Le DynTHERM TGA est l’instrument idĂ©al pour l’analyse thermogravimĂ©trique haute tempĂ©rature et haute pression.
Le DynTHERM TGA est un instrument gravimĂ©trique avancĂ© caractĂ©risĂ© par la « Balance Ă suspension magnĂ©tique » brevetĂ©e°* qui permet de mesurer des changements de poids des matĂ©riaux sous haute pression, en prĂ©sence dâune variĂ©tĂ© de gaz, de vapeurs ou de condensations, de tempĂ©rature ambiante Ă 1700 °C. Un choix flexible dâinjection de gaz et de vapeurs, et des dispositifs de mĂ©lange, offrent un contrĂŽle prĂ©cis de la composition et de la pression de lâatmosphĂšre de la rĂ©action. Conçu et construit sur la base de plus de 20 ans dâexpĂ©rience sur le terrain, confirmĂ©e par des centaines de clients, la sĂ©rie DynTHERM TGA de Rubotherm offre la plus vaste plage de tempĂ©ratures et de pressions disponibles de tous les analyseurs gravimĂ©trique haute pression et reprĂ©sente lâĂ©talon industriel pour lâanalyse pertinente dâapplication.
* Brevet allemand no. 10 2009 009 204.8
Caractéristiques et avantages :
- Le pesage sans contact avec lâĂ©chantillon favorise la sĂ©paration hermĂ©tique entre la cellule Ă©chantillon et la balance, Ă©liminant le risque de dommage de la balance causĂ© par les rĂ©actions gazeuses, la pression ou la tempĂ©rature Ă lâintĂ©rieur de la cellule Ă©chantillon
- La cellule rĂ©acteur mĂ©talliquement scellĂ©e permet des mesures en rĂ©actions gazeuses corrosives, explosives ou toxiques, jusqu’Ă des tempĂ©ratures Ă©levĂ©es et du vide jusquâaux hautes pressions
- Lâunique dĂ©couplage automatique de lâĂ©chantillon permet de tarer la balance durant les expĂ©riences et offre une stabilitĂ© Ă long terme de la rĂ©fĂ©rence pour des mesures les plus prĂ©cises, sans lâĂ©talonnage manuel de la balance requis par les dispositifs de la concurrence
- Toute la cellule Ă©chantillon baignĂ©e par le gaz rĂ©actionnel peut ĂȘtre chauffĂ©e, empĂȘchant la condensation des vapeurs du gaz rĂ©actionnel telle que de la vapeur dâeau, de CO2, dâammoniaque, etc., mĂȘme pression ou Ă humiditĂ© Ă©levĂ©e
- Dosage sophistiquĂ© en gaz et vapeur, en mĂ©lange et systĂšmes de contrĂŽle de la pression pour un contrĂŽle prĂ©cis de lâatmosphĂšre rĂ©actionnelle avec Ă©chantillonnage du gaz intĂ©grĂ© pour lâanalyse des gaz Ă©mis
Dans le tableau ci-dessous sont résumées les caractéristiques principales de 8 modÚles de la série DynTHERM TGA de Rubotherm équipés de balance à suspension magnétique.
Le fonctionnement sous vide est disponible pour tous les modĂšles. Les systĂšmes de dosage de gaz sont Ă©quipĂ©s de deux lignes de gaz â chacune avec un MFC distinct â en standard. En option, dâautres conduites de gaz peuvent ĂȘtre ajoutĂ©es au systĂšme de dosage.
Une particularitĂ©, optionnelle, des modĂšles DynTHERM TGA, est la possibilitĂ© d’avoir une circulation forcĂ©e de l’atmosphĂšre de rĂ©action Ă travers le lit fixe de l’Ă©chantillon. Ceci sâavĂšre ĂȘtre une option trĂšs utile pour la recherche de catalyseur, puisque le rĂ©el fonctionnement de lâĂ©chantillon de catalyse peut ĂȘtre rĂ©alisĂ© dans le DynTHERM.
Model |
Max. Sample Temperature | Maximum Pressure | Weighing Resolution | Weighing Range / Sample Mass | Reaction Atmosphere |
---|---|---|---|---|---|
1100-1 , LP-G | 1100°C | 1 bar | 10 ”g | 20 g / 25 g | Pure Gas & Gas Blends (of up to 5 gases) |
1700-1 , LP-G | 1700°C | 1 bar | 10 ”g | 20 g / 25 g | Pure Gas & Gas Blends (of up to 5 gases) |
1100-50 , HP-G 1100-50 , HP-G+V |
1100°C | 50 bar* | 10 ”g | 20 g / 25 g | Pure Gas & Gas Blends (of up to 5 gases) Pure Gas & Gas Blends & Gas and steam Blends (of up to 5 gases and 1 steam) |
1500-50 , HP-G 1500-50 , HP-G+V |
1500°C | 50 bar* | 10 ”g | 20 g / 25 g | Pure Gas & Gas Blends (of up to 5 gases) Pure Gas & Gas Blends & Gas and steam Blends (of up to 5 gases and 1 steam) |
*Maximum pressure is temperature dependent
Veuillez consulter votre représentant des ventes techniques TA pour de plus amples informations sur les instruments de la série DynTHERM TGA de Rubotherm.
Balance à suspension magnétique
Unique technologie de balance à suspension magnétique
Au cĆur de chaque sĂ©rie dâinstruments de Rubotherm se trouve la balance Ă suspension magnĂ©tique (MSB) brevetĂ©e, qui pĂšse lâĂ©chantillon dans une cellule rĂ©acteur fermĂ©e avec une microbalance externe. Ceci est rĂ©alisĂ© au moyen dâun accouplement de suspension magnĂ©tique qui transmet la force de poids Ă travers la paroi de la cellule.
Dans cette conception, un aimant permanent Ă suspension est fixĂ© au sommet dâune tige de suspension interne supĂ©rieure. Une tige de suspension interne infĂ©rieure est reliĂ©e Ă un creuset retenant le matĂ©riel Ă©chantillon. Un mĂ©canisme de couplage de charge est placĂ© entre les tiges de suspension supĂ©rieure et infĂ©rieure. Les tiges, supĂ©rieure et infĂ©rieure, et le creuset de lâĂ©chantillon sont enfermĂ©s dans la cellule Ă©chantillon.
Un Ă©lectro-aimant externe est contrĂŽlĂ© afin dâattirer lâaimant permanent interne. Ceci Ă©lĂšve lâaimant de suspension interne et engage le couplage de charge qui, en consĂ©quence, soulĂšve le creuset de lâĂ©chantillon. Le contrĂŽle de lâĂ©lectro-aimant continue dâappliquer la force dâattraction jusqu’Ă ce que le systĂšme atteigne une hauteur de point de mesure constant.
Le poids de lâĂ©chantillon dans la cellule est dĂ©terminĂ© par la microbalance externe, Ă laquelle est connectĂ© lâĂ©lectro-aimant, avec haute prĂ©cision et rĂ©solution.
