Dissertations / Theses: 'Dioxyde de carbone – Absorption'

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Almantariotis, Dimitrios. "Captage du dioxyde de carbone par des liquides ioniques partiellement fluorés." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00671346.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est d'étudier et de contribuer à améliorer la capacité des liquides ioniques pour l'absorption sélective de dioxyde de carbone. Pour cela nous avons envisagé la fluorination partielle des cations ou des anions constituant les liquides ioniques. Nous avons sélectionné des liquides ioniques partiellement fluorés à étudier, dont trois ont été synthétisés dans ce travail. Dans un premier temps, nous avons étudié l'impact de la structure des liquides ioniques purs sur leurs propriétés thermophysiques telles que la masse volumique, la viscosité et la stabilité thermique. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les propriétés thermodynamiques de mélanges des liquides ioniques avec des gaz ou des liquides. La miscibilité de l'eau a ainsi été étudiée en fonction de la température. Nous avons mesuré la solubilité de cinq gaz (dioxyde de carbone, protoxyde d'azote, éthane, azote, hydrogène) dans les liquides ioniques, pour des températures comprises entre 298 K et 343 K et des pressions proches de la pression atmosphérique. La simulation moléculaire a été utilisée afin d'identifier les sites préférentiels de solvatation de dioxyde de carbone et d'éthane, et de proposer des mécanismes moléculaires de solvatation de ces gaz. Les coefficients de diffusion du dioxyde de carbone et de l'éthane dans les liquides ioniques ont été calculés. Nous avons déterminé l'enthalpie de solution et la limite de solubilité du dioxyde de carbone en fonction de la pression à 313 K utilisant une technique calorimétrique à écoulement.

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Benizri, David. "Epuration du biogaz à la ferme : EPUROGAS, une solution énergétique et économique d'avenir. Etude expérimentale et modélisation d'un procédé d'absorption de dioxyde de carbone avec de l'eau sous pression à une échelle industrielle." Thesis, Toulouse, INSA, 2016. http://www.theses.fr/2016ISAT0024/document.

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Abstract:

L’étude et la mise au point des procédés de traitement du biogaz représentent un défi majeur à relever pour accéder à une énergie propre produite à partir d’une unité de méthanisation. Le biogaz est un mélange de CH4 à 55% v/v et de CO2 à 40% v/v. La technique de l’absorption de CO2 par lavage à l’eau sous pression a été choisie dans cette thèse. L’optimisation, le contrôle et l’étude expérimentale de ce procédé, appelé EPUROGAS, ont été réalisés à l’échelle d’une ferme sur un prototype traitant un débit nominal de 40 Nm3/h. Deux axes de recherche ont été privilégié dans la mise au point de l’EPUROGAS : l’entraînement de méthane par l’eau et le recyclage de l’eau sans stripping pour permettre une valorisation simultanée du CH4 et du CO2 produits. Les principales innovations de ces travaux sont protégées par deux brevets : l’amélioration de la base de la colonne d’absorption et une méthode originale de désorption par mélangeur statique. Lors de ces travaux, une méthode statistique d’analyse des résultats expérimentaux a été proposée. Deux modèles prédictifs de génie des procédés ont été élaborés afin de prédire l’efficacité d’absorption du CO2 et le rendement de production de CH4. Un pilote complémentaire a été étudié : le SATUROMETRIX qui permet de caractériser des équilibres gaz/liquide entre plusieurs gaz et un liquide complexe sous pression, complétant les données bibliographiques des constantes de Henry associées aux mélanges complexes. Enfin, un système PSA qui conditionne le biogaz ou le méthane pré-épuré en Gaz Naturel Véhicule comprimé à 200 bar a été étudié. Les procédés EPUROGAS et PSA ont été couplés, évalués énergétiquement puis dans leur globalité par l’Analyse de Cycle de Vie
Biogas upgrading is a key technology for the renewable energy mix of tomorrow. Biogas is a mix of Carbon Dioxide (40%) and Methane (55%). It is obtained thanks to the anaerobic digestion of organic matter. The adapted High Pressure Water Scrubbing process was studied in this thesis. The process was installed in farm and operated at a real scale for upgrading biogas flows up to 40 Nm3/h. It is called EPUROGAS. Two main research axes were obtained with a preliminary study on a prototype: biogas leaks were detected at the water outlet and stripping water with air allowed both CH4 and CO2 production. Works have led through innovation with two patents: an enlarged column bottom and a static mixer to enhance CO2 desorption from water. During this work, experimental results were collected during operation and statistically studied. Thanks to theoretical studies, two predictive models were built to predict CO2 absorption efficiency and CH4 rate recover. Moreover, two complementary processes were studied. SATUROMETRIX is a laboratory apparatus that aims to characterize gas/liquid equilibrium under pressure for mixed gases and a complex liquid phase. PSA system is an adsorption process for biogas upgrading operating with biogas or half upgraded biogas. It leads to Compressed Natural Gas at 200 bars. Finally, EPUROGAS and PSA were coupled in order to conduct their energetic study and their Life Cycle Analysis

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Knöfel, Christina. "Synthesis, characterisation and evaluation of porous materials for the adsorption of carbon dioxide." Aix-Marseille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009AIX11005.

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Abstract:

In this work, mesoporous oxides, namely silica, titania and zirconia were synthesised using a triblock copolymer as structure directing agent. Further, the silica and the titania materials were functionalised with different aminosilane molecules. Characterisation of the prepared materials was carried out using various methods including nitrogen sorption, ATR infrared spectroscopy and X-ray diffraction. The materials were tested for their carbon dioxide adsorption properties using mainly microcalorimetry. In-situ infrared measurements and theoretical DFT calculations were carried out to help understand the microcalorimetric adsorption results in certain cases. With respect to the different carbon dioxide adsorption, it was highlighted that the functionalisation of amine sites on silica materials significantly improved the adsorption capacities. A comparison of the different oxides has shown that the adsorption properties mainly depend on the strength of the metal-oxygen bond within the oxides but also on the textural characteristics, such as porosity of the investigated materials
Dans ce travail, des oxydes mesoporeux, tels que silice, oxyde de titane et oxyde de zircone ont été synthétisés en utilisant un copolymère à triblock comme agent structurant. De plus, la silice et l’oxyde de titane ont été fonctionnalisés avec différentes molécules d'aminosilane. La caractérisation des matériaux préparés a été effectuée par diverses méthodes, telles que la sorption d'azote, la spectroscopie infrarouge (ATR) et la diffraction des rayons X. Les matériaux ont été examinés pour leurs propriétés d'adsorption du dioxyde de carbone utilisant principalement la microcalorimétrie. Dans certains cas, des mesures de spectroscopie IR in-situ et des calculs théoriques de DFT ont été effectués pour mieux comprendre les résultats obtenus par microcalorimétrie d’adsorption. En ce qui concerne les différentes propriétés d'adsorption nous avons mis en évidence que la functionalisation des emplacements d'amine sur les matériaux de silice a amélioré de manière significative les capacités d'adsorption. Une comparaison des différents oxydes a confirmé que les propriétés d'adsorption dépendent principalement de la force du lien du métal-oxygène dans les oxydes mais également des caractéristiques de texture, telles que la porosité

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Stevanovic, Stéphane. "Absorption sélective de gaz par des liquides ioniques basés sur des anions carboxylates ou des anions tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphates." Phd thesis, Université Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00822155.

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Abstract:

Différentes familles de liquides ioniques ont été sélectionnées pour leur capacité d'absorption de gaz et plus particulièrement de dioxyde de carbone. L'objectif de ces travaux est de définir les liquides ioniques les plus à même d'être utilisés en tant qu'absorbants dits alternatifs dans les procédés de captage de gaz, l'enjeu principal étant à terme de diminuer les coûts de production des procédés industriels. Les systèmes retenus sont des liquides ioniques purs issus de la combinaison de cations imidazolium, pyrrolidinium et phosphonium avec des anions de type carboxylate ou tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate ainsi que des mélanges binaires de liquides ioniques avec anion carboxylate + eau. L'absorption de différents gaz - dioxyde de carbone, azote, protoxyde d'azote et éthane - dans les liquides ioniques purs ainsi que dans les mélanges liquide ionique +eau a été mesurée dans une gamme de températures comprises entre 303.15 et 353.15 K et pour des pressions proches de l'atmosphérique. La sélectivité des liquides ioniques pour l'absorption de dioxyde de carbone par rapport aux autres gaz a pu être déterminée. La caractérisation de l'absorption de gaz est fonction des systèmes étudiés, les interactions entre les gaz et certains liquides ioniques (ou certains mélanges liquide ionique + eau) étant uniquement de type physique alors que dans d'autres systèmes, l'absorption est le résultat à la fois d'interactions physiques mais également de la présence de réaction chimique.

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Aouini, Ismaël. "Captage du dioxyde de carbone en postcombustion : Application à un incinérateur de déchets industriels : Etude expérimentale à l’échelle pilote." Thesis, Rouen, INSA, 2012. http://www.theses.fr/2012ISAM0004.

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Abstract:

Les recherches s’inscrivent dans une prospection qui étudie la viabilité de la valorisation du CO2 d’un incinérateur de déchets industriels. Plusieurs licences commerciales existent pour le captage du CO2 dans des gaz de combustion mais il n’existe pas de référence pour le traitement de fumées d’incinérateur de déchets. Les travaux évaluent, à l’aide d’une installation pilote, la viabilité du captage du CO2 en postcombustion par absorption/désorption avec un solvant à 30 % massique en monoéthanolamine (MEA). Tout d’abord, une synthèse bibliographique identifie les verrous technologiques. Puis, le fonctionnement de l’installation est détaillé. Ensuite, une étude paramétrique a évalué les performances de captage du CO2 et la consommation énergétique du pilote. Enfin, des expériences sur une période de 5 jours ont étudié la résistance chimique du solvant face des gaz de combustion. Les travaux de recherche ont permis une première validation du procédé pour un incinérateur de déchets
This research is part of a survey designed to establish the viability of the CO2 recovery as a raw material from an industrial waste incinerator.. Several commercial licenses are available to capture CO2 in flue gas, but there are no references for incinerators. This work studies with a pilot the post-combustion CO2 capture from incinerator flue gas using absorption/desorption process with 30 %wt monoethanolamine (MEA). A literature review identifies the technology gaps. Then, the pilot setup was described. A parametric study has evaluated the pilot performance for CO2 capture and energy consumption. Finally, Long runs (5 days) have studied the solvent chemical stability in front of incinerator flue gas. The laboratory experiments show that CO2 capture form incinerator flue gas is possible

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Detallante, Virginie. "Influence de l'humidité sur les propriétés de transport de gaz d'une membrane de polyimide sulfone naphthalénique." Rouen, 2002. http://www.theses.fr/2002ROUES016.

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Abstract:

Le polyimide sulfoné naphthalénique est un ionomère dont les propriétés sont particulières puisqu'il présente une séparation de phase inverse par rapport aux autres matériaux échangeurs d'ions. Les domaines neutres, hydrophobes, sont espacés dans la matrice ionique ou hydrophile. La sorption d'eau vapeur étudiée à l'aide d'un dispositif gravimétrique (I. G. A. ) montre l'existence de trois comportements différents des molécules de pénétrant : adsorption sur les sites de Langmuir (microcavités vitreuses et groupements ioniques), absorption dans la matrice polymère (domaines ioniques et domaines neutres) et agrégation. Ces mesures permettent également de souligner la porosité du matériau. L'analyse des cinétiques de sorption de la vapeur d'eau met en évidence une variation du coefficient de diffusion avec la concentration : une augmentation, expliquée par le modèle "dual-mode", puis une diminution due dans un premier temps, à la mobilité réduite des espèces absorbées dans la matrice ionique face à celles absorbées dans les domaines hydrophobes, et ensuite à un phénomène d'agrégation impliquant une décroissance supplémentaire. Les mesures de sorption et de diffusion du CO2 sec montrent l'existence d'un processus non-fickien (en fonction du temps) lorsque la membrane ne subit pas un conditionnement préalable par l'eau. Elles mettent aussi en évidence la réaction entre les ions éthylènediamine monoprotonée et le CO2 au sein de la membrane. Il existe un léger transport facilité du dioxyde de carbone par ces ions en milieu humide mais il est trop faible pour être exploitable. Par contre, la présence d'eau améliore la mobilité des molécules de CO2 (diffusion domaines hydrophiles) tout en n'ayant aucune influence sur celle des molécules de N2 (diffusion domaines hydrophobes).

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Aït-Ameur, Nadira. "Contribution à la quantification du CO2 anthropique en mer Méditerranée et en mer de Ross." Perpignan, 2007. http://www.theses.fr/2007PERP0777.

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Abstract:

Pour contribuer à une meilleure connaissance du rôle des océans dans la séquestration de l’excès de CO2 atmosphérique (CO2 anthropique), nous avons quantifié ce dernier en mer de Ross et en Méditerranée. En mer de Ross, les concentrations en CO2 anthropique dans les eaux du plateau (500-800m) sont de 28 ± 2 µmol/kg et, dans les eaux de fond (1500-1800m), de 7 ± 2 µmol/kg. En 150 ans les eaux du plateau ont séquestré en moyenne 8,57. 10-4 ± 3. 10-4 GtC/an, ce qui représente près de 4% du CO2 anthropique séquestré par l’ensemble de l’océan Austral. Les eaux du plateau circulant le long de la pente continentale entraînent 38% de ce CO2 vers les eaux de fond (1800m), contribuant ainsi à sa séquestration à long terme. Dans le bassin nord ouest de la Méditerranée, les eaux intermédiaires et profondes sont plus riches en CO2 anthropique avec une moyenne de 64,4 ± 5 µmol/kg dans les eaux intermédiaires et de 72,6 ± 5 µmol/kg dans les eaux profondes. La modification de la circulation des eaux dans le bassin est (EMT, Eastern Mediterranean Transient) a appauvri les eaux intermédiaires en CO2 anthropique (-8 µmol/kg en 10 ans). Dans le golfe du Lion, les apports du Rhône influencent la distribution de la fCO2 et les échanges air-mer en CO2. Au terme des 4 mois d’investigation le golfe du Lion apparaît, en moyenne, comme une faible source de CO2 pour l’atmosphère, avec un flux net de + 17,7 mmol/m2/jour. En mer de Ross comme en mer Méditerranée, la circulation des masses d’eau est le principal processus impliqué dans la séquestration du CO2 anthropique à long terme : en raison de la formation des eaux profondes et de leur export en profondeur vers la circulation globale pour la mer de Ross ; en raison du temps de résidence des eaux et des échanges au détroit de Gibraltar pour la Méditerranée. La proportion de CO2 anthropique dans le flux de carbone total exporté vers l’océan Atlantique est de 4,8% (0,03 à 0,06 GtC/an). La Méditerranée est ainsi un bassin de concentration et une source de CO2 anthropique pour l’océan Atlantique
In order to improve our understanding of the role of the ocean in the uptake of excess CO2, we estimate the anthropogenic CO2 concentrations in the Ross Sea and in the Mediterranean Sea. In the Ross Sea the different water masses are invaded by anthropogenic CO2 with a mean concentration of 28 ± 2 µmol/kg in the shelf waters (500-800m) and 7 ± 2 µmol/kg in the deep waters (1500-1800m). Since the beginning of the industrialisation the waters stored 8. 57 10-4 ± 3 10-4 GtC/year which represent approximately 4% of the Austral ocean uptake. The shelf water circulation on the shelf break provides approximately 38% the anthropogenic CO2 to the deep water contributing to its long term storage. In the Western Mediterranean Sea, the intermediate (400-800m) and deep waters (2000m) are characterized by high anthropogenic carbon concentrations with a mean of 64. 4 ± 4 µmol/kg in the intermediate waters and 72. 6 ± 5 µmol/kg in the deep waters. The modification of the circulation that affected the eastern basin (EMT, Eastern Mediterranean Transient) seems to affect also the anthropogenic CO2 storage in the western basin leading to a decrease of 8 µmol/kg in the intermediate water over the last decade. In the gulf of Lion the distribution of fCO2 and the air-sea CO2 exchange are influenced by riverine (Rhone) input. During our investigation this area appears to be a slight source of CO2 for the atmosphere with a mean net flux of +17. 7 mmol/m2/day. In the Mediterranean Sea as in the Ross Sea, the formation of deep water and water circulation are the main processes involved in sequestration of anthropogenic CO2: the Ross Sea shelf water spreading to the deep ocean and the Mediterranean water residence time with its exchange with the Atlantic Ocean. The anthropogenic CO2 exported from the Mediterranean Sea to the Atlantic Ocean represents up to 4. 8% (0. 03 to 0. 06 GtC/year) of the total CO2 exported. The Mediterranean Sea is thus a significant source of anthropogenic CO2 to the Atlantic Ocean. It seems to be a concentration basin where, as a consequence of their long residence time, the deep waters are enriched in anthropogenic CO2

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Jay, Sophie. "Etude expérimentale de la solubilté du soufre dans le gaz naturel." Pau, 2009. http://www.theses.fr/2009PAUU3024.

