
CHAPITRE II : FORMATION ET REDUCTION DES OXYDES D’AZOTE
II.1. EFFETS DES OXYDES D’AZOTE SUR L’HOMME ET SUR L’ENVIRONNEMENT
II.1.1. Désignation des NOX
II.1.2. Emissions annuelles
II.1.3. Toxicité sur l’Homme
II.1.3.a. Le monoxyde d’azote (NO)
II.1.3.b. Le dioxyde d’azote (NO2)
II.1.3.c. Le protoxyde d’azote (N2O)
II.1.4. Effets sur l’Environnement
II.2. FORMATION DES OXYDES D’AZOTE
II.2.1. Introduction
II.2.2. Le NO « thermique »
II.2.3. Le « NO précoce » (ou NO prompt)
II.2.4. Le NO « du combustible »
II.2.4.a. Considérations générales
II.2.4.b. Distribution de l’azote entre les matières volatiles et le char
II.2.4.c. Nature des produits azotés de la pyrolyse
II.2.4.d. Oxydation du char et du charbon
II.2.4.e. Schéma réactionnel de formation et réduction des NOX du combustible
II.2.4.f. Influence de l’environnement
II.2.4.g. Influence des caractéristiques du combustible
II.2.4.h. Influence de la vitesse de chauffe
II.2.5. Le NO2
II.2.6. Le N2O
II.3. REDUCTION DU NO PAR LE SOLIDE CARBONE
II.3.1. Introduction
II.3.2. Mécanismes réactionnels
II.3.2.a. Mécanismes globaux
II.3.2.b. Mécanismes détaillés
II.3.3. Paramètres cinétiques de la réaction
II.3.3.a. Modèle cinétique
II.3.3.b. Ordre de la réaction par rapport à la concentration en NO
II.3.3.c. Energie d’activation
II.3.4. Effets des propriétés du char sur la réactivité
II.3.4.a. Introduction
II.3.4.b. Effet du rang du charbon et des conditions de pyrolyse
II.3.4.c. Influence de la surface spécifique
II.3.5. Influence catalytique des matières minérales
II.3.6. Effet de la présence d’autres gaz sur la réactivité
II.3.6.a. Influence du CO
II.3.6.b. Influence de O2
II.3.7. Réduction du N2O par le solide carboné
II.4. EFFET DU SOUFRE SUR LES OXYDES D’AZOTE
II.5. CONCLUSIONS – RESUME
CHAPITRE III : DISPOSITIFS EXPERIMENTAUX
III.1. INTRODUCTION
III.2. LE REACTEUR A FLUX ENTRAINE
III.2.1. Description générale
III.2.2. Alimentation en combustible
III.2.3. Préchauffage de l’écoulement gazeux
III.2.4. Le four
III.2.5. Le dispositif d’échantillonnage
III.2.5.a. La canne d’échantillonnage
III.2.5.b. Le système de filtration
III.2.5.c. Sécheur à perméation
III.2.6. Canne d’échantillonnage « échangeur »
III.3. ANALYSE DES GAZ
III.3.1. Mesure des hydrocarbures totaux
III.3.1.a. Principe de mesure
III.3.1.b. Etalonnage de l’analyseur
III.3.2. Mesure de O2, CO, CO2, NO, et SO2
III.3.2.a. Principe de mesure
III.3.2.b. Etalonnage des analyseurs
III.3.3. Mesure de CH4, C2H2, C2H4, C3H8, C6H6, CO, CO2, NO2, NO, N2O, HCN, NH3 et SO2
III.3.3.a. Dispositif expérimental
III.3.3.b. Principe du spectromètre infrarouge à transformée de Fourier (IRTF)
III.4. MESURE DE TEMPERATURES
III.5. PERTE DE MASSE DES COMBUSTIBLES
III.6. TEMPS DE SEJOUR DES PARTICULES ET DES GAZ
III.7. L’ANALYSE THERMOGRAVIMETRIQUE (ATG)
III.7.1. Introduction
III.7.2. Conditions expérimentales
