Résumé 

Le projet de recherche industrielle DALMATIEN (Dégradation des Amines Liquides et Méthodes d'Analyse : Toxicité ou Innocuité pour l'ENvironnement?) a pour but de recenser de manière exhaustive les produits de dégradation des amines utilisées pour le captage du CO2 en post-combustion, de comprendre leur formation et d'étudier leur toxicité.

 

En effet, une des clefs de la mise en œuvre industrielle du captage du CO2 est la minimisation de son impact écologique : c'est une condition nécessaire à la protection de l'environnement et à l'acceptation sociétale d'un tel procédé. Or les amines utilisées se dégradent dans les conditions d'utilisation du procédé par réaction chimique avec les composés présents dans les fumées à traiter (O2, CO2, NOx, SOx...) et forment ainsi plusieurs produits qui peuvent être émis dans l'atmosphère avec la fumée appauvrie en CO2. Or, ces produits peuvent être potentiellement nuisibles pour l'homme et pour l'environnement en fonction de leur toxicité et de leur concentration.

 

Le projet est articulé en quatre tâches.

 

Une première tâche consistera à mettre au point un protocole de laboratoire représentatif des conditions industrielles et d'étudier les phénomènes de dégradation : identification des produits de dégradation et proposition de mécanismes pour leur formation. Les amines étudiées ici seront la MonoEthanolAmine (MEA) et la PipéraZine (PZ) qui sont les molécules de référence pour le captage du CO2. En effet, la MEA est utilisée par exemple dans les procédés EconamineTM de Fluor et HiCapt+TM d'IFPEN. La pipérazine est utilisée dans le procédé proposé par l'équipe de G.T. Rochelle de l'université du Texas et c'est aussi un promoteur cinétique incontournable pour les amines tertiaires ou stériquement encombrées. Les méthodes développées dans ce projet pourront aussi être utilisées ultérieurement pour l'étude d'autres formulations d'amines.

 

Une deuxième tâche sera la mise au point de méthodes d'échantillonnage et d'analyse qui permettront l'identification et la quantification fiable des produits de dégradation des amines en phase gaz ainsi qu'en phase liquide. Une analyse poussée des effluents gazeux émis à l'atmosphère incluant la détection des composés à l'état de traces sera réalisée. De même une étude complète de la composition du solvant dégradé doit être faite. D'une part, l'identification des produits de dégradation des amines dans la phase liquide permet de recenser les composés susceptibles de figurer dans les effluents gazeux en fonction du mode d'opération de l'unité de captage : en effet, dans le cas de la fumée appauvrie en CO2 émise à l'atmosphère, la teneur en produits de dégradation dépend de la température, de la pression partielle en CO2 et de la mise en œuvre de la section de lavage et ces paramètres varient d'une unité à l'autre. D’autre part, cette identification est incontournable pour la compréhension des mécanismes de dégradation et la formulation des schémas réactionnels.

 

Une troisième tâche consistera à valider les protocoles expérimentaux en croisant les résultats obtenus sur les équipements de laboratoire et pilote des différents partenaires. Les compositions des phases gaz et liquide des différents cas seront déterminées en utilisant les méthodes d'analyse mises au point dans la deuxième tâche et comparées entre elles.

 

Enfin une quatrième tâche consistera à étudier la toxicité des différents produits de dégradation recensés. Ils feront l'objet d'une recherche de données toxicologiques dans la littérature. En absence de données pour certains produits, une approche de type QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationship) sera utilisée pour estimer leur toxicité par calcul. Une première analyse du risque pour la santé sera alors réalisée pour mettre en évidence les produits critiques. Ce projet pourra donc servir de base à la recherche ultérieure de contremesures pour éviter ou limiter les émissions des produits critiques.

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