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Abstract:

Cela fait plusieurs années maintenant que l’on observe l’apparition de dépôts de soufre au sein des réseaux de transport du gaz naturel. Principalement localisés au niveau des zones de détente, ces dépôts sont à l’origine de nombreux problèmes de sécurité entraînant de ce fait un surcoût financier pour l’exploitant. La bibliographie sur ce sujet a montré une absence totale de points expérimentaux de solubilité du soufre dans le gaz naturel dans les conditions température et pression du transport gazier. Un pilote expérimental a donc été développé. Le protocole expérimental repose sur trois étapes successives. La première étape consiste à saturer un gaz en soufre. La seconde est le piégeage du soufre vapeur contenu dans le courant gazeux saturé par absorption réactive après détente du gaz. Enfin, la dernière étape est l’analyse de cette solution de piégeage par Chromatographie en Phase Gazeuse pour quantifier le soufre piégé. Une fois le protocole validé, la solubilité du soufre dans le dioxyde de carbone a été étudié entre 100 et 400 bar pour deux températures (363. 15 K et 333. 15 K). Ces données expérimentales ont alors permis d’optimiser le coefficient d’interaction binaire CO2/S8 d’un modèle thermodynamique du dépôt de soufre dans le gaz naturel développé au sein du LaTEP
For several years occurrence of sulphur deposits in natural gas transmission facilities is observed. Mainly located downstream of a pressure reduction facility, these deposits lead to many security problems and represent a significant additional financial cost for the operator. The literature review on this topic has shown a total lack of experimental data of sulphur solubility in natural gas under conditions of temperature and pressure of transport of natural gas. So, an experimental apparatus has been developed. The operating procedure is divided into three steps. The first step is to saturate a gas in sulphur. The second step is the trapping of sulphur in vapour phase contained in the saturated gas stream by reactive absorption after a flash. The final step is the analysis of the trapping solution by Gas Chromatography for trapped sulphur quantification. Once the operating procedure validated, the solubility of sulphur in carbon dioxide has been studied between 100 and 400 bar for two temperatures (363. 15 K and 333. 15 K). These experimental data allowed optimizing the CO2/S8 binary interaction coefficient of a thermodynamic model of sulphur deposition in natural gas developed in the LaTEP

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Vasilchenko, Semen. "Development of an ultrasensitive cavity ring down spectrometer in the 2.10-2.35 µm region : application to water vapor and carbon dioxide." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY037/document.

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Abstract:

Un spectromètre utilisant la technique CRDS a été développé entre 2.00 et 2.35 µm afin de réaliser la spectroscopie en absorption de molécules d’intérêt atmosphérique et planétologique avec une très grande sensibilité et à haute résolution spectrale. Cette région du spectre correspond à une fenêtre de transparence de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone. Ces fenêtres sont des zones de très faible absorption utilisées pour le sondage des atmosphères terrestre et vénusienne dans lesquelles la vapeur d’eau et le dioxyde de carbone représentent respectivement les absorbants gazeux principaux dans l’infrarouge.La technique CRDS consiste à injecter des photons dans une cavité optique de haute finesse et à mesurer la durée de vie des photons dans cette cavité. Celle-ci est mesurée en interrompant l’injection des photons dans la cavité optique lors du passage en résonance du laser avec l’un des modes longitudinaux. Cette durée de vie dépend de la réflectivité des miroirs et des pertes intra-cavité comme celles induites par un gaz qui absorbe. Mesurer ces pertes en fonction de la longueur d’onde permet d’obtenir le spectre d’absorption du gaz en question. L’extrême réflectivité des miroirs permet d’atteindre dans une cavité d’un peu plus d’1 m de longueur une sensibilité équivalente à celle qui serait obtenue classiquement avec une cellule d’absorption longue de plusieurs milliers de kilomètres.Trois diodes laser DFB émettant autour de 2.35, 2.26 et 2.21 µm ont été utilisées avec ce spectromètre. Grâce à une rétro-action optique provenant d’une cavité externe, certaines de ces diodes ont pu être affinées, ce qui a permis de mieux injecter la cavité haute finesse et ainsi de réduire le niveau de bruit du spectromètre. Parallèlement grâce à une collaboration avec l’Institut d’Electronique (IES, UMR 5214) à Montpellier et la société Innoptics nous avons pu tester le prototype d’un VECSEL (Vertical-External-Cavity Surface-Emitting-Laser). Ce laser a permis de couvrir une gamme spectrale de 80 cm-1, entre 4300 et 4380 cm-1, équivalente à quatre diodes laser DFB. La sensibilité obtenue en routine avec ce spectromètre, correspondant au coefficient minimum détectable, est typiquement de 1×10-10 cm-1. Le chapitre introductif (Chapitre 1) fait le point sur les différentes techniques permettant d’acquérir des spectres en absorption dans la gamme spectrale étudiée et sur les sensibilités atteintes. A notre connaissance l’instrument développé ici est le plus sensible dans cette région du spectre. Le fonctionnement de ce spectromètre CRDS est détaillé dans le chapitre 2.Pour démontrer les performances obtenues avec notre instrument celui-ci a été utilisé pour enregistrer des transitions quadrupolaires donc de très faible intensité. Ainsi la transition S(3) de la bande 1–0 de HD a été enregistrée pour la première fois et son intensité mesurée (S=2.5×10-27 cm/molecule). La sensibilité obtenue en routine a encore pu être améliorée en réalisant une moyenne d’une centaine de spectres sur une gamme spectrale réduite pour atteindre 1×10-11 cm-1. Grâce à cela nous avons pu mesurer la position et l’intensité de la raie quadrupolaire électrique O(14) de la bande 2–0 de N2 qui est très fortement interdite avec une intensité de 1.5×10-30 cm/molecule. Ces mesures font l’objet du chapitre 3 de cette thèse.Les deux derniers chapitres sont dédiés à la caractérisation de l’absorption du CO2, au centre de la fenêtre de transparence, et à celle de la vapeur d’eau. Dans les deux cas, les transitions permises du monomère et la contribution du continuum ont été étudiées. Ce dernier correspond à une absorption variant lentement avec la longueur d’onde. Les sections efficaces du « self-continuum » de la vapeur d’eau ont notamment été mesurées en plusieurs points de la fenêtre de transparence avec une incertitude beaucoup plus faible que les mesures existantes. Elles représentent un jeu de données décisif pour tester les modèles décrivant ce continuum
A cavity ring down spectrometer has been developed in the 2.00-2.35 µm spectral range to achieve highly sensitive absorption spectroscopy of molecules of atmospheric and planetologic interest and at high spectral resolution. This spectral region corresponds to a transparency window for water vapor and carbon dioxide. Atmospheric windows, where absorption is weak, are used to sound the Earth’s and Venus’ atmospheres where water vapor and carbon dioxide represent the main gaseous absorbers in the infrared, respectively.The CRDS technique consists of injecting photons inside a high finesse optical cavity and measuring the photon’s life time of this cavity. This life-time depends on the mirror reflectivity and on the intra-cavity losses due to the absorbing gas in the cavity. Measuring these losses versus the wavelength allow obtaining the absorption spectrum of the gas. The extreme reflectivity of the mirrors allows reaching, for a 1-meter long cavity, a sensitivity equivalent to the one obtained classically with absorption cells of several thousands of kilometers.Three DFB laser diodes emitting around 2.35, 2.26, 2.21 µm were used with this spectrometer giving access to the 4249-4257, 4422-4442 and 4516-4534 cm-1 interval, respectively. Thanks to optical feedback from an external cavity, two of these diodes were spectrally narrowed leading to a better injection of the high finesse cavity thus reducing the noise level of the spectrometer. In parallel, we tested a VECSEL (Vertical-external-Cavity, Surface Emitting laser) through a collaboration with the Institu d’Electronique (IES, UMR 5214) in Montpellier and the Innoptics firm. This laser source is able to cover a 80 cm-1 spectral range centered at 4340 cm-1, equivalent to four DFB laser diodes. In routine the achieved sensitivity with this spectrometer, corresponding to the minimum detectable coefficient is typically of 1×10-10 cm-1. The introductive chapter (Chapter 1) makes the point on the different techniques allowing absorption spectra recordings in the studied spectral region and on their sensitivity. The experimental set-up, the characteristics and performances by the CRD spectrometer developed in this work are detailed in Chapter 2. To our knowledge this instrument is the most sensitive in the considered spectral region.In Chapter 3, detection of quadrupolar electric transitions of HD and N2 illustrate the level of sensitivity reached: (i) the S(3) transition in the 1-0 band of HD has been recorded for the first time and its intensity measured (S=2.5×10-27 cm/molecule), (ii) the position and intensity of the highly forbidden O(14) quadrupolar electric transition of the 2-0 band of N2 have also been newly determined.The two last chapters are devoted to the characterization of the CO2 absorption, in the centre of the transparency window, and of the water vapor absorption. In both cases, we not only studied the allowed transitions of the monomer, but also the continuum absorption. This latter correspond to a weak background absorption varying slowly with the wave length. The self-continuum cross-sections of the water vapor continuum were measured in many spectral points through the transparency window with a much better accuracy compared to existing measurements. These CRDS data constitute a valuable data set to validate the reference model (MT_CKD) for the continuum which is implemented in most of the atmospheric radiative transfer codes

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Cheng, Hao. "Etude d'absorption chimique du dioxyde de carbone : transfert de masse en écoulement diphasique dans un minicanal et conception d'un nouvel absorbeur multicanaux." Electronic Thesis or Diss., Nantes Université, 2024. http://www.theses.fr/2024NANU4030.

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Abstract:

Les dispositifs à micro/mini-canaux suscitent un vif intérêt pour l'absorption chimique efficace du CO₂ dans le cadre du captage de CO2. Cette thèse de doctorat vise à caractériser et à étudier le processus de transfert de masse à travers l’écoulement diphasique accompagné de réactions chimiques dans les mini-canaux, ainsi qu'à concevoir et développer de nouveaux absorbeurs de CO₂ miniaturisés avec des structures optimisées vis-à-vis de leurs performances d'absorption. Tout d'abord, la dynamique des bulles dans un mini-canal droit en T a été observée par moyen optique, montrant que la réaction chimique supprime la fragmentation des bulles mais favorise leur rétrécissement. Ensuite, le champ de vitesse et le champ de concentration de CO₂ dans le liquide ont été déterminés respectivement par la PTV et la colorimétrie sensible au pH, permettant le développement d'un modèle de transfert de masse de cellule unitaire modifié, intégrant les effets de la recirculation du flux et de la réaction chimique. En outre, une structure de chicane en spirale a été intégrée dans le mini-canal, d’où une amélioration significative du transfert de masse avec une faible augmentation des pertes de charge. Enfin, sur la base de cette stratégie d'intensification, une conception innovante d'absorbeur de CO₂ multicanaux intégrés, caractérisée par des unités parallèles de minicanaux croisés en double hélice conjuguée (Codohec), a été proposée. Un module à l'échelle du laboratoire de cette conception a été réalisé et ses performances d'absorption ont été évaluées de manière exhaustive, mettant en évidence divers avantages tels qu'un coefficient de transfert de masse élevé, une consommation d'énergie acceptable, un taux d'élimination élevé et une grande capacité de traitement du CO₂. Les résultats de cette thèse pourraient fournir de nouvelles perspectives sur les mécanismes de transport sousjacents du transfert de masse gaz-liquide accompagné de réactions chimiques et contribuer à la conception et à l'optimisation d'absorbeurs de CO₂ miniaturisés hautement efficaces pour des applications industrielles
Micro/minichannel devices show great interests for their potential in efficient CO2 chemical absorption in the context of the carbon capture. This PhD these aims to characterize and investigate the transport mechanisms involved in chemical reactionaccompanied two-phase mass transfer in minichannel, and to design and develop novel miniaturized CO2 absorbers featuring intensified structures and optimized absorption performances. Firstly, bubble dynamics within a T-junction straight minichannel were optically observed, showing that the chemical reaction tends to suppress bubble breakup while promoting its shrinkage. Then, the velocity field and CO2 concentration field in the liquid slug were determined using PTV and pH-sensitive colorimetry, respectively, permitting the development of a modified unit-cell mass transfer model that incorporates the effects of flow recirculation and chemical reaction. Further enhancement was achieved by embedding a spiral distributed baffle structure into the minichannel, leading to a significant increase in mass transfer coefficient with only a minor rise in pressure drop. Finally, building on this intensification measure, a novel design for an integrated multichannel CO2 absorber was proposed, featuring paralleling units of conjugated double-helix cross minichannels (Codohec). A lab-scale module of this design was realized, and its absorption performance was comprehensively evaluated, highlighting various advantages including a high mass transfer coefficient, acceptable energy consumption, high remove rate, and large CO2 treatment capacity. These findings may provide new insights into the underlying transport mechanisms of chemical reaction-accompanied gas-liquid mass transfer and contribute to the design and optimization of highly efficient miniaturized CO2 absorbers for industry applications

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Guo, Yicang. "Thermodynamic modelling of mixtures related to absorption refrigeration systems and CO2 capture." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2024. http://www.theses.fr/2024IPPAE019.

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Abstract:

Les émissions de CO2 provenant des activités industrielles ont été un facteur majeur de la hausse rapide des températures mondiales au cours du siècle dernier. La menace du réchauffement climatique a poussé la plupart des pays industrialisés à s'engager à réduire les concentrations de CO2. Cette thèse est consacrée à deux thèmes liés à la réduction des émissions de CO2. La première partie consiste à utiliser des systèmes de pompes à chaleur à absorption pour convertir l'énergie de basse qualité en énergie de haute qualité, augmentant ainsi l'efficacité énergétique des systèmes industriels, réduisant la consommation d'énergie et les émissions de CO2. Les données VLE des solutions IL-eau ont été corrélées en utilisant les modèles NRTL et e-NRTL. Des calculs supplémentaires ont été effectués pour évaluer les performances des fluides de travail dans les ARS sous différentes conditions de fonctionnement. Les résultats indiquent que la paire de travail sélectionnée présente de bonnes performances et un potentiel de remplacement des paires traditionnelles.La deuxième partie de la thèse se concentre sur la modélisation des mélanges contenant du CO2 , and particulier les mélanges avec les alcanes et les fluides frigorigènes. La version multipolaire de l’équations d'état SAFT-VR Mie a été choisie pour étudier le comportement de phase et les propriétés de transport de ces mélanges. Un modèle prédictif pour ces mélanges a ainsi été développé, afin de déterminer leurs équilibres entre phase. Un très bon accord avec les données expérimentales de corps pur et des mélanges est obtenu, démontrant le rôle important du terme multipolaire dans l’équation d’état
CO2 emissions from industrial activities have been a major factor in the rapid rise in global temperatures over the last century. The threat of global warming has prompted most industrialized countries to commit to reducing CO2 concentrations. This thesis focuses on two themes related to CO2 emission reduction. The first part is to use absorption heat pump systems to convert low-grade energy into high-grade energy, thereby increasing the energy efficiency of industrial systems, reducing energy consumption and CO2 emissions. The ELV data of IL-water solutions were correlated using NRTL and e-NRTL models. Additional calculations were performed to evaluate the performance of working fluids in ARS under different operating conditions. The results indicate that the selected working pair has good performance and potential to replace traditional pairs.The second part of the thesis focuses on the modeling of mixtures containing CO2, and in particular mixtures with alkanes and refrigerants. The multipolar version of the SAFT-VR Mie equation of state was chosen to study the phase behaviour and transport properties of these mixtures. A predictive model for these mixtures was thus developed, in order to determine their phase equilibria. A very good agreement with the pure component and mixture experimental data is obtained, demonstrating the important role of the multipolar term in the equation of state

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Bendamardji, Sofiane. "Etude d'un capteur de CO2 à fibre optique et principe d'opto-alimentation." Aix-Marseille 3, 1993. http://www.theses.fr/1993AIX30031.

