Réactions avec l'ilménite

Bien que la relation de combustion du char (6) soit de loin la réaction la plus rapide (environ 50 fois plus rapide que la réaction de gazéification à la vapeur d'eau, elle n'est pas la réaction principale en terme de conversion du char. Quant à la réaction de méthanation (5), elle n'est significative qu'à pression élevée et est quasiment inexistante à pression atmosphérique.

 

Le gaz de synthèse ainsi formé réagit avec les particules métal-oxyde selon les deux réactions suivantes:

 

                        MexOy + CO → MexOy-1 + CO2                                             (9)

 

                        MexOy + H2 → MexOy-1 + H2O                                              (10)

 

La gazéification du char est l'étape limitante de la combustion du charbon en CLC. Cette étape lente est favorisée par des températures et des pressions partielles d'H2O élevées et les combustibles contenant plus de matières volatiles se convertissent plus rapidement.

L’ilménite (oxyde de fer-titane FeTiO3) a été choisie par l'Université Chalmers (l'un des partenaires de ALSTOM Power Systems S.A. sur ce projet) pour travailler sur les applications de la CLC du charbon et est considéré comme étant un bon transporteur d'oxygène en ce qui concerne son prix, sa réactivité vis à vis de CH4 et de gaz de synthèse (CO et H2) et de son comportement lors de la fluidisation. Néanmoins, il provoque une réaction endothermique réduisant ainsi l'efficacité du processus. Aussi, sa faible teneur en oxygène (3,5 % pds max) a comme conséquence des débits élevés de circulation de solide pour une unité industrielle.

 

Afin d'acquérir des données sur la cinétique de réduction de l'ilménite, on a eu recours à des données bibliographiques décrivant des essais expérimentales conduites avec cet oxyde métallique mais peu de données ont été trouvées... Les réactions de réduction de l’ilménite (Fe2TiO5, TiO2) sont listées ci dessous:

 

Avec H2:

 

                        Fe2TiO5 + TiO2 + H2 → 2 FeTiO3 + H2O

 

                        3 Fe2O3 + H2 → 2 Fe3O4 + H2O

 

Avec CO:

 

                        Fe2TiO5 + TiO2 + CO → 2 FeTiO3 + CO2

 

                        3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2

 

Avec CH4:

 

                        4 Fe2TiO5 + 4 TiO2 + CH4 → 8 FeTiO3 + CO2 + 2 H2O

 

                        12 Fe2O3 + CH4 → 8 Fe3O4 + CO2 + 2 H2O

 

Il est à noter que l'ilménite réagit plus rapidement avec l'H2.