Etude thermodynamique de la dissolution du dioxyde de carbone dans des solutions aqueuses d'alcanolamines

This PhD thesis is focused on studying enthalpy of solution of carbon dioxide in aqueous amine solutions. In order to develop theoretical models describing the {CO2-amine-water} systems under process conditions, reliable experimental data for solubility and enthalpy are required. In this study, we used a custom-made flow mixing unit in the SETARAM C-80 calorimeter to measure the enthalpy of solution of CO2 in five aqueous amine solutions (2-Amino-2-methyl-1-propanol (AMP), monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA) and methyldiethanolamine (MDEA)) (15 and 30 wt%) at temperatures between 322.5 K and 372.9 K and pressures from 0.5 to 5 MPa. Literature data were used to derive two VLE thermodynamic models (a simple one and a rigorous one). The first model treats the CO2 absorption by one single reaction, while the second takes into account all reactions occurring at equilibrium. The simple model reproduces our experimental enthalpies to within 10%, while the full chemical equilibrium treatment reproduced our data to within 5-20% depending on the amine selected. The enthalpy calculation in the rigorous model is strongly dependent of the literature values used for the amine protonation reaction. Accurate protonation constant measurements are needed to resolve this issue.Cette thèse porte sur l'étude de l'enthalpie de dissolution du dioxyde de carbone dans des solutions aqueuses d'amine. Pour développer des modèles théoriques décrivant les systèmes (CO2-amine-eau) pour les conditions appliquées aux procédés industriels, il est nécessaire d'avoir des données expérimentales reliant la solubilité et l'enthalpie. Dans cette étude, nous avons utilisé une unité de mélange construite au laboratoire que nous avons adapté à un calorimètre SETARAM C-80 pour mesurer l'enthalpie de solution du CO2 dans cinq solutions aqueuses d'amine, (la 2-Amino-2-méthyl-1-propanol (AMP), la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA), la triéthanolamine (TEA) et la méthyldiéthanolamine (MDEA) (15 et 30 mass%) à des températures comprises entre 322.5 K et 372.9 K et des pressions allant de 0.5 à 5 MPa. Les données de la littérature ont été utilisées pour ajuster deux modèles thermodynamiques d'équilibre de phases (un simple et un rigoureux). Le premier modèle résume l'absorption du CO2 par une seule réaction, tandis que le second prend en compte toutes les réactions à l'équilibre. Le modèle simple reproduit nos enthalpies expérimentales à plus ou moins 10%, tandis que le modèle rigoureux reproduit nos données avec un écart compris entre 5 et 20% selon l'amine considérée. Le calcul de l'enthalpie dans le modèle rigoureux est fortement dépendant des données de la littérature utilisées pour la réaction de protonation de l'amine. Ceci souligne la nécessité d'acquérir de nouvelles données expérimentales sur ces constantes d'équilibre pour améliorer le modèle

Etude thermodynamique de la dissolution du dioxyde de carbone dans des solutions aqueuses d'alcanolamines

Cette thèse porte sur l'étude de l'enthalpie de dissolution du dioxyde de carbone dans des solutions aqueuses d'amine. Pour développer des modèles théoriques décrivant les systèmes (CO2-amine-eau) pour les conditions appliquées aux procédés industriels, il est nécessaire d'avoir des données expérimentales reliant la solubilité et l'enthalpie. Dans cette étude, nous avons utilisé une unité de mélange construite au laboratoire que nous avons adapté à un calorimètre SETARAM C-80 pour mesurer l'enthalpie de solution du CO2 dans cinq solutions aqueuses d'amine, (la 2-Amino-2-me thyl-1-propanol (AMP), la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA), la triéthanolamine (TEA) et la méthyldiéthanolamine (MDEA) (15 et 30 mass%) à des températures comprises entre 322.5 K et 372.9 K et des pressions allant de 0.5 à 5 MPa. Les données de la littérature ont été utilisées pour ajuster deux modèles thermodynamiques d'équilibre de phases (un simple et un rigoureux). Le premier modèle résume l'absorption du CO2 par une seule réaction, tandis que le second prend en compte toutes les réactions à l'équilibre. Le modèle simple reproduit nos enthalpies expérimentales à plus ou moins 10%, tandis que le modèle rigoureux reproduit nos données avec un écart compris entre 5 et 20% selon l'amine considérée. Le calcul de l'enthalpie dans le modèle rigoureux est fortement dépendant des données de la littérature utilisées pour la réaction de protonation de l'amine. Ceci souligne la nécessité d'acquérir de nouvelles données expérimentales sur ces constantes d'équilibre pour améliorer le modèleCLERMONT FD-BCIU Sci.et Tech. (630142101) / SudocSudocFranceF

Enthalpy of solution and solubility of CO2 in aqueous alkanolamine solutions

Poster communicatio

Enthalpy of solution of CO2 in aqueous solutions of 2-amino-2-methyl-1-propanol

International audienc

Thermodynamic and Experimental Study of the Energetic Cost Involved in the Capture of Carbon Dioxide by Aqueous Mixtures of Commonly Used Primary and Tertiary Amines

International audienc

Modélisation thermodynamique des enthalpies d'absorption du CO2 par des solutions aqueuses d'amines

