Employés dans certains équipements de traitement, comme les colonnes de purification de gaz industriels, les garnissages structurés sont des empilements ordonnés de plaques métalliques ondulées qui favorisent le contact entre le gaz et un liquide circulant, tout en minimisant la perte de charge. Les surfaces développées des plaques peuvent atteindre plusieurs centaines de mètres carrés par unité de volume. Le liquide qui absorbe et transforme l’élément à capter s’y écoule sous la forme de films laminaires tandis que l’écoulement du gaz est turbulent. Mon mémoire d’HDR synthétise les travaux de recherches relatifs aux colonnes à garnissages structurés, dans lesquels j’ai été impliqué en tant que chercheur, puis comme chef de projet.
Pour dimensionner et optimiser les installations, il faut connaître précisément les performances des garnissages. Dans ce but, des mesures d’hydraulique _ pertes de charge, débits gaz-liquide admissibles _ et de transfert de masse ont été conduites à IFPEN sur différentes colonnes d’essais (de 150 mm à 1 m de diamètre(1)). Des échanges avec des universités partenaires ont permis de conforter les résultats obtenus.
La connaissance et la prise en compte de phénomènes multi-échelles sont nécessaires pour optimiser le choix du garnissage ou pour en développer de nouveaux (figure). Plusieurs travaux de thèse ont permis de proposer des modèles d’écoulement (suivi d’interface, milieu poreux équivalent). Un, en particulier(2), a été consacré au mécanisme de mouillage des plaques et à l’obtention de vitesses et de rétentions locales.
L’étude des phénomènes agissant sur les écoulements à l’échelle locale se poursuit sur des dispositifs de laboratoire mais le chemin est encore long et l’expérimentation à une échelle représentative des équipements réels demeure incontournable. À cet effet, les résultats de tous ces travaux sont actuellement utilisés dans le cadre du pilote industriel du projet H2020 3Da.
Celui-ci vise à démontrer, sur un site sidérurgique d’ArcelorMittal, l’efficacité du procédé de captage du CO2 utilisant comme liquide un solvant démixant issu de la recherche IFPEN.
a - DMXTM (Demonstration in Dunkirk)
(1) L. Hegely, J. Roesler, P. Alix, D. Rouzineau, M. Meyer, AICHE Journal, 63(8), 3245-3275, 2017.
(2) Z. Solomenko. Thèse de doctorat de l’université de Lyon, 2016.
Contact scientifique : Pascal Alix