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Abstract:

Nous avons demontre la faisabilite d'un capteur co#2 a fibre optique par absorption infrarouge. Le capteur realise peut detecter des pressions partielles superieures a 11 bar, avec une marge d'erreur de 100 bar, ce qui est suffisant pour l'application ulterieure ou dispositif. Ce capteur a ete concu pour la regulation de co#2 dans des serres agricoles enrichies. Nous avons utilise une del inassbp pulsee emettant a 4,2 m, pour mettre a profit la forte absorption moleculaire du co#2 existant dans cette region spectrale. Pour surmonter les problemes d'attenuation de signal par les f. O. Dans l'infrarouge, nous avons utilise la technique de l'opto-alimentation, qui a pour effet la transposition de longueur d'onde de travail de 4,2 m a 860 nm, et permettre l'utilisation de f. O. Standard. Notre recherche de la technique finale de detection nous a amene a etudier de nombreux capteurs de gaz a f. O. Ainsi que tous les autres capteurs co#2 classiques. Malgre des difficultes experimentales liees au materiel specifique, des resultats significatifs ont ete obtenus nous avons pu simuler des courbes d'etalonnage pr=f(pco#2) a partir de graphes pr=f(d)

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Clavelin, Pierre. "Contribution à l’étude de la pollution des sols par des composés organochlorés : : préparation de mélanges témoins - : Etude comparative de techniques d'extraction." Lyon, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAL0088.

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Abstract:

Dans un premier temps, nous avons cherché à mettre au point un protocole de préparation de mélanges secs ou humides, composés d'une matrice de type-sol (argile pure, sols réels) contaminée de façon homogène par un polluant organochloré (pyralène Tl, chlorophénols). En plus de l'aspect homogénéité, nous avons cherché à savoir si ce protocole permettait d'obtenir une adsorption du polluant sur l'adsorbant. A l'issue de cette étude, nous proposons une méthodologie (utilisant un évaporateur rotatif) satisfaisant au critère d'homogénéité. Cependant, nous montrons que des pertes en polluant surviennent et que, pour les mélanges secs ainsi préparés, le polluant n'est pas adsorbé, mais simplement déposé. Nous mettons également en évidence le rôle de l'eau, favorisant l'adsorption. Dans un second temps, à partir de ces mélanges synthétiques, nous comparons les performances de quatre types de techniques d'extraction : par voie thermique (microsublimation, désorption thermique, pyro-injection), par solvants organiques liquides (Soxhlet, Soxtec), par dioxyde de carbone (liquide, gaz et supercritique) et par percolation à l'eau (pour différentes conditions de température et de pression). De bons rendements d'extraction sont obtenus avec les techniques combinant température et/ou pression (micro sublimation) et un solvant (eau, dioxyde de carbone ou solvant organique). Comme pour l'adsorption, la présence d'eau influe sur la qualité de la désorption
In a first step, we have tried to prepare dry or humidified mixtures composed with clays or real soils homogeneously spiked by organochlorine pollutants (Pyralène Tl, chlorophenols). Beyond the homogeneity aspect, we wanted to know if the preparation procedure allow to obtain pollutant adsorption on the absorbent. Finally we propose a protocol (with a rotary evaporator) satisfying the homogeneity critter. However, we observe some pollutant losses and we show that, for dry mixtures, the pollutant is not adsorbed but only coats soil particles. We demonstrate the water effect on adsorption. In a second step, with these synthetic mixtures, we compared the efficiency of four types of extraction techniques: thermal way (micro sublimation, thermal desorption, pyro-injection), by liquid organic solvents (Soxhlet, Soxtec), by carbon dioxide (liquid, gas or supercritical) and by water leaching (at various temperature and pression conditions). Good recoveries are found with techniques using temperature and/or pressure (micro-sublimation) an and an solvent (water, carbon dioxide or organic solvent). As well as adsorption, water influences desorption quality

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Richard, Valérie. "Intégration d'un procédé de récupération du CO2 par membrane, dans le schéma d'une centrale thermique IGCC en vue de son stockage." Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 1999. http://www.theses.fr/1999INPL141N.

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Abstract:

Les centrales thermiques constituent une des principales sources d'émissions de C02 dans l'atmosphère. Ce composé étant impliqué dans les mécanismes d'effet de serre, on envisage depuis peu de le récupérer, en vue d'un éventuel stockage comme par exemple l'injection dans d'anciens puits de pétrole. Le présent travail considère les centrales à Gazéification Intégrée et à Cycle Combiné (IGCC). Dans ce contexte, il est nécessaire de convertir le gaz de synthèse produit en un gaz contenant majoritairement C02 et H2. Un des premiers objectifs de ce travail consistera à évaluer la possibilité de séparer le C02 de cet effluent gazeux chaud et sous pression, pour brûler l'hydrogène dans la turbine à gaz. Plusieurs systèmes de séparation peuvent être envisagés : absorption, adsorption, membranes et technologies cryogéniques. Bien que ces procédés soient techniquement réalisables, leur efficacité, leur viabilité, leur performance à long terme et leurs coûts demeurent incertains. Parmi ces procédés, les techniques à membranes apparaissent, a priori, être une option intéressante. En effet, par rapport aux autres technologies, leur fonctionnement est continu, moins sensible aux paramètres opératoires et leur encombrement est moindre. Une étude expérimentale a donc été menée sur des matériaux membranaires inorganiques afin de déterminer les paramètres clés nécessaires au dimensionnement rationnel d'une unité membranaire. Sur la base des résultats expérimentaux et dans le cadre de l'intégration du procédé à membrane au sein de l'IGCC, la centrale munie de l'unité de conversion, du procédé de récupération, et de l'unité de liquéfaction a été modélisée. Les simulations qui en découlent ont permis d'évaluer finalement l'impact énergétique global de la récupération du CO2 sur le rendement de la centrale
Combustion power plants are an important localized source of COz, and are therefore appropriate for considering its recovery, for subsequent injection in oil wells or other possible modes of disposai. The present study is in the context of an futegrated Coal Gasification Combined Cycle power plant (IGCC), producing after conversion a pressurized hot mixture containing COz and Hz as major components. It appears appropriate to recover a part of CO2 from this mixture, before hydrogen is burnt in the combustion chamber of a gas turbine. Severa! potential COz recovery techniques can be considered : absorption, adsorption, membrane and cryogenie processes. Although these technologies are basically feasible from a technical viewpoint, their efficiency, reliability, long-term performance and economies are still uncertain. Among_ these technologies, membrane processes seem attractive, because they are continuous, and less sensitive to operating parameters than other techniques. An experimental study has been performed on inorganic membranes, in order to evaluate membrane performances, the aim being to design the separation unit. Based on experimental results, the power plant with conversion unit, membrane unit, and CO2 liquefaction system has been modelled in order to evaluate the overall energy penalty

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Cadours, Renaud. "Absorption-désorption des gaz acides par des solutions aqueuses d'amines." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 1998. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005592.

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Abstract:

Une cellule à interface gaz-liquide fixe a été conçue pour la mesure de flux de désorption de dioxyde de carbone à partir de solutions aqueuses d'amines. Les expériences ont été réalisées pour des températures comprises entre 40°C et 110°C, pour des taux de charge en gaz acide compris entre 0,05 et 0,85 molCO2/molamines, à partir de solutions aqueuses de MDEA 25 % et 50 % massiques et de mélanges MDEA-DEA de composition 45-5 et 30-20 % massiques. L'utilisation d'une méthode analytique faisant intervenir des approximations thermodynamiques et cinétiques permet de représenter les flux de désorption expérimentaux obtenus avec les solutions aqueuses de MDEA pour des taux de charge inférieurs à 0,50 molCO2/molMDEA. Il est apparu nécessaire de coupler un modèle de transfert prenant en compte les réactions chimiques avec un modèle thermodynamique représentant les équilibres physiques et chimiques des systèmes CO2-H2O-Amines. Un outil numérique a alors été développé pour représenter les phénomènes de transfert en présence de réactions chimiques. Les profils de concentration de chaque espèce et le flux de transfert de l'espèce transférée à l'interface gaz-liquide sont obtenus à partir de la résolution des équations de bilan de masses. Ce modèle cinétique, combiné avec un jeu de paramètres adéquats, a été appliqué avec succès à la représentation de l'absorption de CO2 par des solutions aqueuses de MDEA et des mélanges aqueux de MDEA-DEA et MDEAMEA. En couplant des paramètres cinétiques et thermodynamiques cohérents, cet outil permet de représenter les flux de désorption mesurés dans la cellule à interface constante.

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Zaidiza, David Ricardo Albarracin. "Modelling of Hollow Fibre Membrane Contactors : Application to Post-combustion Carbon Dioxide Capture." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0035/document.

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Abstract:

La capture du dioxyde de carbone (CO2) en postcombustion est une stratégie importante pour la limitation de l’effet de serre. Le procédé de référence est l’absorption du CO2 dans des solutions aqueuses aminées, suivie par une étape de stripage du solvant. La technologie mature associée à ce procédé est la colonne à garnissage. Toutefois, afin de rendre le procédé plus attractif, il convient de l’intensifier en réduisant le volume des équipements et le coût énergétique associé. Les contacteurs membranaires à fibres creuses (CMFC) constituent une alternative aux colonnes à garnissage. Les CMFC permettent de développer d’importantes aires spécifiques conduisant potentiellement à une intensification des transferts gaz-liquide. Ainsi, l’utilisation des CMFC réduirait la taille des installations, mais aussi diminuerait la consommation énergétique par la diminution de la quantité de vapeur de stripage. Cependant, l’utilisation de CMFC dans les étapes d’absorption et de stripage dans des conditions industrielles a été peu étudiée. Afin de combler cette lacune, des modèles à différents niveaux de complexité : monodimensionnel, bidimensionnel, isotherme et adiabatique ont été développés, comparés et validés. Ceci afin d’identifier le niveau de complexité approprié. Les résultats de simulation ont mis en évidence le potentiel d’intensification des CMFC dans l’étape d’absorption et aussi de stripage, se traduisant par une réduction en volume de 4 à 10 fois par rapport aux colonnes à garnissage. Néanmoins, les CMFC peuvent difficilement réduire le coût énergétique du procédé étant donné que l’étape de stripage fonctionne dans des conditions très proches de la limite thermodynamique
Post-combustion CO2 capture (PCC) is an important strategy in mitigating greenhouse effect. The reference process in PCC is the CO2 absorption into amine aqueous solutions, followed by the regeneration (or stripping) of the solvent. The robustness of packed columns makes it the standard technology for both absorption and stripping steps. However, the treatment of large quantities of flue gases requires itself equipment of a large size. Hollow fibre membrane contactors (HFMC) are considered as one of the most promising strategies for intensified CO2 absorption process, due to their significantly higher interfacial area than that of packed columns, allowing to reduce the equipment size. In addition, this would reduce the energy penalty of the process by reducing the required amount of stripping steam. However, despite the potential advantages of HFMC, very few investigations have studied implementing this technology for PCC within an industrial framework. To fill this lack, the performances of both absorption and stripping steps using HFMC under industrial conditions were estimated by modelling and simulation. To identify the optimal modelling strategy, transfer models with different levels of complexity were developed ranging from one-dimensional isothermal single-component to two-dimensional adiabatic multi-component. Simulation results of both absorption and stripping steps revealed that, compared to traditional packed columns, contactor volume reduction factors comprised between 4 and 10 might be achieved using HFMC. However, since the stripping operating conditions are very close to thermodynamic equilibrium, HFMC can hardly reduce the energy consumption of the process

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Scaglione, Nicolas. "Selective separation of gases by carboxylate phosphonium ionic liquids." Electronic Thesis or Diss., Lyon, École normale supérieure, 2024. http://www.theses.fr/2024ENSL0030.

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Abstract:

La capture des gaz polluants tels que le dioxyde de carbone (CO2) et le dioxyde de soufre (SO2) reste un défi majeur dans les efforts visant à atténuer l'impact des activités humaines sur l'environnement. Nous proposons le développement de nouveaux matériaux absorbants à base de liquides ioniques (LIs) réactifs, avec un faible impact environnemental et un coût réduit. Les LIs, des sels dont la température de fusion est inférieure à 100°C, sont une classe de composés non volatils capables de dissoudre une grande variété de substances. La multitude de combinaisons de cations et d'anions permet de concevoir une large gamme de solvants ioniques aux propriétés modulables. Grâce à leurs propriétés uniques, telles qu'une faible inflammabilité, une volatilité négligeable, une conductivité élevée ainsi qu'une excellente stabilité thermique et électrochimique, les LIs sont des milieux prometteurs pour de nombreuses applications, et plus particulièrement, ils sont des candidats intéressants pour l'absorption de gaz polluants. Une nouvelle famille de LIs composés d'anions carboxylates et de cations phosphoniums pour la séparation sélective de CO2 et SO2 a été conçue et préparée. Leurs propriétés physico-chimiques et thermiques ainsi que leur structure microscopique ont été étudiées en détail à l'aide de méthodes expérimentales et computationnelles. Ils ont notamment démontré une stabilité thermique prometteuse et une large fenêtre liquide. Il a été possible de distinguer la structure microscopique des LIs en fonction des substituants des anions carboxylates. [P4,4,4,4][TetrazC1COO] est apparu comme un cas particulier avec des corrélations anion-anion singulières. L'absorption de CO2 et de SO2 a été mesurée en fonction de la température et de la pression partielle des gaz pour chacun des LIs. La sélectivité a été calculée à partir du rapport des ratios molaires de chaque gaz absorbé. Les propriétés thermodynamiques d’absorption ont été obtenues à partir des isothermes d'absorption à différentes températures et de simulations ab initio. La basicité de l'anion carboxylate est un facteur déterminant dans la capture de CO2, mais pas pour SO2. Le pKa dans l'eau de l'acide carboxylique correspondant à chaque anion carboxylate a une influence sur la réversibilité de la capture de SO2, et sur la capture sélective de SO2 par rapport à CO2. Des projets exploratoires ont été menés en parallèle afin d'envisager d'autres applications potentielles de ces LIs et leurs mélanges en électrochimie grâce à leur bonne stabilité électrochimique, mais aussi en tant que cristaux plastiques. Ces études ouvrent la voie à de futures recherches pour la compréhension des propriétés de ces LIs
The capture of polluting gases such as CO2 and SO2 presents a significant challenge in mitigating the environmental impact of human activities. To address this challenge, we propose the development of new materials based on reactive ionic liquids (ILs) as absorbents, with low environmental impact and cost-effectiveness. ILs are non-volatile compounds with a melting temperature below 100°C, capable of dissolving a wide range of substances due to their versatile cation-anion combinations. With unique properties like low flammability, high conductivity, and thermal stability, ILs hold promise for various applications, including gas absorption. The wide range of possible combinations of cations and anions allow for the design of a multitude of ionic solvents with tunable properties. A novel family of ILs comprising carboxylate anions and phosphonium cations for the selective separation of CO2 and SO2 has been developed and prepared. Through rigorous experimental and computational analyses, we investigated their physicochemical properties, thermal behavior, and microscopic structure. They notably displayed promising thermal stability and a large liquid window. It was possible to distinguish the microscopic structure of the ILs based on the substituents of the carboxylate anions. [P4,4,4,4][TetrazC1COO] appeared as an outlier with peculiar anion-anion correlations. Measurements of gas absorption as a function of temperature and partial pressure revealed the crucial role of carboxylate anion basicity in CO2 capture capacity, but not in SO2 capture. The pKa of corresponding carboxylic acids in water of each carboxylate anion was nonetheless determinant for the reversibility of SO2 capture, and crucial for achieving high selectivity over CO2. The related thermodynamics properties were carefully studied and interpreted based on the equilibrium constants and Henry's law constants, obtained from the absorption isotherm fittings, and ab initio simulations. Exploratory projects were carried out to consider other potential applications of these ILs and their mixtures in electrochemistry due to their high electrochemical stability, but also as plastic crystals. These studies pave the way for understanding the properties of these ILs, guiding future research in this field

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Toro, Molina Carol. "Comparaison du captage du CO2 en postcombustion par des solutions d'ammoniaque et d'amines organiques : Évaluation en contacteurs direct et indirect, par des approches cinétiques, thermodynamiques et par modélisation." Phd thesis, Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2013. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00935386.

