Description
En bref
Différence entre la vapeur d’eau et l’humidité relative dans l’analyse thermique
Lorsque l’eau est chauffée à son point d’ébullition ou à un niveau supérieur, elle passe de l’état liquide à l’état gazeux.
Elle existe alors sous forme de vapeur d’eau.
Si cette vapeur est introduite dans une chambre de réaction ou un instrument quelconque, on parle d’application de vapeur d’eau.
En revanche, tout gaz peut transporter et contenir une certaine quantité d’eau à une température donnée.
C’est ce qu’on appelle l’humidité.
Si l’on prend l’exemple de l’air, il y a toujours une quantité d’eau contenue dans l’air, même en dessous du point d’ébullition de l’eau, que l’on définit comme l’humidité relative.
Contrairement à l’humidité relative, au-dessus du point d’ébullition dépendant de la pression, qui est de 100°C au niveau de la mer, l’eau n’existe que dans sa phase gazeuse, sous forme de vapeur d’eau.
En mélangeant la vapeur d’eau, produite dans un générateur de vapeur d’eau, avec un gaz porteur comme l’air, l’azote ou l’hélium, la concentration variable (en %-volumique, %-massique ou ppm) de la vapeur d’eau dans l’échantillon de gaz peut être ajustée dans nos analyseurs.
En outre, selon l’application, l’atmosphère gazeuse à l’intérieur du dispositif peut être statique ou dynamique.
Les études typiques pour les atmosphères dynamiques de vapeur d’eau comprennent le chauffage isotherme d’un échantillon et le dosage ultérieur d’une concentration définie de vapeur d’eau pour induire une réaction.
Il peut s’agir par exemple de mesures d’adsorption, de désorption, de réduction, d’oxydation ou de transformation.
Dans l’analyse thermique, les générateurs de vapeur d’eau sont généralement utilisés en combinaison avec des thermobalances telles que TGA et STA (à des pressions élevées) ainsi qu’avec des dilatomètres.
Mesures en atmosphère de vapeur d'eau en fonction de la pression
Outre la concentration et la température, lae pression de l’atmosphère peut être contrôlé, car il a une grande influence sur l’expérience.
Une pression élevée est particulièrement intéressant pour déplacer les conditions d’équilibre des réactions, par exemple pour la gazéification du charbon ou de la biomasse, qui peut être étudiée à l’aide de nos analyseurs STA à haute pression.
Néanmoins, avec l’augmentation du niveau de pression, de nouvelles conditions limites doivent être prises en compte.
Par exemple, une augmentation de la pression déplace le point d’ébullition vers des températures plus élevées, jusqu’à ce qu’il atteigne ce que l’on appelle le point critique.
D’autre part, la pression maximale de l’eau gazeuse est définie par la courbe de la pression de vapeur saturante. Si la pression devient trop élevée, l’eau se condense. Pour des températures ou des pressions plus élevées, au-dessus du point critique, la densité de l’eau liquide est aussi importante que celle de l’eau gazeuse, de sorte qu’elle ne peut plus se condenser. C’est ce qu’on appelle un état supercritique, par exemple la vapeur d’eau surchauffée.
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Applications
Les expériences de gazéification du charbon et de la biomasse constituent un exemple typique d’application de la vapeur d’eau à des températures et des niveaux de pression élevés.
L’exemplemontre une expérience typique de gazéification du charbon de bois.
L’échantillon de charbon a été chauffé jusqu’à un plateau isotherme sous atmosphère d’azote à une pression de 50 bars (thermobalance haute pression TGA-HP).
Le signal de masse montre la perte de composants volatils entre 20 et 40 minutes.
Après l’ajout de vapeur d’eau, le charbon a été gazéifié et presque entièrement consommé après 150 minutes, produisant H2, CO, CH3OH et d’autres gaz réactifs utiles, comme le montre la courbe rouge de perte de masse.
L’ensemble du processus peut être décrit comme suit : Le carbone réagit avec la vapeur d’eau pour former un mélange de monoxyde de carbone et d’hydrogène.
Le monoxyde de carbone obtenu peut réagir avec une deuxième molécule d’eau pour former du dioxyde de carbone et de l’hydrogène supplémentaire, et enfin l’hydrogène résultant peut former du méthane et d’autres hydrocarbures à partir du monoxyde de carbone.
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