CaractĂ©ristique de dĂ©couplage automatique de lâĂ©chantillon (ASD)
CaractĂ©ristique de dĂ©couplage automatique de lâĂ©chantillon (ASD)
Au dĂ©but de toute expĂ©rience de gravimĂ©trie, la balance est automatiquement tarĂ©e et calibrĂ©e pour mettre en place un « point zĂ©ro » pour la mesure du poids. Ce point zĂ©ro est la valeur utilisĂ©e pour toutes les mesures ultĂ©rieures. Cependant, comme les temps expĂ©rimentaux peuvent varier dâheures Ă semaines, la possibilitĂ© de mesurer avec prĂ©cision de petites variations de poids sur des temps Ă©tendues peut ĂȘtre rĂ©duite par la dĂ©rive du point zĂ©ro. La dĂ©rive est gĂ©nĂ©ralement due Ă des facteurs externes tels que les fluctuations de tempĂ©rature du laboratoire et de pression dâair ou dâhumiditĂ©.
Les tentatives pour amĂ©liorer la prĂ©cision du signal consistent traditionnellement Ă effectuer des mesures de rĂ©fĂ©rence du creuset vide pour les soustraire aux mesures des Ă©chantillons. Cette mĂ©thode n’est pas idĂ©ale, car elle double les temps expĂ©rimentaux et est intrinsĂšquement erronĂ©e, car deux expĂ©riences ne sont jamais exactement identiques. Seul le DynTHERM TGA de TA, avec sa technologie MSB brevetĂ©e, offre la particularitĂ© de dĂ©couplage automatique de lâĂ©chantillon (ASD) pour les corrections de dĂ©rive en temps rĂ©el, augmentant lâexactitude du poids Ă un niveau inĂ©galĂ©, en particulier pour les mesures Ă long terme.
Comment fonctionne lâASDÂ :
Comme le montre la figure ci-dessus, le concept MSB inclut une tige de couplage de charge. Lorsque lâĂ©lectro-aimant est excitĂ©, il attire l’aimant permanent qui est reliĂ© Ă la tige supĂ©rieure. La tige supĂ©rieure se soulĂšve, provoque lâaccouplement et soulĂšve le creuset au point de mesure pour y effectuer la mesure du poids. Ă tout moment pendant lâexpĂ©rience, lâaimant permanent Ă suspension peut ĂȘtre dĂ©placĂ© vers le bas pour dĂ©coupler le creuset de lâĂ©chantillon. Au cours de ce mouvement vers le bas, la tige de couplage de charge est placĂ©e au repos sur un support. Lâaimant de suspension reste dans un Ă©tat flottant, transfĂ©rant uniquement son poids Ă la balance. En se dĂ©plaçant vers cette nouvelle position du point zĂ©ro correspondant Ă une balance non chargĂ©e, le tarage et le calibrage sont possibles lors des mesures, mĂȘme dans les conditions du processus (pression, tempĂ©rature) dans la cellule Ă©chantillon. Cet unique calibrage automatique de la balance contrĂŽlĂ© par logiciel durant les mesures est disponible uniquement sur lâanalyseur gravimĂ©trique commercial de TA Instruments.
Ăcoulement forcĂ© de gaz Ă travers des lits de matĂ©riau en vrac
Ăcoulement forcĂ© de gaz Ă travers des lits de matĂ©riau en vrac
Le DynTHERM TGA dispose d’une option unique d’Ă©coulement forcĂ© de gaz pour les applications qui nĂ©cessitent un flux forcĂ© de gaz de rĂ©action Ă travers le lit de matĂ©riau Ă©chantillon. Cette fonctionnalitĂ©, qui permet dâimiter les conditions de traitement rĂ©elles dâun matĂ©riau dans un rĂ©acteur de vrac, est illustrĂ©e dans le schĂ©ma ci-dessus.
Pour les mesures du dĂ©bit de gaz forcĂ©, lâĂ©chantillon est placĂ© dans un conteneur avec un fond de type « tamis » et un couvercle Ă bord dotĂ© dâune ouverture au centre. Lorsque la balance est en position de point zĂ©ro, le bord du conteneur de lâĂ©chantillon repose sur le dessus dâun support libre de dĂ©rivation. Le conteneur de lâĂ©chantillon est dĂ©connectĂ© de la balance et le gaz de rĂ©action est forcĂ© Ă s’Ă©couler dans le rĂ©cipient Ă partir de l’ouverture Ă son sommet, en passant Ă travers l’Ă©chantillon pour finalement sortir Ă travers le fond en forme de « tamis ».
L’Ă©chantillon est pesĂ© sur des intervalles de temps spĂ©cifiĂ©s en Ă©levant la MSB en position de mesure, ce qui provoque le soulĂšvement du conteneur de lâĂ©chantillon des supports. Lorsque la mesure du poids est terminĂ©e, le conteneur de lâĂ©chantillon est ramenĂ© en position de repos pour dĂ©marrer Ă nouveau le processus.
RĂ©acteurs environnementaux
RĂ©acteurs environnementaux
Les instruments DynTHERM TGA sont équipés avec des cellules échantillons haute ou basse pression avec des radiateurs électriques pour un contrÎle précis de la température dans toutes les conditions de pression et de débit de gaz.
Conception de réacteur à paroi froide
Lâinstallation de l’appareil de chauffage Ă©lectrique dans un rĂ©cipient sous pression – la configuration rĂ©acteur Ă paroi froide – permet l’utilisation de matĂ©riaux cĂ©ramiques rĂ©sistants Ă la corrosion dans la zone Ă haute tempĂ©rature. Les appareils de chauffage Ă paroi froide peuvent ĂȘtre appliquĂ©s en utilisant des atmosphĂšres de rĂ©action trĂšs corrosives dans une plage de tempĂ©rature allant jusqu’Ă 1500 °C* et Ă des pressions allant jusqu’Ă 50 bars*.
Conception de réacteur à paroi chaude
Les rĂ©acteurs Ă paroi chaude sont des cellules Ă©chantillons rĂ©alisĂ©es en cĂ©ramiques ou des alliages de mĂ©taux spĂ©ciaux, rĂ©sistant Ă la corrosion et Ă la tempĂ©rature. La tempĂ©rature de lâĂ©chantillon dans le rĂ©acteur est contrĂŽlĂ©e par un appareil de chauffage Ă©lectrique externe qui chauffe lâĂ©chantillon Ă travers la paroi. Les rĂ©acteurs de paroi chaude fournissent surtout de grandes zones Ă tempĂ©rature constante pour les mesures de tempĂ©rature allant jusqu’Ă 1700 °C *.
Régulation de température
La tempĂ©rature de lâĂ©chantillon est mesurĂ©e par un thermocouple directement adjacent Ă lâĂ©chantillon Ă lâintĂ©rieur du gaz rĂ©actionnel. La tempĂ©rature du four et les tempĂ©ratures dans dâautres parties du rĂ©acteur sont mesurĂ©es avec des thermocouples supplĂ©mentaires. Un contrĂŽleur rapide de tempĂ©rature PID effectue le contrĂŽle prĂ©cis de la tempĂ©rature de lâĂ©chantillon dans toutes les conditions dâexploitation.
