Réalisation · Dynamique des fluides & comportement de phase
Visualiser la formation d'hydrates en milieu poreux ou agité : réacteur haute pression modulaire à colonne saphir
Pour un leader mondial de l'énergie, IRIAN Mecatronics a conçu et fabriqué un réacteur haute pression sur mesure pour visualiser la formation d'hydrates de gaz. L'équipement permet d'étudier le phénomène à 120 bar en milieu corrosif, avec deux configurations expérimentales interchangeables : milieu poreux statique ou milieu agité.
En bref
- Client
- Un leader mondial de l'énergie
- Domaine
- Oil & gas, géosciences
- Technique
- Visualisation de changement de phase, Cinétique de cristallisation
01 — La question de recherche
Comment visualiser et quantifier une cristallisation sous pression dans des conditions d'écoulement variables ?
Étudier la formation et la dissolution de cristaux (hydrates, sels, polymères) sous pression est essentiel pour maîtriser les procédés en chimie, géosciences ou énergie. Le phénomène dépend fortement des conditions locales : température, pression, mais aussi écoulement. Le voir se dérouler sur un volume représentatif, et non à travers un simple hublot, permet de comprendre sa cinétique et de valider les modèles de simulation. C'est un enjeu clé en dynamique des fluides & comportement de phase. Notre client devait comprendre la formation d'hydrates de CO2 dans deux scénarios : l'un simulant un gisement (milieu poreux statique), l'autre un pipeline (milieu agité).
Permettre une observation visuelle directe sur toute la hauteur d'une colonne à 120 bar, tout en intégrant deux montages expérimentaux internes radicalement différents et interchangeables, et en résistant à un environnement corrosif.
02 — Notre démarche
Une conception modulaire pour une double problématique expérimentale
Garantir une visualisation complète à 120 bar
Pour observer la localisation et la cinétique de cristallisation sur 200 mm de hauteur, une cellule métallique à hublots aurait offert une vue discontinue. Nous avons donc construit le réacteur autour d'un tube monolithique en saphir, qui sert de corps à la cellule. Cette approche assure une vue complète et continue, sans déformation optique.
Permettre deux scénarios d'essai dans un même banc
Plutôt que de construire deux bancs distincts, nous avons conçu un équipement modulaire. Le corps de la cellule reste le même, mais deux ensembles supérieurs ('têtes') intégrant l'instrumentation et les actionneurs spécifiques (lit de sable instrumenté ou agitation avec mesure de couple) sont facilement interchangeables. L'investissement est ainsi maximisé.
Assurer la compatibilité chimique et le contrôle thermique
Face à la corrosivité de l'eau salée et du CO2, toutes les parties en contact avec les fluides ont été usinées en titane ta6V et Hastelloy. Pour réguler la température de -10°C à +80°C sans obstruer la vue, une double enveloppe externe a été intégrée, garantissant un contrôle thermique homogène et fiable.
Faciliter les manipulations et la maintenance
Le changement de configuration et le nettoyage imposent des démontages fréquents. Pour rendre ces opérations simples et sûres, l'ensemble de la colonne a été monté sur un support pivotant et verrouillable. L'opérateur peut ainsi basculer l'équipement sans effort pour la vidange, le remplissage ou la maintenance.
03 — Caractéristiques techniques
| Pression de service | 120 bar |
|---|---|
| Température d'utilisation | -10°C à 80°C |
| Volume utile de la colonne | 63 cm³ |
| Dimensions du tube saphir | Ø 20 mm x 200 mm |
| Vitesse maximale d'agitation | 1500 tr/min |
| Matériaux en contact fluide | Titane Ta6V, Hastelloy X (sondes) |
| Instrumentation (configuration pack de sable) | Jusqu'à 4 thermocouples |
| Instrumentation (configuration agitation) | Mesure de couple en temps réel, thermocouple intégré |
04 — Autres applications
Votre projet ressemble à celui-ci ?
Chimie fine / Pharmacie
La contrainte commune est de visualiser une cinétique de cristallisation ou de polymérisation pour optimiser un procédé. Le principe de la colonne saphir avec double enveloppe, la modularité et la mesure de couple pour suivre la viscosité resteraient identiques.
Géosciences / Stockage géologique du CO2
Il s'agit ici d'étudier les interactions fluide-roche en conditions de réservoir. La cellule HP avec visualisation et le montage type 'pack de sable' instrumenté seraient conservés, en adaptant les matériaux et les gammes de pression pour accueillir des carottes de roche.
Agroalimentaire / Extraction supercritique
Pour observer l'effet de l'extraction au CO2 supercritique sur une matrice solide, la cellule à visualisation et le contrôle précis de P/T seraient les mêmes. Les matériaux seraient adaptés aux normes sanitaires (Inox 316L, PEEK) et la nettoyabilité optimisée.
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