Equation d'état électrolyte prédictive pour le captage du CO2

Predictive electrolyte equation of state for CO2 capture

• Auteur / Autrice : Justyna Rozmus
• Direction : Jean-Charles de Hemptinne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance en 2012
• Etablissement(s) : Paris 6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dioxyde de carbone

Électrolytes

Amines

Équations d'état

Résumé

Ce travail est une contribution au développement d'une équation d'état prédictive pour le captage du CO2. Il s'inscrit dans la recherche de nouveaux solvants à base d'amines pouvant être utilisés dans les procédés de captage du CO2 en postcombustion. Pour cela, nous utilisons l'équation d'état PPC-SAFT combinée avec une méthode de contribution de groupes, dite GC-PPC-SAFT. Cette application implique plusieurs étapes : une bonne description des comportements de corps purs, des interactions binaires, la prise en compte des effets liés à la formation d’ions dans la phase aqueuse et enfin des réactions chimiques. Le modèle a ainsi été paramétré pour représenter les amines primaires, secondaires et tertiaires et leurs mélanges avec des alcanes et des alcools. Dans ce but, la base de données expérimentales de points de bulle a été complétée par des mesures ébulliométriques effectuées pour des mélanges avec des amines tertiaires. Les molécules multifonctionnelles telles que des alcanolamines, diamines et alcanediols ont fait l’objet d’une étude spécifique au vu de leur complexité propre. Par la suite les solutions aqueuses d'amine primaire ont été étudiées. Enfin, la prise en compte d'ions (électrolytes forts) a été réalisée par l'addition de contributions supplémentaires (MSA et Born) à l’énergie libre de Helmholtz. La solvatation est décrite comme une association entre ion et solvant. Le bon comportement du modèle a été confirmé par des prédictions effectuées pour de nombreuses propriétés de tous les systèmes étudiés dans une large gamme de températures, de pressions et de concentrations

This thesis is a contribution to the development of a predictive equation of state for the CO2 capture. It is driven by the need for development of new solvents which can be used for CO2 postcombustion capture using aqueous amine-based scrubbing. For this purpose, the PPC-SAFT equation of state is used, coupled with a group contribution method, called GC-PPC-SAFT. This approach is developed and validated in several stages: an accurate description of the pure compounds behaviour, a validation of the binary interactions on mixtures, the evaluation of the effects resulting from ions formation in the aqueous phase, and finally the chemical reactions. To this end, new group parameters have been determined for primary, secondary and tertiary amines and their mixtures with alkanes and alcohols. The bubble point experimental database was complemented with new ebulliometric measurements performed with mixtures containing tertiary amines. The multifunctional molecules such as alkanolamines, diamines and alkanediols have been investigated specifically, in view of their high complexity. Subsequently the primary amine aqueous solutions were studied. Finally, the ions (strong electrolytes) were taken into account by using two additional contributions (MSA and Born) to the Helmholtz free energy. The solvation is described using water-ion association. The accurate behaviour of the model is confirmed by predictions made for numerous properties of all systems of interest in a wide temperature, pressure and concentration range