Thermal Decomposition of Methane. Bibliographic Study and Proposal of a Mechanism Décomposition thermique du méthane. Étude bibliographique. Proposition de mécanisme

Abstract

This review article gives the state-of-the-art of the upgrading of methane by the purely thermal route. It sums up the principal research since 1960 by giving, for each project, the operating conditions, type of reactor and the main results (order, inhibition of the reaction). It also comments on the reactions and the elementary processes written as well as the contribution of new kinetic constants. It emphasizes the effects of temperature, of dilution by inert gases, by hydrogen, by ethane and by water as well as the wall effects. After analyzing a great many publications dealing with the thermal decomposition of methane, this article attempts to give a mechanism and the major stages for which there seems to be a consensus among different authors and that account for the formation of hydrogen, ethane, ethylene, propene and acetylene. This mechanism can be broken down as follows :(a) Primary formation of ethane and hydrogen. (b) Secondary reactions of ethane. (c) Secondary reactions of ethylene. (d) Secondary reactions of acetylene. (e) Secondary reactions of propene. This mechanism has also made possible the excellent simulation of the formation of all the above-mentioned products. However, concerning the formation of liquid hydrocarbons and coke, there is no coherent mechanism capable of simulating their formation. Cet article de revue fait le point sur la valorisation du méthane par voie purement thermique. Nous avons résumé les principaux travaux depuis 1960 en présentant pour chaque étude les différentes conditions opératoires, le type de réacteur, les principaux résultats (ordre, inhibition de la réaction). Nous avons également commenté les réactions et processus élémentaires écrits ainsi que l'apport de nouvelles constantes cinétiques. Nous soulignons également les effets de la température, de la dilution par des gaz inertes, par l'hydrogène, par l'éthane et par l'eau ainsi que les effets de parois. Après analyse du grand nombre de publications relatives à la décomposition thermique du méthane, nous avons cherché un schéma et les grandes étapes pour lesquelles il semble y avoir consensus entre les différents auteurs et qui rendent compte de la formation d'hydrogène, d'éthane, d'éthylène, de propène et d'acétylène. Ce mécanisme peut se décomposer comme suit : - formation primaire d'éthane et d'hydrogène; - réactions secondaires de l'éthane; - réactions secondaires de l'éthylène; - réactions secondaires de l'acétylène; - réactions secondaires du propène. Ce mécanisme a d'ailleurs permis une excellente simulation de la formation de l'ensemble des produits cités ci-dessus. En revanche, concernant la formation des hydrocarbures liquides et du coke, il n'existe aucun mécanisme cohérent qui permette de simuler leurs formations.