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Abstract :
[fr] Depuis deux décennies, la réduction des émissions anthropogéniques de dioxyde de carbone provenant des industries (centrales électriques, cimenteries, pétrochimie, métallurgie, ...) est devenue une problématique importante de notre société. Dans ce contexte, des études préliminaires ont démontré l'intérêt et la faisabilité du développement de fours de cimenterie fonctionnant en oxycombustion afin d'augmenter la concentration en CO2 des effluents gazeux et donc de faciliter sa séquestration, sa réutilisation ou sa conversion en composés chimiques valorisables comme le méthanol. Cependant, une étape de purification de ce CO2 est indispensable et le procédé étudié se base sur trois unités : la désulfurisation/dénitrification, la déshydratation et la cryogénie[1].
Ce travail se concentre sur l'unité de déshydratation dont le but est de séparer l'eau contenue dans le flux riche en CO2 (83.9 mol% CO2, 15.9 mol% inertes et 0.2 mol% H2O) provenant de l'unité de déSOx/déNOx et entrant dans l'unité cryogénique afin d'éviter la formation de glace aux basses températures. Pour accomplir cette déshydratation, un procédé TSA (Temperature Swing Adsorption)[2] utilisant des zéolites 5A, 13X et du gel de silice a été choisi.
La première étape de ce travail concerne l'étude thermodynamique des trois adsorbants basée sur les relevés expérimentaux des isothermes en corps purs à 30°C et pour des pressions variant de 0 - 40 bar pour le CO2 et de 0 - p/p0=0.99 pour H2O. Une étude cinétique est également envisagée afin de déterminer les paramètres cinétiques présents dans le modèle LDF (Linear Driving Force). Finalement, un modèle de simulation est implémenté sous Aspen Adsorption® et basé sur ces résultats expérimentaux. Les premiers résultats ont montré que la zéolite 5A semble être le plus prometteur des adsorbants pour cette application avec ses capacités maximales d'adsorption de 0.243 et 10.59 mol/kg pour le CO2 et H2O respectivement ainsi que son temps de percée le plus long (40h50 à 30°C, 1 bar et un GHSV de 17.900s-1).
Un autre point important de cette étude est de considérer l'aspect énergétique de ce procédé TSA, directement lié à la nature de l'adsorbant sélectionné ainsi qu'à la température requise pour sa régénération (environ 300°C pour les zéolites à comparer à 150°C pour les gels de silice). La durée des différentes étapes du procédé TSA seront également optimisées afin de réduire la demande énergétique globale de cette unité.
