Academic literature on the topic 'Adsorption de gaz sous haute pression'

Un moment délaissée, l’étude des disjoncteurs moyenne et haute tension utilisant le vide comme milieu de coupure connaît un nouvel essor depuis quelques années. En effet, les normes environnementales tendent à diminuer drastiquement l’utilisation de gaz à effet de serre dans les disjoncteurs et à favoriser les alternatives. De ce fait, l’utilisation de dispositifs dans le vide comme moyen de coupure s’avère être une alternative pertinente. Cependant, peu d’études caractérisant ces dispositifs existent. De plus, la difficulté d’effectuer des mesures expérimentales dans un environnement à basse pression (environ 10-5 Pa) et fort courant (plusieurs kA) contraint les chercheurs et les industriels à développer des modèles numériques afin de comprendre les phénomènes physiques et améliorer ces systèmes de coupure. Dans cette communication nous présentons un modèle numérique tridimensionnel (3D) qui décrit un arc sous vide à fort courant (15 kA) en régime subsonique entre des contacts en cuivre sous l'influence d'un champ magnétique axial (AMF). Le modèle est basé sur une approche MHD du plasma inter-électrodes à deux températures (électronique et ionique). L’étude est réalisée sur le logiciel commercial Ansys Fluent 23 R2 utilisant des développements en langage C et des UDF. Nous décrivons le modèle, les conditions aux limites et les principaux résultats de simulation. Les champs de température ionique et électronique, de pression absolue (en exemple sur la figure 1) et de vitesse ionique seront donnés. Sur la base de cette modélisation d'arc, nous présentons une étude paramétrique de la charge moyenne du plasma en lien avec les hypothèses faites dans la littérature. Les résultats montrent qu’en considérant une charge moyenne plus élevée et proche de la réalité, la température du milieu augmente de plusieurs eV.

