G.A.T. Combustion – Capture du CO 2 Perpignan, le 12 décembre 2002 PROGRAMME ENERGIE Groupe d’Analyse Thématique Programme Energie Relations avec d’autres.

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1 G.A.T. Combustion – Capture du CO 2 Perpignan, le 12 décembre 2002 PROGRAMME ENERGIE Groupe d’Analyse Thématique Programme Energie Relations avec d’autres GAT Chimie et SPI  Biomasse, Transferts thermiques SDU, Chimie  Séquestration du CO 2 Socio-économie, STIC GDR Combustion Industrielle + ARC, PREDIT, PNIR Moteur G.A.T. Combustion – capture CO 2

2 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 LA REFLEXION GDR Combustion Industrielle Combustion Industrielle Les moteurs ARC, PREDIT, PNIR Moteurs 4 réunions spécifiques GAT 10  2 octobre 2002  28 octobre 2002 GAT élargi  29 octobre 2002 GAT élargi  18 novembre 2002  Recherche d’objectifs scientifiques, bilan des besoins  La combustion industrielle  Les moteurs  Synthèse - Priorités - Objectifs

3 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 TECHNOLOGIES DU FUTUR  Transports et Génération d’électricité et de chaleur avec faible émission des gaz à effet de serre et des polluants  Utilisation de combustibles issus de la biomasse  Séquestration du carbone et autres techniques qui réduisent le CO 2  Autres technologies déjà prises en considération dans ce programme  Transports et Génération d’électricité et de chaleur avec faible émission des gaz à effet de serre et des polluants  Utilisation de combustibles issus de la biomasse  Séquestration du carbone et autres techniques qui réduisent le CO 2  Autres technologies déjà prises en considération dans ce programme  Les activités de recherches développées doivent s’effectuer de la recherche de base vers l’appliqué.  Des connaissances fondamentales nouvelles seront nécessaires pour créer une plate forme pour des solutions originales  Les activités de recherches développées doivent s’effectuer de la recherche de base vers l’appliqué.  Des connaissances fondamentales nouvelles seront nécessaires pour créer une plate forme pour des solutions originales

4 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 LES BESOINS

5 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 LES BESOINS Les moteurs LES BESOINS Les moteurs Combustion de mélanges stratifiés (en cours) Combustion homogène « moteurs HCCI et IDE» (système de demain)  Carburants Formulation, nouveaux type de carburants et de polluants, GNV Biocarburants : additifs(<15%), filière bio n’est pas envisagée avant 2020  Cinétique chimique et Régime de Combustion Turbulente Mal connue  Les moteurs HCCI et IDE Réduction des émissions (NOx), Uniformisation des moteurs, Flexibilité aux carburants, Assistance à l’allumage Combustion homogène « moteurs HCCI et IDE» (système de demain)  Carburants Formulation, nouveaux type de carburants et de polluants, GNV Biocarburants : additifs(<15%), filière bio n’est pas envisagée avant 2020  Cinétique chimique et Régime de Combustion Turbulente Mal connue  Les moteurs HCCI et IDE Réduction des émissions (NOx), Uniformisation des moteurs, Flexibilité aux carburants, Assistance à l’allumage

6 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 LES BESOINS Les moteurs LES BESOINS Les moteurs Quelques problématiques identifiées  Pulvérisation et micro-mélange Obtention d’un mélange homogène Fluctuations de température près des parois  Auto-inflammation des carburants (T<1000K) Réactivité, Oxydation des HC en présence de NO, Stratification de richesse, Actionneur, Allumage par compression, Cliquetis,…  Combustion Présence de plusieurs zones thermiques homogènes Régimes de combustion  Modélisation pour outils de développement Quelques problématiques identifiées  Pulvérisation et micro-mélange Obtention d’un mélange homogène Fluctuations de température près des parois  Auto-inflammation des carburants (T<1000K) Réactivité, Oxydation des HC en présence de NO, Stratification de richesse, Actionneur, Allumage par compression, Cliquetis,…  Combustion Présence de plusieurs zones thermiques homogènes Régimes de combustion  Modélisation pour outils de développement

