Investigation des équilibres de phases à basses températures incluant des solides moléculaires : application à la production du GNL

Investigation of the low temperatures phase equilibria involving molecular solids : application to LNG production

• Auteur / Autrice : Salem Hoceini
• Direction : Paolo Stringari
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Soutenance le 10/12/2021
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Thermodynamique des procédés. Fontainebleau
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure des mines (Paris ; 1783-....)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Noël Jaubert
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Paolo Stringari, Marcelo Zabaloy, Jean-Luc Daridon, Marco Campestrini
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laura, Annamaria Pellegrini, J. P. Martin Trusler

Mots clés

Mots clés contrôlés

Basses températures -- Recherche

Loi des phases et équilibre

Industrie

Gaz naturel liquéfié

Mots clés libres

Équilibres solide-fluide

Mesures experimentales

Modélisation

Cryogénie

Gnl

Solid-fluid equilibria

Experimental measurements

Modeling

Cryogenics

Lng

Résumé

Cette thèse vise à étudier les équilibres de phases incluant les solides moléculaires à basses températures (de la température ambiante à environ 100 K) grâce à des mesures originales et le développement de modèles thermodynamiques précis. Les équilibres solide-fluide de plusieurs systèmes d’intérêt scientifique et industriel ont été mesuré sur une large gamme de températures.De plus, une nouvelle cellule permettant d’éliminer certains inconvénients de nos appareillages existants a été développée et validée grâce à des mesures d’équilibre solide-fluide du système éthane+benzène qui ont été en bon accord avec les données de la littérature. Parallèlement aux travaux expérimentaux, les pistes d’amélioration de la représentation et la prédiction des diagrammes de phases incluant les solides moléculaires quand l’équation d’état cubique de Peng Robinson est couplée avec l’approche classique ont été explorées.Les résultats obtenus dans cette thèse ont permis, d’une part, d'acquérir de nouvelles connaissances sur les diagrammes de phases globaux et les équilibres solide-fluide de plusieurs mélanges, et d’autre part, de fournir des données précises sur les limites de solubilité de certains composants dans le gaz naturel. Cela permet d’adopter des limites de purification optimales du gaz naturel avant sa liquéfaction, ce qui améliore la sécurité et la rentabilité des unités de liquéfaction du gaz naturel.

This thesis aims at investigating the phase equilibrium including molecular solids at lowtemperatures (from ambient temperature to about 100 K) thanks to original measurements and thedevelopment of accurate models. The solid-fluid equilibria of several systems of scientific and industrial interest have been studied over a wide temperature range. In addition, a new equilibrium cell allowing overcoming some drawbacks and limitations of our existing equipment has been designed and built, this new apparatus has been validated by performing solid-fluid equilibrium measurements of the ethane+benzene system, which have shown a good agreement with respect to the available literature data. Concurrently, the possibilities of improving the representation and the prediction of phase diagrams including molecular solids when Peng Robinson cubic equation state is coupled with the classical approach have been explored.The results obtained in this thesis allowed acquiring new knowledge about the global phase diagrams and the solid-fluid phase equilibria of several mixtures. In addition, this investigation allowed providing accurate values of the solubility limits of certain components in natural gas; this allows adopting optimal purification limits for natural gas before the liquefaction, and thus improving the safety and profitability of the natural gas liquefaction units.