Les réseaux organo-métalliques (MOF) ont été identifiés ces dernières années comme des alternatives avancées pour le stockage des gaz, les séparations moléculaires, la détection ou la catalyse, grâce à leurs remarquables propriétés hôte-invité et à leur polyvalence. Plus récemment, la combinaison du phénomène de transition de spin ferreux (Spin crossover : SCO) avec les MOF a permis d'obtenir des architectures poreuses commutables où le spin électronique des centres métalliques du fer(II) peut être contrôlé par différents stimuli. Ce travail se concentre sur l'un de ces SCO MOF, également appelés clathrates d’Hofmann, (FeNi[CN]4.Pyrazine) avec une propriété de commutation qui est étudiée ici pour ses propriétés de stockage et de séparation de gaz.Ce matériau est d'abord synthétisé à l'aide d'un mélange de réactifs respectueux de l'environnement, employant des sels de fer et de nickel avec de la pyrazine comme agent de liaison organique. La poudre microcristalline obtenue est ensuite caractérisée par différentes techniques expérimentales, notamment la porosimétrie à l'azote et à l'argon, l'analyse thermogravimétrique (ATG), la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage (SEM) et la spectroscopie IR, confirmant ainsi la réussite de la synthèse de ce matériau.L'un des objectifs de cette recherche était de concevoir et de construire un nouveau dispositif volumétrique, pour étudier l'adsorption à haute pression de gaz purs et de mélanges, permettant de visualiser simultanément l'échantillon au moyen d'une caméra fixée près de la fenêtre en saphir de la cellule de mesure. Tout d'abord, l'adsorption de gaz purs à haute pression (jusqu'à 7 MPa) (CO2, CH4 & N2) dans le (FeNi[CN]4.Pz) a été réalisée à différentes températures et les résultats ont montré une flexibilité structurelle intéressante de ce MOF lors de l'adsorption du CO2, quel que soit son état de spin initial. Ces transitions structurelles lors de l'adsorption de CO2 ont ensuite été observées à l'aide de techniques de spectroscopie vibrationnelle in-situ : FTIR et Raman. En outre, il a été démontré que la propriété SCO de ce matériau est bien associée aux changements de couleur de l'échantillon lui-même, ce qui montre que la technique combinée d'adsorption et d'analyse d'images est un outil utile pour étudier le changement SCO dû à l'adsorption pour ce type d’adsorbant.La mesure de l'adsorption de mélanges gazeux a pu être réalisée en utilisant le même dispositif manométrique couplé à un analyseur de gaz infrarouge. Les données expérimentales ont démontré que le (FeNi[CN]4.Pz) adsorbe préférentiellement le CO2 par rapport au CH4, ce qui en fait un candidat approprié pour la séparation CO2/CH4 dans certaines conditions. Il a été montré que cette adsorption préférentielle du CO2 est renforcée par la flexibilité du matériau.En plus de ces résultats expérimentaux, une modélisation de l'adsorption à l'équilibre, de la cinétique d'adsorption et de la sélectivité a été réalisée et comparée aux propriétés mesurées.En résumé, cette thèse présente une étude du (FeNi[CN]4.Pz), mettant en évidence sa synthèse, sa caractérisation, sa flexibilité et ses performances exceptionnelles dans les séparations CO2/CH4 et CO2/N2, grâce à des approches à la fois expérimentales et théoriques
Metal Organic Frameworks (MOFs) have been identified in recent years as advanced alternatives for gas storage, molecular separations, sensing or catalysis, thanks to their remarkable host-guest properties and versatility. More recently, the combination of the ferrous spin-crossover (SCO) with MOFs has made it possible to obtain switchable porous architectures where the electron spin of the iron(II) metal centers can be controlled by different stimuli. This work focuses on one of these SCO MOFs, also called Hofmann clathrates, (FeNi[CN]4.Pyrazine) with a switchable property that is studied here for its gas storage and separation properties.This material is first synthesized using an environmentally friendly mixing of reagents, employing iron and nickel salts with pyrazine as the organic linker. The resulting microcrystalline powder is then characterized via different experimental techniques including nitrogen and argon porosimetry, thermogravimetry analysis (TGA), X-ray diffraction, scanning electron microscopy (SEM), and IR spectroscopy, thus confirming the successful synthesis of this material.One of the aims of this research was to design and construct a novel homemade volumetric setup to study the high-pressure adsorption of pure gases and mixtures allowing to simultaneously visualize the sample by means of a camera attached near the sapphire window of the measuring cell. First, high pressure (up to 7 MPa) pure gases (CO2, CH4 & N2) adsorption in (FeNi[CN]4.Pz) were conducted at various temperatures and results have shown an interesting structural flexibility of this MOF during CO2 adsorption, whatever the initial spin state of the material. These structural transitions upon CO2 adsorption were then observed using in-situ vibrational spectroscopy techniques: FTIR and Raman spectroscopy. Moreover, it was shown that the SCO property of this material is well associated with the changes in color of the sample itself showing that the combined adsorption/image analysis technique is a useful tool to investigate the SCO change due to adsorption for this type of material.The adsorption measurement of gas mixtures could be achieved by utilizing the same homemade manometric setup coupled with an IR gas analyzer. Experimental data demonstrated that (FeNi[CN]4.Pz) has a preferential adsorption for CO2 over CH4, making it a suitable candidate for CO2/CH4 separation in some conditions. It was shown that this preferential adsorption of CO2 is enhanced by the structural flexibility of the material.In addition to these experimental results, modeling of both equilibrium adsorption, kinetics of adsorption and selectivity was performed and compared to the measured properties.In summary, this thesis presents a comprehensive study of (FeNi[CN]4.Pz), highlighting its synthesis, characterization, structural flexibility, and exceptional performance in CO2/CH4 as well as CO2/N2 separations, highlighted by both experimental and theoretical approaches

Les études de mélanges binaires sous conditions extrêmes ont mené à la découverte de solides appelés composés van der Waals. La découverte d’un composé van der Waals dans un mélange de deux gaz nobles par Loubeyre et al. (1993) permet de supposer que différentes combinaisons de gaz nobles formeront, aux conditions pression-température-concentration appropriées, de tels solides. Des échantillons de gaz nobles (néon + argon) et (hélium + argon) furent étudiés sous hautes pressions par diffraction de rayons X issus du rayonnement synchrotron dans le but de former et caractériser un composé inédit. Une faible miscibilité des espèces étudiées est observée via la présence de démixtions et de solutions solides dans les échantillons. Parallèlement, une étude du composé binaire (azote + méthane) a été poursuivie par l’affinement des positions moléculaires d’un composé van der Waals connu pour ce système. Des solutions potentielles pour la structure cristalline sont proposées et discutées.

