Enabling production of sustainable chemicals by understanding microwave reactor engineering hydrodynamics

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L'électrification des procédés chimiques fait partie de la transition énergétique qui vise à réduire l'empreinte carbone de diverses industries au Canada. Il y a un fort besoin pour que l'industrie chimique, grande consommatrice d'énergie fossile pour le chauffage des réacteurs, adapte ses procédés et accorde une place plus importante à l'utilisation de l'électricité. Le génie de la réaction chimique par micro-ondes, utilisant l'électricité pour promouvoir les réactions chimiques, a démontré un potentiel énorme au niveau à l'échelle du laboratoire en permettant d'améliorer les rendements et l'efficacité énergétique des réacteurs chimiques. Au cours des 10 dernières années, l'entreprise technologique canadienne Pyrowave a développé le premier réacteur a dépolymérisation par catalyse micro-onde à l'échelle commerciale. Ce réacteur permet la pyrolyse de déchets en polystyrène pour produire des monomères de styrènes vierges. Comme seulement 30% des communautés canadiennes ont accès au recyclage du polystyrène, cette technologie efficace, rentable et à haut rendement réduirait grandement la quantité de déchets plastiques générés au Canada. Cependant, Pyrowave fait face à des problèmes dans l'opération et l'optimisation de leur réacteur. Un proportion importante de ces problèmes est reliée aux micro-ondes, dont l'utilisation génère des sites à haute température qui, bien que bénéfiques pour la pyrolyse, doivent être contrôlés pour assurer l'intégrité physique du réacteur. Ceci requiert une compréhension intime de l'écoulement polyphasique dans le réacteur en présence de micro-ondes. Le projet proposé combine la mécanique des fluides numérique polyphasique (CFD-DEM) et des travaux expérimentaux pour comprendre, quantifier et prédire l'influence des micro-ondes sur les profils d'écoulements solide-liquide ainsi que le transfert thermique dans le réacteur. Le projet utilisera le réacteur de pyrolyse assisté par micro-ondes de Pyrowave comme système modèle, car ce réacteur existe à l'échelle industrielle. Nous pensons que les résultats issus de ce projet permettront la conception d'une nouvelle génération de réacteurs utilisant les micro-ondes et qui répondra aux besoins de l'économie circulaire, notamment à travers la pyrolyse des matières plastiques.