Hybrid plasma-catalysis milli-structured reactor for CO2 hydrogenation

par Bo Wang

Projet de thèse en Energétique, génie des procédés

Sous la direction de Stéphanie Ognier, Patrick Da costa et de Michaël Tatoulian.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Sciences Mécaniques, Accoustique, Electronique et Robotique de Paris , en partenariat avec Institut de Recherche de Chimie Paris (laboratoire) , Procédés, Plasmas, Microsystèmes (2PM) (equipe de recherche) et de Chimie ParisTech / École Nationale Supérieure de Chimie de Paris (ENSCP) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 04-10-2017 .


  • Résumé

    L'utilisation de plasmas froids en combinaison avec un catalyseur hétérogène a récemment permis d'accélérer significativement la réaction d'hydrogénation de CO2 à basses températures, c'est-à-dire sans aucune source de chauffage externe. Néanmoins, il existe un manque total de compréhension de l'effet réel du plasma, ainsi que de son couplage à un système catalytique. En outre, les réacteurs conventionnels à lit fixe testés jusqu'à présent ne permettent pas un contrôle correct des phénomènes physiques, en particuliers les transferts de chaleur et de matière, ce qui freine l'application industrielle de ce procédé hybride. Le présent sujet de doctorat propose la construction de réacteurs milli-structurés pour l'hydrogénation du CO2. Grâce à une distribution optimisée de la décharge du plasma, cette configuration permettra un diagnostic précis de l'interaction entre le plasma et la phase solide catalytique, et donc une meilleure compréhension du couplage plasma-catalyse. Egalement, ce dispositif permettra de mieux adapter l'énergie fournie par le plasma aux besoins de la réaction catalytique. Enfin, un meilleur contrôle de la chaleur et du transfert de masse sera obtenu grâce à la milli-structuration du système catalytique.

  • Titre traduit

    Hybrid plasma-catalysis milli-structured reactor for CO2 hydrogenation


  • Résumé

    The utilization of cold plasmas in combination with an heterogeneous catalyst has recently proven to boost the kinetically impeded CO2 hydrogenation reaction at low temperatures, i.e. without any source of external heating. Nevertheless, there is a complete lack of understanding about the real effect of the plasma, as well as on its coupling to a catalytic system. Moreover, the cylindrical-shaped fixed bed reactors tested so far do not allow a proper control of the physical phenomena, i.e. heat-energy and mass transfer, hindering the industrial application of this hybrid process. The present PhD subject proposes the construction of milli-structured reactors for CO2 hydrogenation. By means of an optimized distribution of the plasma discharge, this configuration will permit the accurate diagnosis of the interaction between the plasma and the catalytic solid phase, and thus, a better understanding of the bulk effects of the coupled plasma-catalytic phenomena. In this sense, the energy practically provided by the plasma can be tailored to fit the requirements of the catalytic reaction. Furthermore, a better control of heat and mass transfer will be gained through the milli-structuration of the catalytic system.