Etude du captage post-combustion du co2 grâce à un procédé vsa (vacuum swing adsorption) avec de nouveaux adsorbants PDF Download
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Author: François Guilhamassé
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Languages : fr
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Book Description
Pour faire face à l'augmentation des émissions de CO2 dans l'atmosphère à cause de la production électrique dans des centrales à charbon, le captage en post-combustion au moyen d'un procédé VSA est une solution envisageable. Les adsorbants utilisés dans notre étude sont la TEPA imprégnée sur SiO2, les oxydes de terre rare et le MOF (Metal Organic Frameworks) SIM-1. Pour chaque adsorbant, une étude du perçage puis de la régénération a été effectuée à partir d'une alimentation composée de 15%vol de CO2 et de N2. De ces essais, les conditions opératoires des cycles VSA ont été établies (durées des phases courtes, pas de circulation de purge). En cycle, les performances sont comparées à celle du procédé d'absorption avec la monoéthénolamine. La pureté du désorbat varie de 89,2%vol à 97,2%vol selon les adsorbants et les conditions opératoires. Elle est inférieure à celle du procédé d'absorption (99%vol) mais est correcte pour le transport et le stockage. Le taux de captage évolue de 87,2% à 94,9% (absorption : 98%). La consommation énergétique est inférieure à celle du procédé avec la MEA (de 1,53 à 3,45 MJ.kgCO2 1 pour notre procédé et 3,7 MJ.kgCO2¬1 pour l'absorption) Enfin la productivité est du même ordre de grandeur que celle d'autres procédés VSA de la littérature. Avec le modèle numérique, une étude locale de l'adsorbeur a été menée. Puis grâce à une étude paramétrique, des conditions optimales en cycle ont été déterminées. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence des performances comparables avec les autres procédés VSA de la littérature. De plus, notre procédé est beaucoup moins énergivore que le procédé d'absorption mais la pureté du désorbat et le taux de captage en CO2 restent inférieurs.
Author: François Guilhamassé
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Pour faire face à l'augmentation des émissions de CO2 dans l'atmosphère à cause de la production électrique dans des centrales à charbon, le captage en post-combustion au moyen d'un procédé VSA est une solution envisageable. Les adsorbants utilisés dans notre étude sont la TEPA imprégnée sur SiO2, les oxydes de terre rare et le MOF (Metal Organic Frameworks) SIM-1. Pour chaque adsorbant, une étude du perçage puis de la régénération a été effectuée à partir d'une alimentation composée de 15%vol de CO2 et de N2. De ces essais, les conditions opératoires des cycles VSA ont été établies (durées des phases courtes, pas de circulation de purge). En cycle, les performances sont comparées à celle du procédé d'absorption avec la monoéthénolamine. La pureté du désorbat varie de 89,2%vol à 97,2%vol selon les adsorbants et les conditions opératoires. Elle est inférieure à celle du procédé d'absorption (99%vol) mais est correcte pour le transport et le stockage. Le taux de captage évolue de 87,2% à 94,9% (absorption : 98%). La consommation énergétique est inférieure à celle du procédé avec la MEA (de 1,53 à 3,45 MJ.kgCO2 1 pour notre procédé et 3,7 MJ.kgCO2¬1 pour l'absorption) Enfin la productivité est du même ordre de grandeur que celle d'autres procédés VSA de la littérature. Avec le modèle numérique, une étude locale de l'adsorbeur a été menée. Puis grâce à une étude paramétrique, des conditions optimales en cycle ont été déterminées. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence des performances comparables avec les autres procédés VSA de la littérature. De plus, notre procédé est beaucoup moins énergivore que le procédé d'absorption mais la pureté du désorbat et le taux de captage en CO2 restent inférieurs.
