Étude de mélanges de travail verts contenant des liquides ioniques pour les thermo-transformateurs à absorption

Study of environmentally friendly working mixtures containing ionic liquids for absorption heat transformers

• Auteur / Autrice : El Shaimaa Talaat Yussef Abumandour
• Direction : Fabrice Mutelet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés et des produits
• Date : Soutenance le 02/07/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Président / Présidente : Viviane Renaudin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Alonso, Christophe Nicolas
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Coquelet, Jean-Philippe Passarello

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chaleur -- Récupération

Liquides ioniques

Conservation de l'énergie

Thermodynamique

Rayonnement thermique

Mots clés libres

Liquides ioniques

Physico-Chimiques

Thermo-Transformateurs de chaleur d'absorption

Thermodynamique

Mélanges binaires

Ionic liquids

Physico-Chemistry

Absorption heat transformers

Binary systems

Green chemistry

Coefficient of performance (COP)

Résumé

Ces dernières années, les coûts et la demande en énergie n’ont cessé d’augmenter. Par conséquent, l’humanité fait face à de graves menaces environnementales telles que l'augmentation des rejets de CO2. À cet égard, la communauté internationale doit parvenir à réduire de son empreinte carbone et à veiller à ce que les besoins en énergie thermique soient couverts de manière durable. D’importantes quantités de chaleur résiduaire à basse température (60 - 100°C) sont libérées quotidiennement dans l'atmosphère par de nombreuses installations industrielles. Les thermo-transformateurs de chaleur à absorption constituent un outil intéressant car ils peuvent revaloriser des chaleurs résiduaires pour produire de la chaleur utile pour le chauffage et la production d’eau chaude. Actuellement, les mélanges de travail utilisés dans les pompes à absorption sont les systèmes {ammoniac + eau} et {eau + bromure de lithium}. Cependant, ces deux fluides de travail présentent certains inconvénients tels que la toxicité, la cristallisation et la corrosivité. Par conséquent, il est important de rechercher de nouveaux mélanges de travail. Cette étude a pour objectif d’évaluer l’intérêt d’utiliser des mélanges constitués de liquides ioniques et d'eau au sein de thermo-transformateurs à absorption. Tout d'abord, les propriétés thermodynamiques de ces systèmes binaires (pression de vapeur, densité, capacité thermique et enthalpie d’excès) ont été mesurées dans un large domaine de température et de composition. Ces données expérimentales ont été corrélées à l’aide de modèles thermodynamiques adéquats. Ensuite, les performances de ces fluides de travail ont été évaluées. Les résultats montrent que les systèmes binaires {H2O + Ils} sont une alternative prometteuse aux fluides de travail traditionnels tels que {H2O + LiBr}

Recently, the cost and use of energy continually rise. Hence, humans are close to face serious environmental problems such as increasing CO2 discharges. In this regard, global community is to achieve the ambitious objective of reducing carbon footprint and to ensure that the heating demand is covered in a sustainable manner. Since, enormous amounts of low-temperature waste heat are released on daily bases from many industrial plants to the atmosphere at temperatures between 60 - 100°C. Absorption heat transformers (AHT) are interesting because they can recover low temperature waste heat from different industrial activities and renewable energy sources such as solar and geothermal. AHT can be used to upgrade waste heat to produce useful heat for heating and hot water supplies. Nowadays, the standard working pairs used for AHTs are {ammonia + water} and {water + lithium bromide}. However, both of the working pairs show questionable behavior such as toxicity, crystallization and corrosiveness. Therefore, exploring new working pairs which do not exhibit limitations become of great importance. This work includes an investigation to analyze the AHT systems using {water + ionic liquids} binary systems as working fluids. First, basic thermodynamic properties including vapor pressure, density, heat capacity as well as excess enthalpy of these binary systems were measured at various temperatures with different ionic liquid concentrations. The thermodynamic properties data were correlated by different equations, respectively. The correlated values were significantly consistent with the experimental data. Next, simulation of the AHT performance based on the thermodynamic properties of the new working pairs and on the mass and energy balance for each component of the system were performed. Results show that the {H2O + ILs} binary systems are promising alternatives to replace the already used {H2O + LiBr} working pairs