* Les spécifications dépendent du modÚle
SystĂšmes de dosage gaz et vapeur
SystÚmes de contrÎle du dosage, mélange et pression gaz et vapeur
La prĂ©cision des mesures dâATG repose sur un contrĂŽle prĂ©cis de la pression et de la composition de l’atmosphĂšre de rĂ©action. Le DynTHERM TGA dispose de systĂšmes sophistiquĂ©s de dosage de gaz, de vapeur et de mĂ©lange, avec des contrĂŽleurs de pression qui garantissent la meilleure qualitĂ© des donnĂ©es tout en offrant la flexibilitĂ© nĂ©cessaire pour rĂ©pondre Ă la plus vaste gamme d’applications. Ces systĂšmes fournissent un flux continu de gaz de rĂ©action pur, d’un mĂ©lange de gaz ou d’un mĂ©lange de gaz et de vapeur ayant une composition contrĂŽlĂ©e dans la cellule rĂ©acteur d’Ă©chantillon du TGA. Un dispositif de contrĂŽle de contre-pression dynamique du flux de sortie maintient la pression avec la plus grande stabilitĂ© et prĂ©cision possible.
Chaque systĂšme de dosage comprend deux contrĂŽleurs de dĂ©bit massique (MFC 1, MFC 2) pour le dosage de gaz pur ou de mĂ©langes gazeux et dosage dans le rĂ©acteur TGA, un capteur de pression prĂ©cis (P), un contrĂŽleur PID, une valve de contrĂŽle de pression (PCV) dans le flux de gaz Ă la sortie du rĂ©acteur, et un raccord pour lâĂ©chantillonnage de gaz pour lâanalyse des gaz Ă©mis (EGA). Des lignes de gaz supplĂ©mentaires avec contrĂŽleurs de dĂ©bit massique sont facultatifs.
Les systĂšmes de dosage de gaz et de vapeur sont en outre Ă©quipĂ©s d’un gĂ©nĂ©rateur de vapeur constituĂ© d’une pompe de contrĂŽle de l’Ă©coulement et de compression liquide (LFC) pour le dosage d’un Ă©coulement contrĂŽlĂ© de liquide dans un vaporiseur dans lequel la vapeur est gĂ©nĂ©rĂ©e. La vapeur est ensuite mĂ©langĂ©e avec le flux de gaz provenant de la MFC et sâĂ©coule dans le rĂ©acteur TGA Ă travers des lignes de transfert chauffĂ©es.
Pyrolyse et gazéification
Pyrolyse et gazéification
Charbon, biomasse, dĂ©chets et autres matiĂšres organiques sont gazĂ©ifiĂ©s pour utilisation de lâĂ©nergie ou comme matiĂšre premiĂšre alternative. Ces processus peuvent ĂȘtre mesurĂ©s dans des conditions dâapplication pertinentes dans les instruments DynTHERM TGA haute pression configurĂ©s avec dosage de la vapeur et de gaz. La premiĂšre Ă©tape dans un processus de gazĂ©ification est la pyrolyse de la matiĂšre premiĂšre, durant laquelle, alors que le matĂ©riau organique est chauffĂ© dans une atmosphĂšre inerte (par exemple. N2  ou Ar), les composants volatils (eau, hydrocarbures, goudron) sont Ă©vaporĂ©s et le charbon est gĂ©nĂ©rĂ©. La gazĂ©ification de ce charbon riche en carbone comme deuxiĂšme Ă©tape de la rĂ©action nĂ©cessite un agent de gazĂ©ification, typiquement de la vapeur. La vapeur surchauffĂ©e et le carbone produisent des gaz selon la rĂ©action principale suivante :
H2O + C â CO + H2
En parallĂšle, dâautres gaz sont produits Ă partir des conversions et des rĂ©actions secondaires :
mC + nH â CmHn | CO + H2O â H2 + CO2 | CO + 3H2 â CH4 + H2O
Comme les paramĂštres cinĂ©tiques de rĂ©action du processus dĂ©pendent des conditions de la rĂ©action et de la matiĂšre premiĂšre, la composition et la pression des gaz gĂ©nĂ©rĂ©s peuvent varier. Les instruments DynTHERM TGA permettent lâoptimisation des conditions pour une matiĂšre premiĂšre donnĂ©e. En outre, ils peuvent ĂȘtre Ă©quipĂ©s dâun spectromĂštre de masse pour lâanalyse des gaz Ă©mis. Dans le premier diagramme ci-dessous, est prĂ©sentĂ©e la cinĂ©tique d’un procĂ©dĂ© de pyrolyse et de gazĂ©ification de charbon Ă 900 °C et Ă 10 bars. Sur le dernier diagramme, la pyrolyse et la gazĂ©ification dâune biomasse (cosse de riz) sont comparĂ©es Ă 7 bars et 10 bars. Dans les deux expĂ©riences, la pyrolyse a lieu au dĂ©but lors du chauffage de l’Ă©chantillon dans un gaz inerte. AprĂšs la pyrolyse, la gazĂ©ification commence lorsque la vapeur est injectĂ©e et entraĂźne le changement de masse principal des Ă©chantillons.
Catalyseur et cokéfaction
Catalyseur et cokéfaction
La dĂ©sactivation du catalyseur due Ă la cokĂ©faction est un problĂšme technologique et Ă©conomique inĂ©vitable dans le raffinage du pĂ©trole et dans l’industrie pĂ©trochimique. La cokĂ©faction se produit lorsque le flux des gaz riches en hydrocarbures rĂ©agit avec le catalyseur, et quâun dĂ©pĂŽt de carbone solide sâaccumule sur la surface du catalyseur. Ces dĂ©pĂŽts carbonĂ©s peuvent rapidement et facilement atteindre un niveau auquel ils perturbent le processus. Par exemple, ils peuvent crĂ©er des problĂšmes de chute de pression ou bloquer les sites catalytiques. Les mĂ©thodes pour prĂ©venir ou retarder la dĂ©sactivation du catalyseur incluent la modification de la composition de surface du catalyseur et/ou une modification de lâenvironnement de la rĂ©action (pression, tempĂ©rature et la composition des gaz dâalimentation). AprĂšs la dĂ©sactivation, une rĂ©gĂ©nĂ©ration alternative par combustion des rĂ©sidus de carbone peut ĂȘtre Ă©tudiĂ©e.
Lâoptimisation des processus de dĂ©sintĂ©gration et/ou de rĂ©gĂ©nĂ©ration du catalyseur est un problĂšme dâingĂ©nierie qui exige une connaissance de la cinĂ©tique de dĂ©sactivation du catalyseur. Les instruments DynTHERM TGA permettent dâĂ©tudier le poids du catalyseur et le dĂ©veloppement de la cokĂ©faction dans des conditions dâexploitation de raffinage rĂ©alistes.
Le diagramme suivant montre un exemple de lâaccumulation de coke sur un matĂ©riau catalytique Ă 20 bars et 650 °C dans une atmosphĂšre rĂ©active de CH4 et de vapeur. La pression partielle de vapeur est rĂ©duite progressivement, ce qui conduit Ă lâaugmentation de la masse de la matiĂšre du catalyseur en raison de la formation de coke. Le taux de dĂ©pĂŽt spĂ©cifique de coke maximal calculĂ© Ă partir de la courbe bleue sur la figure, en milligrammes par gramme de catalyseur par seconde, est de 0,32 mg.g-1.s-1.
