Synthesis and thermodynamic characterization of gas hydrates containing hydrogen
Synthèse et caractérisation thermodynamique d'hydrates de gaz contenant de l'hydrogène
Résumé
The limited fossil fuels resources and the environmental issues they cause, make moving towards clean and renewable energy sources inevitable. In this perspective, hydrogen is attracting more and more attentions these days. Hydrogen is a clean fuel, which combustion doesn't produce any pollutant or any greenhouse gas. Moreover, its energetic density is around three times higher than conventional fuels. In spite of its favorable chemical properties, storage and transport of hydrogen has been always a big challenge for industry. In this regard, different approaches are made and different technologies are proposed for storage of hydrogen. This work, concerns the synthesis and characterization of hydrogen hydrates of different structures in presence of water soluble additives and gas promoters. At the first step, semi-clathrate systems of quaternary salts (TBAOH) and (TBPBH4) were investigated. Using a differential scanning calorimeter (DSC) their phase equilibrium were investigated and phase diagrams were established. Moreover, using volumetric measurements the quantity of hydrogen stored in these semi-clathrates was measured. In the second approach, the effect of a promoter gas such as propane and carbon dioxide on the stability of hydrogen hydrate was investigated. The phase equilibria of these systems were studied and compared with those of pure C3H8, CO2 hydrate and pure H2 hydrate. Moreover, the gas compositions before and after hydrate formation were analyzed. Keywords: Hydrogen hydrates, semi-clathrate hydrates, phase equilibria, Differential Scanning Calorimetry (DSC), PVT measurements
Dans l'objectif de la transition vers de nouvelles sources énergétiques, l'hydrogène apparaît comme une source d'énergie idéale. L'hydrogène est doté d'excellentes propriétés physico-chimiques lui conférant la qualité de combustible d'avenir : il est une énergie propre, renouvelable avec un pouvoir calorifique trois fois supérieur à celui de l'essence. Mais les difficultés liées au stockage et le transport de l'hydrogène restent des obstacles majeurs au développement d'une économie de l'hydrogène comme vecteurs énergétiques. C'est dans ce contexte que l'hydrates d'hydrogène à été entrepris au cours de mon projet de recherche doctorale. C'est étude concerne la synthèse et la caractérisation des hydrates et des semi-hydrates, à l'aide d'analyse calorimétrique différentielle sous haute pression (40 MPa) et un réacteur isobarique pour les mesure volumétrique. Dans le premier temps, une famille particulière des semi-hydrates qui se forment à partir d'eau et de gaz en présence de sels d'ammoniums (TBAOH) ou de phosphoniums quaternaires (TBPBH4) a été étudiée. Nous présentons dans cette partie une étude du comportements des systèmes TBAOH-H2-H2O, TBPBH4-H2-H2O et N2-TBPBH4-H2O, leurs diagrammes de phase isobare (T,x) et une étude volumétrique sur la quantité de gaz stocké. Dans le deuxième temps, le concept de Tuning a été développé dans un mélange de H2-C3H8 à fin d'étudier son impact sur le stabilité de l'hydrate d'hydrogène. En suite, la séparation de l'hydrogène dans un mélange équimolaire de CO2-H2 a été étudié avec l'analyses de la compostions initiales et finales du mélange du gaz. Mots clé: Hydrates de H2, hydrates semi-clathrates, équilibre de phase, analyse calorimétrique différentielles, mesure volumétrique.
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