Author: Jérôme Mérel
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Languages : fr
Pages : 179
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Face à l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre, le captage post-combustion du CO2 associé à son stockage est une solution technologique prometteuse. Différentes méthodes sont actuellement développées dont l’adsorption qui fait l’objet de cette étude. Ce travail concerne l’utilisation d’un procédé TSA (Temperature Swing Adsorption) pour le captage post-combustion du CO2. Ce procédé fait appel à un adsorbeur équipé d’un échangeur interne permettant un chauffage (vapeur d’eau) et refroidissement (circulation d’eau) indirects (pas de contact entre le caloporteur et l’adsorbant). Ce travail s’appuie à la fois sur une partie expérimentale et numérique. A partir des premières expériences, la zéolithe 5A a été sélectionnée. Différentes conditions opératoires (composition de l’alimentation, température de désorption, débit de purge, durée du cycle, étapes de pré-refroidissement / pré-chauffage,...) ont alors été testées à partir d’un mélange N2-CO2 afin d’obtenir un compromis optimal entre les critères de performance. D’autres configurations ont ensuite été testées au moyen d’un modèle numérique préalablement validé à partir d’expériences. En phase d’adsorption, la température d’alimentation et la température initiale du lit n’ont que peu d’influence sur les performances de l’adsorbeur. Grâce à une étude paramétrique effectuée pour des cycles, des conditions opératoires optimales, notamment avec une étape de pré-refroidissement, ont été déterminées pour cette application spécifique. Les résultats ainsi obtenus sont tout à fait encourageants puisqu’ils ont permis de mettre en évidence des performances comparables à celles des procédés de référence d’absorption par amine.
Author: Gang Li
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Languages : en
Pages : 422
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VSA (Vacuum Swing Adsorption) is a promising technology for capturing CO2 which is known to contribute to global warming. Capture of CO2 from flue gas streams using adsorption processes must deal with the prospect of high humidity streams containing bulk CO2 as well as other impurities such as SOx, NOx, etc. However, most studies to date have ignored this aspect of CO2 capture. The major problem caused by water vapour is that water is a much stronger adsorbate than CO2 on most of the polar adsorbents thus drastically reducing the CO2 adsorption capacity. Although the water problem may be tackled by adding a pretreatment drier before the CO2VSA unit, this will result in a large increase of capital and operational cost. Therefore, there is a strong economic motivation to integrate the drying and CO2 recovery in a single VSA process for commercialization of CO2VSA technology.The main purpose of this project is to study the influence of water vapour on the adsorption of CO2 both in the light of fundamentals of adsorption and in the application of post-combustion carbon capture by vacuum swing adsorption experimentally and theoretically. Adsorption equilibria of a CO2/H2O binary mixture were measured on activated alumina F-200 at several temperatures and over a wide range of concentrations from 4% to around 90% relative humidity. In comparison with the single component data, the loading of CO2 was not reduced in the presence of H2O whereas at low relative humidity the adsorption of H2O was depressed. The binary system was described by a competitive/cooperative adsorption model where the readily adsorbed water layers acted as secondary sites for further CO2 adsorption via hydrogen bonding or hydration reactions. The combination of kinetic models namely a Langmuir isotherm for characterizing pure CO2 adsorption and a BET isotherm for H2O was extended to derive a binary adsorption equilibrium model for the CO2/H2O mixture. Models based on the ideal adsorbed solution theory of Myers and Prausnitz failed to characterize the data over the whole composition range and a large deviation of binary CO2/H2O equilibrium from ideal solution behavior was observed. The extended Langmuir-BET (LBET) isotherm, analogous to the extended Langmuir equation, drastically underestimated the CO2 loading. By incorporating the interactions between CO2 and H2O molecules on the adsorbent surface and