Dans la figure plus bas, le dĂ©marrage de la cokĂ©faction sur un catalyseur commercial Ă 700 °C et 20 bars est mesurĂ©e dans un mĂ©lange vapeur/CH4 Ă un dĂ©bit de 70 ml/min. Une augmentation du taux de cokĂ©faction a Ă©tĂ© observĂ©e lorsque la vitesse dâĂ©coulement du CH4 a Ă©tĂ© augmentĂ©e Ă 73 ml/min avec un dĂ©bit de vapeur constant.
Corrosion et oxydation
Corrosion et oxydation
Une meilleure rĂ©sistance Ă la corrosion des matĂ©riaux est la clĂ© pour amĂ©liorer lâefficacitĂ© de nombreux procĂ©dĂ©s techniques. Par exemple, lâefficacitĂ© du gaz ou des turbines Ă vapeur et des moteurs Ă rĂ©action est directement liĂ©e Ă leur capacitĂ© Ă rĂ©sister Ă la corrosion Ă la tempĂ©rature dâexercice maximale.
Les instruments DynTHERM TGA offrent des rĂ©acteurs rĂ©sistant Ă la corrosion pouvant mesurer des matĂ©riaux dans des atmosphĂšres corrosives Ă haute tempĂ©rature. Pour de nombreux matĂ©riaux, lâinstrument peut accueillir de gros Ă©chantillons (en masse et volume), ce qui est avantageux, car le changement de masse causĂ© par la corrosion qui en rĂ©sulte tend Ă ĂȘtre trĂšs faible. En outre, la corrosion Ă haute tempĂ©rature est gĂ©nĂ©ralement un processus lent. La capacitĂ© de la MSB brevetĂ©e Ă tarer et Ă©talonner la balance pendant la mesure permet des Ă©tudes de corrosion Ă long terme plus prĂ©cises.
Le diagramme ci-dessous montre une Ă©tude Ă long terme sur lâaugmentation de la masse dâun Ă©chantillon de diamant sur un alliage de titane. Le gain de poids est provoquĂ© par l’oxydation de l’Ă©chantillon dans de l’oxygĂšne pur Ă 600 °C. Le changement de masse total ici est d’environ 140 Όg sur 6 jours.
Dans le diagramme ci-dessous, est prĂ©sentĂ© le gain de poids d’un alliage C-276 InconelÂź* haute performance dans l’air Ă 1 000 °C et Ă deux pressions diffĂ©rentes de 2 et 80 bars. Les Ă©chantillons dâalliage avaient une masse initiale de 89 mg et une superficie de 0,47 cm2. Les augmentations de poids observĂ©es sont le rĂ©sultat de l’oxydation de la surface de l’alliage mĂ©tallique. Le taux de corrosion est 5 fois plus Ă©levĂ© Ă haute pression. La variation de poids Ă pression Ă©levĂ©e semble approcher la saturation qui indique la formation d’une couche oxydĂ©e stable. Le gain de poids oxydatif spĂ©cifique Ă la surface aprĂšs 6 heures Ă©tait de 610 Όg/cm2 Ă 2 bars et de 3 080ÎŒg/cm2 Ă 80 bars.
Boucle chimique
Boucle chimique
La combustion de combustibles fossiles dans lâoxygĂšne presque pur, plutĂŽt que dans lâair, offre la possibilitĂ© de simplifier la capture du dioxyde de carbone dans les applications pour centrales Ă©lectriques. Des systĂšmes en boucle chimiques fournissent lâoxygĂšne Ă lâintĂ©rieur du processus, Ă©liminant les coĂ»ts d’investissement et d’exploitation importants associĂ©s Ă la production dâoxygĂšne de prĂ©combustion. La combustion en boucle chimique (CLC) est considĂ©rĂ©e comme une technologie de transformation susceptible d’atteindre les objectifs de coĂ»t et de performance du programme de rĂ©duction du CO2 dans la production d’Ă©lectricitĂ© Ă partir de combustibles fossiles.
Dans les systĂšmes de CLC, lâoxygĂšne est introduit par cycles dâoxydo-rĂ©duction dâun matĂ©riau transporteur dâoxygĂšne. Le transporteur d’oxygĂšne est habituellement un solide ou un composĂ© Ă base de mĂ©tal. Dans un processus classique de CLC, la combustion est divisĂ©e en rĂ©acteurs sĂ©parĂ©s de rĂ©duction et dâoxydation comme le montre le schĂ©ma ci-dessous. L’oxyde mĂ©tallique fournit de l’oxygĂšne pour la combustion et est rĂ©duit par le combustible dans le rĂ©acteur Ă combustible qui fonctionne Ă tempĂ©rature Ă©levĂ©e.
Cette rĂ©action peut ĂȘtre exothermique ou endothermique, en fonction du combustible et du porteur d’oxygĂšne. Le produit de combustion du rĂ©acteur Ă combustible est une vapeur hautement concentrĂ©e en CO2  et H2O qui peut ĂȘtre purifiĂ©e, comprimĂ©e et envoyĂ©e pour stockage pour une utilisation ultĂ©rieure. Le porteur dâoxygĂšne rĂ©duit est alors envoyĂ© dans le rĂ©acteur Ă air, Ă©galement exploitĂ© Ă tempĂ©rature Ă©levĂ©e, oĂč il est rĂ©gĂ©nĂ©rĂ© dans sa forme oxydĂ©e. Le rĂ©acteur Ă air produit un courant d’air chaud, qui est utilisĂ© pour produire de la vapeur pour entraĂźner une turbine de production d’Ă©nergie. Le transporteur dâoxygĂšne est ensuite renvoyĂ© vers le rĂ©acteur du combustible, redĂ©marrant le cycle de rĂ©duction-oxydation.
Les efforts actuels en R&D sur la CLC portent sur lâĂ©laboration de matĂ©riel de transport dâoxygĂšne ayant une capacitĂ© en oxygĂšne et une durabilitĂ© suffisantes pour rĂ©sister aux environnements difficiles de CLC. Les instruments DynTHERM TGA permettent de mesurer le poids des matĂ©riaux porteurs d’oxygĂšne dans des conditions de fonctionnement rĂ©alistes, incluant le cyclage des matĂ©riaux de nombreuses fois par cycles d’oxydation et de rĂ©duction Ă hautes tempĂ©ratures et pressions, alternant gaz oxydant et rĂ©ducteur (inflammables) et/ou vapeur.
Le diagramme ci-dessous montre le rĂ©sultat du cyclage d’un matĂ©riau porteur d’oxygĂšne Ă 10 bars et 800 °C. Le matĂ©riau est rĂ©duit en H2 humidifiĂ© et oxydĂ© Ă lâair sec. Les changements de poids enregistrĂ©s dans les cycles d’oxydorĂ©duction sont relativement constants et reprĂ©sentent environ 9 % du poids de l’Ă©chantillon de dĂ©part.