7 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 LES BESOINS Combustion Industrielle LES BESOINS Combustion Industrielle  Augmentation des rendements des systèmes de conversion d’énergie  Réduction des NOx, SOx, dioxines, suies,…  Combustion en air enrichi à l’oxygène et l’oxy-combustion  Stabilité et souplesse des brûleurs  Flexibilité à un changement de réactifs HC, gaz de synthèse, biomasse, gaz à forte teneur en H 2, résidus de raffinage, gaz de sidérurgie, …  Combustion sous pression  Combustion catalytique et assistance de la flamme par catalyseur  Corrosion des fours (réfractaires) ou de la charge (verre)  Capture CO 2  Augmentation des rendements des systèmes de conversion d’énergie  Réduction des NOx, SOx, dioxines, suies,…  Combustion en air enrichi à l’oxygène et l’oxy-combustion  Stabilité et souplesse des brûleurs  Flexibilité à un changement de réactifs HC, gaz de synthèse, biomasse, gaz à forte teneur en H 2, résidus de raffinage, gaz de sidérurgie, …  Combustion sous pression  Combustion catalytique et assistance de la flamme par catalyseur  Corrosion des fours (réfractaires) ou de la charge (verre)  Capture CO 2

8 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 LES BESOINS Combustion Industrielle LES BESOINS Combustion Industrielle LES OUTILS POUR LES NOUVEAUX MODES DE COMBUSTION  Combustion « sans flamme » forte recirculation de produits de combustion  Combustion de prémélange pauvre dans les turbines  Interaction flamme-paroi et combustion-rayonnement LES OUTILS POUR LES NOUVEAUX MODES DE COMBUSTION  Combustion « sans flamme » forte recirculation de produits de combustion  Combustion de prémélange pauvre dans les turbines  Interaction flamme-paroi et combustion-rayonnement  Cinétique chimique  Dynamique des flammes  Echanges de chaleur  Outils numériques et de diagnostic  Cinétique chimique  Dynamique des flammes  Echanges de chaleur  Outils numériques et de diagnostic

9 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 OBJECTIFS GENERAUX INNOVATION DANS LE DOMAINE o Dans les moteurs, Turbines à Gaz, foyers et fours industriels, applications domestiques et tertiaires o Incinération (solides) Optimisation de la combustion : CO 2  (+capture) Effet de serre + épargner les réserves HC  Réduction des émissions Nox, Sox, CO, dioxines, imbrûlés, particules, bruit,…  Introduction de combustibles alternatifs INNOVATION DANS LE DOMAINE o Dans les moteurs, Turbines à Gaz, foyers et fours industriels, applications domestiques et tertiaires o Incinération (solides) Optimisation de la combustion : CO 2  (+capture) Effet de serre + épargner les réserves HC  Réduction des émissions Nox, Sox, CO, dioxines, imbrûlés, particules, bruit,…  Introduction de combustibles alternatifs  Identifications de problématiques

10 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 LES OBJECTIFS SCIENTIFIQUES IDENTIFIES

11 Thème 1 : Nouvelles technologies de combustion propre  Combustion de mélanges pauvres et à richesse variable  Combustion homogène fortement diluée à haute température  Combustion assistée par catalyse Instabilités de flammes, extinctions et ré-allumages locaux, confinement, propagation dans un milieu où la richesse varie localement,… Injection et formation du mélange Thème 1 : Nouvelles technologies de combustion propre  Combustion de mélanges pauvres et à richesse variable  Combustion homogène fortement diluée à haute température  Combustion assistée par catalyse Instabilités de flammes, extinctions et ré-allumages locaux, confinement, propagation dans un milieu où la richesse varie localement,… Injection et formation du mélange Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 OBJECTIFS SCIENTIFIQUES

12 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 Thème 2 : La chimie des carburants et de la combustion  Les combustibles renouvelables ou spéciaux Biomasse, déchets domestiques et industriels Gaz à faible valeur énergétique et gaz de synthèse Caractérisation physico-chimique des combustibles Caractérisation et modélisation de la combustion et des effluents  Flexibilité aux combustibles, co-combustion Thème 2 : La chimie des carburants et de la combustion  Les combustibles renouvelables ou spéciaux Biomasse, déchets domestiques et industriels Gaz à faible valeur énergétique et gaz de synthèse Caractérisation physico-chimique des combustibles Caractérisation et modélisation de la combustion et des effluents  Flexibilité aux combustibles, co-combustion OBJECTIFS SCIENTIFIQUES