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Abstract:

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.

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Acef, Mohand Ouali. "Améliorations et comparaisons d'étalons de fréquences optiques : développement d'un spectromètre à très haute résolution autour de 28 THz et application à la spectroscopie de SF6." Paris 11, 1989. http://www.theses.fr/1989PA112052.

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Abstract:

L'objet de cette thèse est l'amélioration des caractéristiques des lasers à CO2 stabilisés utilisés comme étalon de fréquence à 28 THz, leur évaluation au moyen de 2 systèmes de mesures indépendants et le développement d'un spectromètre à très haute résolution autour de 28 THz. La première partie traite de la possibilité de réduire l'influence des effets qui limitent la précision d'un laser asservi sur une transition moléculaire (effet Doppler du second ordre, effets de pression. . . . ), par l'utilisation de la technique de détection hétérodyne. La possibilité d'utiliser l'absorption saturée de CO2 dans une cavité Fabry-Pérot de grande finesse, pour stabiliser le laser à CO2 avec une exactitude de quelques 10 puissance -12 est présentée. Nous présenterons enfin les résultats de deux comparaisons des performances de cet étalon de fréquence (laser à CO2 /OsO4) dans les régions à 88 THz et 28 THz. La première avec un laser He-Ne stabilisé sur une transition de CH4 ; la seconde avec un système de conception différente, utilisé pour une spectroscopie à ultra-haute résolution. La deuxième partie traite du développement d'un spectromètre, autour de 28 THz, d'une précision de quelques 10 puissance-12 et un pouvoir de résolution voisin de 10 puissance -10. Nous l'avons particulièrement utilisé pour spectroscopie de la bande v3 de SF6. Les résultats obtenus montrent les limites de validité du modèle théorique utilisé pour la déterminiation des constantes moléculaires de cette bande fondamentale de vibration-rotation.

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Peredo, Mancilla Joselin Deneb. "Adsorption and Separation of Carbon Dioxide for Biomethane Production : The Use of Activated Carbons." Thesis, Pau, 2019. http://www.theses.fr/2019PAUU3012/document.

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Abstract:

Le biométhane est une source d'énergie verte qui, de part son coût et son faible impact environnemental, peut être considéré comme une alternative au gaz naturel et au diesel. La production d'énergie primaire par l'Union Européenne, à partir du biométhane, a été multipliée par 23 en cinq ans (2011-2016), ce qui rend nécessaire et urgent la recherche de nouvelles solutions performantes pour l’épuration du biogaz, notamment la séparation du dioxyde de carbone (CO2) du méthane (CH4).Dans ce contexte, l’objectif de ce travail doctoral porte sur la détermination des indicateurs de performances (capacité d’adsoprtion, sélectivité) de charbons actifs (CAs) dans le contexte de la séparation méthane/dioxyde de carbone pour la production de biométhane. A cette fin, les isothermes d'adsorption de CH4 et CO2 ont été déterminées à partir d’un dispositif manométrique d’adsorption. Les mesures ont été effectuées à des températures de 303 et 323 K pour des pressions variant de 0.1 à 3 MPa. Dans un premier temps, l’étude a porté sur 5 échantillons commerciaux de CA différents. Les résultats montrent une corrélation entre la surface spécifique et la quantité de dioxyde de carbone adsorbée. En outre, le volume microporeux a un impact significatif lors des processus d'adsorption du CO2 tandis que le volume des mésopores n'a pas d’effet direct.Par ailleurs, l'étude complémentaire d'isothermes d'adsorption du CH4 et du CO2 purs à l’aide de trois charbons actifs, issus de noyaux d’olive, activés par différentes méthodes de synthèse, révèle que la méthode d'activation est déterminante pour modifier les propriétés chimiques et structurales des charbons actifs et donc accroitre leurs propriétés d'adsorption.En outre, la sélectivité des CAs commerciaux pour la séparation CH4/ CO2 a été calculée à partir des isothermes d'adsorption du mélange équimolaire CH4/ CO2 à une température de 303 K et pour des pressions jusqu'à une pression de 3 MPa. Les résultats obtenus montrent qu’une surface spécifique élevée (< 1500 m2 g-1) facilite l'adsorption du CO2 mais réduit le facteur de sélectivité. En parallèle, une forte porosité conduit à une séparation moins efficace des deux gaz alors que la présence de groupes basiques en surface favorise les phénomènes d’adsorption du CO2.L'ensemble des résultats montre que les charbons actifs, étudiés dans ce travail de recherche, possèdent des propriétés d'adsorption comparables à celles des charbons actifs commerciaux et sont des matériaux compétitifs pour l'épuration du biogaz
Biomethane is a proven source of clean energy, it is one of the most cost-effective and environment-friendly substitute for natural gas and diesel. The European Union primary energy production from biomethane has folded by ~23 times in a 5 years time period (2011-2016) making necessary to find new and improved solutions for the separation of methane (CH4) and carbon dioxide (CO2), main components of biogas. In this context, the objective of this doctoral thesis is the determination of performance indicators such as the adsorption capacity and selectivity of activated carbons (ACs) for the CH4/ CO2 separation. This work focuses on the adsorption properties of activated carbons for the methane/carbon dioxide separation. To this end, CH4 and CO2 pure gas experimental adsorption isotherms of activated carbons were obtained on a pressure range of 0.1 to 3 MPa) and temperatures ranging from 303 to 323 K. The first part of this thesis project consisted in the analysis of the CH4 and CO2 pure gas adsorption properties of 5 commercial activated carbons Using a set of five commercial activated carbons a linear relationship between the adsorbent surface area and the CO2 adsorption capacity was determined. The micropore volume also showed a direct influence on the adsorption capacity. The second part of this work consisted in the study of the carbon dioxide and methane adsorption behavior of biomass-based activated carbons. Using a series of 3 ACs that had been obtained from olive stones by different activation methods, the activation technique proved to be of mayor importance as it determines the textural and chemical properties of the adsorbent and thus its gas adsorption capacity.Lastly, the CH4/CO2 adsorption selectivity of the 5 commercial activated carbons was calculated from the equimolar mixture adsorption isotherms. The selectivity factor was proven to be dependent on the sum of textural and chemical properties of the samples. Although, activated carbons with high average pore sizes and surface areas depicted higher adsorbed quantities it was on detriment of their selectivity. The selectivity was found to be better for the activated carbon showing an intermediate surface area and a narrow pore size distribution. In addition, the presence of sulfur functionalities was also found to improve the adsorption selectivity. Overall, this work shows that activated carbons are competitive materials for the upgrading of biogas, displaying adsorption properties comparable to those of other commercially available materials

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Descamps, Cathy. "Etude de la capture du CO2 [dioxyde de carbone] par absorption physique dans les systèmes de production d'électricité basés sur la gazéification du charbon intégrée à un cycle combiné." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00005506.

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Abstract:

La volonté de réduction des émissions de gaz à d'effet de serre est à l'origine de l'étude de la capture du CO2 dans les systèmes de production d'électricité à base de gazéification du charbon intégrée à un cycle combiné. Une étude comparative des procédés de capture de CO2 retenus dans la littérature (MEA-MDEA, AMP, N-Méthyl- Pyrrolidone et méthanol) a conduit au choix de l'absorption physique par le méthanol. La simulation du fonctionnement de l'IGCC avec capture de CO2 a été réalisée à l'aide du logiciel Aspen Plus

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Chabanon, Élodie. "Contacteurs à membranes composites et contacteurs microporeux pour procédés gaz-liquide intensifiés de captage du CO2 en post-combustion : expérimentation et modélisation." Paris, ENMP, 2011. http://www.theses.fr/2011ENMP0061.

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Abstract:

La réduction des émissions de CO2 anthropique est un des enjeux majeurs du 21eme siècle pour de nombreux pays. De nombreux procédés sont développés pour le captage du CO2, parmi lesquels l'absorption gaz-liquide par contacteur membranaire. L'utilisation d'une membrane permet d'intensifier le transfert grâce à une aire interfaciale développée 2 à 10 fois plus élevée (1000 à 5000 m2. M-3) que celle d'une colonne d'absorption (procédé de référence). Deux types de fibres sont étudiées : microporeuses et composites. Dans une partie expérimentale, l'influence de la nature des matériaux, des paramètres géométriques et opératoires sur les propriétés de transfert de matière et sur la stabilité des performances de captage des contacteurs membranaires est étudiée. Les résultats obtenus pour des durées d'expérimentation courte (dizaine d'heures de temps de contact), sont en adéquation avec les résultats présents dans la littérature. Bien que l'ajout d'une peau dense à un support poreux constitue une résistance supplémentaire au transfert de matière, une étude dédiée, effectuée sur des temps de contact importants (plusieurs centaines d'heures), a permis pour la première fois de valider le concept de résistance au mouillage des fibres à peau dense, comparativement aux fibres microporeuses (PP et PTFE). Dans une partie modélisation, une étude comparative d'approches mathématiques de complexité croissante a été menée. Un seul paramètre ajustable a été délibérément retenu : le coefficient de transfert de matière dans la membrane (km). Cette étude a estimé des valeurs de km obtenues par ajustement des données expérimentales dans la plage de données rapportées dans la littérature (10-2 à 10-5 m. S-1). Cependant, l'hypothèse d'une valeur caractéristique du km qui dépend du régime de fonctionnement est posée et commentée. Cette approche diffère singulièrement des travaux rapportés dans la littérature, qui postulent le plus souvent une valeur unique pour un matériau membranaire donné. Dans ces conditions, l'intérêt des fibres composites, qui présentent une valeur constante et vraisemblablement prédictible du coefficient de transfert membranaire de par leur résistance aux phénomènes de mouillage, apparaît comme particulièrement prometteur pour intensifier les procédés de captage du CO2 en post-combustion par absorption gaz-liquide
The decrease of the CO2 anthropogenic emissions is one of the main aims of the 21st century. Different processes are developed in order to capture CO2, but gas-liquid absorption in packed columns is considered as the reference postcombustion technology. Membrane contactors, which could potentially decrease by a factor 2 to 10 the size of the absorption units due to an increased interfacial area (1000 to 5000 m2. M-3 ), a so-called intensification effect, have been investigated in this study. Two kind of hollow fibers are studied: microporous and composite membranes (i. E. A dense polymeric skin coated on a porous support). In a first part, a series of experiments is reported to evaluate the influence of some geometric and operating parameters on the process capture performances and on the mass transfer characteristics. Results obtained on short time scale experiments are in agreement to the literature results. Even though a dense skin layer on a porous support generates an additional resistance to the mass transfer, a dedicated study carried out on long time scale (several hundreds hours) show for the first time that mass transfer performances of composite fibers can be similar to microporous unwetted membranes. Moreover, the wetting resistance of the composite fibers compared to microporous hollow fibers (PP and PTFE) is clearly demonstrated. In a second part, a comparative study of different mathematical models with increasing complexity is carried out. One parameter is used to fit the experimental results: the membrane mass transfer coefficient (km). Km values obtained through curve fits are in the range of data reported in the literature (10-2 to 10-5 m. S-1). However, the assumption of a km effective value which would depend of the operating conditions is addressed and discussed. This approach is different from the studies reported in the literature which generally postulates a single value for a given membrane material. Under these conditions, the composite membrane interest, which shows a constant and probably predictable value of the membrane mass transfer coefficient due to their wetting resistance, seems to be promising to intensify the gas-liquid absorption process in CO2 postcombustion capture

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Archane, Anas. "Etude de l'absorption des gaz acides dans des solvants mixtes : développement d'une approche expérimentale originale et modélisation des données par une équation d'état d'électrolytes." Paris, ENMP, 2009. http://www.theses.fr/2009ENMP1599.

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Abstract:

Le but du présent travail est la caractérisation des équilibres chimiques et des ELV pour les systèmes CO2/Diethanolamine(DEA)/H2O/MeOH et CO2 /Diethanolamine (DEA)/H2O/ PEG400. L'effet de composition du solvant physique sur l'absorption du CO2 a été étudié en utilisant quatre compositions (de 0% à 30% en masse d'alcool avec une composition fixe - 30% - de DEA), les mesures étant réalisées à une température de 298,15K et à divers taux de charge en CO2 (de 0 à 0,9). Les mesures expérimentales réalisées concernaient à la fois des données de solubilité et des donnée de spéciation. Ainsi, L'effet de composition de MeOH a été étudié en utilisant le dispositif expérimental original déjà utilisé pour l'analyse des systèmes Eau-DEA-CO2 (Sidi-Boumedine, 2003). Pour le système avec PEG 400, un nouvel dispositif expérimental permettant d'écarter la limitation de pression du précédent dispositif a été développé. La base de données originale obtenue comprenant des nouvelles données de solubilité et de composition de la phase liquide a permis la modélisation du système CO2/DEA/H2O/CH3OH en utilisant une équation d'état d'électrolyte développée au laboratoire (Fürst, 1993) représentant ainsi les propriétés d'équilibre du système que la spéciation en phase liquide
The aim of this study is the characterisation of VLE and chemical equilibria for the systems CO2/Diethanolamine-(DEA)/H2O/MeOH and CO2/Diethanolamine-(DEA)/H2O/PEG400. The effect of physical solvent composition on CO2 absorption has been studied using four compositions (from 0% to 30wt% of alcohol with a fixed composition-30%- of DEA), the measurement being made at T=298. 15K and at various CO2 loading (0 to 0. 9). The experimental measures concerned a both solubility data and liquid phase analysis was obtained. The effect of MeOH composition has been studied using the original experimental device developed previously (Sidi-Boumedine, 2003). For the system with PEG 400, a new experimental device excluding the pressure limitation of the precedent experimental device was developed. The original data base obtained, including the new solubility data and the liquid phase composition, allows the modelling of the system CO2/DEA/H2O/MeOH using an electrolyte equation of state (Fürst, 1993) representing the equilibrium properties of the system and the liquid phase speciation

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Trillat, Jean-Frédéric. "Réduction de NO par CO sur catalyseurs bimétalliques Pd-Mn : application à la conversion de mélanges complexes en post-combustion automobile (moteurs à essence)." Lyon 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LYO10029.

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Abstract:

Des catalyseurs pd-mn supportes sur silice ont ete prepares par impregnation des bis-acetylacetonates de pd et mn dissous dans le toluene. Les precurseurs impregnes ont ete etudies par xrd et exafs ; il a ete montre que seuls les composes mn adsorbes perdent un ligand acetylacetone. Apres impregnation, les ligands organiques sont elimines par decomposition sous ar a 773 k. Le tem montre que ce traitement conduit a la formation de petites particules metalliques, bien dispersees sur le support. Cependant la spectroscopie ir indique que du carbone reste sur le metal. De ce fait, il est preferable de calciner a 723 k puis reduire sous h#2 a 873 k ces precurseurs impregnes. Les analyses tem-edx montrent que les particules metalliques ont une large distribution de diametre. Les mesures exafs indiquent que de 20 a 30% du mn sont incorpores au pd sous forme d'une solution solide, le reste etant disperse sous forme oxyde sur la silice. La surface des alliages, etudiee par leis, est enrichie en mn. La theorie ainsi que l'adsorption de co suivie par spectroscopie ir, predisent que ces atomes sont localises de preference sur les sites de faible coordination. Ces catalyseurs bimetalliques utilises comme catalyseurs trois voies presentent une amelioration de la reactivite pour la conversion co/no compares au pd pur. En presence de melanges plus complexes contenant o#2 et hydrocarbure, le meme effet de synergie est observe. Les explications evoquees sont que les proprietes electroniques du pd sont modifiees par effet d'alliage, mais egalement que de nouveaux sites actifs sont crees. Les proprietes chimisorptives des alliages pd-mn sont modifiees, compares aux metaux purs. En effet, la spectroscopie ir montre que no est preferentiellement adsorbe sous forme inclinee sur l'alliage, ce qui favorise la dissociation de la molecule. L'augmentation d'especes isocyanates sur les catalyseurs bimetalliques confirme cette chimisorption dissociative

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Shibata, Fernando Shiniti. "Absorção de gás carbônico para beneficiamento de biogás utilizando carbonatos em coluna recheada." Universidade de São Paulo, 2017. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3137/tde-24102017-112603/.