- Description
-
Le DynTHERM TGA est un instrument gravimĂ©trique avancĂ© caractĂ©risĂ© par la « Balance Ă suspension magnĂ©tique » brevetĂ©e°* qui permet de mesurer des changements de poids des matĂ©riaux sous haute pression, en prĂ©sence dâune variĂ©tĂ© de gaz, de vapeurs ou de condensations, de tempĂ©rature ambiante Ă 1700 °C. Un choix flexible dâinjection de gaz et de vapeurs, et des dispositifs de mĂ©lange, offrent un contrĂŽle prĂ©cis de la composition et de la pression de lâatmosphĂšre de la rĂ©action. Conçu et construit sur la base de plus de 20 ans dâexpĂ©rience sur le terrain, confirmĂ©e par des centaines de clients, la sĂ©rie DynTHERM TGA de Rubotherm offre la plus vaste plage de tempĂ©ratures et de pressions disponibles de tous les analyseurs gravimĂ©trique haute pression et reprĂ©sente lâĂ©talon industriel pour lâanalyse pertinente dâapplication.
* Brevet allemand no. 10 2009 009 204.8
- Fonctionnalités
-
Caractéristiques et avantages :
- Le pesage sans contact avec lâĂ©chantillon favorise la sĂ©paration hermĂ©tique entre la cellule Ă©chantillon et la balance, Ă©liminant le risque de dommage de la balance causĂ© par les rĂ©actions gazeuses, la pression ou la tempĂ©rature Ă lâintĂ©rieur de la cellule Ă©chantillon
- La cellule rĂ©acteur mĂ©talliquement scellĂ©e permet des mesures en rĂ©actions gazeuses corrosives, explosives ou toxiques, jusqu’Ă des tempĂ©ratures Ă©levĂ©es et du vide jusquâaux hautes pressions
- Lâunique dĂ©couplage automatique de lâĂ©chantillon permet de tarer la balance durant les expĂ©riences et offre une stabilitĂ© Ă long terme de la rĂ©fĂ©rence pour des mesures les plus prĂ©cises, sans lâĂ©talonnage manuel de la balance requis par les dispositifs de la concurrence
- Toute la cellule Ă©chantillon baignĂ©e par le gaz rĂ©actionnel peut ĂȘtre chauffĂ©e, empĂȘchant la condensation des vapeurs du gaz rĂ©actionnel telle que de la vapeur dâeau, de CO2, dâammoniaque, etc., mĂȘme pression ou Ă humiditĂ© Ă©levĂ©e
- Dosage sophistiquĂ© en gaz et vapeur, en mĂ©lange et systĂšmes de contrĂŽle de la pression pour un contrĂŽle prĂ©cis de lâatmosphĂšre rĂ©actionnelle avec Ă©chantillonnage du gaz intĂ©grĂ© pour lâanalyse des gaz Ă©mis
- Spécifications
-
Dans le tableau ci-dessous sont résumées les caractéristiques principales de 8 modÚles de la série DynTHERM TGA de Rubotherm équipés de balance à suspension magnétique.
Le fonctionnement sous vide est disponible pour tous les modĂšles. Les systĂšmes de dosage de gaz sont Ă©quipĂ©s de deux lignes de gaz â chacune avec un MFC distinct â en standard. En option, dâautres conduites de gaz peuvent ĂȘtre ajoutĂ©es au systĂšme de dosage.
Une particularitĂ©, optionnelle, des modĂšles DynTHERM TGA, est la possibilitĂ© d’avoir une circulation forcĂ©e de l’atmosphĂšre de rĂ©action Ă travers le lit fixe de l’Ă©chantillon. Ceci sâavĂšre ĂȘtre une option trĂšs utile pour la recherche de catalyseur, puisque le rĂ©el fonctionnement de lâĂ©chantillon de catalyse peut ĂȘtre rĂ©alisĂ© dans le DynTHERM.
Model
Max. Sample Temperature Maximum Pressure Weighing Resolution Weighing Range / Sample Mass Reaction Atmosphere 1100-1 , LP-G 1100°C 1 bar 10 ”g 20 g / 25 g Pure Gas & Gas Blends (of up to 5 gases) 1700-1 , LP-G 1700°C 1 bar 10 ”g 20 g / 25 g Pure Gas & Gas Blends (of up to 5 gases) 1100-50 , HP-G
1100-50 , HP-G+V1100°C 50 bar* 10 ”g 20 g / 25 g Pure Gas & Gas Blends (of up to 5 gases)
Pure Gas & Gas Blends & Gas and steam Blends (of up to 5 gases and 1 steam)1500-50 , HP-G
1500-50 , HP-G+V1500°C 50 bar* 10 ”g 20 g / 25 g Pure Gas & Gas Blends (of up to 5 gases)
Pure Gas & Gas Blends & Gas and steam Blends (of up to 5 gases and 1 steam)*Maximum pressure is temperature dependent
Veuillez consulter votre représentant des ventes techniques TA pour de plus amples informations sur les instruments de la série DynTHERM TGA de Rubotherm.
- Technologie
-
Balance à suspension magnétique
Unique technologie de balance à suspension magnétique
Au cĆur de chaque sĂ©rie dâinstruments de Rubotherm se trouve la balance Ă suspension magnĂ©tique (MSB) brevetĂ©e, qui pĂšse lâĂ©chantillon dans une cellule rĂ©acteur fermĂ©e avec une microbalance externe. Ceci est rĂ©alisĂ© au moyen dâun accouplement de suspension magnĂ©tique qui transmet la force de poids Ă travers la paroi de la cellule.
Dans cette conception, un aimant permanent Ă suspension est fixĂ© au sommet dâune tige de suspension interne supĂ©rieure. Une tige de suspension interne infĂ©rieure est reliĂ©e Ă un creuset retenant le matĂ©riel Ă©chantillon. Un mĂ©canisme de couplage de charge est placĂ© entre les tiges de suspension supĂ©rieure et infĂ©rieure. Les tiges, supĂ©rieure et infĂ©rieure, et le creuset de lâĂ©chantillon sont enfermĂ©s dans la cellule Ă©chantillon.
Un Ă©lectro-aimant externe est contrĂŽlĂ© afin dâattirer lâaimant permanent interne. Ceci Ă©lĂšve lâaimant de suspension interne et engage le couplage de charge qui, en consĂ©quence, soulĂšve le creuset de lâĂ©chantillon. Le contrĂŽle de lâĂ©lectro-aimant continue dâappliquer la force dâattraction jusqu’Ă ce que le systĂšme atteigne une hauteur de point de mesure constant.
Le poids de lâĂ©chantillon dans la cellule est dĂ©terminĂ© par la microbalance externe, Ă laquelle est connectĂ© lâĂ©lectro-aimant, avec haute prĂ©cision et rĂ©solution.