Nous présentons une étude in situ du verre de silice v-SiO2 sous pression hydrostatique de gaz rares par spectroscopie Brillouin et Raman. Les échantillons sont pressurisés avec de l'hélium, du néon et de l'argon dans une cellule à enclume de diamant, dans la gamme 0 - 8 GPa. Les atomes d'hélium et de néon pénètrent dans la structure du verre sous pression. On estime qu'environ un atome d'hélium par tétraèdre SiO4 et qu'environ deux fois moins dans le cas du néon sont adsorbés à 6 GPa. Les modules de compression et de cisaillement en fonction de la pression de fluide sont obtenus à partir des mesures des vitesses acoustiques longitudinales et transverses. L'anomalie de comportement du module de compression de v-SiO2 (minimum à 2 GPa) est supprimée par l'adsorption de He et de Ne, les réarrangements structuraux liés à cette anomalie étant empêchés parl'occupation des sites interstitiels par les atomes d'hélium et de néon. En présence d'hélium et de néon, l'équation d'état V (P) ne permet pas de retrouver le module de compression car la silice se comporte comme un milieu poreux ouvert. La simulation Monte-Carlo des isothermes d'adsorption combinée à la théorie généralisée de la poromécanique permet de décrire les déformations volumiques et les quantités de fluide adsorbées en accord avec les résultats expérimentaux. Dans le cas du néon, la cinétique d'adsorption-désorption est observée par spectroscopie Brillouin. Les spectres Raman VV et VH de v-SiO2 ont été mesurés en fonction de la pression de fluide. La réduction de la distribution des angles Si–O–Si est empêchée par l'insertion d'hélium
We present an in situ study of vitreous silica v-SiO2 under hydrostatic noble gases pressure by Brillouin and Raman spectroscopy. Samples are pressurized in helium, neon and argon in a diamond anvil cell, in the range 0 - 8 GPa. Helium and neon atoms penetrate in the pressurized glass structure. We estimate that about one atom of helium per SiO4 tetrahedron and about half in the neon case are adsorbed at 6 GPa. Bulk and shear moduli as a function of fluid pressure are obtained from measurements of the longitudinal and transverse acoustic velocities. The behaviour anomaly of the bulk modulus of v-SiO2 (minimum at 2 GPa) is suppressed by He and Ne adsorption, structural rearrangements associated with this anomaly being prevented by the occupation of interstitial sites by helium and neon atoms. In the presence of helium and neon, the V(P) equation of state does not allow to recover bulk modulus because silica behaves like an open porous medium. Monte-Carlo simulation of adsorption isotherms combined with the generalized theory of poromechanics allows to describe volume deformations and adsorbed fluid amount in agreement with experimental results. In the neon case, adsorption-desorption kinetics is observed by Brillouin spectroscopy. Measurements of VV and VH Raman spectra of v-SiO2 are made as function of fluid pressure. The reduction of Si–O–Si angles distribution is prevented by the insertion of helium

