Étude CFD de l'écoulement dans un réacteur catalytique structuré pour le reformage vapeur du méthane

La production de gaz de synthèse occupe une grande place dans l’industrie chimique. Parmi les différents procédés de production, le vaporeformage du méthane est particulièrement populaire. Les réacteurs conventionnels utilisent des pellets de catalyseur disposés en lit fixe. Mais cette méthode rencontre souvent des limitations au niveau du transfert thermique. C’est ainsi que les réacteurs structurés ont commencé à émerger. Les premiers chapitres s’attarderont sur les différents types de structures existants à l’heure actuelle. Parmi elles, le réacteur ZoneFlow s’avère particulièrement intéressant. Celui-ci consiste en une succession de lames inclinées de façon à diriger l’écoulement depuis les parois vers le centre du réacteur. L’objet de ce mémoire sera de modéliser cet écoulement par simulation CFD afin de voir quelles sont les performances du réacteur. Des tests pilotes ont été menés par l’entreprise Midrex qui les utilise. Dans un premier temps la chute de pression et les profils de vitesse ont été étudiés dans le cas où il n’y a pas de réaction. Un modèle k-a été utilisé pour modéliser la turbulence générée par la géométrie très complexe. Les paramètres de ce modèles ont été calibrés pour coller aux mesures expérimentales. Le chapitre se terminera sur une discussion pour évaluer la pertinence de ces paramètres. Dans un second temps, des modèles cinétiques ont été introduit pour tenir compte des réactions chimiques. Un modèle collant aux résultats expérimentale a pu être établi. Mais celui-ci tend à surestimer les transferts de chaleurs par radiation pour des raisons qui seront détaillées. Enfin, ce travail se terminera sur une synthèse résumant les différentes conclusions tirées lors de ces études