Alimentation optimisée de la zéolite SiOLITE® avec le doseur de poudre LAMBDA pour la production de méthanol en lit fluidisé.
Des recherches menées par le Groupe d’ingénierie de la catalyse et des réacteurs (CREG) de l’Institut de recherche en ingénierie d’Aragon (I3A) de l’Université de Saragosse ont démontré que la synthèse du méthanol à partir du CO₂ peut être considérablement améliorée par l’utilisation d’un sorbant. Le sorbant frais a été introduit en continu dans un réacteur à lit fluidisé et séparé du lit catalytique par ségrégation, permettant un fonctionnement stable à l’état d’équilibre. Un catalyseur conventionnel CuO/ZnO/Al₂O₃ a été combiné avec de la zéolithe SiOLITE® (minéraux d’aluminosilicate cristallins) comme sorbant, avec différentes tailles et proportions de particules testées pour étudier la dynamique des fluides et la ségrégation dans les mélanges catalyseur-sorbant.
Reference: Menéndez, M., Ciércoles, R., Lasobras, J., Soler, J., & Herguido, J. A. (2024). Preliminary assessment of sorption-enhanced methanol synthesis in a fluidized bed reactor with selective addition/removal of the sorbent. Catalysts, 14(409). doi.org/10.3390/catal14070409
L’équipe a atteint un indice de mélange de 0,31, confirmant une ségrégation efficace et un fonctionnement fiable avec une perte de catalyseur minimale - seulement 0,005 g/min dans des conditions optimales.
L’alimentation et l’élimination continues du sorbant ont été démontrées avec un très faible transfert de catalyseur. Les simulations de réacteurs MATLAB ont également confirmé que l’ajout de sorbant améliore considérablement le rendement du méthanol, soit en permettant un fonctionnement à basse pression, soit en obtenant des conversions par passage plus élevées. Cette preuve de concept met en évidence le potentiel de la synthèse du méthanol améliorée par sorption dans les réacteurs à lit fluidisé en tant qu’alternative plus efficace et évolutive aux procédés conventionnels.
Application du LAMBDA DOSER en addition continue de sorbant.
Une partie importante de cette recherche était la capacité d’ajouter continuellement du sorbant au réacteur de manière contrôlée et reproductible. À cette fin, le distributeur de solides LAMBDA DOSER a été utilisé pour introduire le sorbant au sommet du lit, formant le flux de solides d’entrée.
Le réacteur a été chargé d’un mélange binaire de catalyseur et de sorbant (30 % en volume de CuO/ZnO/Al₂O₃ – 70 % en volume de zéolite-siOLITE)® et a fonctionné dans des conditions soigneusement ajustées. Les premières expériences ont montré une perte de catalyseur plus élevée en raison d’une fuite de gaz par une sortie latérale, ce qui réduisait le débit de gaz effectif nécessaire à une fluidisation correcte. Après avoir corrigé le débit d’azote à 1429 mL/min, le système a fonctionné dans des conditions optimales, assurant une séparation efficace du catalyseur et du sorbant.
Au cours d’expériences d’une heure, les solides sortant du système ont été échantillonnés toutes les dix minutes pour évaluer les pertes catalytiques. Au total, 12,3 g de catalyseur et 38,4 g de sorbant ont été utilisés. Les essais ont confirmé que la majeure partie du sorbant avait été retirée de la zone de récupération tandis qu’un nouveau sorbant était continuellement introduit, ce qui maintenait la ségrégation tout au long de l’expérience. Les pertes de catalyseur étaient extrêmement faibles, toujours inférieures à 0,6 %, et inférieures à 0,1 % dans les meilleures conditions.
Conclusion
Le DOSER de LAMBDA a joué un rôle déterminant dans l’ajout continu et précis de sorbant au réacteur à lit fluidisé, assurant une séparation efficace du catalyseur et minimisant les pertes de catalyseur. Son dosage contrôlé a permis un fonctionnement reproductible, facilitant des conditions stables à l’état d’équilibre et validant le concept de synthèse du méthanol améliorée par sorption.
En permettant l’ajout et l’élimination continus de sorbant avec un minimum de perturbations, le LAMBDA DOSER a contribué à des rendements de méthanol plus élevés et a démontré la faisabilité de l’extension de cette approche pour des applications industrielles. Ce travail met en évidence une stratégie fiable, efficace et contrôlable pour la conversion du CO₂ en méthanol à l’aide de réacteurs à lit fluidisé.
Qu’est-ce qui rend les distributeurs de poudre DOSER et HI-DOSER de LAMBDA uniques ?
Le LAMBDA DOSER est doté d’une électronique à quartz qui contrôle avec précision le moteur de l’unité d’entraînement, similaire aux mécanismes utilisés dans les montres électroniques de haute précision. Sa conception de distributeur de poudre en spirale ouverte empêche le compactage et les blocages, assurant un dosage fluide et cohérent en canalisant efficacement la poudre vers le centre de l’appareil pour la distribution.
Le LAMBDA DOSER et le HI-DOSER sont tous deux idéaux pour les hottes à flux laminaires, automatisant la distribution précise des poudres et remplaçant les processus manuels lents. L’intégration avec une balance permet la distribution précise de portions de poids spécifiques.
Ces doseurs offrent des taux de dosage hautement réglables sur trois ordres de grandeur. Par exemple, le DOSER peut délivrer du NaCl à des débits allant de 50 mg/min à 50 g/min. Le HI-DOSER fonctionne en mode lent (60 mg/min à 60 g/min) et en mode rapide (250 mg/min à 250 g/min) dans des conditions de laboratoire standard, et des configurations particulières peuvent atteindre des débits aussi bas que 10 mg/min.
Les récipients pour le DOSER et le HI-DOSER sont disponibles en tailles 0,2 L, 1 L, 3 L et 6 L, avec des revêtements de protection en option pour une sécurité accrue lors de la manipulation et du fonctionnement.
Pour plus d’informations sur le LAMBDA DOSER et le HI-DOSER, rendez-vous sur www.lambda-instruments.com/powder-doser. Pour toute demande de renseignements ou devis, contactez-nous au sales@lambda-instruments.com.