Ce travail porte sur l'étude du comportement de la phase adsorbée à température ambiante (302 K) sous haute pression (50 bars). Nous avons construit un appareil permettant d'étudier l'adsorption par microcalorimétrie et manométrie d'adsorption à température ambiante et à des pressions allant jusqu 'à 50 bars. Nous avons validé l'appareil en comparant nos résultats avec les expériences effectuées à température ambiante jusqu'à un bar. Cette validation nous a également permis d'explorer les tous premiers stades du remplissage des zéolithes (domaine d'application de la loi de Henry). A partir des données obtenues, nous avons souhaité mieux comprendre les mécanismes mis en jeu au cours de l'adsorption. Ainsi, nous avons travaillé sur l'adsorption de différentes molécules sondes (N2, O2, Ar, CH4, CO2) sur des adsorbants modèles, les faujasites. Pour étudier le comportement de la phase adsorbée, nous avons fait varier un seul paramètre sur les adsorbants : la nature chimique du cation de compensation (Na+, K+, Ca2+, Mn2+, Sr2+, Ba2+) ou l'absence de cations de compensation (DAY). Nous avons obtenu les premiers résultats expérimentaux de microcalorimétrie d'adsorption à 302 K jusqu'à des pressions de 30 bars. Les isothermes d'adsorption obtenues à température ambiante et à haute pression ont été modélisées par le modèle de Jensen et Seaton en rapprochant certains paramètres empiriques aux propriétés du couple adsorbant/adsorbables. La comparaison des résultats obtenus par microcalorimétrie d'adsorption à température ambiante et à basse température, nous a permis d'émettre l'hypothèse d'une adsorption localisée (à 77 K) et délocalisée (à 302 K). Grâce à la qualité des échantillons étudiés, nous avons pu obtenir un ensemble de données thermodynamiques utilisables comme données de référence pour la simulation et la modélisation

Etude experimentale de l'influence de la pression, de la temperature et de la composition sur la solubilite des alcanes lourds dans un gaz leger. Des modeles thermodynamiques sont utilises pour minimiser les travaux experimentaux, couteux et difficiles. L'utilisation de l'equation de redlich-kwong-soave permet de representer les equilibres liquide-vapeur des melanges d'hydrocarbures sous pression, notamment de predire des equilibres de phases dans des systemes multicomposants a partir des donnees sur les melanges binaires

Notre travail a pour objectif d'ameliorer l'un des moyens en usage dans l'industrie de la micro-electronique pour reduire la contamination particulaire: la filtration au point d'utilisation des gaz purs employes pour les procedes de fabrication des semi-conducteurs. Dans un premier temps nous dressons un bilan de la qualite du gaz dans un reseau d'alimentation, realise a l'aide de differentes techniques d'analyse particulaire (techniques d'analyse de surface et compteurs de particules). Dans un second temps, nous proposons un banc de tests original qui simule le fonctionnement d'un equipement de production. Il nous permet de realiser differents a-coups de pression quantifiables et reproductibles et donc de tester des filtres a tres haute efficacite dans leurs conditions d'utilisation industrielle. A l'aide d'un compteur optique laser et d'un compteur a noyaux de condensation, nous etudions ainsi les comportements et les performances (vis-a-vis de l'aerosol atmospherique de la salle) de membranes et de ceramiques, vierges ou vieillies. Nos resultats mettent en evidence des differences de comportement essentiellement attribuees a la structure des media et a leurs pouvoirs de tampon vis-a-vis d'un choc de pression

Les activités de production des hydrocarbures sont fortement dépendantes du comportement thermodynamique des fluides produits. La précipitation d'asphaltènes, entités qui constituent les principaux composants de la fraction la plus lourde et la plus polaire du pétrole, peut conduire à la formation d'un dépôt solide. Nous avons mis en oeuvre et évalué plusieurs méthodologies expérimentales appliquées à la détermination des diagrammes de phase de fluides asphalténiques dans les conditions de haute pression et haute température. Nous avons mis au point une technique utilisant un résonateur à cristal de quartz (RCQ), capable d'identifier les conditions thermodynamiques de changement de phase, sous haute pression, dans des fluides avec une teneur faible en asphaltènes. Les données obtenues avec le RCQ ont été validées par filtration isobare et par microscopie haute pression (MHP). Les effets sur la floculation de l'ajout de gaz, des conditions thermodynamiques imposées au fluide et de la vitesse de dépressurisation ont été étudiés expérimentalement à l'aide des trois techniques susmentionnées. Les résultats obtenus par MHP sur différentes live oils suggèrent l'existence de quatre types de comportement de fluides lors d'une dépressurisation isotherme, avec dans certains cas l'apparition d'un équilibre liquide-liquide dans des conditions de températures et de pressions élevées. Enfin, nous avons établi, avec la caractérisation physico-chimique des asphaltènes obtenus (nC7) à partir des huiles mortes, que la différence d'aromaticité entre cette fraction et celle de son huile d'origine, pouvait être un indicateur utile afin d'anticiper un possible phénomène de précipitation
Oil production activities are strongly dependent on the phase behavior of produced fluids. The flocculation of asphaltenes, the major components of the heaviest and most polar fraction of crude oil, can lead to solids formation in several steps of oil production. In this thesis, we evaluated several methodologies applied for asphaltenes phase behavior assessment under high-pressure conditions. Among the methodologies, we had developed an apparatus based on the quartz crystal resonator (QCR), able to identify thermodynamic conditions of phase changes in pressurized fluids containing low asphaltenes content. The data obtained with the QCR were validated by isobaric filtration and high pressure microscopy (HPM) tests. Applying the three aforementioned techniques, the influence of gas addition, kinetic factors, thermodynamic conditions and the influence of depressurization rate on the onset of asphaltenes flocculation were studied. Live oils were evaluated by the HPM technique. The results from HPM suggest the existence of four phase behavior patterns for isothermal depressurization experiments, highlighting the existence of a liquid-liquid equilibrium at elevated temperatures and pressures. The physico-chemical characterization of asphaltenes extracted with n-heptane from dead oil suggests that the difference of aromaticity between this fraction and its referred oils could be a parameter to indicate possible problems of asphaltenes flocculation during the oil production

