Capture de CO2 en utilisant les liquides ioniques : Application à la décarbonatation de gaz naturel et de gaz de synthèse

Abstract

La capture du dioxyde de carbone (CO2) est une préoccupation mondiale en raison de son effet sur le changement climatique. La technique la plus attractive pour la séparation de CO2 semble être l’absorption sélective à l’aide d’un solvant dit absorbant. Les liquides ioniques, nouvelle classe de solvant dit vert, ont été proposés comme alternatives aux solutions d’alcanolamines utilisées dans les procédés de capture du CO2. Dans ce contexte, ce travail de thèse porte sur l’étude du procédé d’absorption du CO2 à partir de différents effluents gazeux utilisant des LIs, en envisageant des applications industrielles plus écologiques et durables. Trois procédés ont été développés pour la capture de CO2 à l’aide des LIs à partir de différentes sources de gaz provenant des procédés industriels tels que : l’unité de décarbonatation de gaz naturel du complexe de liquéfaction de gaz naturel d’Arzew (GL1/Z), l’unité de décarbonatation de gaz de synthèse d’ammoniac et les gaz de fumées issus du four catalytique du complexe industriel de production d’ammoniac et d’urée SORFERT d’Arzew. Le calcul de l’équilibre gaz liquide des mélanges gazeux en présence des liquides ioniques a été effectuer en utilisant des modèles thermodynamiques spécifiques aux systèmes contenant des LIs. Les paramètres d’interactions binaires ont été déterminés en exploitant les données expérimentales. Ensuite, la conception des procédés optimaux de captage de CO2 a été effectuer en exploitant l’outils de simulation Aspen plus. Une analyse de sensibilité des paramètres des procédés a permis de définir les limites de fonctionnement et d’évaluer les performances de ces procédés utilisant les LIs comme alternatives aux solvants amines pour des applications industrielles. Parmi les LIs étudiés, il a été montré que le hmim eFAP est le solvant le plus efficace pour être utilisé dans les procédés de captage de CO2 à partir de gaz de synthèse et des gaz de fumées de l’industrie de synthèse d’ammoniac. Pour la décarbonatation du gaz naturel le hmim TCB reste moins efficace que les solvants amines utilisés dans cette industrie en raison de sa sélectivité élevée par rapport aux hydrocarbures. Néanmoins, ce LI peut être une solution recommandée d’un point de vue environnementale Carbon dioxide (CO2) capture is a global concern due to its effect on climate change. The most attractive technique for the separation of CO2 seems to be selective absorption using absorbent solvent. Ionic liquids, a new class of so-called green solvent, have been proposed as alternatives to alkanolamine solutions used in CO2 capture processes. In this context, this thesis work focuses on the study of the CO2 absorption process from different gaseous effluents using ILs, by considering more ecological and sustainable industrial applications. Three processes have been developed for the capture of CO2 using ILs from different gas sources derived from industrial processes such as: CO2 removal unit of the Arzew natural gas liquefaction plant (GL1/Z), CO2 removal of ammonia synthesis gas unit and the treatment of flue gases issued from the primary reformer of ammonia and urea production industrial plant (SOFERT) Arzew. The calculation of the gas-liquid equilibrium of gas mixtures in the presence of ionic liquids was carried out using thermodynamic models specific to systems containing ILs. The binary interaction parameters were determined by exploiting the experimental data. Then, the design of the optimal CO2 capture processes was carried out using the Aspen plus simulation tool. A sensitivity analysis of the process parameters made it possible to define the operating limits and to evaluate the performance of these processes using ILs as alternatives to amine solvents for industrial applications. Among the ILs studied, it has been shown that [hmim][eFAP] is the most effective solvent to be used in CO2 capture processes from syngas and flue gases from the ammonia synthesis industry. For the decarbonation of natural gas, [hmim][TCB] remains less effective than the amine solvents used in this industry due to its high selectivity with respect to hydrocarbons. Nevertheless, this IL can be a recommended solution from an environmental point of view.