Un réacteur-échangeur ultra performant pour la chimie fine

En s'appuyant sur un savoir-faire en métallurgie du futur de sa maison-mère, la jeune société Khimod a développé un nouveau concept de réacteur-échangeur qui pourrait fortement intéresser les acteurs de la chimie fine

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Un réacteur-échangeur ultra performant pour la chimie fine

Alors que l'on discute depuis de nombreuses années sur l'intérêt de l'intensification des procédés et du passage du batch au continu dans le domaine de la chimie fine pharmaceutique, force est de constater que le sujet a rarement dépassé le stade du laboratoire.

Si les chimistes organiciens sont parfois mis en cause, ils manquent aussi de solutions technologiques fiables pour procéder à cette mutation. Spin off de la société de métallurgie Atmostat (groupe Alcen), la jeune start-up Khimod, créée début août, développe un nouvel équipement qui pourrait bien répondre aux attentes de la chimie fine.

Il s'agit d'un réacteur-échangeur au design innovant, de la taille d'une boîte à chaussures. Il est doté de nappes de canaux croisés. Une première série de canaux contenant du catalyseur est le site de la réaction catalytique. Une deuxième série de canaux plus petits et alternants avec la première série de canaux sert à faire circuler le fluide de régulation thermique.

L'originalité de ce module repose dans sa fabrication puisque les différentes plaques qui le constituent sont assemblées par un procédé de soudage par diffusion. « Ce procédé pourrait s'apparenter à du soudage traditionnel, mais s'opère sans fusion matière : il s'agit d'une diffusion au niveau atomique des plaques qui le constituent », résume Olivier Bouchard, membre du directoire de Khimod. Il n'hésite pas à parler de « métallurgie du futur » pour cette technologie, développée depuis 2013 en coopération avec le CEA-Liten, et qui a fait l'objet de peu de brevets pour éviter toute divulgation du savoir-faire. Pensée au départ pour réaliser des pièces pour les secteurs de l'aéronautique ou de l'énergie, la technologie de soudage par diffusion s'ouvre maintenant à d'autres horizons.

Et à technologie en rupture, propriétés en rupture pour les échangeurs réacteurs de Khimod qui se caractérisent par une très bonne tenue mécanique, doublée d'une excellente performance thermique. Peu importe si la réaction est fortement exothermique ou endothermique. Si les modules développés sont de petites tailles, ils sont justement conçus pour être assemblées comme des briques de Lego, en série pour plusieurs étages de réaction ou en parallèle, pour atteindre les capacités de production visées, avec une flexibilité totale. « La "boîte à chaussures " va pouvoir se pluger sur un procédé existant ou ex nihilo », ajoute le dirigeant.

Cette conception modulaire facilite aussi les opérations de maintenance, puisqu'il y a possibilité d'isoler des modules sans arrêter l'ensemble des installations. Outre les cycles de régénération in situ, les procédures de nettoyage se trouvent simplifiées par la possibilité offerte de déconnexion de modules - ce qui est parfaitement compatible avec les contraintes de la chimie fine qui doit faire la chasse aux contaminations croisées.

D'aucun pourrait s'interroger sur le plus de la technologie Khimod par rapport à la microréaction. Pour Olivier Bouchard, rien à voir avec de la microréaction classique, où les prix sont élevés et il existe peu de solutions standard. « Nous avons une fabrication plus robuste et il n'y a pas besoin de développements importants pour être efficace. La technologie est par ailleurs utilisable dès les petites quantités et elle est ensuite parallélisable pour accéder à de plus grands volumes », assure-t-il. Par ailleurs, les réacteurs- échangeurs obtenus par soudage diffusion ont des performances supérieures à un monobloc de matière et sont similaires à ce qui pourrait être obtenu par technologie additive avec cependant une compétitivité accrue.

Une technologie éprouvée en méthanation

Pour l'heure, des validations ont d'ores et déjà été réalisées avec succès sur quelques réactions chimiques très exothermiques. Mais Khimod a surtout éprouvé sa technologie sur une réaction particulière, la production de méthane à partir de CO2, même si Olivier Bouchard assure que d'autres réactions sont possibles en utilisant des catalyseurs différents. Khimod termine deux essais pilotes de méthanation en Pologne, sur la centrale thermique à charbon de Katowice opérée par Tauron et dans le sud de l'Italie sur le site de Troïa dans le cadre du projet Store&Go.

Pour cela, la société a mis au point un produit dédié (skid environné) baptisé Methamod. Plus près de nous à Fos-sur-mer, sur la plateforme chimique Piccto, Khimod participe au projet Jupiter 1000 autour de la transformation d'électricité renouvelable en gaz pour pouvoir la stocker. L'électricité en surplus est convertie en hydrogène par un électrolyseur puis en méthane par le biais d'un Méthamod fourni par Khimod. Il existe également une unité pilote installée à Villejuif pour pouvoir justement tester la technologie pour le compte de nouveaux acteurs, comme les industriels de la chimie fine.

Enfin si la production de ces réacteurs-échangeurs est encore réalisée dans un outil industriel partagé avec d'autres productions, Olivier Bouchard envisage, à un horizon de 2 ou 3 ans, l'installation d'une première unité de production dédiée et automatisée pour augmenter les capacités et produire de façon plus économique. Pour ce faire, l'entreprise passera sans doute par l'étape d'une première levée de fonds de l'ordre de 30 M€ pour financer la construction d'une usine et le recrutement de collaborateurs supplémentaires. Dans sa phase de démarrage, Khimod emploie aujourd'hui une dizaine de personnes.

GÉOMÉTRIE D'UN MODULE KHIMOD

  • Dimension totale, (longueur x largeur x hauteur) : 350 x 300 x 300 mm
  • Plus de 200 canaux réactifs et plus de 1 000 canaux de régulation thermique avec des surfaces d'échange de plusieurs milliers de m2
    par m3 de réacteur.

 

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