Développement d’un procédé de traitement industriel des eaux salées, chimie et génie du procédé

Development of an industrial desalination process by solvent extraction, chemistry and chemical engineering

• Auteur / Autrice : Bastien Dautriche
• Direction : Moncef Stambouli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 03/03/2016
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences mécaniques et énergétiques, matériaux et géosciences (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie des procédés et matériaux (Gif-sur-Yvette, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Patrick Perré
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Moncef Stambouli, Stéphane Pellet-Rostaing, Christophe Gourdon, Pascal Dannus, Dominique Pareau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Pellet-Rostaing, Christophe Gourdon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais

Sel

Colonnes à garnissage

Eau salée -- Dessalement

Mots clés libres

Extraction liquide-Liquide

Sels

Température

Colonne à garnissage

Extraction liquid-liquid

Salts

Temperature

Packed columns

Résumé

Ce travail s’inscrit dans la convention CIFRE n°2012/0379 avec la startup Adionics pour le développement d’un procédé de dessalement par extraction liquide-liquide. La régénération de la phase organique est réalisée par désextraction du sel à chaud. Les isothermes de partage du NaCl, Na2SO4 et MgCl2 à 20 40 60 et 80°C ont été obtenues. Une stœchiométrie expliquant leur forme a été proposée et les constantes d’équilibre associées ont été déterminées. Les enthalpies d’extraction ont été déduites des variations des constantes d’équilibre avec la température.La prise en compte de l’effet de milieu en phase aqueuse a été réalisée à l’aide du modèle de Pitzer avec l’hypothèse des interactions spécifiques. Une correction pour les effets de milieu en phase organique a également été ajustée sur NaCl -Na2SO4 à 20 40 et 60°C.Les propriétés physico-chimiques du solvant (viscosité, masse volumique, chaleur spécifique, conductivité thermique, ...) ont été déterminées sur une plage de 20°C à 80°C. La tension interfaciale du solvant a également été obtenue à 20°C, avec de l'eau eau pure et salée. Une étude approchée de la solubilité du diluant en phase aqueuse a également été entreprise.Un prototype avec deux colonnes à garnissage de 4 mètres de haut a été élaboré pour tester la faisabilité du procédé en continu. L’extracteur a été modélisé par une cascade d’étages parfaitement agités avec prise en compte du mélange en retour. Les HUT (Hauteur d'une Unité de Transfert) expérimentales ont été comparées à celles calculées à l'aide de différentes corrélations des coefficients de transfert disponibles dans la littérature. Une adéquation satisfaisante a été obtenue entre modèle et expérience. Une réflexion sur le type d'extracteur doit être entreprise pour une amélioration de la performance de dessalement.

This work is a contribution to the development of an innovative desalination process by solvent extraction. The regeneration of the organic phase is achieved by desextraction of the salt at high temperature. Isotherms of distribution of NaCl, Na2SO4 and MgCl2 at 20 40 60 and 80°C were obtained. A stoichiometry able to account for their shapes was suggested and the associated equilibrium constants were determined. The extraction enthalpies were deduced from the variation of the constants with temperature.Non ideality in the aqueous phase was modeled with the Pitzer equations, simplified with the specific interaction principle. A thermodynamic correction to account for mixed salts effect in the organic phase was adjusted on binary data (NaCl, Na2SO4) at 20 40 and 60°C.Mechanical (viscosity, density) and thermal (specific heat, thermal conductivity) properties of the organic phase were characterised from 20 to 80°C. The interfacial tension was obtained at 20°C with pure water and filtrated natural seawater. The overall solubility of the solvant in water was measured. A prototype of the process with two extraction columns with a packed bed of 4 meters was tested. The HTU obtained were compared with a numerical model based on the classical stagewise backflow model expanded by a thermal balance.