Modélisation et conception de la capture de l'eau et de la dissociation du SO2 dans des fumées, par condensation à contact direct dans des packing structurés

par Rima El Hitti

Thèse de doctorat en Énergétique

Sous la direction de Denis Clodic.

Soutenue en 2007

à Paris, ENMP .

  • Titre traduit

    Modeling and design of water capture and SO2 dissociation from flue gases by direct contact condensation inside structured packing fills


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  • Résumé

    ﷡La condensation à contact direct dans des packing structurés est une nouvelle option technique dans le cadre des applications de dépollution des fumées impliquant simultanément le captage et refroidissement de l’eau. Le travail présenté dans cette thèse est développé pour des fumées de chaudière à charbon avec un système de captage du CO2 par refroidissement à basse température. Le traitement nécessite que l’eau soit capturée et refroidie entre 60 et 15 °C. Les coûts importants du captage de l’eau par les méthodes existantes ont conduit au de��veloppement d’un nouveau concept de captage de l’eau, à partir d’une condensation à contact direct avec de l’eau sous-refroidie dans des packing structurés. Le caractère innovant des travaux présentés réside non pas dans l’utilisation de packing structurés, qui est très courante dans les applications de transfert de masse, mais principalement dans l’exploitation des propriétés psychrométriques des fumées humides pour le captage de l’eau. En l’absence de littérature sur le sujet, une étude expérimentale des transferts de chaleur et de masse à l’intérieur d’un canal rectangulaire incliné est établie pour des températures variant entre 15 et 65 °C. L’étude a été réalisée pour un mélange de gaz saturés en contre-courant d’un film d’eau sous-refroidi. A ce niveau de températures le transfert de chaleur dû à la condensation domine, et des corrélations spécifiques à cette dernière sont développées. Une nouvelle approche est alors proposée afin de modéliser la condensation à contact direct dans des packing structurés. Cette approche a pour but une représentation simple d’un système complexe. Un banc d’essais expérimental à l’échelle du laboratoire permet de valider le modèle de la condensation à contact direct. Une nouvelle option de captage du SO2, émergeant de la condensation à contact direct, est alors étudiée. Une étude expérimentale sur l’absorption du SO2 par un film d’eau à vaguelettes est présentée, et le coefficient de transfert de masse dans le gaz fait l’objet du développement d’une corrélation. Un modèle de dissociation, fondé sur les résultats expérimentaux obtenus avec le film d’eau à vaguelettes, est mis en place pour simuler la dissociation du SO2 par condensation à contact direct dans des packing structurés. La nouvelle technique de captage de l’eau dans les fumées est évaluée dans le cas d’une chaudière à charbon de 660 MW. Pour ce cas particulier, la dissociation du SO2 pendant la capture de l’eau est quantifiée. L’utilisation de l’option de dissociation offre un potentiel de réduction de 40 % du coût global. Une étude expérimentale sur la condensation à contact direct de 15 à –40 °C teste la faisabilité à basse température des captages de l’eau et du SO2 en vue d’améliorations futures sur le système. ﷡

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Informations

  • Détails : 1 vol. (141 p.)
  • Notes : Thèse confidentielle jusqu’en décembre 2012
  • Annexes : Bibliographie 77 réf.

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