International audienceLes procédés envisagés pour le captage du dioxyde de carbone dans les fumées post-combustion reposent généralement sur une absorption par des solutions aqueuses d'amines (Lecomte et al., 2010). Pour être intégrer sur sites industriels, le coût de ces procédés de captage doit être minimisé. Des recherches sont menées sur le choix des amines pour une minimisation de l'énergie requise dans les unités de régénération. L'étude thermodynamique de l'absorption du dioxyde de carbone est basée sur des mesures expérimentales (Arcis et al., 2008,2009 et Rodier et al., 2010) et le développement de modèles théoriques rigoureux (Vallée et al., 1999, Arcis et al., 2009, Kim et al., 2009). Elle permet la corrélation et la prévision des capacités d'absorption et des énergies mises en jeu en fonction de paramètres tels que le type d'amine, la température ou la pression en CO2. L'étude porte sur la performance de la modélisation thermodynamique pour la prévision des équilibres de phases et des enthalpies d'absorption. La modélisation correcte des systèmes {CO2 - eau - amine) nécessite une importante base de données expérimentales incluant les constantes d'équilibre des réactions mises en jeu et des résultats de spéciation en solutio

Modélisation thermodynamique des enthalpies d'absorption du CO2 par des solutions aqueuses d'amines.

International audienceLes procédés envisagés pour le captage du dioxyde de carbone dans les fumées post-combustion reposent généralement sur une absorption par des solutions aqueuses d'amines (Lecomte et al., 2010). Le mécanisme d'absorption combine une réaction acido-basique avec l'amine et une dissolution physique du CO2. La réversibilité de ces mécanismes doit permettre la régénération de la solution d'amine dans un procédé fonctionnant en cycles. Pour être intégrer sur site industriels, le coût des procédés de captage doivent être minimisé. Des recherches sont ainsi menées sur le choix des amines pour une minimisation de l'énergie requise dans les unités de régénération. Cette énergie sera reliée à l'enthalpie d'absorption de CO2. L'étude thermodynamique de l'absorption du dioxyde de carbone est basée sur des mesures expérimentales (Arcis et al., 2008,2009 et Rodier et al, 2010) et le développement de modèles théoriques (Vallée et al., 1999, Arcis et al., 2009, Kim et al., 2009). Elle permet la corrélation et la prévision des capacités d'absorption et des énergies mises en jeu en fonction de paramètres tels que le type d'amine, la température ou la pression en CO2. Les modèles thermodynamiques sont représentatifs des équilibres de phases dans un système {CO2-eau-amine}. Dans les modèles la non-idéalité est prise en compte par le calcul des coefficients d'activité dans la phase liquide, et des coefficients de fugacité dans la phase gazeuse. Le développement de ces modèles rigoureux est complexe à cause du nombre réactions chimiques intervenant dans l'absorption et du nombre de composés présent dans le système à l'équilibre. L'étude porte sur la performance de la modélisation thermodynamique pour la prévision des équilibres de phases et des enthalpies d'absorption. La modélisation correcte de ces systèmes {CO2 - eau - amine) nécessite une importante base de données expérimentales incluant les constantes d'équilibre des réactions mises en jeu et des résultats de spéciation en solution

Experimental determination of enthalpy of dissolution and solubility of CO2 in aqueous 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP)

Communication oral

Enthalpy of Solution of Carbon Dioxide in Aqueous Solutions of Monoethanolamine at Temperatures of 322.5 K and 372.9 K and Pressures up to 5 MPa

International audienceThe enthalpies of solution (Dsol H) of carbon dioxide (CO2) in two aqueous solutions (w = 0.1500 and w = 0.3000) of monoethanolamine (MEA) have been measured at two temperatures (322.5 K and 372.9 K) and pressures up to 5 MPa. Measurements were carried out by a flow calorimetric technique using a custom-made flow-mixing unit combined with a SETARAM C-80 isothermal differential heat-flux calorimeter. Enthalpies of solution of CO2 (Dsol H) have been obtained as function of loading R (moles CO2/mol amine). Solubility data of the gas into the different absorbent (s) were derived from the enthalpic data

Modelling of solubility and enthalpy of solution of CO2 in amines aqueous solutions.

COMMUNICATION ORALERemoval of acid gases is an important step of natural gases and industrial gas streams processing both from the economical and environmental of view. Aqueous solutions of alkanolamines are well known to be efficient chemical solvents for the CO2 capture. Reliable experimental data for solubility and enthalpy of solution of acid gases in aqueous solutions of alkanolamines are required for the design of gas treating equipments and to develop thermodynamic models describing this process. In this work a rigorous model to correlate both the solubility and the enthalpy of solution of CO2 in the absorbent solution is presented. It is based on a system of equations for the chemical and phase equilibria. The activity coefficients of both molecular and ionic species in the liquid phase are calculated from a modified Pitzer equation [1] and the fugacity coefficients in the vapor phase using a truncated Virial equation of state. The equilibrium constants for the chemical reactions and the Henry's law constant are obtained from different literature sources [2,3]. Selected interaction parameters in modified Pitzer equation are regressed from experimental and literature solubility data using the MINUIT code [4]. The enthalpies of solution are calculated from this model by temperature derivation of the equilibrium equations. The model is tested by comparing calculated enthalpies of solution with experimental enthalpies of solution in 15 and 30 wt% aqueous solutions of monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), 2-Amino-2-Methyl-1-Propanol (AMP) [5] and methyldiethanolamine (MDEA) [6]. The importance of the different enthalpic contributions associated to chemical reactions and physical equilibria will be discussed