Développement de matériaux bifonctionnels régénérables en mode multicycle et multigaz pour un procédé de désulfuration (DeSOx) des fumées industrielles

Development of bifunctional regenerable materials in multi-cycle and multi-gas mode for a desulfurization process (DeSOx) of industrial flue gases

• Auteur / Autrice : Grégory Guicheney
• Direction : Jean-François Brilhac, Bénédicte Lebeau, Sophie Dorge, Habiba Nouali
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 02/06/2022
• Etablissement(s) : Mulhouse
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences chimiques (Strasbourg ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Gestion des Risques et Environnement - Laboratoire de Gestion des Risques et Environnement / GRE

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cérium

Vapeur d'eau

Absorption et adsorption

Silices mésoporeuses

Absorbants et adsorbants

Désulfuration

Mots clés libres

Désulfuration

DeSOx

Adsorbant

CuO/SBA-15

Multicycle

Désactivation

Vapeur d’eau

Cérium

Desulfurization

DeSOx

Adsorbent

CuO/SBA-15

Multicycle

Deactivation

Water vapor

Cerium

Résumé

Cette thèse a pour objet principal l’évaluation de l’impact de la présence de vapeur d’eau sur les performances en désulfuration et régénération d’un adsorbant à base de cuivre supporté (CuO) sur une silice à mésoporosité organisée : CuO/SBA 15. Une première étude montre un effet négatif de la vapeur d’eau sur les capacités d’adsorption de SO2 de CuO/SBA-15. Ces capacités diminuent fortement au cours de cycles d’adsorption-régénération à 400 °C. Cependant, une augmentation de la température du procédé et une diminution de la teneur en phase active permettent de minimiser cet effet néfaste. Une seconde étude a permis d’identifier le caractère partiellement réversible de cette désactivation. La réversibilité semble être liée à l’adsorption non permanente de la vapeur d’eau sur les sites actifs d’adsorption. Quant à la désactivation permanente, la formation d’espèces de sulfates de cuivre et/ou de cuivre hydratés difficilement décomposables et l’accentuation de la migration/coalescence de la phase CuO en présence de vapeur d’eau peuvent en être les responsables. Une dernière étude a mis en évidence que l’ajout de l’hétéroélément Ce permet d’une part, d’augmenter les capacités d’adsorption de CuO/SBA-15 en présence de vapeur d’eau, en raison d’une synergie entre Ce et Cu et d’autre part, de stabiliser les performances de l’adsorbant, en maintenant un très bon état de dispersion de la phase active CuO au cours des cycles.

The main purpose of this thesis is to evaluate the impact of water vapor on the desulfurization and regeneration performance of a copper-based adsorbent (CuO) supported on a mesoporous silica: CuO/SBA 15. A first study shows a negative effect of water vapor on the SO2 adsorption capacities of CuO/SBA-15 during adsorption-regeneration cycles at 400°C. However, increasing the process temperature and decreasing the active phase content allow to minimize this adverse effect. A second study identifies the partially reversible nature of this deactivation. The reversible part is potentially related to a non-permanent adsorption of water vapor on the active adsorption sites. For the permanent deactivation, the formation of hydrated copper sulfate and/or hydrated copper species that are difficult to decompose and the accentuation of the migration/coalescence of the CuO phase in the presence of water vapor may be responsible. A last study shows that the addition of the heteroelement Ce allows to increase the adsorption capacities of CuO/SBA-15 in the presence of water vapor, due to a synergy between Ce and Cu and to stabilize the performance of the adsorbent along cycles by maintaining a good dispersion of the CuO active phase.