DI-UMONS : Dépôt institutionnel de l’université de Mons

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(titres de publication, de périodique et noms de colloque inclus)
2017-06-30 - Travail avec promoteur/TFE - Français - 125 page(s)

Bryans Timothée, Meunier Nicolas , Thomas Diane , De Weireld Guy , "Conversion catalytique du CO2 en méthanol", 2017-06-30

  • Codes CREF : Traitement des effluents gazeux (DI3843), Technologie de l'environnement, contrôle de la pollution (DI3841), Thermodynamique chimique (DI132C), Génie chimique (DI2721), Chimie (DI1300)
  • Unités de recherche UMONS : Génie des Procédés chimiques et biochimiques (F505), Thermodynamique, Physique mathématique (F506)
  • Instituts UMONS : Institut de Recherche en Energétique (Energie)

Abstract(s) :

(Français) Les cimenteries sont responsables de plus de 5% des émissions mondiales en CO2. Leurs fumées sont parmi les plus concentrées en dioxyde de carbone dans l’industrie. Les concentrations peuvent atteindre 25% molaire sur base sèche comparé à 14% pour des centrales au charbon. Ceci provient entre autres de la réaction de décarbonatation du calcaire pour la synthèse du clinker, composant principal du ciment. Ces teneurs élevées en CO2 prêtent d’autant plus les cimenteries à un traitement des fumées. En parallèle à la séquestration géologique du CO2 (CCS – Carbon Capture and Storage) qui est envisagée depuis plusieurs décennies, l’utilisation du CO2 (CCU – Carbon Capture and Utilization), bien qu’encore très peu implémentée, semble une voie plus viable à long terme. L’exploitation du CO2 capturé comme réactif pour la synthèse du méthanol est une des voies les plus prometteuses du point de vue économique et environnemental. Le méthanol présente une grande versatilité. Ses applications sont diverses et nombreuses que ce soit en tant que précurseur d’autres molécules à haute valeur ajoutée ou pour une utilisation directe comme solvant ou combustible. Sa synthèse pourrait également servir au stockage d’énergie sous forme chimique. Dans ce travail, réalisé dans le cadre de la Chaire ECRA, l’intérêt se porte à la synthèse de méthanol à partir de CO2 capturé des fumées de cimenteries et d’hydrogène produit sans émission carbone. L’accent est d’abord mis sur le choix d’un modèle cinétique permettant d’interpréter les réactions chimiques et sur l’étude des catalyseurs à base de cuivre pour la synthèse du méthanol. Deux catalyseurs (CuO/ZnO/Al2O3 et CuO/ZnO/ZrO2) sont caractérisés et un premier protocole de mise en forme par extrusion est développé. Un modèle théorique a été implémenté permettant d’obtenir les paramètres cinétiques par minimisation de l’écart entre les simulations et résultats expérimentaux. La partie « simulation » de ce modèle a été validée par comparaison avec des résultats de simulation obtenus avec le logiciel Aspen Plus V8.8. La validation de la partie « minimisation » du modèle devra attendre l’entrée en fonctionnement de l’unité pilote au sein du service de Thermodynamique et Physique Mathématique de la Faculté Polytechnique de Mons. Le travail s’est ensuite porté sur le procédé global de synthèse du méthanol comprenant les unités de synthèse et de purification du méthanol. Ce procédé, implémenté sous Aspen Plus a été amélioré de façon à optimiser tant les coûts d’investissement que les coûts opératoires. La réduction réalisée est de 2,5% concernant les coûts d’investissement et de plus de 45% pour les coûts opératoires. Enfin, un bilan économique global prenant en compte la capture du CO2 et la synthèse de l’hydrogène a permis de mettre en évidence la valeur seuil du coût de l’électricité 38 $/MWh pour permettre au procédé, tel que décrit, d’être rentable.