taking into account the effect of nonideality, the realistic interactive LBET (R-LBET) model was found to be in very good agreement with the experimental data. In contrast, CO2 adsorption on zeolite 13X was entirely depressed at higher water humidity. Direct modification of 13X by silanes increased the hydrophobicity of the adsorbent but also reduced CO2 uptake.A laboratory-scale VSA apparatus was constructed and used to experimentally examine the capture of CO2 from a 10-12% synthetic flue gas stream over a range of water relative humidity. Breakthrough experiments with a binary CO2/H2O mixture in a near-adiabatic double layered 3A/13X column showed a peculiar dual roll-up phenomenon. Water adsorption generated a pure thermal wave which traveled ahead of the water concentration front and swept off the readily adsorbed CO2 leading to a thermal induced roll-up; the slow propagation of the water concentration wave displaced the CO2 by competitive adsorption resulting in n equilibrium induced roll-up. Cyclic VSA experiments with single layered 13X column and multilayered Al2O3/13X column configurations were conducted. The migration of the water and its subsequent impact on capture performance was evaluated. The formation of a water zone creates a "cold spot" which has implications for the system performance. Although the concentration of water leaving the bed under vacuum was high, the low vacuum pressure prevented condensation of this stream. The vacuum pump acted as a condenser and separator to remove bulk water. An important consequence of the presence of a water zone was to elevate the vacuum level thereby reducing CO2 working capacity. On the other hand, the internal purge of CO2 was found to be of critical importance to lower the water partial pressure during evacuation. The penetration of water in the column could be managed by keeping an appropriate volumetric purge-to-feed ratio or a higher vacuum level. This effect was predicted by our axial adiabatic working capacity model. At relatively high water content (> 4% v/v) in the feed, the use of a water prelayer was essential to prevent failure of the system. The overall performance of the VSA with wet feed decreased slightly compared with the performance for dry feed. Reasonable results have been achieved for a triple layered single column VSA in the case with the highest feed humidity of 8.5% v/v, with a product CO2 recovery of 58.2%, purity 52.4% and productivity 0.128 kg CO2/h/L adsorbent. Further scale-up of this process by using multi-columns and a more sophisticated cycle design is expected to further improve the performance. Thus although there is a detrimental effect of water on CO2 capture, long term recovery of CO2 is still possible in a single VSA process.
Author: Tran Thanh Tai Nguyen
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Category : Adsorption
Languages : en
Pages : 0
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Carbon capture utilization and storage (CCUS) play a crucial contribution in reducing CO2 emissions and obtaining net-zero emission by 2050. Adsorbent-based technology offers an opportunity to separate CO2 under mild regeneration conditions. However, low CO2 concentration and water vapour in the flue gas make it challenging to separate CO2. In this thesis, CALF-20, a water-stable metal-organic framework (MOF), was characterized and demonstrated for humid post-combustion CO2 capture. Single-component CO2 and N2 isotherms were measured at various pressures and temperatures using volumetric and gravimetric methods. The dual-site Langmuir model was used to describe the CO2 and N2 isotherms. The adsorption equilibrium of water was measured from 0%-100% relative humidity (RH) at various temperatures using thermogravimetry analysis and volumetric methods. A hysteresis loop was observed from 8%-22% RH. The Quadratic-Langmuir model was used to describe water isotherms. The competitive loadings of CO2 and N2 were quantified by performing both adsorption and desorption dynamic column breakthrough (DCB) experiments. The CO2 loading barely changed under the competition of N2. The adsorption and desorption DCB of water were also performed. Multiple transitions corresponding to the shape of the isotherm were observed in the water DCB curves. A one-dimensional column model, including all dispersion, convection, heat transfer and pressure drop, was used to describe the adsorption dynamic in the column. The competitive loadings of CO2 and H2O were collected using both thermogravimetry analysis and dynamic column breakthrough techniques. At RH
