Carbonate de propylène pour le traitement des gaz

Le PC circule entre absorption et régénération

Le carbonate de propylène (PC) peut absorber physiquement le CO₂ dans un procédé conçu à cet effet. Le Fluor Solvent Process publié par Fluor utilise PC pour mettre en contact gaz chargé en CO₂ et liquide : une partie du CO₂ passe en phase liquide. La solution riche est régénérée, libère du gaz et devient une solution pauvre à charge plus faible qui retourne à l’absorption.

Riche et pauvre décrivent la charge gazeuse du même liquide à deux endroits du circuit, pas deux matières premières. La solution régénérée peut encore contenir du CO₂. Il faut donc comparer les charges avant et après absorption plutôt que supposer un départ avec du PC totalement dégazé à chaque tour. La matière neuve n’est qu’une partie de l’inventaire ; l’état circulant relie le fonctionnement continu.

L’absorption physique dépend de la dissolution du gaz et de l’évolution de l’équilibre, contrairement aux procédés à amines reposant surtout sur des réactions réversibles. Tous deux nécessitent absorption et régénération, mais leurs forces motrices, compositions circulantes et régénérations diffèrent. Remplacer une amine par le même volume de PC ne conserve donc pas le même procédé.

Références techniques: [1]

Regarder d’abord la pression partielle de CO₂, puis la pression totale

Dans l’approximation du gaz parfait, p_CO₂=y_CO₂×P_totale, où y_CO₂ est la fraction molaire dans la même phase gazeuse et P_totale doit être absolue. Si une fraction volumique approche la fraction molaire, état et base sèche ou humide doivent rester identiques. Une pression totale élevée ne garantit pas une pression partielle élevée du gaz visé ; la composition compte aussi.

Exemple purement hypothétique : la source A a une pression absolue totale de 40 bar et 1% molaire de CO₂, soit environ 0,4 bar de pression partielle. La source B a 10 bar et 10% de CO₂, soit environ 1 bar. B a une pression totale inférieure mais une pression partielle supérieure. Ces valeurs ne sont pas des conditions recommandées et ne prouvent pas que B soit plus économique dans une installation complète.

Une composition en gaz sec multipliée par une pression de gaz humide peut mélanger les bases. À haute pression, fugacité ou autre traitement de non-idéalité peuvent être nécessaires. Ce produit explique la notion de pression partielle, sans remplacer un modèle réel d’équilibre gaz-liquide ou la conception du procédé.

La pression partielle n’est pas la seule condition. La charge déjà présente dans le liquide, la position du contact et la température influencent la force motrice de transfert. Composition gazeuse et charge liquide évoluent le long de l’absorbeur. La seule pression totale d’entrée ne dit pas si la sortie atteindra l’objectif.

Références techniques: [2]

Libérer le gaz pour pouvoir absorber de nouveau

Fluor décrit une détente par étapes et des régénérations par vide ou stripping. La baisse de pression libère une partie du gaz dissous, puis la solution pauvre retourne à l’absorbeur. Les gaz des différentes étapes peuvent exiger récupération ou traitement supplémentaire. C’est l’organisation du procédé publié, pas une combinaison d’équipements obligatoire pour toute installation PC.

La température entre aussi dans le compromis. Selon Fluor, abaisser la température d’absorption augmente la capacité d’accueil du CO₂ dans son procédé et influence la circulation nécessaire. Mais cela peut accroître la réfrigération et modifier écoulement et transfert. Une meilleure capacité d’absorption n’implique pas automatiquement une moindre consommation totale.

Régénérer plus profondément peut réduire la charge pauvre et offrir plus de capacité au tour suivant. Vide, stripping ou récupération du gaz peuvent cependant augmenter les charges. L’objectif n’est pas isolément une solution aussi riche ou aussi pauvre que possible, mais un cycle durable adapté au gaz, à la purification visée et aux équipements.

Références techniques: [2]

Ce qu’apporte la capacité de travail au-delà d’une solubilité ponctuelle

Sur une même base, la capacité de travail est la charge riche moins la charge pauvre après régénération. La différence a un sens direct si les deux sont par exemple en mol CO₂/kg de solvant. Une valeur par kilogramme de solution riche ne doit pas être soustraite d’une autre par kilogramme de solvant pur. La capacité indique le gaz effectivement emporté par unité de solvant à chaque tour.

Supposons un cycle A avec charges riche et pauvre de 2,0 et 1,5 mol/kg de solvant : sa capacité vaut 0,5 mol/kg. Pour B, 1,6 et 0,8 mol/kg donnent 0,8 mol/kg. B présente une charge riche inférieure mais une différence supérieure. Ces nombres pédagogiques ne sont pas des mesures de PC et ne prouvent pas que B consomme moins ou coûte moins.

Dans un bilan simplifié sans pertes ni autres variations, circulation de solvant multipliée par différence de charge explique la quantité de CO₂ transportée par unité de temps. L’équipement réel est aussi limité par vitesse de transfert, surface de contact, répartition gaz-liquide et séjour. Une capacité d’équilibre suffisante ne prouve pas que l’équilibre soit atteint dans un équipement fini. La capacité de travail aide à comprendre le cycle sans remplacer son dimensionnement.

Références techniques: [2]

Coabsorption, eau et périmètre énergétique

L’absorption du gaz cible impose aussi de considérer les autres composants. Fluor relie une solubilité relativement faible des hydrocarbures légers à la récupération des gaz de détente : les pertes de coabsorption doivent donc entrer dans l’évaluation. Faible ne signifie pas nulle. Si le gaz libéré contient des constituants valorisables, leur récupération et destination influencent l’utilisation matière et la compression ultérieure.

Le document indique aussi que le liquide peut absorber l’eau du gaz. L’eau n’est donc pas seulement un chiffre de contrôle de matière neuve : elle peut être apportée continuellement. La composition circulante résulte des entrées, sorties et appoints de l’installation. Les faibles limites d’eau des solvants de batteries ne s’appliquent pas mécaniquement à tout traitement de gaz.

L’absence de chauffage externe de régénération décrite par Fluor ne signifie pas énergie nulle. Pompes, froid, vide, récupération et compression peuvent consommer. Une comparaison doit préciser si elle porte sur la seule régénération ou l’ensemble capture-traitement. Supprimer un poste thermique ne démontre pas un total nul.

Matière neuve et liquide circulant sont également distincts. La spécification neuve décrit remplissage ou appoint ; le liquide circulant subit aussi contaminants du gaz, contact avec les équipements et historique. Une évolution de purification exige de rapprocher composition gazeuse, température, pression, débit circulant et régénération. Nom de matière ou volume d’appoint ne suffisent pas à établir la cause. Une faible pression de vapeur ne signifie ni absence de pertes dans tous les régimes ni absence de protection personnelle.

Références techniques: [1] [2]

Relier spécification matière et comportement de l’installation

Lixing fournit PC selon des besoins pouvant être discutés sur la base de la spécification reconnue par le concepteur. Choix de l’absorbant, licence du procédé, capacités et objectifs de purification relèvent du projet. Une matière conforme répond aux exigences d’entrée ; un cycle adapté d’absorption et de libération permet son action continue avec le gaz donné.