Étude cinétique isotherme et isobare de la réaction de carbonatation de CaO : Expérience et modélisation
Résumé
Les émissions anthropogéniques de dioxyde de carbone, gaz à effet de serre, sont considérées comme les principales causes du réchauffement climatique. De ce fait, la réduction des rejets industriels de CO2 se présente comme un objectif environnemental capital. L'étude de la séparation mais également du captage de CO2 par divers types de solides au cours de nombreux cycles de carbonatation/décarbonatation, est actuellement en plein essor. L'oxyde de calcium CaO, se révèle être ainsi une masse de captage appropriée. Néanmoins, cette dernière présente l'inconvénient de voir sa capacité de capture du CO2 diminuer au cours des cycles, soulevant ainsi des problèmes économiques majeurs. Actuellement, cette perte d'efficacité de capture n'a pas encore été expliquée en détails et peu de solutions concrètes ont été proposées [1]. Nos travaux portent sur l'étude microscopique de la carbonatation de l'oxyde de calcium et du mécanisme de la réaction, peu étudié jusqu'à présent. Dans cette optique, une étude cinétique est menée par le biais d'expériences de thermogravimétrie. L'objectif est ainsi d'obtenir un modèle complet décrivant cette réaction de manière à expliquer l'influence de variables intensives telles que la température de carbonatation et la pression partielle de CO2. Les courbes de thermogravimétrie obtenues en conditions isothermes et isobares montrent notamment un fort ralentissement de la réaction à partir d'un certain degré d'avancement. Ce ralentissement ainsi que le degré d'avancement qui lui correspond dépendent de la température et de la pression partielle de CO2. Afin d'en expliquer l'origine, des caractérisations texturales ont été effectuées à différents degrés d'avancement. Les modifications observées à l'échelle des grains suggèrent des phénomènes de transport de matière susceptibles de bloquer l'accès du gaz au cœur des agglomérats. La modélisation cinétique devra faire intervenir ces processus afin de quantifier leur impact sur la vitesse et par la suite sur la perte de capacité de capture. [1] J.C. Abanades, D. Alvares, "Conversion Limits in the reaction of CO2 with lime" Energy & Fuels, vol. 17, 2003, pp. 308-315.