Réactions mises en jeu

La combustion en boucle chimique met en jeu des circulations de solide très importantes entre le réacteur de réduction (fuel réacteur FR) et le réacteur d'oxydation (air réacteur AR). Le solide réduit après avoir libéré son oxygène dans le FR (2) est ensuite réoxydé par contact avec l'air dans l'AR (1). La circulation de solide entre les deux enceintes permet de répéter en continu ces cycles d'oxydoréduction et donc d'apporter au combustible la quantité d'oxygène requise sans contact avec l'air.

 

Oxydation /AR:

 

                        (2n+m) MexOy-1 + (n+m/2) O2 → (2n+m) MexOy                          (1)

 

Réduction /FR:

                       

                        CnH2m + (2n+m) MexOy → (2n+m) MexOy-1 + m H2O + n CO2    (2)

  

             ⇒  Réaction bilan:

                       

                        CnH2m + (n+m/2) O2 → m H2O + n CO2                                       (*)

 

L'oxydation du métal au niveau de l'AR est une réaction rapide et exothermique qui fournit la majeure partie de la production de chaleur.

 

Lorsque l’on utilise des combustibles solides dans la boucle chimique, un gaz volatil est libéré du combustible frais et converti selon la réaction (1). Cependant, les particules de charbon restantes sont gazéifiées selon les réactions simplifiées (3) et (4) avant de faire la combustion du gaz de synthèse au contact du transporteur d’oxygène selon les réactions rapides (5) et (6). Ces réactions s’effectuent dans le réacteur fuel, dans lequel le combustible et le transporteur d’oxygène sont bien mélangés et sont fluidisées par un mélange de vapeur et du dioxyde de carbone. Cependant, la gazéification du charbon est lente et reste l’étape limitante du processus de combustion dans ces conditions.

 

                        C + H2O → CO + H2      ∆H° = 131.3 kJ/mol                 (3)   

 

                        C + CO2 → 2 CO          ∆H° = 172.5 kJ/mol                  (4)   

 

Le taux de gazéification du charbon avec H2O est plus élevé que celui avec CO2, la réaction (3) est donc privilégiée.

 

                        Mex Oy + CO → MexOy-1 + CO2                                  (5)

 

                        MexOy + H2 → MexOy-1 + H2O                                    (6)

 

Remarque : Pendant la gazéification, une réaction connue sous le nom de "Water Shift reaction" peut avoir lieu dans la phase gazeuse selon la réaction:

 

                        CO + H2O → CO2 + H2     ∆H° = - 41.2 kJ/mol

 

La phase gazeuse à la sortie du FR est prévue pour être composée principalement de dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau de manière à être capable de capturer du CO2 quasi pure par condensation de la vapeur.