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

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2014-10-23 - Colloque/Présentation - poster - Français - 0 page(s)

Laribi Sinda, Meunier Nicolas, Dubois Lionel , De Weireld Guy , Thomas Diane , "Simulation d'un procédé de purification du CO2 provenant d'unités de capture en oxycombustion appliquée aux cimenteries" in Journée des jeunes chercheurs, Ecole doctorale GEPROC, Université de Mons, Belgique, 2014

  • Codes CREF : Traitement des effluents gazeux (DI3843), Génie chimique (DI2721), Chimie (DI1300)
  • Unités de recherche UMONS : Génie des Procédés chimiques et biochimiques (F505)
  • Instituts UMONS : Institut de Recherche en Energétique (Energie)

Abstract(s) :

(Français) D’après le GIEC, le réchauffement climatique est majoritairement dû à l'augmentation au sein de l’atmosphère de la teneur en gaz à effet de serre d'origine anthropique, et en particulier aux rejets de CO2. Au sein de l’industrie cimentière, le processus de fabrication du ciment en four de combustion classique (utilisant l’air comme comburant) ou fonctionnant en oxycombustion (utilisant l’oxygène comme comburant), provoque l’émission de fumées composées principalement de CO2, mais aussi de N2, O2, Ar, NOX, SOX, ces deux derniers composés étant des polluants dont l’émission à l’atmosphère est à contrôler et à réduire. L’une des solutions pour réduire les émissions de CO2 de l’industrie cimentière est sa capture en vue de sa conversion en éléments valorisables. La présente étude se focalise sur l’application d’un tel procédé aux fumées issues de fours de cimenteries fonctionnant en oxycombustion. Plus précisément, pour obtenir du CO2 avec un niveau de pureté suffisant pour sa conversion, il est nécessaire de le purifier en le séparant des autres constituants gazeux. Afin de traiter le CO2 provenant des unités d’oxycombustion et enlever les composés nitrés et soufrés, plusieurs méthodes ont été étudiées : les laveurs alcalins pour enlever les nitrites [1], la technologie développée par Air Liquide nommée « CRYOCAP » [2], le « Lead Chamber process » ou procédé de la chambre à plomb destiné à éliminer les SOx et les NOx en produisant des solutions acides [3], et le « CO2 Processing Unit » développée par Praxair [4]utilisant des lits de charbon actif comme absorbants et catalyseurs pour l’élimination de SO2 et NO et la production respective de H2SO4 et HNO3. Dans ce contexte, l’étude a porté sur la modélisation via le logiciel Aspen Plus d’un procédé de Dé-NOX et Dé-SOX, nommé « Sour Compression Unit », développé au départ pour des centrales thermiques. Le principe de ce procédé est le suivant : le gaz issu des fumées d’oxycombustion est envoyé dans deux tours d’absorption fonctionnant à deux niveaux de pressions différents, la première opérant à 15 bar et la seconde à 30 bar, où il est mis en contact à contre-courant avec de l’eau, la température de 30°C étant maintenue constante. Au sein de ces absorbeurs, plusieurs réactions ont lieu entre les oxydes de soufre, les oxydes d’azote et l’eau. Celles-ci peuvent être réversibles ou irréversibles, se déroulant en phase gazeuse et/ou en phase liquide et aboutissant à des dérivés soufrés et nitrés de différents degrés d’oxydation. Un modèle réactionnel a donc été choisi afin de simuler cette élimination de SOx sous forme d’acide sulfurique et de NOx sous forme d’acide nitrique. Les premières simulations effectuées qui comparaient l’efficacité du procédé et les consommations énergétiques en considérant une composition de gaz issu d’une centrale thermique d’une part, et d’une cimenterie d’autre part, toutes deux fonctionnant en oxycombustion, ont permis de montrer que le procédé « Sour Compression Unit » est applicable à l’industrie cimentière. Les résultats de cette simulation ont montré que ce procédé permet d’éliminer 100 % des composés soufrés et 99.7 % des composés nitrés. Néanmoins, les conditions de pressions élevées et les changements de température au niveau du procédé entrainent une demande énergétique non négligeable. Une étude paramétrique sur les conditions opératoires a quant à elle permis d’optimiser le procédé en faisant varier, notamment, les débit de gaz et de liquide, le taux de recirculation ainsi que la température et les pressions opératoires. En perspective à cette étude, les autres phases du procédé de purification du CO2, à savoir la déshumidification du gaz et sa purification finale par cryogénie, seront également simulées afin d’évaluer l’efficacité et le coût énergétique du procédé de purification dans sa globalité.