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Abstract:

O objetivo desse trabalho foi o estudo da utilização do carbonato de potássio para a absorção de CO2, tendo como principal foco o uso dessa tecnologia para o beneficiamento de biogás em instalações de pequeno e médio porte. O estudo foi dividido em três partes. Na primeira, realizou-se um projeto fatorial, baseado em resultados obtidos por meio de simulação via ASPEN Plus, com o intuito de quantificar a influência da vazão de líquido, da vazão de gás, da concentração da solução e da temperatura do líquido na quantidade de gás carbônico absorvida. Na segunda, foram realizados ensaios de absorção de CO2 em coluna recheada com anéis de Raschig de vidro, utilizando soluções de carbonato de potássio, com objetivo de comparar os resultados obtidos pelo projeto fatorial e estudar o seu potencial para o processo de beneficiamento de biogás. Na terceira, quatro substâncias foram separadamente utilizadas em mistura com solução de carbonato de potássio, de maneira a verificar seu poder como promotores da reação de gás carbônico com carbonato de potássio. Os resultados do projeto fatorial apresentaram a temperatura, vazão e concentração de líquido como as variáveis independentes de maior influência positiva na absorção de CO2, enquanto que a vazão de gás teve influência negativa de baixa intensidade. A quantidade de gás carbônico absorvida em solução sem promotores e em pressão ambiente foi baixa, como relata a literatura. A utilização de promotores possibilitou um aumento substancial da absorção, principalmente com o uso da piperazina.
The objective of this work is to study the use of potassium carbonate for CO2 absorption, aiming to use this technology for biogas upgrade for small and medium scale plants. The study was divided in three parts. In the first one, a factorial design was done, based in results obtained by simulation via ASPEN Plus, to verify the influence of four process variables, namely: liquid volumetric flow rate, gas volumetric flow rate, solution concentration and liquid temperature. Secondly, CO2 absorption experiments were run in columns packed with glass Raschig rings, using potassium carbonate, in order to compare the results obtained by the factorial design and to study the solution\'s potential for biogas upgrade. Lastly, four substances were separately mixed into potassium carbonate solutions, aiming to verify their potential as CO2 absorption promoters. The results of the factorial design presented the liquid temperature, the liquid volumetric flow rate and the solution concentration as the most positively influential independent variables in carbon dioxide absorption, while the gas volumetric flow rate had a negative influence with low intensity. The amount of CO2 absorbed in solution without promoters and in ambient pressure was low, fact that is mentioned by other researchers. The use of promoters allowed a substantial increase in efficiency of CO2 absorption, mainly with the use of piperazine.

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Briand, Axel. "Étude d’un procédé de délamination en milieu CO2 supercritique pour le recyclage de modules photovoltaïques." Thesis, Montpellier, Ecole nationale supérieure de chimie, 2022. http://theses.enscm.fr/interne/ENSCM_2022_BRIAND.pdf.

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Abstract:

Le volume de panneaux photovoltaïques en fin de vie à gérer va considérablement augmenter au cours de la prochaine décennie. Dans l'optique d'une économie circulaire respectueuse de l'environnement, il devient plus que nécessaire de développer des procédés de recyclage efficaces. Dans ce contexte, un procédé de délamination utilisant du CO2 supercritique a été étudié pour le recyclage des modules photovoltaïques en fin de vie. Le procédé étudié au sein de cette thèse se compose d’une phase d’absorption du CO2 au sein du polymère d’encapsulation, l’éthylène d’acétate de vinyle, à une pression palier suivie d’une dépressurisation rapide conduisant au moussage de l’éthylène d’acétate de vinyle. Ce phénomène de moussage engendre une perte d’adhésion aux interfaces du polymère moussé. Ce travail de thèse se propose d’étudier la phénoménologie de chacune des étapes. Dans cet objectif, un couplage entre une cellule haute pression et un dispositif optique a été réalisé pour permettre des observations in-situ de la formation de bulles et de l’expansion du polymère. En s’appuyant sur cette compréhension, l’utilisation de paramètres opératoires adaptés a démontré la potentialité du procédé pour la délamination complète de modules photovoltaïques en vue du recyclage spécifique de chacun de ses composants
The volume of end-of-life photovoltaic panels to be managed will increase considerably over the next decade. In the context of an environmentally friendly circular economy, it is becoming more than necessary to develop efficient recycling processes. In this context, a delamination process using supercritical CO2 was studied for the recycling of end-of-life photovoltaic modules. The process studied in this thesis consists of a CO2 absorption phase within the encapsulating polymer, ethylene vinyl acetate, at a pressure level followed by a rapid depressurization leading to the foaming of the ethylene vinyl acetate. This foaming phenomenon leads to a loss of adhesion at the interfaces of the foamed polymer. This thesis proposes to study the phenomenology of each step. For this purpose, a coupling between a high-pressure cell and an optical device was used to allow in-situ observations of bubble formation and polymer expansion. Based on this understanding, the use of adapted operating parameters demonstrated the potentiality of the process for the complete delamination of photovoltaic modules for the specific recycling of each of its components

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Ho, Ngoc linh. "Captage du CO2 par des solvants physiques confinés dans des materiaux poreux." Thesis, Aix-Marseille 2, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX22089.

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Abstract:

Dans ce travail, l’existence et les mécanismes fondamentaux sous-jacents à l’augmentation de la solubilité du CO2 dans les matériaux hybrides. De nombreux supports solide et solvants physiques sont testés. Les adsorbants hybrides synthétisés sont par la suite évalués en mesurant les isothermes d’adsorption du CO2. Généralement, tous les adsorbants hybrides montrent une augmentation de la solubilité du CO2 en comparaison avec le solvant physique. Les résultats obtenus mettent en évidence, certaines conditions à remplir pour l'obtention d'un adsorbant hybride efficace. On montre notamment que le support solide doit posséder une structure mésoporeuse avec une forte surface spécifique. De plus, on identifie une taille optimale du solvant permettant d'obtenir une solubilité améliorée. Parmi tous les candidats testés, le N-méthyl-2-pyrrolidone confiné dans un support mésoporeux de MCM-41 s’est avéré être l’adsorbant hybride dont les performances d'adsorption sont les plus importantes. Des simulations de Monte Carlo dans l'ensemble grand canonique sont ensuite effectuées, afin d'interpréter le comportement de la solubilité du CO2 dans un système modèle d’adsorbant hybride à base de MCM-41. Les mécanismes microscopiques sous-jacents à l’augmentation de la solubilité sont notamment clairement identifiés. La présence des molécules de solvant favorise l'adsorption des molécules de CO2 dans le pore, engendrant une augmentation de la solubilité dans l’adsorbant hybride par rapport à celle de l’adsorbant natif ainsi qu’à celle du solvant macroscopique. De plus, pour évaluer l’efficacité de captage du CO2 de ces adsorbants hybrides, l'effet des interactions entre les adsorbats et le solide ainsi que l’impact de la taille de la molécule du solvant sur la solubilité du CO2 sont étudiés. Nous avons constaté qu’un système hybride idéal doit présenter une faible interaction entre le solvant et le solide et une forte affinité entre le solvant et le CO2. De plus, on identifie l'existence d'une taille optimale de solvant permettant de maximiser la solubilité du CO2 dans le système hybride. D’après les résultats de la simulation, la couche de solvant crée des pseudo-micropores dans le solide mésoporeux MCM-41, et permet à plus de molécules de CO2 d’être absorbés sous l'influence d'un confinement et d'une interaction surfacique plus importants
In this work, we investigate the existence and the fundamentals mechanisms underlying the apparition of enhanced CO2 solubility in hybrid materials. A number of prospective solid supports and physical solvents are chosen and the synthesized hybrid adsorbents are subsequently evaluated by measuring CO2 adsorption isotherms. Generally, all the hybrid adsorbents show an enhancement of CO2 solubility compared with the bulk physical solvent. According to further investigation, we have obtained certain requisites for a good solid support, of which structure should be mesoporous with large surface area. In addition, there is an optimized solvent's size to achieve an enhanced solubility. As a result, among the candidates, the N-methyl-2-pyrrolidone confined in MCM-41 adsorbent is proven to be the most suitable hybrid adsorbent for an effective CO2-removal application. In order to gain a deeper insight, Grand Canonical Monte Carlo simulations are then performed to interpret the CO2 solubility behavior in a modeled system of hybrid MCM-41 adsorbent. As a result, the microscopic mechanisms underlying the apparition of enhanced solubility are then clearly identified. In fact, the presence of solvent molecules favors the layering of CO2 molecule within the pores thereby the CO2 solubility in hybrid adsorbent markedly increases in comparison with the one found in the raw adsorbent as well as in the bulk solvent. In addition, to fully evaluate the efficiency of hybrid adsorbents in capturing CO2, the sorbent-solid interactions along with the solvent molecular size impact on CO2 solubility are further investigated in this study. We found that an ideal hybrid system should possess a weak solvent-solid interaction but a strong solvent-CO2 affinity. Furthermore, an optimal solvent size is obtained for the enhanced CO2 solubility in the hybrid system. According to the simulation results, the solvent layer builds pseudo-micropores inside the mesoporous MCM-41, enabling more CO2 molecules to be absorbed under greater influence of spatial confinement and surface interaction

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Daneshvar, Salehi Leila. "Description théorique des interférences de raies dans les spectres d'absorption et de diffusion de gaz moléculaire." Thesis, Besançon, 2014. http://www.theses.fr/2014BESA2009.

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Abstract:

La modélisation des interférences de raies dans des spectres de gaz moléculaires repose sur le concept de la matrice de relaxation dont les éléments diagonaux décrivent les raies isolées et les éléments non-diagonaux représentent le transfert d'intensité entre les raies. Ces éléments non-diagonaux sont modélisés en appliquant des lois d'échelle comme le modèle ECS (Energy-Corrected-Sudden). Nous avons considéré la molécule de CO2 car ce gaz joue un rôle important dans les atmosphères terrestre et planétaires. En plus, à cause de la petite valeur de sa constante de rotation, les raies se serrent et se chevauchent, donnant naissance à des interférences de raies. Grâce aux nouvelles valeurs des paramètres ajustés,nous avons réexaminé l'application de l'approche ECS non-Markovienne (déjà développée pour des spectres de diffusion Raman anisotrope de CO2) _a des spectres de diffusion Raman isotrope, spectre rotationnel pur et spectres ro-vibrationnels de la bande _1 et 2_2. Nous avons également présenté une généralisation de cette approche, aux bandes parallèles et perpendiculaires d'absorption infrarouge, pour les molécules linéaires avec des modes de flexion, accompagnée d'applications au cas de CO2
Modeling of line mixing in the molecular gas spectra is based on the concept of the relaxation matrix whose diagonal elements describe the isolated lines and non-diagonal elements represent the transfer of intensity between the lines. Thesenon-diagonal elements are modeled by applying scaling laws such as ECS (Energy-Corrected Sudden) model. We considered the CO2 molecule due to its important role in the terrestrial and planetary atmospheres. In addition, because of the small value of the rotational constant, the lines over lap, giving rise to the line-mixing.Using the new values of the tted parameters, we reviewed the application of ECSnon-Markovian (already developed for an isotropic Raman scattering spectra ofCO2) approach to isotropic Raman scattering spectra, rotational spectrum andro-vibrational spectra of 1 and 2 2 band. We also presented a generalization of this approach for the parallel and perpendicular bands of infrared absorption for linear molecules with the bending modes, and their applications for CO2 molecule

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Yang, Wei. "Interactions de radionucléides et de CO2 avec les argiles : mécanismes à élucider à l’échelle nanométrique." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10027/document.

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Abstract:

Afin de prévoir et réglementer l'impact environnemental des activités humaines telle que l'exploitation minière de l'uranium et des déchets radioactifs, il est nécessaire de comprendre le comportement des actinides, la migration des radionucléides dans l'environnement et analyser leur interaction avec l'argile minérale. Le comportement des actinides dans le sol concerne principalement les interactions et les adsorptions dans les surfaces qui changent les formes des éléments radioactifs et réduisent la mobilité des actinides dans les systèmes naturels. Par conséquent, il est important de comprendre comment les actinides interagissent avec l'argile minérale et étudier le processus fondamental de précipitation de surface.L'uranium est la teneur en métal lourd la plus prépondérante des déchets ultimes dans le cycle du combustible nucléaire ( > 95 % de UO2 ). En outre, l'uranium est un contaminant majeur dans le sol, le sous-sol et les eaux souterraines en raison de l'activité humaine. Dans des conditions environnementales standards, la forme chimique la plus stable de U ( VI ) est l' ion uranyle UO22+, qui est potentiellement très mobile et se combine facilement avec la matière organique et inorganique.D’un autre côté, le dioxyde de carbone est un important gaz à effet de serre, réchauffant la surface de la terre à une température plus élevée en réduisant vers l'extérieur le rayonnement. Toutefois, des problèmes peuvent se produire lorsque la concentration atmosphérique des gaz à effet de serre augmente. Des quantités importantes d'émissions de dioxyde de carbone ont été produites depuis la révolution industrielle, ce qui est derrière l’important réchauffement climatique et l’augmentation du niveau de la mer. Les minéraux argileux sont d'une grande importance pratique, particulièrement dans le stockage du dioxyde de carbone en raison de sa perméabilité hydraulique et sa capacité de conserver les particules mobiles. Nous avons choisi la kaolinite et la montmorillonite comme des prototypes de minéraux argileux de type 1:1 et 2:1. Les méthodes de Monte Carlo (MC) et la dynamique moléculaire (MD) ont été utilisées dans ce travail afin de comprendre le comportement d'adsorption des radionucléides et de dioxyde de carbone à la surface des argiles. Dans cette thèse, nous étudierons d'abord l'adsorption de l’uranyle à la surface de la kaolinite par le biais de la dynamique moléculaire et de la Monte Carlo. Plusieurs sites d'adsorption ont été modélisés en considérant des défauts de surface dans le but d'avoir des complexes inter ou externe-sphère. Ensuite, les adsorptions des particules d'uranyle sur des surfaces de la montmorillonite en présence des différents ions seront effectuées. L'énergie d'interaction entre des feuilles de montmorillonite et le travail d'adhérence entre le radionucléide et surface MMT seront également discutés. Enfin, nous présenterons l’étude du comportement d'adsorption de dioxyde de carbone dans le MMT, en détaillant au passage les propriétés thermodynamiques, structurales et dynamiques
In order to predict and regulate the environmental impact of human activities such as uranium mining and radioactive waste disposal, it is necessary to understand the behavior of actinides in the environment because their interaction with clay mineral is an important factor to control the migration of radionuclide in the environment. The behavior of actinides in the soil is mainly the surface adsorption interactions, which change the forms of radioactive elements and reduces the mobility of actinides in the natural systems. Therefore, it is important to search how the actinides interact with clay mineral such as the fundamental process of surface precipitation. Uranium is the predominant heavy metal content of the final waste in the nuclear fuel cycle (>95% UO2). In addition, uranium is a major contaminant in the soil, subsurface and groundwater as a result of human activity. Under standard environmental conditions, the most stable chemical form of U(VI) is the uranyl ion UO22+, which is potentially very mobile and readily complexates with organic and inorganic matter. On the other hand, Carbon dioxide is an important greenhouse gas, warming the earth’s surface to a higher temperature by reducing outward radiation. However, problems may occur when the atmospheric concentration of greenhouse gases increases. Amounts of carbon dioxide were produced since the industrial revolution, which is behind the significant global warming and rising sea level. Clay minerals are of great practical importance here, in storage of carbon dioxide due to its hydraulic permeability and ability to retain mobile species. We have chosen kaolinite and montmorillonite as prototypes of clay minerals of 1:1 and 2:1. Classical Monte Carlo (MC) and molecular dynamics (MD) methods have been used in this work in order to understand the adsorption behaviour of radionuclide and carbon dioxide in clays surface. In this thesis, we will investigate –first- the adsorption of uranyl on kaolinite surface by means of Monte Carlo and Molecular Dynamics simulation methods. Several adsorption sites have been modeled by considering surface defects in order to have inner or outer-sphere complexes. Then, the adsorptions of uranyl species onto Montmorillonite surfaces in the presence of different counterions will be performed. Interaction energy between Montmorillonite sheets and work of adhesion between the radionuclide and MMT surface will be discussed as well. Finally, we will study the adsorption behavior of carbon dioxide in MMT, and investigate at the same time thermodynamics, structural and dynamical properties

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Gondal, Shahla. "Carbon dioxide absorption into hydroxide and carbonate systems." Doctoral thesis, Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Institutt for kjemisk prosessteknologi, 2014. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:no:ntnu:diva-27125.

