Modélisation thermodynamique des mélanges liés aux systèmes de réfrigération à absorption et au captage de CO2

Thermodynamic modelling of mixtures related to absorption refrigeration systems and CO2 capture

• Auteur / Autrice : Yicang Guo
• Direction : Patrice Paricaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 04/10/2024
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'Institut polytechnique de Paris
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau). Unité de Chimie et Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Établissement opérateur d'inscription : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau ; 1970 -....)
• Jury : Président / Présidente : Johnny Deschamps
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Céline Houriez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Ballerat, Pierre Millet
• DOI : 10.70675/f9eb6d31z53a7z45bcz83afz4d9ff5b882a6

Mots clés

Mots clés contrôlés

Équilibre thermodynamique

Dioxyde de carbone

Équations d'état

Réfrigération

Électrolytes

Mots clés libres

Modèles thermodynamiques

Solution électrolytique

Équilibre de phases

Couples de travail

Captage du carbone

Thermodynamic models

Electrolyte solution

Phase equilibria

Working pairs

Carbon capture

Résumé

Les émissions de CO2 provenant des activités industrielles ont été un facteur majeur de la hausse rapide des températures mondiales au cours du siècle dernier. La menace du réchauffement climatique a poussé la plupart des pays industrialisés à s'engager à réduire les concentrations de CO2. Cette thèse est consacrée à deux thèmes liés à la réduction des émissions de CO2. La première partie consiste à utiliser des systèmes de pompes à chaleur à absorption pour convertir l'énergie de basse qualité en énergie de haute qualité, augmentant ainsi l'efficacité énergétique des systèmes industriels, réduisant la consommation d'énergie et les émissions de CO2. Les données VLE des solutions IL-eau ont été corrélées en utilisant les modèles NRTL et e-NRTL. Des calculs supplémentaires ont été effectués pour évaluer les performances des fluides de travail dans les ARS sous différentes conditions de fonctionnement. Les résultats indiquent que la paire de travail sélectionnée présente de bonnes performances et un potentiel de remplacement des paires traditionnelles.La deuxième partie de la thèse se concentre sur la modélisation des mélanges contenant du CO2 , and particulier les mélanges avec les alcanes et les fluides frigorigènes. La version multipolaire de l’équations d'état SAFT-VR Mie a été choisie pour étudier le comportement de phase et les propriétés de transport de ces mélanges. Un modèle prédictif pour ces mélanges a ainsi été développé, afin de déterminer leurs équilibres entre phase. Un très bon accord avec les données expérimentales de corps pur et des mélanges est obtenu, démontrant le rôle important du terme multipolaire dans l’équation d’état.

CO2 emissions from industrial activities have been a major factor in the rapid rise in global temperatures over the last century. The threat of global warming has prompted most industrialized countries to commit to reducing CO2 concentrations. This thesis focuses on two themes related to CO2 emission reduction. The first part is to use absorption heat pump systems to convert low-grade energy into high-grade energy, thereby increasing the energy efficiency of industrial systems, reducing energy consumption and CO2 emissions. The ELV data of IL-water solutions were correlated using NRTL and e-NRTL models. Additional calculations were performed to evaluate the performance of working fluids in ARS under different operating conditions. The results indicate that the selected working pair has good performance and potential to replace traditional pairs.The second part of the thesis focuses on the modeling of mixtures containing CO2, and in particular mixtures with alkanes and refrigerants. The multipolar version of the SAFT-VR Mie equation of state was chosen to study the phase behaviour and transport properties of these mixtures. A predictive model for these mixtures was thus developed, in order to determine their phase equilibria. A very good agreement with the pure component and mixture experimental data is obtained, demonstrating the important role of the multipolar term in the equation of state.