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Combustion du charbon de bois



  1. #1
    pmdec

    Combustion du charbon de bois


    ------

    Quand on souffle de l'air dans une cuve remplie de charbon de bois (genre gazogène), est-ce qu'on a seulement O2+2C>2CO ou bien "d'abord" (dans le temps mais aussi dans l'espace puisque le flux gazeux se déplace) O2+C>CO2 puis CO2+C>2CO ?

    Merci d'avance, et une deuxième fois si qqun connaît un site sérieux qui traite cette question (avec n'importe quelle forme de carbone sauf suie).

    -----

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  3. #2
    moco

    Re : Combustion du charbon de bois

    Cela dépend de la température. A base température, mettons à moins de 1000°C, la combustion de C donne CO2. A plus haute température, elle commence à donner du CO. Mais il y a un équilibre entre CO et CO2

  4. #3
    Iforire

    Re : Combustion du charbon de bois

    Bonjour,

    On a formation de CO uniquement lorsque la combustion est partielle, c'est a dire lorsqu'on est en manque de dioxygene.
    La reaction totale etant : C + O2 = CO2 ne pouvant plus se faire par manque d'O2, c'est celle-ci qui se fait a la place:
    C + 1/2 O2 = CO

    A+

  5. #4
    pmdec

    Combustion du charbon de bois : précisions

    Vu les réponses, le texte de la question n'était pas assez explicite.

    Configuration de la manip : on souffle de l'air, par exemple 500 litres par minute par un trou de 40mm de diamètre, dans le bas d'une cuve cylindrique de 60cm de diamètre et de 1m de haut remplie de charbon de bois.

    Le dioxygène de l'air est le réactif limitant, le milieu est "saturé en carbone" et la température au voisinage de l'arrivée d'air sera de l'ordre de 1100/1350°C (c'est ce qu'on constate dans un foyer de forge par exemple). Dans ces conditions, le mélange gazeux à la sortie de la cuve ne contiendra ni dioxygène ni gaz carbonique mais seulement un mélange azote + monoxyde de carbone CO (34,5% avec du carbone pur, un peu moins en réalité à cause de l'humidité du charbon de bois et de la présence, variable, de composés volatils (et combustibles)). Ceci est bien connu, et ce n'est pas ce qui m'intéresse.

    Ce que je voudrais avoir c'est si, dans une telle configuration, il y a du CO2 quelque part, et si oui, pourquoi :
    - est-il produit au voisinage de l'arrivée d'air, puis converti en CO "plus loin", on aurait donc la suite de réactions :O2+C>CO2 ( + 393,5kJ par mole de CO2 ou d'O2) suivie de CO2+C>2CO (- 172,5kJ par mole de CO2 consommé),
    - ou bien a-t-il une existence transitoire (dans une zone de température et de pressions partielles particulière) de par la suite de réactions : ½O2+C>CO (+ 110,5kJ/mole de CO), suivie de ½O2+CO>CO2 (+ 283kJ/mole de CO2), elle-même suivie de CO2+C>2CO (- 172,5kJ par mole de CO2 consommé),
    - ou bien n'y a-t-il pas du tout de CO2 dans cette configuration, la seule réaction étant O2+2C>2CO (+ 221kJ par mole d'O2).

    Or, vu la configuration, le terme "suivie de" employé dans le paragraphe ci-dessus a une implication géométrique sur le lieu des réactions et donc sur la distribution de la production d'énergie (du fait du courant gazeux). L'énergie produite est bien entendu la même dans les trois cas, mais la distribution des températures doit être très différente. La complexité du problème vient surtout du fait que l'équilibre chimique n'est atteint qu'à bonne distance de la zone de l'arrivée d'air. Dans ces conditions, je ne sais pas utiliser les "formules classiques" (diagrammes "classiques" en fichier attaché), et je n'arrive même pas au début d'une piste, justement parce que je ne sais pas si dans la réaction C+O2>CO2 on "passe" d'abord par le CO et que je ne trouve que des renseignement contradictoires à ce sujet.

    Au secours !!!
    Images attachées Images attachées

  6. #5
    moco

    Re : Combustion du charbon de bois

    Tu donnes l'impression de te noyer dans un verre d'eau.
    Lorsue la première molécule de O2 heurte le premier atome C, les atomes de O se séparent un peu, et C se glisse entre eux : il se forme CO2, et ceci déjà à basse température (à moins de 1000°C). Donc CO ne se forme pas, mais pas du tout. A basse température la nature favorise les réactions les plus exothermiques, donc la formation de CO2 (et non celle de CO).
    A plus de 1000°C, on a l'équilibre de Boudouard, que tu as a'ir de bien connaître : CO2 + C <--> 2 CO. La formation de CO n'est favorisée que à très haute température, puisque cette réaction est endothermique. On peut dire aussi qu'elle crée de l'entropie. 2 CO a plus d'entropie que 1 CO2 (l'entropie de C est négligeable).
    De toute manière les deux réactions aller et retour ont une très haute énergie d'activation. Ellles sont donc très lentes, même à chaud, près de 1000°C. Il faut dépasser 1000°C pour que leur vitesse commencent à être mesurables.
    Pour prendre un langage imagé, on peut dire aussi que C a absolument envie de se lier avec O, mais qu'il ne peut pas le faire à l'intérieur de ton chaudron, faute d'avoir des O2 à disposition, La nature tourne la difficulté en redistribuant les rares atomes de O entre le CO2 qui passe et le C qui a envie de s'oxyder. Mais cette 2ème réaction est lente et difficile. Il faut qu'un C s'insère entre un C et un O de CO2. Le seul facteur qui la favorise est l'augmentation d'entropie.

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    pmdec

    Re : Combustion du charbon de bois

    Le calcul montre que dès 600°C le rapport CO/CO2 est de l'ordre de 10% (bien visible sur le diagramme de l'image postée + haut, qui est en °K). Mais ceci est à l'équilibre, sans doute jamais atteint dans l'expérience proposée. Vers 1000°K, les delta G des 3 réactions C+O2<=>CO2, 2CO+O2<=>2CO2 et 2C+O2<=>2CO sont presque égaux (-402, -391 et -400), mais, corrélativement, le CO2 commence à réagir avec le carbone pour donner du CO (Delta G de CO2+C<=>2CO = -5 pour cette température).

    De toute façon, je précise bien que ce qui m'intéresse ce sont les réactions comprises dans l'intervalle de température 1100 / 1350 °C, zone où à l'équilibre il n'y a que du CO.

    Mon problème est de savoir comment les réactions progressent vers cet équilibre dans la zone de combustion (là où il n'y a ni eau ni verre ...) et au-delà.

    Donc je reprends : j'aimerais simplement (?) savoir comment se déroule dans le temps pour des températures de surface du charbon de bois "à l'arrivée d'air" comprises entre 1100 et 1350°C, la combustion du carbone, éventuellement celle du CO ainsi que la réduction du CO2 en CO (s'il s'en forme réellement directement).

    C'est pas si simple !!!

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