CaractĂ©ristique de dĂ©couplage automatique de lâĂ©chantillon (ASD)
CaractĂ©ristique de dĂ©couplage automatique de lâĂ©chantillon (ASD)
Au dĂ©but de toute expĂ©rience de gravimĂ©trie, la balance est automatiquement tarĂ©e et calibrĂ©e pour mettre en place un « point zĂ©ro » pour la mesure du poids. Ce point zĂ©ro est la valeur utilisĂ©e pour toutes les mesures ultĂ©rieures. Cependant, comme les temps expĂ©rimentaux peuvent varier dâheures Ă semaines, la possibilitĂ© de mesurer avec prĂ©cision de petites variations de poids sur des temps Ă©tendues peut ĂȘtre rĂ©duite par la dĂ©rive du point zĂ©ro. La dĂ©rive est gĂ©nĂ©ralement due Ă des facteurs externes tels que les fluctuations de tempĂ©rature du laboratoire et de pression dâair ou dâhumiditĂ©.
Les tentatives pour amĂ©liorer la prĂ©cision du signal consistent traditionnellement Ă effectuer des mesures de rĂ©fĂ©rence du creuset vide pour les soustraire aux mesures des Ă©chantillons. Cette mĂ©thode n’est pas idĂ©ale, car elle double les temps expĂ©rimentaux et est intrinsĂšquement erronĂ©e, car deux expĂ©riences ne sont jamais exactement identiques. Seul le DynTHERM TGA de TA, avec sa technologie MSB brevetĂ©e, offre la particularitĂ© de dĂ©couplage automatique de lâĂ©chantillon (ASD) pour les corrections de dĂ©rive en temps rĂ©el, augmentant lâexactitude du poids Ă un niveau inĂ©galĂ©, en particulier pour les mesures Ă long terme.
Comment fonctionne lâASDÂ :
Comme le montre la figure ci-dessus, le concept MSB inclut une tige de couplage de charge. Lorsque lâĂ©lectro-aimant est excitĂ©, il attire l’aimant permanent qui est reliĂ© Ă la tige supĂ©rieure. La tige supĂ©rieure se soulĂšve, provoque lâaccouplement et soulĂšve le creuset au point de mesure pour y effectuer la mesure du poids. Ă tout moment pendant lâexpĂ©rience, lâaimant permanent Ă suspension peut ĂȘtre dĂ©placĂ© vers le bas pour dĂ©coupler le creuset de lâĂ©chantillon. Au cours de ce mouvement vers le bas, la tige de couplage de charge est placĂ©e au repos sur un support. Lâaimant de suspension reste dans un Ă©tat flottant, transfĂ©rant uniquement son poids Ă la balance. En se dĂ©plaçant vers cette nouvelle position du point zĂ©ro correspondant Ă une balance non chargĂ©e, le tarage et le calibrage sont possibles lors des mesures, mĂȘme dans les conditions du processus (pression, tempĂ©rature) dans la cellule Ă©chantillon. Cet unique calibrage automatique de la balance contrĂŽlĂ© par logiciel durant les mesures est disponible uniquement sur lâanalyseur gravimĂ©trique commercial de TA Instruments.
Ăcoulement forcĂ© de gaz Ă travers des lits de matĂ©riau en vrac
Ăcoulement forcĂ© de gaz Ă travers des lits de matĂ©riau en vrac
Le DynTHERM TGA dispose d’une option unique d’Ă©coulement forcĂ© de gaz pour les applications qui nĂ©cessitent un flux forcĂ© de gaz de rĂ©action Ă travers le lit de matĂ©riau Ă©chantillon. Cette fonctionnalitĂ©, qui permet dâimiter les conditions de traitement rĂ©elles dâun matĂ©riau dans un rĂ©acteur de vrac, est illustrĂ©e dans le schĂ©ma ci-dessus.
Pour les mesures du dĂ©bit de gaz forcĂ©, lâĂ©chantillon est placĂ© dans un conteneur avec un fond de type « tamis » et un couvercle Ă bord dotĂ© dâune ouverture au centre. Lorsque la balance est en position de point zĂ©ro, le bord du conteneur de lâĂ©chantillon repose sur le dessus dâun support libre de dĂ©rivation. Le conteneur de lâĂ©chantillon est dĂ©connectĂ© de la balance et le gaz de rĂ©action est forcĂ© Ă s’Ă©couler dans le rĂ©cipient Ă partir de l’ouverture Ă son sommet, en passant Ă travers l’Ă©chantillon pour finalement sortir Ă travers le fond en forme de « tamis ».
L’Ă©chantillon est pesĂ© sur des intervalles de temps spĂ©cifiĂ©s en Ă©levant la MSB en position de mesure, ce qui provoque le soulĂšvement du conteneur de lâĂ©chantillon des supports. Lorsque la mesure du poids est terminĂ©e, le conteneur de lâĂ©chantillon est ramenĂ© en position de repos pour dĂ©marrer Ă nouveau le processus.
RĂ©acteurs environnementaux
RĂ©acteurs environnementaux
Les instruments DynTHERM TGA sont équipés avec des cellules échantillons haute ou basse pression avec des radiateurs électriques pour un contrÎle précis de la température dans toutes les conditions de pression et de débit de gaz.
Conception de réacteur à paroi froide
Lâinstallation de l’appareil de chauffage Ă©lectrique dans un rĂ©cipient sous pression – la configuration rĂ©acteur Ă paroi froide – permet l’utilisation de matĂ©riaux cĂ©ramiques rĂ©sistants Ă la corrosion dans la zone Ă haute tempĂ©rature. Les appareils de chauffage Ă paroi froide peuvent ĂȘtre appliquĂ©s en utilisant des atmosphĂšres de rĂ©action trĂšs corrosives dans une plage de tempĂ©rature allant jusqu’Ă 1500 °C* et Ă des pressions allant jusqu’Ă 50 bars*.
Conception de réacteur à paroi chaude
Les rĂ©acteurs Ă paroi chaude sont des cellules Ă©chantillons rĂ©alisĂ©es en cĂ©ramiques ou des alliages de mĂ©taux spĂ©ciaux, rĂ©sistant Ă la corrosion et Ă la tempĂ©rature. La tempĂ©rature de lâĂ©chantillon dans le rĂ©acteur est contrĂŽlĂ©e par un appareil de chauffage Ă©lectrique externe qui chauffe lâĂ©chantillon Ă travers la paroi. Les rĂ©acteurs de paroi chaude fournissent surtout de grandes zones Ă tempĂ©rature constante pour les mesures de tempĂ©rature allant jusqu’Ă 1700 °C *.
Régulation de température
La tempĂ©rature de lâĂ©chantillon est mesurĂ©e par un thermocouple directement adjacent Ă lâĂ©chantillon Ă lâintĂ©rieur du gaz rĂ©actionnel. La tempĂ©rature du four et les tempĂ©ratures dans dâautres parties du rĂ©acteur sont mesurĂ©es avec des thermocouples supplĂ©mentaires. Un contrĂŽleur rapide de tempĂ©rature PID effectue le contrĂŽle prĂ©cis de la tempĂ©rature de lâĂ©chantillon dans toutes les conditions dâexploitation.
