Travail expérimental

Description des équipements

Le travail expérimental mené dans le cadre de cette thèse nous a conduits à utiliser différents équipements. Nous avons principalement utilisé une cellule haute pression (HP), dite cellule T314 et un calorimètre Setaram de type BT-215. Nous avons eu recours plus ponctuellement, pour des raisons techniques, à deux autres appareils : une micro DSC VII et une autre cellule de mesure HP, baptisée Hydrate de Boue (HDB), et généralement utilisée pour l’étude des hydrates de gaz dans les boues de forage. Ces derniers seront décrits d’une manière succincte dans ce chapitre, le lecteur intéressé peut se référer à l’annexe I. La raison de cette diversité d’équipements tient au fait que les travaux préliminaires de mise au point et de validation ont été effectués dans les deux derniers équipements (HDB et DSC VII), car les limitations en termes de pression maximale sont moins contraignantes que pour les deux autres équipements. 

La cellule T314

Une vue d’ensemble de la cellule T314 est donnée en figure 40. La figure 41 montre un schéma simplifié de la cellule, permettant de rendre compte de la disposition des sondes de température, des capteurs de pression ainsi que de l’emplacement des différentes vannes. Figure 40. Vue d’ensemble de la cellule T314 Les principaux composants de cet équipement sont énumérés ci-dessous (cf. Figure 41) : – Une cellule en inox de 300 ml munie de deux hublots en saphir et équipée d’une double enveloppe dans laquelle un fluide réfrigérant circule pour réguler la température à l’intérieur du réacteur. Le contrôle de la température est assuré par un thermocryostat HAAKE C35. Le réacteur est calorifugé de façon à limiter au maximum les pertes thermiques au niveau des hublots. – Un capteur de pression (P) de marque KELLER/PA-21-100 mesure la pression dans le réacteur sur une gamme comprise entre 0 et 100 bars. – Une sonde PT100 PROSENSOR (Ts) pour mesurer la température de la solution. – Une sonde PT100 PROSENSOR (Tc) pour mesurer la température du ciel gazeux. – Un agitateur magnétique PARR muni d’une hélice à effet gazeux pour agiter la solution et améliorer le transfert de gaz du ciel vers la solution. manomètre capteur de pression vannes entrée / sortie vanne de purge hublot en saphir mousse calorifuge 66 – Deux vannes (V1 et V2) permettent d’introduire ou d’évacuer le gaz dans la cellule – La vanne (V3 ) est une vanne d’entrée régulée – Les vannes (V5) et (V6) sont des vannes du réacteur – Une vanne de purge (V4) est également prévue Notons par ailleurs que la cellule dispose d’un régulateur de pression de type BROOKS 5866, utile pour des études de cinétique de réactions. En effet, ce régulateur de pression connecté à un débitmètre permet de suivre, au cours d’un fonctionnement en mode batch, le nombre de moles de gaz consommées en fonction du temps. Cette fonctionnalité n’a pas été utilisée dans le cadre de ce travail.Les deux sondes de température de type PT100 ainsi que le capteur de pression sont des capteurs critiques. Concernant la pression, la gamme d’étalonnage s’étend de 0 à 9 MPa. Nous tolérons une incertitude sur la mesure corrigée de (+/-) 0,05 MPa maximum sur toute la gamme. Concernant les températures, l’étalonnage est réalisé pour une gamme de 268 à 298 K. Une incertitude sur la mesure corrigée de (+/-) 0,1 K est acceptée. Avant chaque série de tests, la mesure de pression du capteur Keller est vérifiée par comparaison avec la mesure donnée par le régulateur de pression amont (RP). Ce test est réalisé à la pression de travail. L’écart toléré entre les 2 mesures est de 0,05 MPa. Pour les PT100, une vérification du zéro (glace fondante) est effectuée une fois par an. La tolérance entre les deux mesures est de 0,1 K.

Calorimètre BT-215

L’effet enthalpique associé à la dissociation des hydrates de gaz constitue une information précieuse dans l’étude thermodynamique du procédé de captage du CO2 par formation d’hydrates et ce pour les raisons suivantes : – Le coût énergétique associé à l’étape de dissociation des hydrates est directement proportionnel à l’enthalpie de fusion de ces cristaux. – L’enthalpie de dissociation est une signature de la structure cristalline formée. Les mesures calorimétriques fournissent par ailleurs un moyen complémentaire de mesure des conditions de dissociation des hydrates. Toutes ces informations sont tirées à partir du thermogramme obtenu à la fin d’un cycle thermique (cf. plus loin). La figure 42 présente un photo du calorimètre BT-215. Le fonctionnement du calorimètre repose sur le principe Calvet, selon lequel les deux cellules expérimentales sont placées dans un bloc calorimétrique imposant la température expérimentale, qui peut être fixe ou programmable.