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Abstract:

In the global warming scenario, a literature review on carbon dioxide capture technologies shows that CO2 capture by chemical absorption seems to be the immediately viable route for sustainable energy supply in near future. The technology for chemical absorption is available and has been practiced in the industry. Development and identification of optimal absorbents for absorption is required to employ it on the scale required for CO2 capture and to minimize the energy penalty of capture. Hydroxide and carbonate systems have been used for absorption of CO2 from the beginning of the 20th century in different industrial processes. Though the use of hydroxides and carbonates remained persistent in special applications but the use of these systems in industrial gas cleaning units decreased after the introduction of alkanolamines as absorbents. During the last two decades, hydroxide and carbonate systems have regained interest in post combustion CO2 capture by absorption. Potentially low energy requirements for the capture process based on hydroxide and carbonate systems and being environment friendly are advantages over the energy intensive amine based CO2 capture solvents and environmental issues arising from degradation of amines. This thesis contributes to the kinetics and equilibrium of CO2 absorption into hydroxide and carbonate systems. The measured experimental data on CO2 absorption and physical solubility of CO2 (from N2O solubility using N2O analogy) into these systems, in addition to vapor liquid equilibrium (VLE) data were used to evaluate the activity based kinetics of the reaction of CO2 with hydroxyl ion (OH-) containing Li+, Na+ and K+ counter ions. To study the kinetics of the CO2 reaction with hydroxyl ion is important not only for hydroxide and carbonate systems but it is significant as this reaction occurs in all alkaline systems including alkanolamines. The density and N2O solubility data into aqueous hydroxides and blends of hydroxides with carbonates containing Li+, Na+ and K+ counter ions were experimentally determined. The measured density data were compared with an empirical density model available in the literature. The measured N2O solubility data were used for the refitting of parameters in an extensively used solubility model available in the literature for up gradation to wider ranges of temperature and concentration. The measured N2O solubility data and VLE data collected from the literature were simultaneously regressed using an in-house equilibrium model to determine the interaction parameters in the Electrolyte-NRTL model. The determined Electrolyte- NRTL parameters were subsequently used for the estimation of liquid phase activities of CO2 and OH- in the systems containing Li+, Na+ and K+ counter ions. The kinetics of aqueous hydroxides and blends of hydroxides with carbonates containing Li+, Na+ and K+ counter ions were experimentally measured using a string of discs contactor (SDC). The measured data were used for the parameter optimization in a widely used kinetics model available in the literature to a broader range of temperature. Finally, the activity based kinetics of the CO2 reaction with OH- were determined using the measured kinetics data and the calculated liquid phase activities of CO2 and OH- in the aqueous solutions containing Li+, Na+ and K+ counter ions.

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Neveux, Thibaut. "Modélisation et optimisation des procédés de captage de CO2 par absorption chimique." Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0266/document.

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Les procédés de captage de CO2 par absorption chimique engendrent une importante pénalité énergétique sur la production électrique des centrales à charbon, constituant un des principaux verrous technologiques au déploiement de la filière. L'objectif de cette thèse est de développer et valider une méthodologie à même d'évaluer précisément le potentiel d'un procédé de captage aux amines donné. La phénoménologie de l'absorption chimique a été étudiée en détail et représentée par des modèles à l'état de l'art. Le modèle e-UNIQUAC a été utilisé pour décrire les équilibres chimiques et de phases des solutions électrolytiques et les paramètres du modèle ont été régressés pour quatre solvants. Un modèle hors-équilibre a été utilisé pour représenter le transfert couplé de matière et de chaleur, accéléré par les réactions chimiques. Les modèles ont été validés avec succès sur des données expérimentales d'un pilote industriel et d'un pilote de laboratoire. L'influence des phénomènes sur les efficacités de séparation a été explicitée afin d'isoler les phénomènes les plus impactants. Une méthodologie a alors été proposée pour évaluer la pénalité énergétique, incluant les consommations thermiques et électriques, liée à l'installation d'un procédé de captage sur une centrale à charbon supercritique. Une méthode d'estimation du coût de l'électricité est proposée pour quantifier les dépenses opératoires et d'investissement d'un tel procédé. L'environnement de simulation et d'évaluation de procédés obtenu a ensuite été couplé à une méthode d'optimisation afin de déterminer les paramètres opératoires et les dimensions des équipements maximisant les performances énergétiques et économiques
CO2 capture processes by chemical absorption lead to a large energy penalty on efficiency of coal-fired power plants, establishing one of the main bottleneck to its industrial deployment. The objective of this thesis is the development and validation of a global methodology, allowing the precise evaluation of the potential of a given amine capture process. Characteristic phenomena of chemical absorption have been thoroughly studied and represented with state-of-the-art models. The e-UNIQUAC model has been used to describe vapor-liquid and chemical equilibria of electrolyte solutions and the model parameters have been identified for four solvents. A rate-based formulation has been adopted for the representation of chemically enhanced heat and mass transfer in columns. The absorption and stripping models have been successfully validated against experimental data from an industrial and a laboratory pilot plants. The influence of the numerous phenomena has been investigated in order to highlight the most limiting ones. A methodology has been proposed to evaluate the total energy penalty resulting from the implementation of a capture process on an advanced supercritical coal-fired power plant, including thermal and electric consumptions. Then, the simulation and process evaluation environments have been coupled with a non-linear optimization algorithm in order to find optimal operating and design parameters with respect to energetic and economic performances

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Ciriaco, Villegas Gabriela. "Etude des cinétiques d'absοrptiοn gaz liquide dans le cas de suppοrts innοvants." Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2024. http://www.theses.fr/2024NORMIR19.

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Abstract:

Cette thèse examine la cinétique d'absorption gaz-liquide en utilisant des supports innovants, en se concentrant sur les solvants eutectiques profonds (DES) à base de chlorure de choline (ChCl). L'objectif principal est d'améliorer l'efficacité de la capture du dioxyde de carbone (CO₂). Les solvants traditionnels à base d'amines sont comparés aux DES, mettant en évidence les avantages des DES tels que le faible coût, la faible volatilité et la haute biodégradabilité. La recherche implique la synthèse et la caractérisation de divers solvants à base de ChCl, y compris les mélanges ChCl-glycérol et ChCl-glycinate de potassium. Les études expérimentales sur les propriétés thermophysiques—densité, viscosité, indice de réfraction et solubilité des gaz—révèlent que l'augmentation de la teneur en eau des DES réduit la viscosité, améliorant ainsi la solubilité du CO₂. L'étude explore également la concentration optimale de ChCl pour équilibrer la cinétique de réaction et la diffusivité afin de maximiser l'absorption de CO₂. Les résultats indiquent que, bien qu'une forte force ionique dans les DES améliore les taux de réaction, elle augmente également la viscosité, ce qui peut entraver la diffusion du CO₂. Cette recherche offre des informations précieuses pour le développement de technologies efficaces de capture du CO₂, en soulignant l'importance d'optimiser les paramètres thermiques et compositionnels
This thesis explores the kinetics of gas-liquid absorption using innovative supports, focusing on deep eutectic solvents (DESs) based on choline chloride (ChCl). The primary objective is to enhance the efficiency of carbon dioxide (CO₂) capture. Traditional amine-based solvents are compared with DESs, highlighting DESs' advantages such as low cost, low volatility, and high biodegradability. The research involves synthesizing and characterizing various ChCl-based solvents, including ChCl-glycerol and ChCl-potassium glycinate mixtures. Experimental studies on thermophysical properties—density, viscosity, refractive index, and gas solubility—reveal that increasing the water content in DESs reduces viscosity, thereby enhancing CO₂ solubility. The study also investigates the optimal ChCl concentration to balance reaction kinetics and diffusivity for maximum CO₂ absorption. Results indicate that while high ionic strength in DESs improves reaction rates, it also increases viscosity, potentially impeding CO₂diffusion. This research offers valuable insights for developing efficient CO₂ capture technologies, emphasizing the importance of optimizing thermal and compositional parameters

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Hajj, Ali. "Coupling microwaves with a CO2 desorption process from amine solvent : experimental and modeling approaches." Electronic Thesis or Diss., Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire, 2024. http://www.theses.fr/2024IMTA0412.

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Abstract:

Alors que les besoins énergétiques mondiaux continueront d’être satisfaits par des sources d’énergie fossiles, une solution viable pour réduire les émissions de CO2 serait de mettre en œuvre des technologies de captage du carbone. Le captage du CO2 par absorption dans des solvants aminés fait partie des technologies les plus avancées mises en œuvre sur les unités de post-combustion. Son application reste néanmoins limitée aux grandes sources ponctuelles, et les petites sources restantes difficiles à décarboner. Récemment, le chauffage microondes a gagné en popularité en raison de ses caractéristiques de sélectivité, de nature volumétrique et de facilité de contrôle ; d'autre part, les contacteurs à membrane sont des contacteurs gaz-liquide prometteurs en raison de leur compacité, de leur flexibilité opérationnelle et de leur facilité d'évolutivité par rapport aux colonnes à garnissage. Dans ce travail, nous explorons le fonctionnement de la désorption chimique lors d'un contacteur à membrane à fibres creuses par chauffage par micro-ondes.Une compréhension complète des interactions entre les champs microondes et les phénomènes de transfert est essentielle pour la conception, le fonctionnement et l’optimisation corrects d’un équipement à l’échelle industrielle. Ainsi, les taux de désorption du CO2 ont été étudiés expérimentalement à l'échelle locale d'une seule fibre millimétrique, placée dans une cavité micro-onde monomode. La modélisation numérique de la fibre a permis de visualiser les gradients de température formés à l'intérieur du solvant, et les taux de désorption locaux correspondants. En parallèle, une unité à l'échelle prototype a été conçue pour la désorption du CO2 à l'échelle d'un module à fibres creuses sous des champs microondes. À cette fin, nous avons conçu une cavité sur mesure pour abriter un module à membrane de telle manière que la désorption du CO2 aurait lieu simultanément avec le chauffage électromagnétique
As global energy needs will continue to be met by fossil-fuel based sources, a viable solution to reduce CO2 emissions would be to implement carbon capture technologies. CO2 capture by absorption in amine solvents ranks among the most advanced technologies to be implemented on post combustion units. Still, its application is remains constrained large point sources with small sources remaining difficult to decarbonize. Recently, microwave heating has gained in popularity due to its characteristics of selectiveness, volumetric nature, and ease of control; on the other hand, membrane contactors are promising gas-liquid contactors due to their compacity, operational flexibility, and ease scalability in comparison to packed columns. In this work we explore the operation of chemical desorption when a hollow fiber membrane contactor by microwave heating.A comprehensive understanding of the interactions of microwave fields and transfer phenomena is essential for the correct design, operation, and optimization of an industrial scale equipment. Hence CO2 desorption rates were experimentally studied at the local scale of a single millimetric fiber, placed in a mono-mode microwave cavity. Numerical modeling of the fiber allowed the visualization of the temperature gradients formed inside the solvent, and the corresponding local desorption rates. In parallel, a prototype-scale unit was designed for the desorption of CO2 at the scale of a hollow fiber module under microwave fields. To this end we designed a custom-design cavity was made to house a membrane module in such a manner that CO2 desorption would take place simultaneously with electromagnetic heating

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Huet, Thierry. "Interférences entre raies spectrales : étude expérimentale et modélisation de l'absorption de Co2 vers 14 μm." Paris 11, 1988. http://www.theses.fr/1988PA112376.

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Abstract:

The present investigation was mainly motived by some problems encountered in the calculation of atmospheric transmission, which do not succeed in fitting the observed data More specifically, we performed both an experimental investigation and a modeling of the absorption of CO2 ,around the Q branch located at 14 µm, laying stress on the importance of line coupling effects. A tunable diode laser mounting was used, allowing resolution of 1. 10-3 cm-1 or better. This enabled us to measure accurately the individual intensities and widths of lines in this Q branch. Then the absorption profile has been systematicaly measured as a function of pressure, and the departure fom the lorentzien model clearly pointed out. Ln order to account for the observed absorption, we were therefore led to include in the calculation the line-coupling coefficients ( usually disregarded in the Lorentzien model). This requires the calculation of the off-diagonal elements of the diffusion matrix. For this purpose, the only tractable procedure is to use a "scaling-law" approach. The obtained values allowed us to obtain quite excellent agreement with the experiment data
Les problèmes liés au calcul de la transmission spectrale terrestre ont été à l'origine de cette étude : quels que soient les types de modélisation utilisés, ceux-ci butent sur l'impossibilité fondamentale à rendre compte des observations dans certaines des régions spectrales concernées. Ce travail, entrepris à la fois sur un plan expérimental et théorique, a donc consisté à modéliser l'absorption infrarouge de C02 dans la région de 14 µm. Dans cette région, la nécessité de tenir compte des effets d'interférence entre raies a été clairement mise en évidence, notamment dans la zone de la branche "Q" de la transition 10°← 0110 située à 720 cm-1. La technique expérimentale adoptée a été la spectroscopie par diodes laser accordables qui permet d'atteindre des résolutions voisines de 1. 10-3 cm-1. Nous avons ainsi pu mesurer avec précision les intensités et les coefficients d'élargissement des raies de cette branche. Nous avons ensuite effectué une série d'enregistrements pour observer l'évolution du profil d'absorption en fonction de la pression, et mettre en évidence les effets de non-additivité des profils. A partir de ces données expérimentales "haute pression" ainsi que des paramètres individuels de raies précédemment mesurés, un essai de modélisation théorique a été entrepris afin de rendre compte des écarts au profil de Lorentz usuellement adopté dans les modèles de reconstitution des profils spectraux. Cette modélisation requiert le calcul des éléments matriciels non-diagonaux de la matrice représentant l'opérateur de diffusion. Dans l'état actuel de la théorie, un calcul à priori de ces éléments est impraticable. On a donc adopté un modèle du type " loi d'échelle " qui a donné des résultats tout à fait satisfaisants

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Dergal, Fatiha. "Captage du CO2 par les amines demixantes." Thesis, Lyon 1, 2013. http://www.theses.fr/2013LYO10211.

