Kinetics study of the CO2 absorption by blends of amines

Cette thèse s'inscrit dans les problématiques liées au captage de CO2 en postcombustion et au traitement du gaz naturel. Une méthodologie a été développée dans le cadre de cette thèse afin de comprendre la cinétique d'absorption de CO2 par des solutions aqueuses de mélange d'amines. Cette méthodologie comporte l'acquisition de données expérimentales à travers un outil expérimental de type film tombant, ainsi que l'exploitation de ces données via un modèle couplant l'ensemble des phénomènes physico-chimiques mis en oeuvre au sein du réacteur. Cette méthodologie a dans un premier temps été appliquée à l'étude du système CO2-pipérazine, pour lequel l'extrapolation de la cinétique chimique de la littérature a été validée dans des gammes étendues de températures, concentrations d'amines et de taux de charge en CO2 (ratio entre le nombre de mol CO2 et le nombre de mol d'amine en solution). La cinétique d'absorption du CO2 dans le mélange complexe N-méthyldiéthanolamine-pipérazine, a ensuite été examinée. La synergie entre les deux amines pour absorber le CO2 ainsi que l'influence du taux de charge sur la cinétique chimique du système ont été quantifiées. Cette méthodologie sera mise en ?uvre au sein des projets de recherche IFPEN afin de quantifier la cinétique chimique des systèmes CO2-mélanges d'amines dans le cadre des procédés de captage de CO2 et de désacidification de gaz naturel. Paramètre essentiel de la modélisation du transfert gaz-liquide, une connaissance fine de la cinétique d'absorption du CO2 permet, in fine, d'améliorer la fiabilité du design des colonnes d'absorption industriellesProcesses based on chemical absorption are widely used for removing CO2 contained in natural gas, hydrogen or flue gas. Mixtures of amines can be used as a solvent for these applications in order to accelerate CO2 mass transfer towards the liquid phase, while keeping a low energy consumption to be regenerated. A methodology has been developed in the framework of this PhD to understand the kinetics of the absorption of CO2 into mixtures of amines. Experimental data provided by a wetted wall column apparatus have been interpreted by a rigorous model taking into account all phenomena occurring within the reactor. This work was firstly dedicated to study the kinetics of the absorption of CO2 by aqueous piperazine solutions. The extrapolation of PZ / CO2 kinetics given by the literature has been validated in a wide range of operating conditions. The kinetics of the absorption of CO2 by mixtures of N-methyldiethanolamine and piperazine has then been assessed. The synergy between both amines at low loading allowing the CO2 mass transfer to be accelerated as well as the impact of the CO2 loading on the absorption kinetics have been quantified. This methodology will be used at IFP Energies nouvelles in order to study the kinetics of the absorption of CO2 by mixtures of amines, in the framework of CO2 postcombustion capture and natural gas treatment processes development. The knowledge of the kinetics of the CO2 absorption by mixtures of amines will allow to enhance the reliability of the absorption column desig