Thèse soutenue

Caractérisation du transfert de matière dans un spray réactif pour le traitement des fumées : application au captage du CO2

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Auteur / Autrice : Maria Ouboukhlik
Direction : Lionel EstelGérard Gréhan
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Energétique. Génie des procédés
Date : Soutenance le 12/06/2015
Etablissement(s) : Rouen, INSA
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de sécurité des procédés chimiques (Saint Etienne du Rouvray, Seine-Maritime ; 1989-....)
Jury : Président / Présidente : Jean-Claude Charpentier
Examinateurs / Examinatrices : Lionel Estel, Gérard Gréhan, Jean-Claude Charpentier, Éric Favre, Chakib Bouallou, Marie-Christine Fournier
Rapporteurs / Rapporteuses : Éric Favre, Chakib Bouallou

Résumé

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Le captage de polluants des effluents industriels, et plus particulièrement du CO2, est un défi majeur à relever. Le procédé de captage du CO2 basé sur l’absorption par des solutions aqueuses d’amines est la technique la plus maîtrisée pour le traitement des fumées en postcombustion. La substitution des colonnes à garnissage par des colonnes à pulvérisation présente un intérêt économique car la surface d’échange entre les phases gazeuse et liquide est très importante réduisant ainsi la taille de la colonne d’absorption. De plus, les pertes de charge côté gaz sont évitées et les coûts de maintenance réduits. L’objectif de ces travaux de thèse est de caractériser le transfert de matière dans un spray au cours d'une absorption du CO2 par une solution aqueuse de monoethanolamine (MEA) en utilisant une nouvelle méthode.Ainsi, l’étude s’intéresse à la caractérisation locale du transfert de matière entre un spray de MEA à 30% massique et une atmosphère de CO2. Pour cela, une technique optique non-intrusive est utilisée : la réfractométrie arc-en-ciel globale (GRT). Cette technique est une mesure de l’indice de réfraction d’un ensemble de gouttes localisé dans une partie du spray. C’est donc une mesure locale dans un volume de l’ordre de quelques millimètres cubes. L’indice de réfraction d’une solution dépend de sa température et de sa concentration. Ainsi, à l’aide d’un étalonnage préalable dans un réacteur agité, les indices de réfraction des solutions aqueuses de MEA chargées sont reliés à leurs températures et à leurs concentrations de CO2 absorbé. La mesure d’indice de réfraction permet donc de suivre l’avancement du transfert de matière à travers la concentration de CO2 absorbé à une température moyenne du volume de mesure. La GRT est donc utilisée pour la mesure d’indice de réfraction au cours de l’absorption avec réaction chimique et, la quantité de CO2 captée par unité de volume est mesurée à plusieurs hauteurs de chute. Les mesures sont ensuite comparées aux prédictions d’un modèle de transfert de matière dans une goutte résolu numériquement sous COMSOL Multiphysics. Dans un deuxième temps, l’étude s’intéresse à la caractérisation du transfert de matière côté gaz en mesurant par spectrométrie infra-rouge la quantité de CO2 présente dans la phase gaz lors de l’absorption de celui-ci par une solution aqueuse de MEA à 30 % massique. Les résultats sont présentés sous forme d’efficacité de captage et un coefficient de transfert de matière côté gaz est calculé, en fonction de paramètres opératoires tels que les débits gazeux et liquide.Ces travaux de thèse, appliqués au captage du CO2, traite principalement de la mesure de transfert de matière grâce à la GRT pour la première fois utilisée à une absorption avec réaction chimique. La méthode développée permettra son utilisation pour d’autres systèmes chimique.