Author: Augustine Ntiamoah
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Category : Carbon dioxide
Languages : en
Pages : 147
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Author: Nabil Ettlili
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Languages : fr
Pages : 426
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La capture du CO2 en sortie d'une centrale thermique constitue un réel défi technologique. Les procédés d'adsorption peuvent être utilisés pour traiter de telles fumées caractérisées principalement par leurs grands débits et leurs faibles teneurs en CO2 (2x106 à 3x106 m3.h-1 pour une centrale de 750 MW, % Vol de CO2 = 12-15 %). Certains procédés d'adsorption existants comme les procédés PSA et TSA ont été utilisés pour le traitement des COV. Dans le cas de l'adsorption modulée en pression (PSA) l'effluent à traiter passe à travers d'un lit fixe d'adsorbant à haute pression. L'adsorbant est régénéré en baissant la pression. Pour l'adsorption modulée en température (TSA), l'adsorbant est régénéré en augmentant sa température. C'est souvent de l'air chaud qui est utilisé pour chauffer le lit. Ces deux procédés ne semblent pas bien adaptés pour la capture du CO2. Alors que le premier nécessite l'augmentation de la pression de grands débits de gaz, le deuxième procédé, basé sur le chauffage avec de l'air chaud, n'est pas énergétiquement efficace. De plus le CO2 récupéré est dilué par de l'air. L'objectif de ce travail est d'étudier un nouveau procédé d'adsorption qui permet de : 1- Traiter de grands débits de gaz à faible pression et capturer la majeure partie du dioxyde de carbone qu'ils contiennent ; 2- Récupérer le CO2 avec une haute pureté ; 3- Réduire le coût énergétique de la régénération. Pour réaliser ce travail, trois procédés d'adsorption ont été examinés expérimentalement et théoriquement : Adsorption avec régénération électrothermique (ESA), Adsorption avec régénération sous vide (VSA) et ESA-VSA couplés. La première étape du travail a consisté à choisir un adsorbant performant. Pour cela, plusieurs solides ont été considérés (charbons actifs, tamis moléculaires carbonés, matériaux polymères, zéolites ...) et deux adsorbants ont été choisis (zéolite 5A et matériau composite PDMS-charbon actif). Dans le cas de la régénération électrothermique, l'adsorbant a été chauffé de façon indirecte, par l'effet de Joule. Après avoir étudié les trois méthodes de régénération expérimentalement, un module de calcul a été développé au moyen de COMSOL la Multiphysics permettant d'ajuster les paramètres de cinétique de transfert de masse pour les étapes d'adsorption et de régénération.
Author: Aline Léon
Publisher: Springer Science & Business Media
ISBN: 3540699252
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 680
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Book Description
Aline Leon ́ In the last years, public attention was increasingly shifted by the media and world governmentsto the conceptsof saving energy,reducingpollution,protectingthe - vironment, and developing long-term energy supply solutions. In parallel, research funding relating to alternative fuels and energy carriers is increasing on both - tional and international levels. Why has future energy supply become such a matter of concern? The reasons are the problems created by the world’s current energy supply s- tem which is mainly based on fossil fuels. In fact, the energystored in hydrocarb- based solid, liquid, and gaseous fuels was, is, and will be widely consumed for internal combustion engine-based transportation, for electricity and heat generation in residential and industrial sectors, and for the production of fertilizers in agric- ture, as it is convenient, abundant, and cheap. However, such a widespread use of fossil fuels by a constantly growing world population (from 2. 3 billion in 1939 to 6. 5 billion in 2006) gives rise to the two problems of oil supply and environmental degradation. The problemrelated to oil supply is caused by the fact that fossil fuels are not - newable primary energy sources: This means that since the rst barrel of petroleum has been pumped out from the ground, we have been exhausting a heritage given by nature.
