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Cycle thermochimique



  1. #1
    alopex

    Cycle thermochimique


    ------

    Je m'intéresse au cycle suivant:
    Al2O3 + N2 + 3C -> 2AlN + 3CO ; endothermique haute température,
    2 AlN + 3 H2O -> Al2O3 + 2 NH3 ; exothermique basse température.
    L'intérêt évident est de produire directement du NH3 à partir de C sans passer par le gaz de synthèse et le procédé Haber-Bosch. Ceux qui ont des infos la dessus sont les bienvenus...Merci

    -----

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  3. #2
    alopex

    Re : Cycle thermochimique

    Hello
    Alors personne ne connais. J'ai lu dans un bouquin que ces réactions étaient utilisées pour produire du NH3 avant la mise au point du procédé Haber.

  4. #3
    moco

    Re : Cycle thermochimique

    La réaction de synthèse de AlN que tu cites est très jolie sur le papier. Mais son rendement est médiocre, car tant Al2O3 et C que AlN sont des composés solides, et le problème du contact est crucial. Le AlN formé au début empèche le contact de Al2O3 et C qui n'a pas encore réagi.

    Je ne vois pas ce qui te pousse à éviter le procédé Haber-Bosch qui est bon marché et efficace.

  5. #4
    alopex

    Re : Cycle thermochimique

    Slt Moco,
    Effectivement, il est toujours difficile de faire réagir deux solides, surtout comme c'est le cas présent lorsque le produit (AlN) bloque le réactif. Sur ce deuxième point cependant, l'alumine est régulièrement débarrassée du nitrure par la 2° réaction avec H2O. D'autre part, il ne faut pas oublier que l'aluminium fond à 660 °C, et il se produit probablement la chaine suivante:

    Al2O3 + 3C -> 2Al + 3 CO
    2Al + N2 - > 2 AlN

    A mon avis, il faut envisager de travailler avec un bain d'Al en fusion ou en introduit tous les réactifs, le N2 étant injecté sous pression pour assurer un brassage du mélange/

    Sinon, je sais aussi que la 1° réaction nécessite une température très élevée (>1500°C) et est très fortement endothermique ce qui pose évidemment des problèmes.

    Sur le pourquoi de la chose.
    Tu dis que "le procédé Haber Bosch est bon marché et efficace". Disons plutôt que c’est le moins mauvais procédé que l’on ait trouvé. En effet, on est obligé de travailler à très forte pression (300 bars ce n’est pas rien) et à haute température (450°C) pour des raisons cinétiques d’où un taux de conversion très faible avec donc une importante recirculation. Cela correspond sans doute à un optimum technico-économique pour de très grosses installations, mais sans doute pas pour de la production décentralisée à partir de biomasse.
    En plus, il faut considérer toute la chaine des réactions nécessaires à partir de C (coke, charbon de bois) :
    Séparation cryogénique oxygène/azote
    C + H2O +0.3O2 -> CO + H2 + 0.3 CO2
    CO + H2O -> CO2 + H2
    Lavage du CO2 à l’éthanolamine, du CO avec une solution de sels cuivreux
    N2 + 3H2 -> 2 NH3

    De ce fait, je penche très fortement pour « ma » solution dans le domaine d’installations décentralisées de qq tonnes/j.

  6. #5
    alopex

    Re : Cycle thermochimique

    Hello,
    Comme je vois que ce soir nous avons un moco en pleine forme, je remonte ce post avec quelques compléments pour voir son avis (cela dit, toutes les contributions sont bien sûr les bienvenues).

    Donc, j'en suis toujours avec mes cycles thermochimiques. Compte tenu des difficultés avec l'alumine, je propose maintenant de faire:

    B2O3 + 3C + N2 -> 2 BN + 3CO (1)
    2 BN + 3 H2O -> B2O3 + 2 NH3 (2)

    Le gros avantage par rapport à Al c'est que B2O3 est liquide dès 480 °C ce qui évite l'écueil de la réaction solide/solide.

    J'ai fait les calculs thermodynamiques
    DG1 = 419,7 - 0,34 T ; Tinv=961°C
    DG2 = -118,0 + 0,132 T ; Tinv=620°C
    Ces réactions sont donc possibles en théorie, mais il faudrait voir la cinétique. Sinon, Steinfeld à Zurich à fait un papier qui tend à démontrer une certain faisabilité du procédé avec Al. Ca vous évoque des choses??

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

    Re : Cycle thermochimique

    Je vis décevoir Alopex. Je n'ai pas la moindre connaissance en matière de chimie du nitrure de Bore. L'idée est peut-être à étudier, pourquoi pas. Mais il me semble que si cette approche était possible, d'autres chercheurs l'auraient déjà trouvée. Je peux me tromper !

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  10. #7
    alopex

    Re : Cycle thermochimique

    Slt moco!
    Ah quelle déception... Je m'étais permis de te tendre la perche car tu as toujours de très bonnes contributions notamment en chimie (si, si, on voit le gars qui maitrise ).

    J'ai déjà fait pas mal de recherche biblio sur ce sujet et a priori je n'ai encore rien vu sur la proposition que je fais. La plupart du temps, on a des études sur la synthèse du BN qui a des propriétés intéressantes (céramique, outillage,etc). Apparemment la synthèse carbothermique ne fonctionne qu'à 1300 °C environ car en-dessous on forme un carbure de bore B4C qui est sans doute un intermédiaire réactionnel. D'autres études portent sur la résistance du BN aux atmosphères oxydantes (vapeur notamment) qui conduisent à une décomposition avec formation de NH3. In fine, si j'ai "inventé" quelque chose, ça reste bien modeste puisque j'ai seulement "assemblé" deux phénomènes déjà connu pour un usage nouveau.

    A ce stade, il faudrait à mon avis lancer quelques tests de labo. J'ai reçu un écho assez favorable d'un labo universitaire près de chez moi qui pourrait notamment tester la réaction HT dans un four à image. A suivre...

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