Contexte industriel

Dans le contexte actuel du changement climatique, les émissions de gaz à effet de serre (dont le dioxyde de carbone (CO2) est le plus influent) sont étudiées afin de les limiter, dans tous les domaines de la vie courante. Dans le domaine de la production d'énergie, actuellement deux procédés d'oxycombustion sont principalement étudiés pour créer un flux de CO2 concentré et/ou permettre un stockage en sortie de l'installation: la combustion à l'oxygène concentré et la combustion en boucle chimique. Ces procédés sont basés sur une même idée: il ne faut aucun contact entre le charbon et l'azote pour éviter une dilution du CO2 et par conséquent qu'il soit facilement séparable.

À la différence de la combustion à l'oxygène concentré, il n'est pas nécessaire de faire la séparation préalable de l'oxygène, coûteuse en énergie et qui diminue le rendement énergétique global du procédé. C’est pourquoi , lors de ce projet, la combustion en boucle chimique sera étudiée.

Le concept consiste à stocker l'oxygène de l'air dans une masse oxydo-réductrice, généralement un oxyde métallique, pour ensuite le transférer au combustible. Avec ce concept, on peut envisager de faire la combustion de charges hydrocarbonées très variées: gazeuses comme le gaz naturel mais aussi liquides avec du bitume ou des résidus de distillation ou encore solides avec du coke de pétrole (petcoke) ou du charbon.

Pour la boucle chimique, la combustion de ces charges hydrocarbonées implique l'utilisation de deux lits fluidisés interconnectés : un réacteur à combustible (FR) et un réacteur air (AR). Un lit fluidisé circulant est un lit fluidisé (à savoir un réacteur gaz-particules) où les particules solides sont entrainées  par un courant gazeux. Un oxyde métallique (MeOx) est un transporteur d'oxygène qui transfère l'oxygène au charbon lors de la combustion, ce qui évite un contact direct entre l'air et le combustible. Le procédé CLC comporte donc deux zones réactionnelles qu'il faut modéliser pour simuler l'enchaînement complet de procédé.