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Abstract:

Actuellement, le captage du CO2 par lavage aux amines est la technique la plus avancée et la plus adaptée pour répondre au besoin de tous les types d'installations industrielles émettrices de CO2. Cependant, cette technique présente un certains nombre de problèmes. Le problème principal est la forte énergie associée à la régénération du solvant qui rend le procédé de captage très couteux. Afin de réduire ce coût, différents procédés en rupture ont été étudiés dans le cadre du FUI « ACACIA » regroupant plusieurs entreprises (IFPEN, RHODIA/SOLVAY, ARKEMA, LAFARGE, Gaz de France, VEOLIA) et quatre laboratoires académiques (LMOPS, LSA, LTIM (ex-LTSP), IRCELyon): - Captage par formation d'hydrates de gaz . - Utilisation d'enzymes conduisant à des procédés moins énergivores. - Utilisation de « multiamines » en vue d'accroitre la quantité de CO2 absorbé ou d'amines « démixantes » permettant de régénérer uniquement la phase riche en CO2 (d'où minimisation de l'énergie de régénération). Notre contribution à ce consortium a été l'étude de sept amines ou multiamines démixantes : - Trois amines commerciales (la N-Méthylpipéridine, la 2-Méthylpipéridine et la molécule A). - Quatre « multiamines » de structures confidentielles synthétisées par LMOPS représentées par les sigles B, D, E, F. Le phénomène de démixtion est influencé par de nombreux facteurs tels que la température, le taux de charge et la concentration en amine de la solution. La compréhension et l'explication de ce phénomène est l'un des objectifs de cette thèse. La donnée essentielle qui permet d'évaluer les performances potentielles d'une solution absorbante est l'isotherme d'absorption du CO2. Nous avons déterminé ces isothermes aux températures proches de l'absorbeur et du régénérateur (respectivement 40°C et 80°C) pour différentes concentrations en amine (26%, 30%, 50% et 66%) et pour des pressions en CO2 variant entre 10 kPa et 200 kPa. La modélisation thermodynamique des isothermes d'absorption permet de déduire les paramètres opératoires importants du procédé qui mettraiten ouvre ces amines (capacité cyclique, enthalpie moyenne de réaction, débit de solvant…etc.) permettant ainsi le dimensionnement de l'unité d'absorption et l'estimation de sa consommation énergétique. L'étude expérimentale a été complétée par la détermination des équilibres liquide-vapeur des amines pures et des différentes solutions aqueuses d'amines au moyen de la méthode statique. Ces données permettent de prévoir les pertes possibles en amine dans le régénérateur donc le coût des appoints dans le procédé. Parmi les sept amines étudiées, l'amine nommée « F » est un bon candidat pour une application industrielle économe en énergie (bonne capacité d'absorption, faible énergie de régénération, faible volatilité)
Nowadays, CO2 capture by amines solvents is the most advanced technology to reduce CO2 industrial emissions. However, this technology presents some concerns. The major problem of this process, using monoethanolamine (MEA), is the high energy needed to regenerate the solvent and makes the process of CO2 capture very expensive. In order to reduce the high cost associated to the energy of regeneration, various breakthrough processes have been studied within the framework of FUI «ACACIA» which include several companies (IFPEN, RHODIA/SOLVAY, ARKEMA, LAFARGE, Gas of France, VEOLIA) and four academic laboratories (LMOPS, LSA, LTIM (ex-LTSP), IRCELyon): - CO2 Capture with gas hydrate formation. - Use of enzymes leading to process of less energy-consuming. - Use of multiamines to increase the quantity of CO2 absorbed or demixing amines which only allow the regeneration of the rich phase in CO2 (low cost for regeneration energy). Our contribution into the consortium has been the study of seven demixing amines or multiamines: - Three commercial amines (the N-Methylpiperidine, 2-Methylpiperidine and the molecule A). - Four « multiamines » with confidentiel structures synthesized by LMOPS and denoted by the initials B, D, E, F. The demixing phenomenon is influenced by many factors such as temperature, the loading of the acid gas and the amine concentration of the solution. The understanding of this phenomenon is one of the objectives of this thesis. The essential data to estimate the potentials efficiency of solvent to capture CO2 is the isotherm of absorption. We have determined these isotherms at temperatures close to the absorber and regenerator units (respectively 40°C and 80°C) at different concentrations of amine ((26%, 30%, 50% and 66%) and pressures of CO2varying between 10 kPa et 200 kPa. The thermodynamic modelling of the isotherms of absorption allows to deduce important operating parameters of the process (cyclic capacity, average enthalpy of reaction, solvent flow...) and to dimension the absorption unit and to estimate its energy consumption. The experimental study has been completed by the determination of vapor-liquid equilibrium of pure amines and of different aqueous solutions of amines with the static method. These data allow anticipating the possible loss in amine in the regenerator. Among the studied amines, the one denoted with the initial « F » is a potential candidate for an industrial application energy-efficient (good CO2 absorption capacity, low regeneration energy, low volatility)

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Nguyen, Phuc Tien. "Contacteurs à membranes denses pour les procédés d'absorption gaz-liquide intensifiés : application à la capture du CO₂ en post combustion." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2011. http://www.theses.fr/2011INPL014N/document.

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Abstract:

Dans le cadre de la recherche de procédés d'absorption gaz-liquide intensifiés, cette étude vise au développement des contacteurs membranaires pour la capture du CO₂ en post combustion, comparativement aux colonnes garnies. Les contacteurs à membranes fibres creuses microporeuses permettent un transfert de matière élevé mais sont confrontés à des problèmes de mouillage entraînant une dégradation importante des performances dans le temps. Notre but est de concevoir des fibres composites constituées d'une structure microporeuse et d'une peau dense fine et fortement perméable au CO₂ afin d'établir une barrière au passage du liquide et de limiter la résistance au transfert de matière. Pour cela, nous avons sélectionné des polymères super vitreux comme le PTMSP et le Téflon AF2400 qui se caractérisent par une très forte perméabilité au CO₂ et une bonne compatibilité chimique avec la MEA (liquide d'absorption de référence). Les fibres composites ont été réalisées par un procédé de recouvrement conduisant à une faible épaisseur de peau dense (1 à 2 microns). Des modules à fibres composites ont été testés pour séparer un mélange CO₂/N2 avec une solution aqueuse de MEA. Les fibres composites présentent des efficacités de capture similaires à celles des fibres microporeuses mais assurent en plus le maintien des conditions de non mouillage. Des simulations, reposant sur une modélisation 2D du transfert de matière, ont permis de prédire les performances des contacteurs membranaires à fibres composites dans des conditions plus proches de la réalité industrielle et ont mis en évidence un facteur d’intensification pouvant aller jusqu’à 6 par rapport aux colonnes garnies
The present work aims to explore the intensification of gas-liquid absorption processes. This study is applied to post combustion CO₂ capture by means of membrane contactors in comparison to packed columns. Microporous hollow fiber membrane contactors lead to high mass transfer but wetting problems are likely to occur and result in tremendous deterioration in performances with time. Our objective is to develop composite hollow fibers based on a microporous structure and a thin dense layer highly permeable to CO₂, in order to create a real barrier to liquid penetration and to limit mass transfer resistance. Super glassy polymers as PTMSP and Teflon AF2400 were selected for their extremely high CO₂ permeability and their chemical resistance to MEA (reference absorption liquid). Composite hollow fibers were made by coating and the dense layers obtained are thin (1 to 2 microns). Composite hollow fiber membrane contactors were tested for the separation of a CO₂/N2 mixture with an aqueous solution of MEA. Capture ratios achieved by composite hollow fibers are similar to those measured for microporous membranes and the dense layer prevents from wetting problems. Simulations based on 2D modeling of the mass transfer, show that the performances of composite hollow fiber membrane contactors, under operating conditions close to the industrial case, can lead to an intensification factor up to 6 compared to packed columns

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Gao, Min. "Carbon dioxide absorption in metal organic frameworks." Thesis, Queen Mary, University of London, 2015. http://qmro.qmul.ac.uk/xmlui/handle/123456789/23195.

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Abstract:

With the emission of carbon dioxide (CO2) becoming an international worry due its role in climate change, solutions such as CO2 capture and storage technologies are needed to decrease the emissions. The main proportion of CO2 gas emissions is from fossil fuel combustion in a range of industries, including power generation. To develop the CO2 capture system for these operations, new materials are needed for CO2 capture. Metal-organic framework (MOF) materials have porous crystal structures containing organic molecules (organic ligands) linked to each other by metalcontaining nodes. The large internal surface area can be exploited for the adsorption of small gas molecules, and for this reason MOFs may be ideal candidate materials for CO2 capture and gas separations. Thousands of MOF materials have been reported, with different combinations of the ligands and metals and with the capability of forming many different network topologies. Experimentally it is very difficult to study the gas absorption dynamics, interaction and gas adsorption capacity for the large number of materials. This problem can be solved by simulations. The aim of the thesis is to develop a systematic simulation method to screen the MOF properties and CO2 adsorption capacity and interaction dynamics at different environment. The molecular dynamics (MD) method with parameterised force fields was used to study the interactions between CO2 molecules and one class of the MOFs, zeolitic imidizolate frameworks (ZIFs) with zinc as the metal cation. To develop the model, the atom charges have been developed by using the distributed multipole analysis (DMA) method based on ab initio DFT calculations for molecules and clusters. The intermolecular forces were developed by fitting against the MP2 calculations of small clusters of the metal cations and molecular ligands. In order to evaluate the models I simulated the gas-liquid coexistence curve of CO2 and showed that it is consistent with experiments. I also simulated the pure ZIF structures on changing both temperature and pressure, demonstrating the stabilities of the structures but also showing the existence of displacive phase transitions. I have used this approach to successfully study CO2 absorption in a number of ZIFs (from ZIF-zni, ZIF-2, ZIF-4, ZIF-8 and ZIF-10) using MD. The gas absorption capacity and dynamics have been investigated under 25 bar and 30 bar, 200 , showing a promising uptake of CO2. The results have shown that CO2 capacity is mainly determined by the pore sizes and pore surfaces, in which a higher capacity is associated with a higher pore surface. The intermolecular distance of CO2 inside the pores and channels have been investigated in the saturation state. It has been shown that the distance is approximately 4 Å. The attraction force is from the interaction between CO2 and the imidazolate ligands. In addition, the systematic studies of the saturated ZIF system gave the minimum diameters for CO2 adsorption which is approximately 4.4 Å. This interaction has caused the gate opening effects, with the imidazolate ligands being pushed to be parallel to the CO2 molecules and opening up to allow more gas molecules go through the channels that connect the pore structures. This gate opening effect also explains the phase transition in ZIF-10 caused by CO2 molecules in our simulation, and can be applied to predict phase transitions in other materials with similar structure such as ZIF-7 and ZIF-8. The dynamics have also shown that the gas diffusion velocity is determined by the pore structure as well and by the accumulated layers of CO2 on the surface prior to being pushed in toward the centre of the material layer by layer. The de-absorption processes have also been studied in these materials by decreasing the pressure from 25 bar to 1 bar under at same temperature. The results indicate that the de-absorption is a reverse process of absorption. The structure of ZIF-10 went through a phase transition induced by CO2 recovered after the guest molecules had been released. The de-absorption can be accelerated by increasing the temperature.

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Venet, Saphir. "Stockage du CO2 et séparation CO2/CH4 par des matériaux de silice à porosité et fonctionnalité contrôlées : étude expérimentale et modélisation de dynamique moléculaire." Thesis, Pau, 2018. http://www.theses.fr/2018PAUU3027/document.

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Abstract:

Ce travail vise à évaluer les performances de matériaux à base de silice et à rationaliser leur synthèse en fonction des propriétés d’adsorption recherchées (capacité et/ou sélectivité) en combinant des approches expérimentales et la modélisation de dynamique moléculaire. Ces matériaux devaient idéalement présenter une capacité d’adsorption CO2 mais également une sélectivité CO2 /CH4 élevées. Les différentes étapes de ce travail ont été :- la synthèse et la fonctionnalisation des matériaux de silice,- leur caractérisation texturale et chimique,- la détermination des capacités d’adsorption du CO2, de leur sélectivité CO2/CH 4 ,- les caractérisations par différentes techniques spectroscopiques et microscopiques des échantillons pour essayer de localiser l’adsorption du CO2 et mesurer sa mobilité,- l’identification microscopique par modélisation moléculaire des facteurs physico-chimiques influant sur l’adsorption préférentielle du CO2 et sa diffusivité dans le matériau hôte ainsi que sur le rôle du caractère hydrophile/hydrophobe du matériau de silice par le biais de sa fonctionnalisation.Ces objectifs ont nécessité la préparation de matériaux à surfaces spécifiques élevées par le biais d’un procédé sol-gel simple. Ces matériaux ont été modifiés afin d’obtenir un taux de fonctionnalisation par des groupements -CH3 suffisant pour modifier le caractère hydrophile du matériaux tout en conservant une surface spécifique suffisante. L’influence de la taille des pores a également été sondée.Les capacités d’adsorption des gaz sous pression ont été réalisées pour les gaz purs mais également sur des mélanges CO2/CH4 dans différentes proportions. La sélectivité CH 4 /CO 2 , souvent estimée à partir des isothermes des corps purs et/ou la méthode IAST, a dans ce cas été déterminée à partir de la mesure directe des isothermes des mélanges de gaz. Il est apparu que l’eau joue un rôle crucial sur les capacité et sélectivités d’adsorption. Ce paramètre est l’un de ceux qui a été étudié à travers les simulations de dynamiques moléculaires. L’influence de l’introduction de groupements hydrophobes a également été exploré.Les résultats obtenus par dynamique moléculaire sont dans l’ensemble en bon accord avec les données expérimentales. Ces deux approches parallèles expérience/théorie ont mis en évidence la sélectivité de l’un des matériaux pour des applications où l’effluent gazeux est peu chargé en CO 2
This work aims to evaluate the performance of silica-based materials and to rationalize their synthesis according to their desired adsorption properties (capacity and/or selectivity) by combining experimental approaches and the management of the molecular animal. These materials are ideally suited for CO2 adsorption capacity but also CO2/ CH4 selectivity. The different stages of this work were:- the synthesis and functionalization of the silica materials,- their textural and chemical characterization,- the determination of CO2 adsorption capacities, of their CO2/ CH4 selectivity.- the characterizations by various spectroscopic and microscopic techniques of tests to try to locate the adsorption of CO2 and to measure its mobility,- microscopic identification by the factor of physic-Factors influence the preferential adsorption of CO2 and its diffusivity in the role of hydrophilic / hydrophobic character in silica by functional.These objectives required the preparation of high specific surface materials through a simple sol-gel process. These materials have been modified in order to obtain a degree of functionalization with -CH3 groups sufficient to modify the hydrophilic nature of the material while maintaining a sufficient specific surface area. The influence of pore size was also probed.The adsorption capacities of the gases under pressure were carried out for pure gases but also on CO2/ CH4 mixtures in different proportions. The CH4/ CO2 selectivity, often estimated from the pure body isotherms and / or the IAST method, was in this case determined from the direct measurement of the isotherms of the gas mixtures. It has become apparent that water plays a crucial role in adsorption capacity and selectivity. This parameter is one of those studied through molecular dynamics simulations. The influence of the introduction of hydrophobic groups has also been explored.The results obtained by molecular dynamics are on the whole in good agreement with the experimental data. These two parallel experience / theory approaches have highlighted the selectivity of one of the materials for applications where the gaseous effluent is little loaded with CO2

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Hansen, Gary Bruce. "The infrared absorption spectrum of carbon dioxide ice /." Thesis, Connect to this title online; UW restricted, 1996. http://hdl.handle.net/1773/6808.

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Bierly, Pierre-Charles 1952. "Electronic absorption of anthracene in supercritical carbon dioxide." Thesis, The University of Arizona, 1991. http://hdl.handle.net/10150/277852.

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Abstract:

There has been much interest in the last five or ten years in supercritical fluid extraction. In addition to the fact that some supercritical fluids may be less harmful to the environment than traditional extraction solvents, claims have been made for the superior extraction capabilities of supercritical fluids. In a few cases concentrations from absorbance measurements in the supercritical have been calculated with absorptivities derived from studies in liquid systems. This study suggests that the molar absorptivity in the supercritical may be quite different from that in a liquid system. The Beer's Law analysis done here was not adaquate to determine the absolute molar absorptivities in the system being examined, anthracene in carbon dioxide. This failure is in large part due, however, to the relative crudeness of the equipment and procedure used. While failing in the quantitative analysis, a use of Beer's Law in a qualitative capacity may be warranted. The analysis does succeed as an indicator of changes in molecular behavior that occur not only between liquid and high-pressure systems but also those, much slighter, that occur between high-pressure liquid and supercritical fluid systems.

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Boucif, Noureddine. "Modélisation et simulation de contacteurs membranaires pour les procédés d'absorption de gaz acides par solvant chimique." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0280/document.

