Prediction of Phase Equilibria Associated with Hydrotreating Process of Biomass by GC-PPC-SAFT Equation of State

par Thi Kim Hoang Trinh

Thèse de doctorat en Genies des procédés

Soutenue le 25-09-2015

à Sorbonne Paris Cité , dans le cadre de École doctorale Galilée (Villetaneuse, Seine-Saint-Denis) , en partenariat avec Université Paris 13 (établissement de préparation) et de Laboratoire des Propriétés Mécaniques et Thermodynamiques des Matériaux (laboratoire) .

Le président du jury était Dominique Vrel.

Le jury était composé de Rafael Lugo, Erich Muller.

Les rapporteurs étaient Joachim Gross, Patrice Paricaud.

  • Titre traduit

    Prédiction des équilibres de phase associés à l'hydrotraitement de la biomasse par l'équation d'état GC-PPC-SAFT


  • Résumé

    L'objectif de cette thèse est de développer un outil prédictif pour calculer les équilibres vapeur-liquide (VLE) associé à l'opération d'hydrotraitement à partir de biomasse pour la simulation de processus. La construction d'une base de données de solubilité fiables d'hydrogène et d'autres gaz d'hydrotraitement ont été réalisées. Le modèle utilisé a pour base l’équation Groupe Contribution- Polar Perturbed Chain - statistique Associer Fluid Theory (GC-PPC-SAFT), qui est version de PC-SAFT combiné avec la contribution de groupes proposé par Tamouza et un terme polaire développé par Nguyen Huynh. Des tests systématiques ont été effectué pour différents mélanges gaz + d'alcools, aldéhydes, esters, éthers, cétones, ... Une nouvelle contribution non-additif a été proposé sur la base des réflexions sur les interactions répulsives et l’effet de volume libre. Le modèle a été validé notamment par des simulations Monte Carlo. Ce terme non additif a été intégré dans GC-PPC-SAFT et testé pour les systèmes contenant de l'hydrogène. La méthode de contribution de groupes a été étendue au paramètre de ce nouveau terme. Des écarts moyens sur la constante de Henry sont en accord avec l'incertitude expérimentale (~ 10%). Nous avons également examiné la prédiction d’ autres gaz i.e. CO, H₂ S, NH₃ en utilisant GC-PPC-SAFT. Un paramètre associatif transversale a été utilisé pour des systèmes contenant H₂ S et NH₃. Les résultats sont tout à fait acceptable et cohérent avec l'incertitude expérimentale (~20%).


  • Résumé

    The main objective of this thesis is to develop a predictive tool to compute the vapor-liquid equilibria (VLE) associated with hydrotreating operation from biomass for process simulation. The construction of a reliable database of hydrogen and the other hydrotreating gases solubilities have been done. The model used based on the Group Contribution – Polar Perturbed Chain – Statistical Associating Fluid Theory (GC-PPC-SAFT), which is PC-SAFT combined with the group contribution proposed by Tamouza and a polar term developed by Nguyen Huynh. The systematic tests have been perform for mixtures of alcohols, aldehydes, esters, ethers, ketones,… A new non-additive contribution has also been proposed based on the reflections on the repulsive interactions and the free volume effect. The model development are validated by Monte Carlo simulations. This non-additive term has been integrated in GC-PPC-SAFT Equation of state and tested for systems containing hydrogen. Group contribution method has been extended to its parameter. Average deviations on Henry’s constant are within the experimental uncertainty (~10%). We also have performed the prediction of the other gases i.e. CO, H₂S, NH₃ solubility using GC-PPC-SAFT. A cross associative parameter has been used for systems containing H₂S and NH₃. The results are quite acceptable and within the experimental uncertainty (~20%).


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