Etude phénoménologique et cinétique de l'oxydation des semi-cokes de charbons de Freyming et de Cévennes : Effets de la déminéralisation

Abstract

Etude de l’oxydation des charbons et de leurs semi-cokes, sous ces deux aspects phénoménologique et cinétique. L’effet des impuretés inorganiques sur cette réaction a été également étudié. Les échantillons sur lesquelles a porté cette étude sont : le charbon de Freyming et celui des Cévennes, ainsi que les semi-cokes préparés à partir de ces substrats et de leurs homologues déminéralisés. Après avoir définir la texture de certains de ces matériaux, une étude descriptifs et comparative de leurs processus de combustion a été menée par deux techniques différentes : la méthode d’autoinflammation et la thermogravimétrie. Cette dernière a permis de mettre en évidence l’adsorption chimique d’oxygène. L’étude cinétique de chimisoprtion a été effectuée dans un premier temps sur le semi-coke de Freyming. Il est montré que malgré l’hétérogénéité de ce substrat, l’équation d’Elovich peut interpréter les résultats cinétiques obtenus. Cette réaction est du premier ordre par rapport à la pression partielle d’oxygène et l’énergie d’activation croit linéairement avec le degré de recouvrement de la surface. La même étude menée sur le semi-coke de Freyming déminéralisé. L’énergie d’activation augmente d’une façon plus marquée avec le degré de recouvrement. On montre que le départ des matières minérales crée. D’une part, une porosité supplémentaire qui conduit à l’augmentation de la vitesse initiale, mais, l’autre part, augmente l’énergie d’activation. Ceci entraîne un ralentissement de la chimisorption aux taux de recouvrement élevés. La réaction de décomposition des complexes superficiels évaluée globalement par thermogravimétrie est aussi du premier ordre. L’énergie d’activation et le facteur préexponentiel déterminés pour le semi-coke de Freyming sont de 198,4 KJ/mole et de 8,3.10¹¹ mn⁻¹. Les valeurs de ces paramètres obtenus avec les échantillons déminéralisés sont de 185 KJ/mole et de 1,63.10¹¹ mn⁻¹. Ceci montre que la détermination augmente la réactivité du semi-coke à basse température. Enfin, des essais préliminaires effectués par spectroscopie infrarouge a transformée de Fourrier (IR-TF) montrent que l’oxygène est lié à la surface sous forme de groupements fonctionnels tels que carbonyle ou acide, dont les courbes d’accumulation ont été déduites qualitativement à diverses températures.