13 Thème 3 :La capture du CO 2  Capture Techniques intégrées de capture: modélisation, intégration, évaluation énergétique Voir présentation du PRI concerné  Séquestration Evaluation énergétique des techniques Inventaire critique de l’existant (synthèse de projets européens) aspect géographique, disponibilité des sites Thème 3 :La capture du CO 2  Capture Techniques intégrées de capture: modélisation, intégration, évaluation énergétique Voir présentation du PRI concerné  Séquestration Evaluation énergétique des techniques Inventaire critique de l’existant (synthèse de projets européens) aspect géographique, disponibilité des sites Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 OBJECTIFS SCIENTIFIQUES

14 Thème 4 :La sécurité industrielle La Réduction des risques industriels  utilisation de produits chimiques, hydrogène,… potentiellement explosifs Principaux facteurs Propriétés intrinsèques du milieu et du mélange combustible La source d’initiation Les caractéristiques de l’environnement où se propage l’explosion Problématiques de recherche Accélération de flammes, Transition Déflagration–Détonation (TDD) Dynamique interne des explosions Dynamique externe des explosions Thème 4 :La sécurité industrielle La Réduction des risques industriels  utilisation de produits chimiques, hydrogène,… potentiellement explosifs Principaux facteurs Propriétés intrinsèques du milieu et du mélange combustible La source d’initiation Les caractéristiques de l’environnement où se propage l’explosion Problématiques de recherche Accélération de flammes, Transition Déflagration–Détonation (TDD) Dynamique interne des explosions Dynamique externe des explosions Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 OBJECTIFS SCIENTIFIQUES

15 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 LE CADRE DES RECHERCHES Général Les moteurs La combustion Industrielle HCCIIGCC

16 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2  Par objectifs scientifiques dans des conditions déterminées de moteurs HCCI Homogeneous Combustion Controled Ignition de foyers, fours, turbines, incinérateurs,… IGCC Integrated Gasification Combined Cycle  Par objectifs scientifiques dans des conditions déterminées de moteurs HCCI Homogeneous Combustion Controled Ignition de foyers, fours, turbines, incinérateurs,… IGCC Integrated Gasification Combined Cycle COMMENT ORGANISER LES PRI ? Efficacité, optimisation du système, valorisation des déchets, utilisation de la biomasse

17 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 Problématique: système de production d’électricité hautement énergétique  gazéification (biomasse, charbon), production de gaz de synthèse (CO,H 2 )  capture du CO, combustion CH 4, combustion enrichie en H 2  turbines à gaz (mélange pauvre, multi combustibles, corrosion,..) + alternateur  chaudière pour valorisation des rejets de la turbine (échangeurs, injection de combustibles) + turbine à vapeur + alternateur  capture du CO2 + traitement des fumées Plate Forme IGCC

18 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 Problématiques: système de production d’électricité hautement énergétique  gazéification (biomasse, charbon), production de gaz de synthèse (CO,H 2 ), déchets HC, déchets industriels et domestiques,…  Production et traitement de bio-combustibles liquides ou solides  Voie par gaz de synthèse  Conversion enzymatique de la cellulose du bois en éthanol  Pureté des gaz  Bilan énergétique global, contribution à la réduction du CO 2  Valorisation des déchets  Thermique (échangeurs) pour le refroidissement des gaz de synthèse Plate Forme IGCC Gazéificateur

19 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 Problématiques: système de production d’électricité hautement énergétique  Innovation des technologies dans les turbines à gaz  Nouveaux combustibles (biomasse, gaz de synthèse,…)  Instabilités d’alimentation des réactifs et de combustion  Corrosion et érosion par les métaux alcalins présents dans les gaz Plate Forme IGCC Turbine à gaz

20 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 Problématiques: système de production d’électricité hautement énergétique  La chaudière haut rendement, échangeurs  Echangeurs thermiques Plate Forme IGCC Chaudière

