Caractérisation thermochimique du système C02-N0x-02-H20 sous pression

Thermochemical characterization of the CO2-NOx-O2-H2O system under pressure

• Auteur / Autrice : Esther Neyrolles
• Direction : Pierre Cézac, François Contamine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 29/10/2019
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de thermique, énergétique et procédés (Pau) - LABORATOIRE DE THERMIQUE ENERGETIQUE ET PROCEDES (EA1932) / LATEP
• Jury : Président / Présidente : Marie-Hélène Manero
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Cézac, François Contamine

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monoxyde d'azote

Dioxyde de carbone

Gaz de combustion

Mots clés libres

Dioxyde de carbone

Oxydes d’azote

Équilibres liquide vapeur et thermochimique

Oxydation du monoxyde d’azote

Constante de Henry

Carbon dioxide

Nitrogen oxides

Liquid vapor and thermochemical equilibriums

Nitric oxide oxidation

Henry constant

Résumé

La séquestration des fumées de dioxyde de carbone provenant des usines de production d'énergie par oxy-combustion est utilisée pour réduire considérablement les émissions de dioxyde de carbone. Des impuretés telles que les oxydes d’azote, de soufre, l’eau et l’oxygène sont présentes dans les fumées. Pour produire du dioxyde de carbone selon les spécifications requises pour le stockage, les fumées de combustion doivent être traitées. Au cours de toutes les étapes du processus de purification du dioxyde de carbone, les oxydes d’azote sont en présence d’oxygène et d’eau à l’état vapeur ou à l’état aqueux. Par conséquent, pour dimensionner l’unité de traitement du dioxyde de carbone, il est important de connaître l'évolution de la composition du mélange, et en particulier la formation d'acide nitrique et d'acide nitreux dans la phase aqueuse.Air Liquide et le LaTEP travaillent ensemble sur cette problématique depuis plusieurs années. Les travaux présentés dans ce manuscrit découlent de cette collaboration. Le but de la thèse est d’étudier d’une part, l’équilibre thermochimique et liquide vapeur du monoxyde d’azote en présence d’eau, de dioxyde de carbone et d’oxygène et d’autre part, la formation des acides nitreux et nitrique.Dans une première partie, une synthèse bibliographie des études sur les systèmesCO2-H2O et NOx-H2O a été réalisée, avec également une étude de la réaction d’oxydation du monoxyde d’azote en dioxyde d’azote. Dans une deuxième partie, le dispositif expérimental ainsi que les méthodes d’analyse mises en place ont été décrits. Pour finir, les résultats obtenus sont présentés et analysés. Les mesures obtenues par l’analyse de la phase aqueuse et un mécanisme réactionnel approprié permettent, notamment, d'estimer la concentration de tous les oxydes d'azote présents dans la phase aqueuse.

The sequestration of carbon dioxide fumes from oxy-fuel combustion units is used to reduce significantly the carbon dioxide emissions in the atmosphere. Impurities like nitrogen oxides, sulfur oxides, water and oxygen can cause technical difficulties during the capture, the treatment, the transport and the storage steps of the carbon dioxide fumes. To produce carbon dioxide at specifications required for storage, the flue gas has to be treated. During all the steps of the carbon dioxide purification process, the nitrogen oxides are in the presence of residual oxygen and water in the vapor state or in the aqueous state. Consequently, to design the process, it is important to know the evolution of the composition of the mixture and in particular, the formation of nitric acid and nitrous acid in the aqueous phase and the distribution of the nitrogen oxides in the vapor phase.Air Liquide and the LaTEP are working together on this problematic for several years. The works presented in this manuscript derive from this collaboration. The aim of the thesis is to study on one hand the thermochemical and liquid vapor equilibrium of nitric oxide in the presence of water, carbon dioxide and oxygen and on the other hand the formation of nitrous and nitric acids.In the first part, a bibliography of the studies on CO2-H2O and NOx-H2O systems is made, with a study of the nitric oxide oxidation to nitrogen dioxide. In a second part, the experimental set-up as well as the methods of analysis of the aqueous and the gas phase put in place have been described. Finally, the results obtained are presented and analyzed in the last part of the manuscript. The measurements obtained by the analysis of the aqueous phase and an appropriate reaction mechanism make it possible to estimate the concentration of all the nitrogen oxides present in the aqueous phase.