* Les spécifications dépendent du modÚle
SystĂšmes de dosage gaz et vapeur
SystÚmes de contrÎle du dosage, mélange et pression gaz et vapeur
La prĂ©cision des mesures dâATG repose sur un contrĂŽle prĂ©cis de la pression et de la composition de l’atmosphĂšre de rĂ©action. Le DynTHERM TGA dispose de systĂšmes sophistiquĂ©s de dosage de gaz, de vapeur et de mĂ©lange, avec des contrĂŽleurs de pression qui garantissent la meilleure qualitĂ© des donnĂ©es tout en offrant la flexibilitĂ© nĂ©cessaire pour rĂ©pondre Ă la plus vaste gamme d’applications. Ces systĂšmes fournissent un flux continu de gaz de rĂ©action pur, d’un mĂ©lange de gaz ou d’un mĂ©lange de gaz et de vapeur ayant une composition contrĂŽlĂ©e dans la cellule rĂ©acteur d’Ă©chantillon du TGA. Un dispositif de contrĂŽle de contre-pression dynamique du flux de sortie maintient la pression avec la plus grande stabilitĂ© et prĂ©cision possible.
Chaque systĂšme de dosage comprend deux contrĂŽleurs de dĂ©bit massique (MFC 1, MFC 2) pour le dosage de gaz pur ou de mĂ©langes gazeux et dosage dans le rĂ©acteur TGA, un capteur de pression prĂ©cis (P), un contrĂŽleur PID, une valve de contrĂŽle de pression (PCV) dans le flux de gaz Ă la sortie du rĂ©acteur, et un raccord pour lâĂ©chantillonnage de gaz pour lâanalyse des gaz Ă©mis (EGA). Des lignes de gaz supplĂ©mentaires avec contrĂŽleurs de dĂ©bit massique sont facultatifs.
Les systĂšmes de dosage de gaz et de vapeur sont en outre Ă©quipĂ©s d’un gĂ©nĂ©rateur de vapeur constituĂ© d’une pompe de contrĂŽle de l’Ă©coulement et de compression liquide (LFC) pour le dosage d’un Ă©coulement contrĂŽlĂ© de liquide dans un vaporiseur dans lequel la vapeur est gĂ©nĂ©rĂ©e. La vapeur est ensuite mĂ©langĂ©e avec le flux de gaz provenant de la MFC et sâĂ©coule dans le rĂ©acteur TGA Ă travers des lignes de transfert chauffĂ©es.
- Applications
-
Pyrolyse et gazéification
Pyrolyse et gazéification
Charbon, biomasse, dĂ©chets et autres matiĂšres organiques sont gazĂ©ifiĂ©s pour utilisation de lâĂ©nergie ou comme matiĂšre premiĂšre alternative. Ces processus peuvent ĂȘtre mesurĂ©s dans des conditions dâapplication pertinentes dans les instruments DynTHERM TGA haute pression configurĂ©s avec dosage de la vapeur et de gaz. La premiĂšre Ă©tape dans un processus de gazĂ©ification est la pyrolyse de la matiĂšre premiĂšre, durant laquelle, alors que le matĂ©riau organique est chauffĂ© dans une atmosphĂšre inerte (par exemple. N2  ou Ar), les composants volatils (eau, hydrocarbures, goudron) sont Ă©vaporĂ©s et le charbon est gĂ©nĂ©rĂ©. La gazĂ©ification de ce charbon riche en carbone comme deuxiĂšme Ă©tape de la rĂ©action nĂ©cessite un agent de gazĂ©ification, typiquement de la vapeur. La vapeur surchauffĂ©e et le carbone produisent des gaz selon la rĂ©action principale suivante :
H2O + C â CO + H2
En parallĂšle, dâautres gaz sont produits Ă partir des conversions et des rĂ©actions secondaires :
mC + nH â CmHn | CO + H2O â H2 + CO2 | CO + 3H2 â CH4 + H2O
Comme les paramĂštres cinĂ©tiques de rĂ©action du processus dĂ©pendent des conditions de la rĂ©action et de la matiĂšre premiĂšre, la composition et la pression des gaz gĂ©nĂ©rĂ©s peuvent varier. Les instruments DynTHERM TGA permettent lâoptimisation des conditions pour une matiĂšre premiĂšre donnĂ©e. En outre, ils peuvent ĂȘtre Ă©quipĂ©s dâun spectromĂštre de masse pour lâanalyse des gaz Ă©mis. Dans le premier diagramme ci-dessous, est prĂ©sentĂ©e la cinĂ©tique d’un procĂ©dĂ© de pyrolyse et de gazĂ©ification de charbon Ă 900 °C et Ă 10 bars. Sur le dernier diagramme, la pyrolyse et la gazĂ©ification dâune biomasse (cosse de riz) sont comparĂ©es Ă 7 bars et 10 bars. Dans les deux expĂ©riences, la pyrolyse a lieu au dĂ©but lors du chauffage de l’Ă©chantillon dans un gaz inerte. AprĂšs la pyrolyse, la gazĂ©ification commence lorsque la vapeur est injectĂ©e et entraĂźne le changement de masse principal des Ă©chantillons.
Catalyseur et cokéfaction
Catalyseur et cokéfaction
La dĂ©sactivation du catalyseur due Ă la cokĂ©faction est un problĂšme technologique et Ă©conomique inĂ©vitable dans le raffinage du pĂ©trole et dans l’industrie pĂ©trochimique. La cokĂ©faction se produit lorsque le flux des gaz riches en hydrocarbures rĂ©agit avec le catalyseur, et quâun dĂ©pĂŽt de carbone solide sâaccumule sur la surface du catalyseur. Ces dĂ©pĂŽts carbonĂ©s peuvent rapidement et facilement atteindre un niveau auquel ils perturbent le processus. Par exemple, ils peuvent crĂ©er des problĂšmes de chute de pression ou bloquer les sites catalytiques. Les mĂ©thodes pour prĂ©venir ou retarder la dĂ©sactivation du catalyseur incluent la modification de la composition de surface du catalyseur et/ou une modification de lâenvironnement de la rĂ©action (pression, tempĂ©rature et la composition des gaz dâalimentation). AprĂšs la dĂ©sactivation, une rĂ©gĂ©nĂ©ration alternative par combustion des rĂ©sidus de carbone peut ĂȘtre Ă©tudiĂ©e.
Lâoptimisation des processus de dĂ©sintĂ©gration et/ou de rĂ©gĂ©nĂ©ration du catalyseur est un problĂšme dâingĂ©nierie qui exige une connaissance de la cinĂ©tique de dĂ©sactivation du catalyseur. Les instruments DynTHERM TGA permettent dâĂ©tudier le poids du catalyseur et le dĂ©veloppement de la cokĂ©faction dans des conditions dâexploitation de raffinage rĂ©alistes.
Le diagramme suivant montre un exemple de lâaccumulation de coke sur un matĂ©riau catalytique Ă 20 bars et 650 °C dans une atmosphĂšre rĂ©active de CH4 et de vapeur. La pression partielle de vapeur est rĂ©duite progressivement, ce qui conduit Ă lâaugmentation de la masse de la matiĂšre du catalyseur en raison de la formation de coke. Le taux de dĂ©pĂŽt spĂ©cifique de coke maximal calculĂ© Ă partir de la courbe bleue sur la figure, en milligrammes par gramme de catalyseur par seconde, est de 0,32 mg.g-1.s-1.
