Bibliographie & annexes
Présentation
English
Auteur(s)
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Denis ROIZARD : Directeur de recherche CNRS au laboratoire Réactions et Génie des Procédés à l'École nationale supérieure des industries chimiques de Nancy, université de Lorraine
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Eric FAVRE : Enseignant-chercheur au laboratoire Réactions et Génie des Procédés, professeur à l'École nationale supérieure des industries chimiques de Nancy, université de Lorraine
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Résumé : La conception d'un nouveau type de contacteur membranaire et la caractérisation de son efficacité pour le captage du CO2 de fumées de postcombustion ont été effectuées dans le cadre d'un projet de recherche ANR. Il s'agit d'un contacteur gaz/liquide à fibres creuses ayant comme interface une peau dense polymère, supportée par une structure microporeuse. Testés sous forme de modules contenant un faisceau de fibres creuses, l'efficacité de captage a été caractérisée avec un mélange modèle CO2/N2 en présence d'une solution aqueuse absorbante de monoéthanolamine circulant côté calandre. Le transfert de matière des contacteurs a été modélisé en utilisant l'approche des résistances en série. La simulation dans des conditions proches de la réalité industrielle montre qu'il est possible d'atteindre un facteur d'intensification en mole de CO2 captée par m-3.s-1 d'au moins quatre par rapport aux colonnes garnies tout en ayant une plus grande souplesse d'utilisation.
Abstract: The design of a new type of membrane contactor and characterization of its efficiency in CO2 capture from post combustion flue gas was carried out in the frame of an ANR research project. An innovative gas/liquid contactor having a dense polymer skin supported by a microporous structure as interface was set up. Assembled as hollow fibers bundles inserted into a module, the capture efficiency of this system was characterized using a CO2/N2 mixture model in the presence of an absorbing aqueous solution of monoethanolamine in the shell side. The mass transfer of these dense membrane contactors was mathematically modeled using the resistance-in-series approach ; through simulations close to industrial cases, the results showed that it is possible to achieve an intensification factor of the CO2 absorption in mol. m-3.s-1 of at least four compared to conventional column absorbers while having greater operating flexibility.
Mots-clés : contacteur gaz/liquide, membrane polymère, modélisation-simulation, captage du CO2, mouillage, intensification
Keywords: gas/liquid contactor, polymeric membrane, modeling-simulation, CO2 capture, wetting, intensification
Domaine : procédés d'absorption gaz-liquide
Degré de diffusion de la technologie : Émergence / Croissance / Maturité
Technologies impliquées : contacteur membranaire
Domaines d'application : lavage de gaz, captage CO2, centrales à charbon, industries pharmaceutique et alimentaire
Principaux acteurs français :
Pôles de compétitivité : Trimatec, Club français des membranes (CFM)
Centres de compétence : laboratoire Réactions et Génie des Procédés (CNRS, université de Lorraine), le laboratoire de Génie Chimique (Toulouse), INRA centre de Versailles-Grignon
Industriels : Polymem (Toulouse)
Autres acteurs dans le monde : TNO, Membrana (Liqui cell), Kvaerner, GKSS
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Intérêt des contacteurs membranaires pour le captage du dioxyde de carbone en postcombustion
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1. Contacteurs membranaires
L'intérêt porté aux contacteurs membranaires remonte aux années 1985 avec les travaux pionniers de Qi et Cussler [1] ; il correspond au fait que ce dispositif permet des transferts de matière entre deux phases sans dispersion de l'une dans l'autre, à l'inverse de tous les autres contacteurs connus, en service dans les procédés industriels, c'est-à-dire les colonnes à garnissage, les mélangeurs-décanteurs et les réacteurs à pulvérisation [G 1750]. De plus, lorsque la membrane est mise sous forme de fibres creuses, des surfaces d'échange bien plus grandes que celles possibles avec les contacteurs classiques gaz/liquide (G/L) ou liquide/liquide (L/L) peuvent être atteintes (1).
Ces deux éléments expliquent à eux seuls pourquoi de nombreuses équipes de recherche étudient ce nouveau type d'échangeur en s'intéressant aux nombreuses facettes des contacteurs membranaires, comme la préparation de membranes et de fibres creuses, l'influence de l'hydrodynamique des modules sur leurs performances, le choix de la circulation des phases à l'intérieur ou à l'extérieur des fibres, la dispersion hydrodynamique et la modélisation des contacteurs pour optimiser les grandeurs caractéristiques des fibres (longueur, diamètre intérieur/extérieur) et la compacité des modules en fonction des applications envisagées.
1.1 Contacteurs membranaires microporeux
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Les contacteurs classiquement utilisés actuellement font appel à des membranes microporeuses pour réaliser des transferts de matière rapides entre une phase gazeuse et une phase aqueuse ; pour cette raison, les matériaux membranaires de référence sont hydrophobes, comme le polypropylène (PP) ou le Téflon®, afin d'éviter le mouillage des pores [2]. En effet, l'efficacité des contacteurs membranaires est liée au premier ordre au fait que les pores de la membrane sont remplis par la phase gazeuse, ceci afin que le lieu du transfert de matière soit situé à l'ouverture des pores du côté de la phase liquide (cf. ...
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Contacteurs membranaires
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - QI (Z.), CUSSLER (E.L.) - Microporous hollow fibers for gas absorption. I, II. Mass transfer in the liquid. - J Membr. Sci., 23(3), p. 321-32 (1985) and ibid 23(3), p. 333-45 (1985).
-
(2) - GABELMAN (A.), HWANG (S.) - Hollow fiber membrane contactors. - J Membr. Sci., 159(1-2), p. 61-106 (1999).
-
(3) - KIM (B.), HARRIOTT (P.) - Critical entry pressure for liquids in hydrophobic membranes - . J. Colloid Interface Sci., 115(1), p. 1-8 (1987).
-
(4) - COKER (D.T.), FREEMAN (B.D.), FLEMING (G.K.) - Modeling multicomponent gas separation using hollow-fiber membrane contactors. - AIChE J., 44(6), p. 1289-300 (1998).
-
(5) - KUMAR (P.S.), HOGENDOORN (J.A.), FERON (P.H.M.), VERSTEEG (G.F.) - New absorption liquids for the removal of CO2 from dilute gas streams using membrane contactors. - Chemical Engineering Science, 57(9), p. 1639-51(2002).
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(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Programme « Captage et stockage du CO2 »
https://anr.fr/Projet-ANR-06-PCO2-0009
(site consulté le 13/07/2011)
HAUT DE PAGE
Salon Pollutec Lyon 15/11/2010 :
https://www.pollutec.com/fr-fr.html, Prix des techniques innovantes pour l'environnement
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