Nouveaux produits de dégradation de l'éthanolamine (MEA) pour le captage du CO2 : identification, proposition de mécanismes et transposition à d'autres amines

Novel degradation products of ethanolamine (MEA) in CO2 capture conditions : identification, mechanisms proposal and transposition to other amines

• Auteur / Autrice : Camille Gouedard
• Direction : Franck Launay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 30/09/2014
• Etablissement(s) : Paris 6
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Génie des procédés et technologies avancées (Paris)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Billard, Klaus-Joackim Jens, Antoine Gedeon, Earl Goetheer, Dominique Picq, Pierre-Louis Carrette

Mots clés

Mots clés contrôlés

Oxygène

Gaz à effet de serre

Mots clés libres

Captage du CO2

Dégradation des amines

Monoéthanolamine

N-méthylaminoéthanolamine

1-aminopropan-2-ol

3-aminopropan-1-ol

Post-combustion CO2 Capture

Ethanolamine (MEA) degradation

Résumé

Le captage du CO2 en postcombustion par absorption dans des solutions aqueuses d'amines est la technologie la plus mature pour réduire les émissions de gaz à effets de serre. Cependant, les amines utilisées sont susceptibles de réagir avec l'oxygène présent dans les fumées pour former de nouveaux composés qui peuvent être émis à l'atmosphère et avoir des conséquences sur l'environnement et la santé humaine.. L'objectif de cette thèse était donc d'identifier le maximum de produits de dégradation des amines grâce au développement de différentes techniques analytiques et d'échantillonnage, notamment pour l'analyse de la phase gaz. Ainsi plus de soixante produits issus de la dégradation de la monoéthanolamine (MEA) en pilote de captage du CO2 ont été identifiés. Une trentaine de ces produits sont nouveaux, ils sont souvent issus d'une même famille comme les pyrazines ou les oxazolines ou ils peuvent être caractérisés par l'allongement de la chaine carbonée (C2 entre deux hétéroatomes à C5).Des mécanismes basés sur des réactions d'alkylation/de désalkylation, la formation d'aldéhydes ou de cétones, l'amidification, l'aldolisation, la réaction d'Eschweiler Clarke, la formation de pyridines ont été proposés pour expliquer la formation de tous les nouveaux produits de dégradation et validés, dans la plupart des cas, en mélangeant les réactifs proposés dans le mécanisme. Finalement, il a été montré que la transposition de ces schémas réactionnels à trois autres amines (N-méthylaminoéthanolamine, 1-aminopropan-2-ol, 3-aminopropan-1-ol) a permis de prédire leurs produits de dégradation.

The CO2 post-combustion capture with aqueous solutions of amines is the most mature technology to reduce greenhouse gases emissions. However chemical absorption is suffering from the degradation of amines mainly due to the presence of O2 in flue gases. Formed products, which could be rejected to atmosphere, may be detrimental to environment and human health. The aim of this thesis was to identify as many degradation products as possible thanks to the development of different sampling and analytical methods especially for gas phase analysis. Thus more than sixty products issued from monoethanolamaine (MEA) degradation were observed in pilot plant samples. Thirty of them are novel, they often belong to the same family as pyrazines or oxazolines, or they could be characterized by the increase of carbon chain lengths (C2 between two heteroatoms to C5).Mechanisms such as alkylation/dealkylation, aldehydes/ketones formation, amidification, aldolisation, Eschweiler Clarke, pyridines formation were proposed to explain the formation of novel products and were, most of the time, validated by mixing the reactants proposed in the mechanism. Finally, it has been shown that the transposition of these reactions to three other amines (N-methylaminoethanolamine, 1-aminopropan-2-ol, 3-aminopropan-1-ol) enabled us to predict their degradation products.