Purification du biogaz pour sa valorisation énergétique : adsorption de siloxanes sur charbons actifs

Biogas purification for energetical valorization : adsorption of siloxanes on active carbons

• Auteur / Autrice : Vu Tung Lam Tran
• Direction : Georgeta Postole, Corinne Ferronato
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 24/06/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de Chimie (Lyon ; 2004-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherches sur la Catalyse et l'Environnement de Lyon (Villeurbanne, Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Chovelon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Georgeta Postole, Corinne Ferronato, Jean-Michel Guillot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Pierre Bellat, Vesna Rakić

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gaz -- Absorption et adsorption

Charbon actif

Siloxanes

Purification

Biogaz

Mots clés libres

Purification du biogaz

Siloxanes méthyliques volatils

Octaméthylcyclotétrasiloxane

Charbon actif

Capacité d’adsorption

Mécanisme d’adsorption

Régénération thermique

Biogas upgrading

Volatil methylic siloxanes

Octamethylcyclotetrasiloxane

Activated carbon

Adsorption capacity

Adsorption mechanism

Thermal regeneration

Résumé

Le biogaz issu de la dégradation anaérobie de matières organiques peut remplacer le gaz naturel dans plusieurs applications. Pour une meilleure valorisation énergétique du biogaz, ce travail s’intéresse à l’élimination des composés organiques volatils du silicium (siloxanes) dans biogaz par l’adsorption sur des matériaux poreux. Trois charbons actifs (CA) commerciaux ont été utilisés pour l’adsorption des siloxanes. Leurs propriétés physicochimiques sont caractérisées par plusieurs techniques. Un CA montre excellent capacité d’adsorption d’octaméthylcyclotétrasiloxane (D4) ce qui est bien supérieur que l’autre. En présence de la vapeur, les capacités d’adsorption des CA peuvent être réduites plus ou moins fort dépendant de dégrée d’humidité relative et la présence des sites hydrophiles sur la surface de CA. Ainsi, la capacité des échantillons possédant ces sites spécifiques est réduite après la thermodésorption à cause de la formation des espèces non volatiles sur la surface de CA. Tests avec d’autres siloxanes ont montré que le phénomène de polymérisation s’est produit avec de réactivité et de mécanisme différent, dépendant de la nature du CA et de siloxane. La polymérisation est toujours plus importante pour le CA qui présent plus de sites hydrophiles, conduisant également à sa plus faible régénérabilité

Biogas issued from the anaerobic digestion of organic materials is a renewable energy source that can replace natural gas in many applications. For a better energy recovery of biogas, this work focuses on the elimination of the volatile organic compounds of silicon (siloxanes) in biogas by the adsorption onto porous materials. Three commercial activated carbons (CA) were used for the adsorption of siloxanes. Their physicochemical properties are characterized by several techniques. Measurement of adsorption capacity of octamethylcyclotetrasiloxane (D4) revealed a CA that works better than the others. In presence of water vapor, the adsorption capacities of all AC can be reduced more or less depending on the degree of relative humidity and the presence of the hydrophilic sites on the surface of AC. Also, D4 adsorption capacity of samples with these specific sites is reduced after thermodesorption due to formation of nonvolatile species on the surface of AC. Tests with other siloxanes showed that the polymerization phenomenon occurred with different reactivity and mechanism, depending on the nature of the CA and siloxane. The polymerization is always more important for the CA which has more hydrophilic sites, thus leading to its lower regenerability