III.7.3. Choix du protocole expérimental
III.7.3.a. Expériences
III.7.3.b. Traitement des résultats
III.7.4. Détermination des paramètres cinétiques intrinsèques
III.8. LES COMBUSTIBLES ETUDIES
III.8.1.a. Sélection des combustibles étudiés
III.8.1.b. Préparation de la tranche granulométrique
III.8.1.c. Caractéristiques physiques et chimiques
III.9. CONCLUSION
CHAPITRE IV : COMBUSTION DE COKES DE PETROLE : ETUDE DE REACTIONS ISOLEES
IV.1. INTRODUCTION
IV.2. DEVOLATILISATION
IV.2.1. Profils de gaz de dévolatilisation
IV.2.2. Perte de masse
IV.2.3. Répartition de l’azote du combustible
IV.3. REACTIONS EN PHASE HOMOGENE
IV.3.1. Réaction NO + CO
IV.3.2. Réaction NO + hydrocarbures
IV.3.3. Simulations numériques
IV.4. OXYDATION DU RESIDU CARBONE
IV.4.1. Cinétique d’oxydation du char en ATG
IV.4.2. Cinétique d’oxydation du char en Réacteur à Flux Entraîné
IV.5. REDUCTION DU NO SUR LE CHAR
IV.5.1. Préparation des chars
IV.5.1.a. Méthode expérimentale
IV.5.2. Expériences de réduction du NO sur les chars
IV.5.2.a. Protocole expérimental
IV.5.2.b. Résultats expérimentaux
IV.5.3. Méthode de détermination des paramètres cinétiques
IV.5.4. Résultats
IV.6. CONCLUSION
CHAPITRE V : COMBUSTION D’UN COKE DE PETROLE : COUPLAGE DES REACTIONS
V.1. INTRODUCTION
V.2. APPROCHE EXPERIMENTALE
V.2.1. Expériences de combustion
V.2.1.a. Conditions expérimentales
V.2.1.b. Résultats
V.2.1.c. Répétabilité
V.2.2. Recherche de corrélations
V.2.3. Effet du soufre sur les émissions de NO
V.2.3.a. Effet du soufre naturel
V.2.3.b. Effet de l’addition de soufre solide
V.2.3.c. Effet de l’addition de dioxyde de soufre
V.2.3.d. conclusion
V.3. MODELE THERMOCHIMIQUE
V.3.1. Objectifs du modèle
V.3.2. Description du modèle
V.3.2.a. Hypothèses principales
V.3.2.b. Description de la composition de la particule
V.3.2.c. Réactions chimiques ; cinétiques de réaction
V.3.2.d. Les transferts de chaleur
V.3.3. Application du modèle à la détermination des paramètres cinétiques de deux réactions et du devenir de l’azote du combustible
V.3.3.a. Coefficient de transfert de chaleur hfe
V.3.3.b. Paramètres cinétiques de dévolatilisation
V.3.3.c. Paramètres cinétiques d’oxydation du char
V.3.3.d. Devenir de l’azote du combustible
V.4. CONTRIBUTION DES DIFFERENTS MECANISMES A LA FORMATION ET A LA DESTRUCTION DU NO
V.4.1. Analyse du déroulement de la combustion
V.4.1.a. Evolution de la température
V.4.1.b. Evolution de la masse d’une particule
V.4.1.c. Facteur d’efficacité de Thiele
V.4.1.d. Concentration d’oxygène à la surface de la particule
V.4.2. Analyse de la chimie des espèces azotées
V.4.2.a. Production de NO en phase homogène gazeuse
V.4.2.b. Production et réduction de NO en phase hétérogène
V.4.3. Impact de la température sur les émissions de NO
V.5. CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE
NOMENCLATURE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
