Particules imprégnées : mise en œuvre et application aux procédés de séparation de mélanges gazeux en lit fixe

Impregnated particles : preparation and use in gas separation process in fixed bed

• Auteur / Autrice : Luis Fernando Madariaga Calles
• Direction : Lionel Choplin, Christophe Castel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 06/07/2009
• Etablissement(s) : Vandoeuvre-les-Nancy, INPL
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de génie chimique des milieux rhéologiquement complexes (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Ulrich Traegner
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Choplin, Christophe Castel, Ulrich Traegner, Raffaella Ocone, Francis Meunier, Eric Favre
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Raffaella Ocone, Francis Meunier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Particules (matière)

Gaz -- Absorption et adsorption

Mots clés libres

Particules imprégnées

Rhéologie de poudres

Co2

Lit fixe

Traitement de gaz

Impregnated particle

Co2

Fixed bed

Gas treatment

Powder rheology

Résumé

Ce travail de thèse repose sur l'étude d’un objet original : des particules solides poreuses imprégnées de liquide non volatil. L'objectif principal de cette thèse est de démontrer le potentiel d’un tel système pour des applications innovantes dans le domaine du traitement de gaz en lit fixe en particulier. Le premier axe de recherche de notre travail concerne l’étude détaillée des processus d’imprégnation de particules de silice par un liquide. Une partie importante du travail est dédiée à la caractérisation des particules imprégnées par une méthode innovante basée sur la rhéologie des poudres très sensible aux changements de surface qui permet de décrire de façon précise l’état d’une particule imprégnée et de comprendre la dynamique du processus d'imprégnation. Une évolution en trois étapes est proposée : adsorption du polymère, infiltration dans les pores et enrobage de la particule. Une seconde partie concerne une étude des propriétés thermodynamiques de plusieurs systèmes liquide – gaz pour identifier le type d’application et le type de composés pour lesquels ce système pourrait s'avérer intéressant. Le système N2-CO2 avec une amine polymère a été choisi pour l’étude expérimentale. Dans la dernière partie, un modèle du procédé est présenté pour simuler les performances de nos particules imprégnées en lit fixe. Ce modèle est validé avec nos résultats expérimentaux. L'objectif de ces simulations est d'identifier les conditions opératoires optimales des différents cycles d'absorption-désorption pour lesquelles les pourcentages de récupération et de concentration du CO2, pour notre application expérimentale, sont maximaux

This work is about an original object: porous particles impregnated with a non volatile liquid. The aim of this work is to show the potential of such a system for applications in the area of gas treatment on fixed beds. The first part of our work is dedicated to the impregnation process and the characterization of such particles by an innovative technique based on powder rheology. This technique is very sensitive to changes on the surface of the particles and helps to understand the impregnation process. Three stages of impregnation are proposed: adsorption of the polymer, filling of the pores and coating of the outer surface. The second part is focused on a thermodynamic study of the properties of some gas-absorbent systems in order to identify the systems for which the retention capacity would be important. The absorbents are compared to activated carbon. A system N2-CO2 with a polymer amine was selected to impregnate the particles and carry out the experimental tests. A model of the process is presented in order to simulate and anticipate the performance of the particles for different operating conditions. The goal of this simulation is to identify the optimal conditions for the absorption-desorption cycles in which the values of recuperation and concentration of CO2 would be maximal