21 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 Problématiques: système de production d’électricité hautement énergétique  La chaudière haut rendement, échangeurs  Echangeurs thermiques (GRETH)  Injection de combustibles, nouveaux modes de combustion avec recirculation de gaz chauds  Interactions flamme - parois froides  Instabilités de réaction Plate Forme IGCC Chaudière Combustible + Comburant

22 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 Problématiques: système de production d’électricité hautement énergétique  Capture du CO 2 Voir PRI concerné  nouvelles technologies  avant la turbine, après la chaudière  bilan énergétique global (volume à traiter)  NE PAS SE CONTENTER D’ UN TRAVAIL D’ INGENIERIE ASSEMBLAGE Plate Forme IGCC Capture

23 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 Plate Forme IGCC Echelle laboratoire et/ou pilote ?

24  Combustion industrielle : GDR 2496  Les turbines : programme européen AFTUR (01/2003) « ALTERNATIVE FUELS OF INDUSTRIAL GAS TURBINES »  Les moteurs : PREDIT (HCCI), PNIR carburants et moteurs, ARC  PRI CO 2 + séquestration  Programmes UE 6 è PCRDT et Américains (Stanford Univ)  Combustion industrielle : GDR 2496  Les turbines : programme européen AFTUR (01/2003) « ALTERNATIVE FUELS OF INDUSTRIAL GAS TURBINES »  Les moteurs : PREDIT (HCCI), PNIR carburants et moteurs, ARC  PRI CO 2 + séquestration  Programmes UE 6 è PCRDT et Américains (Stanford Univ) Définir les interactions Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 LES ACTIONS PARALLELES

25 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 CONCLUSION Identification claire des besoins : LA COMBUSTION EST UN SYSTEME IMPORTANT POUR CONVERTIR DE L’ENERGIE :  il faut accroître les rendements et réduire les polluants et gaz à effet de serre

26 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 CONCLUSION Identification claire des besoins : LA COMBUSTION EST UN SYSTEME IMPORTANT POUR CONVERTIR DE L’ENERGIE :  il faut accroître les rendements et réduire les polluants et gaz à effet de serre  Les moteurs : HCCI pulvérisation, mélange homogène, cinétique chimique, régime de combustion,…

27 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 CONCLUSION Identification claire des besoins : LA COMBUSTION EST UN SYSTEME IMPORTANT POUR CONVERTIR DE L’ENERGIE :  il faut accroître les rendements et réduire les polluants et gaz à effet de serre  Les moteurs : HCCI pulvérisation, mélange homogène, cinétique chimique, régime de combustion,…  La combustion industrielle : centrale IGCC Gazéification et nouveaux combustibles (SPI + Chimie) Turbines à gaz (combustion + matériau) Chaudières et foyers Capture de CO 2 (SPI, SDV)

28 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 CONCLUSION Identification claire des besoins : LA COMBUSTION EST UN SYSTEME IMPORTANT POUR CONVERTIR DE L’ENERGIE :  il faut accroître les rendements et réduire les polluants et gaz à effet de serre  Les moteurs : HCCI pulvérisation, mélange homogène, cinétique chimique, régime de combustion,…  La combustion industrielle : centrale IGCC Gazéification et nouveaux combustibles (SPI + Chimie) Turbines à gaz (combustion + matériau) Chaudières et foyers Capture de CO 2 (SPI, SDV)  Socio économie de la combustion dans les systèmes énergétiques

29 Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2 CONCLUSION Identification claire des besoins : LA COMBUSTION EST UN SYSTEME IMPORTANT POUR CONVERTIR DE L’ENERGIE :  il faut accroître les rendements et réduire les polluants et gaz à effet de serre  Les moteurs : HCCI pulvérisation, mélange homogène, cinétique chimique, régime de combustion,…  La combustion industrielle : centrale IGCC Gazéification et nouveaux combustibles (Chimie) Turbines à gaz (matériau) Chaudières et foyers (thermique des échangeurs) Capture de CO 2 (SDU)  Socio économie de la combustion dans les systèmes énergétiques  Collaboration des autres GAT aux problématiques identifiées

30 Les laboratoires peuvent fournir des solutions Programme Energie G.A.T. Combustion – capture CO 2