Développement de modèles thermodynamiques pour les procédés en conditions complexes : application à la capture des gaz acides et aux fluides supercritiques

Thermodynamics models for processes in complex conditions : application to acid gas capture and to supercritical fluids

• Auteur / Autrice : Moussa Dicko
• Direction : Christophe Coquelet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Centre énergétique et procédés (Paris ; Fontainebleau, Seine et Marne ; Sophia-Antipolis, Alpes Maritimes ; 2004-2012)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Chimie industrielle

Procédés chimiques

Extraction (chimie)

Fluides supercritiques

Résumé

Dans un contexte où les questions environnementales prennent une part de plus en plus importante, les procédés de captage (polluants, gaz à effet de serre) et les procédés supercritiques suscitent un fort intérêt. Ce manuscrit est consacré à la recherche de la modélisation la plus simple possible de ces deux situations complexes. La première fait intervenir une solution aqueuse d'amine. Ce type de solution est très utilisé dans l'industrie, sous forme de divers mélanges eau/amines, pour extraire des gaz. Le traitement du gaz naturel ou des gaz circulant dans les procédés de raffinage nécessite une connaissance précise des données de solubilité du CO2, de H2S et d'autres espèces soufrées dans les solutions aqueuses d'amines. Nous avons donc produit au CEP/TEP de nouvelles mesures d'équilibres (CO2 et H2S avec une solution aqueuse à 50% de MDEA). Nous avons ensuite cherché un moyen simple de corréler les données. Un modèle a ainsi été développé pour décrire ces équilibres complexes à cause des réactions chimiques. Cela a permis notamment de prédire les taux de charge en gaz acides nécessaires pour atteindre un équilibre donné. La deuxième partie de la thèse concerne la modélisation des fluides au voisinage du point critique. Les procédés supercritiques intéressent en particulier les industries pharmaceutique et agroalimentaire. L'innocuité et les propriétés physico-chimiques de fluides comme le CO2 supercritique sont en effet des atouts indéniables. Les équations d'état cubiques comme celle de Peng-Robinson restent très utilisées dans l'industrie. Or, il a déjà été prouvé que ces équations fournissent une représentation erronée dans la zone critique où interviennent l'invariance d'échelle. Nous avons donc transformé ces équations, écrites sous forme généralisée, en équations dites ''crossover''. Sous cette forme, elles sont capables de représenter les propriétés des corps purs à la fois loin et proche du point critique. Finalement, les calculs ont été confrontés aux données expérimentales.

In a context of growing concern about environmental and health issues, supercritical processes are becoming more and more attractive. They are particularly used in the pharmaceutical and food industry where the innocuousness and the physical properties of fluids like supercritical CO2 are appealing. Besides, supercritical fluids are not only used as extraction solvents but also as chromatography eluents, reaction medialdots In spite of recent progress in the field of equations of state, the use of Cubic Equations of State (EoS) such as Peng-Robison EoS remains common in the industry. It has already been proved that such classical EoS which follows a mean field approach fail to represent physical properties in the vicinity of the critical point. In this work, a crossover treatment for pure fluids has been applied to a generalized form of these cubic EoS. Model calculations are confronted with experimental data. The crossover treatment allows a correct representation of PVT values in the critical region while keeping classical results at distance.