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Abstract:

L'objectif primordial de cette thèse est la recherche de modèles mathématiques qui sont à mieux de décrire le processus d'absorption gaz-liquide dans un contacteur membranaire à fibres creuses poreuses ou denses. La configuration géométrique de ces contacteurs combinée à leur compacité, et de leur faible consommation d'énergie leur permet de se substituer progressivement aux procédés conventionnels tels les colonnes à garnissage et autres tours d'absorption. Notre but est d'étudier la performance de ces processus novateurs par l'élaboration de modèles mathématiques de plus en plus rigoureux. Pour cela, nous avons étudié plusieurs cas de figures où l'hydrodynamique d'écoulement des fluides, la nature du soluté et/ou du solvant ont été changées. Dans un premier temps, il n'a été tenu compte que de l'hydrodynamique du compartiment côté fibre pour deux types de processus d'absorption avec et sans réaction chimique. Par la suite, l'hydrodynamique d'écoulement des fluides dans le côté fibre comme côté calandre a été prise en considération. Des modèles ont été développés pour l'absorption classique de gaz carbonique dans des solutions de monoéthanolamine (liquide d'absorption de référence) où l'écoulement du fluide côté calandre est assimilé à un écoulement piston dans un premier cas, obéissant au modèle dit de surface libre "modèle de Happel" dans un deuxième cas, et enfin caractérisé par des équations de moments de Navier-Stokes dans un troisième cas. La comparaison des résultats numériques de ces modèles a montré que ceux du troisième cas de figure sont les plus proches des résultats d"essais expérimentaux
The overarching objective of this thesis is the research of mathematical models which are better to describe the process of gas-liquid absorption in a membrane contactor with porous or dense hollow fibers. The geometric configuration of these contactors, combined with their low energy consumption and their compactness, allows them to gradually replace conventional processes such as packing towers and absorption columns. Our goal is to study the performance of these innovative processes by developing more rigorous mathematical models. In this scope, we studied several cases where the hydrodynamics of fluid flow, the nature of the solute or solvent have been changed. First, only the hydrodynamics of the fibre side compartment has been taken into account for two types of an absorption process with and without chemical reaction. Subsequently, the hydrodynamics of fluid flow in both the fiber side as shell side were taken into consideration. Models have been developed for classical carbon dioxide absorption in monoéthanolamine solutions (liquid absorption of reference) where the flow fluid in the shell were is assumed to obey a plug-flow in a first case, described by the surface free model known as "Happel model" in a second case, and finally characterized by the momentum Navier-Stokes equations in a third case. The comparison of the numerically simulated results collected from the three models showed that those of the third case matched very closely with the laboratory experimental results

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Servia, Alberto. "Étude cinétique des phénomènes d'activation pour l'absorption de CO2 par des mélanges d'amines." Thesis, Université de Lorraine, 2013. http://www.theses.fr/2013LORR0071.

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Abstract:

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 industrielles
Processes 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 design

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Villeneuve, Kévin. "Contacteurs à membranes composites pour le captage du CO2 en postcombustion dans des solutions ammoniacales en vue de sa valorisation sur site industriel : étude expérimentale et modélisation des étapes d'absorption et de désorption." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0223.

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Abstract:

L'objectif de ces travaux vise à évaluer les performances d'un contacteur membranaire à fibres creuses utilisé pour réaliser l'absorption chimique du CO2 dans une solution ammoniacale ainsi que la régénération de cette dernière. Les membranes utilisées sont composites, c'est-à-dire composées d'une fine couche dense recouverte sur un support microporeux, la couche dense permettant d'éviter le mouillage par pénétration de liquide dans la membrane. Pour réaliser ces études, une approche combinant expérimentation et modélisation a été adoptée. Lors de la réalisation de l'absorption chimique avec un contacteur membranaire, des chutes importantes d’efficacité de captage du CO2 au cours du temps ont été observées et confirment les résultats obtenus lors de travaux ultérieurs. Cette baisse des performances est attribuée à la précipitation de sels d’ammonium en phase gaz. Lors de l'utilisation d’un gaz saturé en vapeur d'eau, comme le seraient les fumées industrielles, les performances du procédé se sont révélées stables. Un modèle 1D multi-composant adiabatique du contacteur a été développé sur Aspen Custom Modeler® et validé à partir des résultats expérimentaux. Les simulations réalisées avec ce modèle ont confirmé le potentiel d'intensification volumique de la technologie, toutefois, la réduction des pertes de NH3, grâce à l'utilisation d’une couche dense sélective moins perméable à NH3 qu’au CO2, n’a pas été satisfaisante. Les phénomènes de condensation dans les contacteurs membranaires ont été étudiés par expérimentation et modélisation. Il a ainsi été montré que le mouillage par condensation de la membrane ne devrait pas survenir, par contre, la condensation dans le lumen des fibres creuses entraîne une augmentation importante de la perte de charge pouvant conduire à des coûts de compression des gaz à traiter plus élevés. Des expériences et des simulations sur la régénération de solutions ammoniacales chargées avec des contacteurs membranaires ont été effectuées et des disparités importantes ont été trouvées entre les flux de CO2 mesurés et simulés. Une réduction volumique de trois par rapport à la colonne à garnissage a pu être calculée laissant entrevoir un potentiel intéressant de la technologie pour l’étape de régénération. En collaboration avec les partenaires du projet C2B, dans lequel s’intègre cette thèse, des essais d’absorption de CO2 ont été réalisés sur site avec un contacteur de taille industrielle. Les résultats de ce pilote sont conformes aux résultats obtenus au laboratoire et encourageants quant au transfert de la technologie vers l’échelle industrielle
This work aims to evaluate the performances of hollow fiber membrane contactors used for the CO2 absorption in aqueous ammonia and the regeneration of the latter within the frame of post-combustion CO2 capture. Fibers are made of a thin dense layer coated on a microporous support, the dense layer prevent membrane wetting by liquid penetration. Both experiment and modelling were done. During absorption experiments, important decrease of the CO2 capture efficiency was observed due to ammonium salts precipitation in the gas-side corroborating results from previous works. Experiments with CO2/N2 mixture saturated with water vapor, as would be the case for flue gas, interestingly, showed stable performances of the process. A one-dimensional multi-component adiabatic transfer model for CO2 absorption in NH3 has been implemented in Aspen Custom Modeler® and validated with experimental results. The simulations performed with the model confirmed the volumetric intensification potential of the technology, however, the NH3 slip reduction expected, because of the use of a dense layer more permeable to CO2 than NH3, wasn’t satisfying. Water condensation phenomenon in membrane contactors were studied with both experiments and simulations. It was thus showed that membrane pore wetting by condensation should not happened but gas-side condensation led to an important increase of the pressure drop with the potential of increasing compression costs. Experiments and simulations of the desorption of CO2 from a loaded aqueous ammonia solution with a membrane contactor were performed and important disparities were found between CO2 flux measured and simulated. A volumetric reduction of the membrane contactor when compared to the packed column was calculated highlighting the potential of the technology for the stripping step. In collaboration with the partners of the C2B project, in which this thesis is integrated, CO2 absorption essays were carried out on site with an industrial scale membrane contactor. The results of this pilot are consistent with laboratory results and encourages the transfer of the technology to the industrial scale

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da, Silva Eirik Falck. "Computational Chemistry Study of Solvents for Carbon Dioxide Absorption." Doctoral thesis, Norwegian University of Science and Technology, Faculty of Natural Sciences and Technology, 2005. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:no:ntnu:diva-685.

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Abstract:

Absorption with aqueous amine solvents is at present the most viable technology for CO₂capture. While this is a proven technology, efforts are ongoing to improve it in order to make it a more attractive technology for large scale use to reduce CO₂ emissions. Finding solvents with better properties is one approach to improving the technology.

In this thesis methods in computational chemistry are used to improve the understanding of the chemistry of CO₂ absorption in amine-water systems. The work is also intended to provide models that can be used to predict the performance of new solvents. Such predictive models are intended to facilitate the screening for new solvents.

The main focus of the computational chemistry work has been to model solvent effects. Most of the work has been based on use of quantum mechanical calculations to determine gas phase properties and different models to determine the solvation energy. Most of the solvation energy calculations have been based on molecular simulations and continuum models. In addition solvation energies calculated with the RISM-SCF model have been studied.

The reaction mechanisms of the process have been studied in detail. Calculations have been used to attempt to resolve uncertainties regarding mechanisms. The work is in most cases in agreement with the consensus in the literature, but it is concluded that carbamate formation is most likely to be a single-step mechanism. From the study of reaction mechanisms it is concluded that the reactivity of an amine solvent with CO₂is governed by two equilibrium constants: the base stability and carbamate stability.

These two equilibrium constants have been modeled with gas phase quantum mechanical calculations and different solvation models. Comparison with experimental data suggests that both equilibrium constants can be modeled with a semi-quantitative accuracy. The models are not entirely accurate but do mostly capture trends observed in experimental data.

In addition to the equilibrium constants there are other properties that may affect the overall performance and viability of a solvent in large scale industrial use. These properties are also discussed and the possibility of modeling them is assessed.

The ideal values for the main equilibrium constants are unknown and the present work does therefore not reach any specific conclusions on what the ideal solvent is. This thesis does however offer a fairly detailed plan of how to find optimal solvents and tools to carry out the screening.

Paper III reprinted with kind permission of Elsevier, sciencedirect.com

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Miller, Jacob. "Modelling the Effect of Catalysis on Membrane Contactor Mass Transfer Coefficients for Carbon Dioxide Absorption Systems." University of Cincinnati / OhioLINK, 2021. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=ucin1627662756315225.

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Favre, Nathalie. "Captage enzymatique du dioxyde de carbone." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00840947.

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Abstract:

Cette thèse s'est inscrite dans le cadre du projet ACACIA (Amélioration du CAptage du CO2 Industriel et Anthropique) soutenue par le pôle de compétitivité AXELERA et financé par " FUI " et " LE GRAND LYON ". Notre objectif était d'immobiliser l'anhydrase carbonique dans des gels inorganiques, en particulier la silice afin de préserver la structure de l'enzyme, sa fonctionnalité et de la protéger de l'environnement physico-chimique environnant. Pour cela, des essais préliminaires simples nous ont permis d'élaborer et de construire une cellule, comprenant membrane polymérique poreuse imprégnée de solution enzymatique aqueuse, ou de gel de silice lui-même imprégné de solution aqueuse d'enzyme. A partir de ce montage, nous avons étudié des paramètres importants de la membrane, comprenant un tampon, sa nature, molarité et son pH, ainsi que la taille des pores de la membrane et la concentration en enzyme. Il a été trouvé qu'un tampon à base de bicarbonate permet de déplacer l'équilibre de déprotonation du CO2(aq) vers un pH plus élevé, par l'apport des ions HCO3- équilibrés par des cations comme Na+, et favorise une contribution plus importante à la diffusion du CO2 à travers la membrane. Nous avons également observé que quelque soit le gaz de captage (100 % et / ou 10 % de CO2), le tampon et le type de membrane, une perméance maximum a été observée pour une concentration en enzyme de 0.2 mg mL-1.

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DeMontigny, David. "Carbon dioxide absorption studies using ultra-highly concentrated monoethanolamine solutions." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 1998. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk2/tape17/PQDD_0003/MQ35832.pdf.

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Kothandaraman, Anusha. "Carbon dioxide capture by chemical absorption : a solvent comparison study." Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2010. http://hdl.handle.net/1721.1/59877.

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Abstract:

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Chemical Engineering, 2010.
Cataloged from PDF version of thesis.
Includes bibliographical references.
In the light of increasing fears about climate change, greenhouse gas mitigation technologies have assumed growing importance. In the United States, energy related CO₂ emissions accounted for 98% of the total emissions in 2007 with electricity generation accounting for 40% of the total'. Carbon capture and sequestration (CCS) is one of the options that can enable the utilization of fossil fuels with lower CO₂ emissions. Of the different technologies for CO₂ capture, capture of CO₂ by chemical absorption is the technology that is closest to commercialization. While a number of different solvents for use in chemical absorption of CO₂ have been proposed, a systematic comparison of performance of different solvents has not been performed and claims on the performance of different solvents vary widely. This thesis focuses on developing a consistent framework for an objective comparison of the performance of different solvents. This framework has been applied to evaluate the performance of three different solvents - monoethanolamine, potassium carbonate and chilled ammonia. In this thesis, comprehensive flow-sheet models have been built for each of the solvent systems, using ASPEN Plus as the modeling tool. In order to ensure an objective and consistent comparison of the performance of different solvent systems, the representation of physical properties, thermodynamics and kinetics had to be verified and corrected as required in ASPEN Plus. The ASPEN RateSep module was used to facilitate the computation of mass transfer characteristics of the system for sizing calculations. For each solvent system, many parametric simulations were performed to identify the effect on energy consumption in the system. The overall energy consumption in the CO₂ capture and compression system was calculated and an evaluation of the required equipment size for critical equipment in the system was performed. The degradation characteristics and environmental impact of the solvents were also investigated. In addition, different flow-sheet configurations were explored to optimize the energy recuperation for each system. Monoethanolamine (MEA) was evaluated as the base case system in this thesis. Simulations showed the energy penalty for CO₂ capture from flue gas from coal-fired power plants to be 0.01572 kWh/gmol CO₂ . The energy penalty from CO₂ regeneration accounted for 60% of the energy penalty while the compression work accounted for 30%. The process flexibility in the MEA system was limited by degradation reactions. It was found that different flow-sheet configurations for energy recuperation in the MEA system did not improve energy efficiency significantly. Chilled ammonia was explored as an alternative to MEA for use in new coal-fired power plants as well as for retrofitting existing power plants. The overall energy penalty for CO₂ capture in chilled ammonia was found to be higher than in the MEA system, though energy requirements for CO₂ regeneration were found to be lower. The energy penalty for 85% capture of CO₂ in the chilled ammonia system was estimated to be 0.021 kWh/gmol CO₂. As compared to the MEA system, the breakdown of the energy requirements was different with refrigeration in the absorber accounting for 44% of the energy penalty. This illustrates the need to perform a systemwide comparison of different solvents in order to evaluate the performance of various solvent systems. The use of potassium carbonate as a solvent for CO₂ capture was evaluated for use in Integrated Reforming Combined Cycle (IRCC) system. With potassium carbonate, a high partial pressure of CO₂ in the flue gas is required. Different schemes for energy recuperation in the system were investigated and the energy consumption was reduced by 22% over the base case. An optimized version of the potassium carbonate flowsheet was developed for an IRCC application with a reboiler duty of 1980 kJ/kg. In conclusion, a framework for the comparison of the performance of different solvents for CO₂ capture has been developed and the performance of monoethanolamine, chilled ammonia and potassium carbonate has been compared. From the standpoint of energy consumption, for existing power plants the use of MEA is found to be the best choice while for future design of power plants, potassium carbonate appears to be an attractive alternative. An economic analysis based on the technical findings in this thesis will help in identifying the optimal choices for various large, stationary sources of CO₂.
by Anusha Kothandaraman.
Ph.D.

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Bishnoi, Sanjay. "Carbon dioxide absorption and solution equilibrium in piperazine activated methyldiethanolamine /." Full text (PDF) from UMI/Dissertation Abstracts International, 2000. http://wwwlib.umi.com/cr/utexas/fullcit?p3004215.

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Jankhah, Sepideh. "Reformage de l'éthanol au dioxyde de carbone." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2007. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/1386.

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Abstract:

The catalytic reaction of ethanol with CO2 , defined as the dry reforming of ethanol, is a method to produce synthesis gas (Syngas), a mixture of H2 and CO, and simultaneously to sequester the greenhouse effect gas CO2 in the form of carbon nano-filaments. This reaction is favoured at high temperatures on catalytic surfaces. High energy consumption of this reaction and the deactivation of catalyst are the principal reasons of the absence of industrial applications for this type of reaction. One of the challenges is, therefore, to find an active catalytic formulation which can sequester CO 2 in the form of carbon nano-filaments, a valuable product, without losing its activity.The marketing of the carbon nano-filaments should be able to compensate for the cost of the energy consumption, due to the endothermicity of the reactions. This master project studies the catalytic properties of the carbon steel for the reaction of dry reforming of ethanol.The specific objective is to investigate the performance of carbon steel as the catalyst and to understand the mechanisms of the reforming of ethanol with CO 2 over this catalyst.The effect of the conditions of pretreatment of catalyst on its activity as well as on the properties of the carbon nano-filaments is studied.The tests are carried out using an isothermal fixed bed laboratory reactor. Catalytic surfaces and carbon deposited are analyzed by SEM (Scanning Electron Microscopy), TEM (Transmission Electron Microscopy), and XRD (X ray diffraction) while analyses by GC make it possible to evaluate the extent of the reaction and to make the mass and energy balances.The results obtained are as follows: (1) Carbon steel catalyzes both reactions of ethanol dry reforming and ethanol cracking (2) An oxidative pre-treatment is necessary to activate the catalytic properties of carbon steel (3) Carbon deposit under the form of carbon nano-filaments was obtained without reducing the catalytic activity of carbon steel (4) These nano-filaments preserve the catalytic activity because of the presence of carbides inserted in their tubular structure.

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Dissertations / Theses on the topic 'Dioxyde de carbone – Absorption'

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