Biostar Biostar 2 Optimisation et qualification d Optimisation et qualification d’ un reformeur un reformeur à membrane compact membrane compact fonctionnant au bio fonctionnant au bioé thanol thanol F.Auprêtre a , E. Gernot a , D. Duprez b , R. Le Gall c E. Louradour d a CETH - Innov’ Valley Entreprises –Route de Nozay, 91460 Marcoussis, [email protected] b LACCO - Université de Poitiers, 40 av du recteur Pineau- 86022 Poitiers cedex, [email protected] c LGMPA - Ecole Polytech Nantes rue Christian Pauc BP 50609-44306 Nantes Cedex 3, [email protected] d CTI SA – 382 av du Moulinas, 30340 Salindres, [email protected] Objectifs du projet - Production à haut rendement d’hydrogène ultra-pur à partir de bioéthanol - Pureté de l’hydrogène supérieure à 99,99999 % convenant à une pile PEM - Couplage d’un reformeur à membrane avec une pile PEM de 1,5 kW électrique - Réalisation d’une chaudière de cogénération fonctionnant à l’éthanol délivrant 1,5 kW électrique et 10 kW thermique. Bioéthanol: - Combustible renouvelable émettant peu de CO 2 . - Combustible liquide. - Création d’une chaîne de valeurs autour de la filière micro cogénération à l’éthanol. Hydrogène pur 99,99999 % CO, etc < 10 ppm Brûleur catalytique (BC) Catalyseur H2 BioEthanol, eau 6 à 30 bar Membrane Métallique Composite (MMC) Rétentat Chaleur Air Pile à combustible (PEMFC) Réacteur à membrane (RCM) Electricité Chaleur Schéma de principe Applications CATALYSE: LACCO et CTI SA METALLURGIE: LGMPA ♦ Chaudière de cogénération. ♦ Générateur de secours. ♦ Cible privilégiée: remplacement des chaudières au fioul. ♦ Prototype fonctionnel en cours d’intégration et d’automatisation. ♦ Rendement combiné électrique et thermique > 80%. ♦ Zéro NOx taux de CO < 40 ppm. ♦ Taux d’impuretés dans l’hydrogène produit < 10 ppm. -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 20 40 60 80 100 120 140 160 Elem% Cr K Elem% Fe K Elem% Ni K Elem% Cu K Elem% Pd L Elem% Ag L Développement de prototypes RCM : CETH Conception de systèmes et automatisation: CETH Le LGMPA apporte son expertise pour la caractérisation des matériaux (MEB, EDX, test de résistance mécanique) et le développement de nouveaux types d’assemblage (technique de brasage des membranes Pd-Ag compatible avec l’utilisation dans un réacteur à membrane). Profil EDX d’une feuille de Pd-Ag brasée sur un support inconel. Performances d’un catalyseur de combustion catalytique d’effluents de vaporeformage De droite à gauche: évolution des monolithes au cours de la préparation du catalyseur BIOSTAR ♦ Le couplage membrane – reformeur augmente le rendement par extraction sélective de l’un des produits de la réaction (l’hydrogène). ♦ L’utilisation d’une membrane métallique en alliage de Palladium permet d’obtenir un hydrogène très pur. ♦ Un brûleur catalytique transforme les rétentats en chaleur afin de permettre le reformage qui est endothermique. Système de contrôle commande avec automate RCM assemblé par soudage CETH conçoit et test le système intégré de réacteur catalytique à membrane (RCM) ainsi que le brûleur catalytique et les échangeurs de chaleur nécessaire à l’obtention d’un rendement important. Le LACCO et CTI SA conçoivent et mettent en forme les catalyseurs de reformage et de combustion catalytique Performances du catalyseur de vaporeformage de bioéthanol BIOSTAR Préparation de catalyseurs supportés par flash combustion. Géométrie de support SiC pour intégration en RCM. Brasure Inconel/AgCu/PdAg/AgCu/Inconel Micrographies MEB d’une soudure membrane Pd/inconel et microstructure associée Reformage d'un mélange 5/1 d'eau / éthanol 0 2 4 6 8 10 12 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 temps en heures Pression en bara et rendement mol à mol 0 200 400 600 800 T°C et débit g/h d'éthanol Température Pression débit Reformeur assemblé par brasage Côté reformage Côté aval Membranes Côté fumées / BC Fonctionnement sur plus de 3000 h Architecture de reformeur intégré avec purification membranaire Analyse thermique Architecture de reformeur intégré avec RCM