In order to generate high harmonics (multi-keV regime) from which a coherent X-ray source can be made, ultrashort mid-infrared laser pulses are necessary. This document presents the basics of the generation of IR pulses using Nd:YAG and Ti:Sapphire systems currently in use in Prof. Bernd Witzel’s laboratory. A first section explains the process by which the original pump laser (Nd:YAG, 1064 nm, 10 ns) is converted into a secondary pump at 2 µm, which is a mandatory step in order to interact with the amplifying medium due to the molecular structure of CO2. This conversion is realized by using an optical parametric oscillator (OPO) and an optical parametric amplifier (OPA). More precisely, the selection of the non-linear medium to use for the OPO and OPA (KTP) is explained. In addition, which mirrors are best-suited for the OPO and the relevant non-linear physical equations (amplitude-coupled equations) are described. Next, a second section aims to expose the theory that makes it possible to use a 2 µm nanosecond pump to amplify the 10 µm, femtosecond radiation derived from a femtosecond Ti:Sapphire laser. The limits and conditions for this process are explained; in short, we find that the CO2 gas pressure must reach 40 atm. In order to do so, an aluminum gas cell with two thick ZnSe windows must be used. Finally, the last part of this thesis describes and explains the design of the aforementioned CO2 cell necessary to the amplifying process. The optimal length of the cell, its geometry and its windows (made from ZnSe, with a 5.1 mm thickness) are the subject of a detailed analysis

Pour prévenir l'apparition de dépôts solides dans les effluents pétroliers, il est nécessaire d'élaborer des modèles thermodynamiques prédictifs capables de prédire le comportement de phase de tels fluides dans les domaines de température mais aussi de pression auxquels ils sont soumis lors de leur exploitation (0,1 - 100 MPa). Dans cette optique, deux techniques ont été développées afin d'acquérir des données expérimentales sous pression sur l'apparition et la nature de la phase solide d'abord de systèmes complexes synthétiques puis sur des systèmes complexes réels. Grâce à ces données expérimentales collectées sous pression, un modèle totalement prédictif basé sur une équation d'état cubique couplée à des règles de mélange classique a pu être développé. Ce nouveau modèle est destiné à la représentation des équilibres de phase fluide - solide ainsi qu'à la caractérisation de la phase solide de systèmes complexes synthétiques, mais aussi réels, maintenus sous haute pression
To prevent the waxes appearance in oils, thermodynamical models must be developed in order to predict the phase behaviour of such fluids in the temperature ranges as well in the pressure ones in which they are submitted during their exploitation (0. 1 - 100 MPa). In this purpose, two techniques have been developed to get experimental data under pressure about the solid phase appearance conditions and nature, first on synthetic complex systems, then on real complex ones. Thanks to those data under pressure, a totally predictive model based on a cubic equation of state coupled with classical mixing rules has been developed. This new model has been built to represent the fluid - solid phase equilibrium and the solid phase characterization of some synthetic complex systems, but also some real complex systems, maintained under high pressure