Réalisation et caractérisation du transport sélectif gazeux de contacteurs gaz-liquide à membrane (Selective transport of gases in gas-liquid membrane system)

par Maxim Shalygin

Thèse de doctorat en Génie des procédés et des produits

Sous la direction de Éric Favre, Vladimir Teplyakov et de Valery Khotimskii.

Soutenue le 26-04-2007

à Vandoeuvre-les-Nancy, INPL en cotutelle avec l'Académie des sciences de Russie (1992-....) , dans le cadre de RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement , en partenariat avec Laboratoire des sciences du génie chimique (Nancy) (laboratoire) .

Le président du jury était Vladimir Vorotyntsev.

Le jury était composé de Éric Favre, Vladimir Teplyakov, Valery Khotimskii, Vladimir Vorotyntsev, Pierre Aimar, Denis Roizard.

Les rapporteurs étaient Pierre Aimar, Vladimir Vorotyntsev.

mots clés

• Membrane
• Gaz
• Absorption
• Séparation
• Processus
• Polymères
• Modélisation
• Génie des procédés
• Séparation par membranes
• Gaz -- Absorption et adsorption
• Technique de la production
• Modèles mathématiques

Résumé

Ce travail rapporte l’étude de systèmes membranaires à valves sélectives (SMV), qui combinent les avantages des techniques de séparation par membrane et par absorption. La 1ère partie du mémoire présente l'étude du transport de matière en régime permanent et transitoire dans les SMV élaborés à partir de membranes polymères denses et de solution aqueuses. Dans la 2ème partie le développement d'un modèle mathématique original pour la simulation des SMV est proposé ainsi que son évaluation expérimentale pour les séparations CO2/CH4/H2, avec des solutions aqueuses confinées de K2CO3. Des améliorations simultanées de la perméabilité (˜ 4 fois) et de la sélectivité (>20 fois) ont été obtenues pour CO2 avec le mélange CO2/H2. Un logiciel basé sur un nouveau modèle de transport de gaz dans ces contacteurs membranaires prenant en compte la sorption physique et chimique dans la phase liquide a été développé pour le calcul de la perméabilité en régime transitoire ou permanent

mots clés

• Membrane
• Gaz
• Absorption
• Separation
• Processes
• Polymers
• Modelling
• Chemical Engineering

Titre traduit

Selective transport of gases in gas-liquid membrane system

Résumé

Combined gas-liquid membrane systems gather the advantages of membrane and absorption separation techniques. Specifically, selective membrane valves (SMV called flowing liquid membranes) were studied, i.e. creation, gas transport experiments, liquid nature and temperature dependences, and modelling. SMV use a flowing layer of liquid supported between two membranes. The 1st part of the dissertation reports the study of steady and non-steady state gas transports in SMV built out dense polymeric membranes. In the 2nd part is given the development of an original mathematical model for SMV simulation and its experimental assessment for CO2/CH4/H2 mixtures with aqueous solutions of K2CO3. From systematic studies of steady and non-steady state processes, both in flow-through and circulating modes, it was found that increasing of temperature and liquid carrier concentration (K2CO3) leads to the simultaneous rise of permeability and selectivity during CO2 recovery from CO2/H2 mixture