Absorption de gaz acides par de nouveaux solvants chimiques : Expériences et modélisation
Auteur / Autrice : | Serena Delgado |
Direction : | Christophe Coquelet, Alain Gaunand |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Energétique et génie des procédés |
Date : | Soutenance le 12/10/2022 |
Etablissement(s) : | Université Paris sciences et lettres |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Centre Thermodynamique des procédés. Fontainebleau |
établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....) | |
Jury : | Président / Présidente : Pascaline Pré |
Examinateurs / Examinatrices : Christophe Coquelet, Alain Gaunand, Carine Julcour-Lebigue, Renaud Cadours | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Anne-Marie Billet, Diane Thomas |
Mots clés
Résumé
Dans le contexte du traitement du gaz naturel, nous étudions l'absorption de CO2 par un mélange aqueux de méthyldiéthanolamine (MDEA) et de pipérazine (PZ), qui a une grande réactivité avec le CO2 lors de l'absorption et une faible énergie pour la désorption. L'objectif est la caractérisation cinétique et la modélisation de l'absorption de CO2 par ces solutions, dont l'enjeu principal est la compréhension des synergies entre les deux amines. Le travail réalisé repose sur une étude expérimentale de l'absorption de CO2 et sur sa modélisation pour des systèmes de plus en plus complexes en termes de mécanismes réactionnels. La campagne expérimentale a été effectuée dans une cellule de Lewis adaptée à la mesure de flux d'absorption dans des solutions très réactives, où un capteur de pression différentielle précis à 0,3 mbar mesure directement la pression partielle de CO2. Les deux corrélations de transfert de matière en phase liquide obtenues sont utilisées pour interpréter les mesures de flux d'absorption chimique du CO2, d'abord dans des solutions aqueuses de MDEA, de PZ, puis dans le mélange MDEA-PZ à 38-6wt%, où une synergie cinétique est mise en évidence en solutions non chargées. La démarche de modélisation vise à considérer la non-idéalité de la solution dans la représentation de la diffusion, des réactions et des équilibres. Nous avons identifié des corrélations adaptées de masse volumique et de coefficients de diffusion en solution, et avons choisi une description de la viscosité des solutions, des équilibres et non-idéalité des systèmes, de l'hydrodynamique, de la diffusion et des vitesses de réactions. En régime permanent, les avancements de réaction explicitent les couplages entre les flux dus aux réactions, tout en conservant une formulation générale. Appliqué aux données de flux d'absorption et de désorption de CO2 publiées dans des solutions aqueuses de sels d'alcalin, puis de MDEA, les résultats du modèle cinétique soulignent l'importance de la représentation de la concentration de CO2 moléculaire à l'interface gaz-liquide. Un mécanisme réactionnel donné avec ses expressions de vitesse et paramètres cinétiques va de pair avec la modélisation des équilibres choisie. La non-transférabilité de notre modèle thermodynamique d'une solution d'une amine seule au mélange MDEA-PZ, et la limitation du domaine de conditions étudié pour les solutions aqueuses de PZ, expliquent l'absence de représentation de nos données dans le mélange MDEA-PZ par le modèle.