Dans la figure plus bas, le dĂ©marrage de la cokĂ©faction sur un catalyseur commercial Ă 700 °C et 20 bars est mesurĂ©e dans un mĂ©lange vapeur/CH4 Ă un dĂ©bit de 70 ml/min. Une augmentation du taux de cokĂ©faction a Ă©tĂ© observĂ©e lorsque la vitesse dâĂ©coulement du CH4 a Ă©tĂ© augmentĂ©e Ă 73 ml/min avec un dĂ©bit de vapeur constant.
Corrosion et oxydation
Corrosion et oxydation
Une meilleure rĂ©sistance Ă la corrosion des matĂ©riaux est la clĂ© pour amĂ©liorer lâefficacitĂ© de nombreux procĂ©dĂ©s techniques. Par exemple, lâefficacitĂ© du gaz ou des turbines Ă vapeur et des moteurs Ă rĂ©action est directement liĂ©e Ă leur capacitĂ© Ă rĂ©sister Ă la corrosion Ă la tempĂ©rature dâexercice maximale.
Les instruments DynTHERM TGA offrent des rĂ©acteurs rĂ©sistant Ă la corrosion pouvant mesurer des matĂ©riaux dans des atmosphĂšres corrosives Ă haute tempĂ©rature. Pour de nombreux matĂ©riaux, lâinstrument peut accueillir de gros Ă©chantillons (en masse et volume), ce qui est avantageux, car le changement de masse causĂ© par la corrosion qui en rĂ©sulte tend Ă ĂȘtre trĂšs faible. En outre, la corrosion Ă haute tempĂ©rature est gĂ©nĂ©ralement un processus lent. La capacitĂ© de la MSB brevetĂ©e Ă tarer et Ă©talonner la balance pendant la mesure permet des Ă©tudes de corrosion Ă long terme plus prĂ©cises.
Le diagramme ci-dessous montre une Ă©tude Ă long terme sur lâaugmentation de la masse dâun Ă©chantillon de diamant sur un alliage de titane. Le gain de poids est provoquĂ© par l’oxydation de l’Ă©chantillon dans de l’oxygĂšne pur Ă 600 °C. Le changement de masse total ici est d’environ 140 Όg sur 6 jours.
Dans le diagramme ci-dessous, est prĂ©sentĂ© le gain de poids d’un alliage C-276 InconelÂź* haute performance dans l’air Ă 1 000 °C et Ă deux pressions diffĂ©rentes de 2 et 80 bars. Les Ă©chantillons dâalliage avaient une masse initiale de 89 mg et une superficie de 0,47 cm2. Les augmentations de poids observĂ©es sont le rĂ©sultat de l’oxydation de la surface de l’alliage mĂ©tallique. Le taux de corrosion est 5 fois plus Ă©levĂ© Ă haute pression. La variation de poids Ă pression Ă©levĂ©e semble approcher la saturation qui indique la formation d’une couche oxydĂ©e stable. Le gain de poids oxydatif spĂ©cifique Ă la surface aprĂšs 6 heures Ă©tait de 610 Όg/cm2 Ă 2 bars et de 3 080ÎŒg/cm2 Ă 80 bars.
Boucle chimique
Boucle chimique
La combustion de combustibles fossiles dans lâoxygĂšne presque pur, plutĂŽt que dans lâair, offre la possibilitĂ© de simplifier la capture du dioxyde de carbone dans les applications pour centrales Ă©lectriques. Des systĂšmes en boucle chimiques fournissent lâoxygĂšne Ă lâintĂ©rieur du processus, Ă©liminant les coĂ»ts d’investissement et d’exploitation importants associĂ©s Ă la production dâoxygĂšne de prĂ©combustion. La combustion en boucle chimique (CLC) est considĂ©rĂ©e comme une technologie de transformation susceptible d’atteindre les objectifs de coĂ»t et de performance du programme de rĂ©duction du CO2 dans la production d’Ă©lectricitĂ© Ă partir de combustibles fossiles.
Dans les systĂšmes de CLC, lâoxygĂšne est introduit par cycles dâoxydo-rĂ©duction dâun matĂ©riau transporteur dâoxygĂšne. Le transporteur d’oxygĂšne est habituellement un solide ou un composĂ© Ă base de mĂ©tal. Dans un processus classique de CLC, la combustion est divisĂ©e en rĂ©acteurs sĂ©parĂ©s de rĂ©duction et dâoxydation comme le montre le schĂ©ma ci-dessous. L’oxyde mĂ©tallique fournit de l’oxygĂšne pour la combustion et est rĂ©duit par le combustible dans le rĂ©acteur Ă combustible qui fonctionne Ă tempĂ©rature Ă©levĂ©e.
Cette rĂ©action peut ĂȘtre exothermique ou endothermique, en fonction du combustible et du porteur d’oxygĂšne. Le produit de combustion du rĂ©acteur Ă combustible est une vapeur hautement concentrĂ©e en CO2  et H2O qui peut ĂȘtre purifiĂ©e, comprimĂ©e et envoyĂ©e pour stockage pour une utilisation ultĂ©rieure. Le porteur dâoxygĂšne rĂ©duit est alors envoyĂ© dans le rĂ©acteur Ă air, Ă©galement exploitĂ© Ă tempĂ©rature Ă©levĂ©e, oĂč il est rĂ©gĂ©nĂ©rĂ© dans sa forme oxydĂ©e. Le rĂ©acteur Ă air produit un courant d’air chaud, qui est utilisĂ© pour produire de la vapeur pour entraĂźner une turbine de production d’Ă©nergie. Le transporteur dâoxygĂšne est ensuite renvoyĂ© vers le rĂ©acteur du combustible, redĂ©marrant le cycle de rĂ©duction-oxydation.
Les efforts actuels en R&D sur la CLC portent sur lâĂ©laboration de matĂ©riel de transport dâoxygĂšne ayant une capacitĂ© en oxygĂšne et une durabilitĂ© suffisantes pour rĂ©sister aux environnements difficiles de CLC. Les instruments DynTHERM TGA permettent de mesurer le poids des matĂ©riaux porteurs d’oxygĂšne dans des conditions de fonctionnement rĂ©alistes, incluant le cyclage des matĂ©riaux de nombreuses fois par cycles d’oxydation et de rĂ©duction Ă hautes tempĂ©ratures et pressions, alternant gaz oxydant et rĂ©ducteur (inflammables) et/ou vapeur.
Le diagramme ci-dessous montre le rĂ©sultat du cyclage d’un matĂ©riau porteur d’oxygĂšne Ă 10 bars et 800 °C. Le matĂ©riau est rĂ©duit en H2 humidifiĂ© et oxydĂ© Ă lâair sec. Les changements de poids enregistrĂ©s dans les cycles d’oxydorĂ©duction sont relativement constants et reprĂ©sentent environ 9 % du poids de l’Ă©chantillon de dĂ©part.