Author: Johanna Schell
Publisher:
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Languages : en
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Author: Jean-Marc Amann
Publisher:
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Category :
Languages : fr
Pages : 189
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Book Description
La présente étude a pour objectif d’évaluer et de comparer entre eux divers procédés de captage du CO2 appliqués aux centrales thermiques alimentées en gaz naturel (NGCC) et au charbon pulvérisé (CP). Ces procédés consistent en un captage du CO2 des fumées en post-combustion par des solvants chimiques, une décarbonisation du gaz naturel avec captage du CO2 en pré-combustion par un solvant physique et l’oxy-combustion du combustible avec séparation frigorifique du CO2. Ces procédés ont été évalués à l’aide du logiciel de procédés Aspen PlusTM pour aider à choisir la meilleure option pour chaque type de centrale. Pour la post-combustion, une solution aqueuse basée sur un mélange d’amines (N-méthyldiéthanolamine (MDEA) et triéthylène tétramine (TETA)) a été évaluée. Des mesures d’absorption ont été réalisées entre 298 et 333 K dans un réacteur fermé type cellule de Lewis. La pression partielle du CO2 à l’équilibre, caractéristique de la solubilité du CO2 dans le solvant, a été déterminée jusqu’à 393 K. Les performances sont comparées vis à vis de solvants plus conventionnels tels que la MDEA et la monoéthanolamine (MEA). Pour l’oxy-combustion, un procédé de captage, basé sur une séparation des composants des fumées à faible température, a été développé et appliqué aux centrales NGCC et CP. L’étude a montré que la pureté du flux d’O2 avait une influence non négligeable sur la concentration en CO2 dans les fumées et donc sur les performances du procédé de séparation. La dernière option étudiée est le reformage du gaz naturel qui permet un captage du CO2 en amont du système de production de l’électricité. Plusieurs configurations ont été évaluées : reformage à l’air ou à l’oxygène, pression de reformage et dilution du gaz de synthèse. La comparaison de ces différents concepts suggère que, à court et moyen terme, l’absorption chimique soit le procédé le plus intéressant pour la centrale NGCC. Pour la centrale CP, l’oxy-combustion peut être une option très intéressante, au même titre que le captage en post-combustion par absorption chimique.
Author: Carol Toro Molina
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Languages : fr
Pages : 0
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Book Description
Actuellement, la production d'énergie est de plus en plus associée à une hausse simultanée d'émissions de Gaz à Effet de Serre (GES). Malgré les inquiétudes concernant les GES dans l'atmosphère, les énergies fossiles resteront probablement longtemps la principale source d'énergie primaire à l'échelle mondiale. Le procédé de captage de CO2, principal gaz à effet de serre, généralement préconisé est un procédé d'absorption chimique avec de la monoéthanolamine (MEA). Ce procédé pose de nombreux problèmes comme le coût de la régénération de l'amine. Cette étude s'intéresse à une alternative consistant à absorber chimiquement le dioxyde de carbone dans une solution aqueuse d'ammoniac. Par ailleurs, dans le but d'améliorer les procédés de captage et d'intensifier le transfert gaz-liquide, des techniques de captage à base de membranes (contacteurs membranaires) ont été développées et couplées à l'absorption chimique. Dans un premier temps des mesures d'absorption du CO2 à partir d'une solution aqueuse d'ammoniac ont été réalisées. Ces mesures ont été effectuées entre 278 et 303 K dans un réacteur fermé de type cellule de Lewis. Le taux de charge maximum, la pression partielle du CO2 à l'équilibre ont été déterminés. Les performances ont été comparées à celles de solvants conventionnels tels que la MEA et la N-méthyldiéthanolamine (MDEA). Dans un second temps, des mesures d'absorption à travers un contacteur membranaire ont été réalisées. L'efficacité de captage est étudiée en fonction de la nature des matériaux constituants la membrane et des paramètres opératoires. Les résultats obtenus montrent qu'il est possible de capter le CO2 par l'ammoniaque à travers une membrane avec une efficacité de captage supérieure à 90 %. La membrane limite les pertes d'ammoniaque mais ne les élimine pas. La simulation du fonctionnement de la centrale thermique alimentée au charbon pulvérisé (CP) intégrant le captage de CO2 a été réalisée à l'aide du logiciel Aspen Plus. Les fumées issues de la post-combustion sont captées par différents solvants. Une étude paramétrique a été conduite afin de préciser les conditions optimales pour capter le CO2 par l'ammoniaque. Des comparaisons de dépense énergétique dans le cas de la régénération pour les solvants NH3, MEA et MDEA ont été réalisées. L'étude comparative suggère que l'absorption chimique utilisant l'ammoniaque comme solvant est un des procédés les plus intéressants pour la centrale CP.
