Thermodynamics of a post combustion hydrate-based carbon dioxide capture process

Étude thermodynamique d'un procédé de captage du CO2 par formation d'hydrates appliqué aux fumées de postcombustion

Imen Ben Attouche Sfaxi (1)

1 CEP/Fontainebleau

Hydrates selectivity towards carbon dioxide is offering a promising route for carbon dioxide removal from flue gases. Hydrate-based CO2 capture process could substitute amine facilities widely implemented in gas treatment plants but suffering from oxidative degradation problems and high energy demand. In the framework of this thesis, we focus on phase equilibria that are involved in such process. Experimental dissociation conditions for clathrate hydrates of carbon dioxide and nitrogen, in the presence of some promoting molecules (Tetrahydrofuran, Tetrabutyl ammionium bromide and Tetrabutyl ammionium Fluoride ) are reported in the experimental section of this work. The data generated in this work along with literature data are compared to the model predictions. The developed model is based on the Cubic Plus Association (CPA) equation of state (EoS) for fluid phases combined to the van der Waals and Platteeuw's theory for the hydrate phase.

La sélectivité des hydrates vis-à-vis du CO2, fait à l'heure actuelle l'objet de travaux visant à mettre au point un procédé de captage du CO2 des fumées de combustion. Cette valorisation des hydrates fait partie des procédés de captage dits de "3ème génération", qui dans un contexte de transition énergétique, viennent apporter des solutions aux inconvénients associés aux procédés de 1ère génération (amines). L'objectif de ce travail de thèse est de proposer une étude des équilibres thermodynamiques associés à ce type de procédé. Le volet expérimental porte sur la mesure des conditions d'équilibre d'hydrates mixtes de CO2/N2 en présence de promoteurs (Tetrahydrofurane, Bromure de tetrabutyl et Fluorure de tetrabutyl ). Les données produites ainsi que les données de la littérature ont permis la validation du modèle développé. Le modèle proposé est construit autour de l'équation CPA (Cubic Plus Association) pour la modélisation des phases fluides et de l'approche de van der Waals et Platteeuw pour traiter la phase hydrate.

Mots clés: selectivity; carbon dioxide removal; flue gases; phase equilibria; promoting molecules; model; CPA equation odf state; van der Waals and Platteeuw

Mots clés: Sélectivité; hydrates; captage du CO2; des fumées de combustion; mesure des conditions d'équilibre; promoteurs; modèle; CPA; van der Waals et Platteeuw

Domaines: Génie des procédés

Imen Ben Attouche Sfaxi. Étude thermodynamique d'un procédé de captage du CO2 par formation d'hydrates appliqué aux fumées de postcombustion. Génie des procédés. École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. Français. ⟨NNT : 2011ENMP0038⟩. ⟨pastel-00656829⟩