La calorimétrie à écoulement: une technique pour la caractérisation des systèmes liquide-liquide et liquide-vapeur
Résumé
La séparation du CO2 par absorption chimique dans des solutions aqueuses d'amines est étudiée pour le développement de procédés de captage du dioxyde de carbone (CO2) présent dans les effluents industriels postcombustion. L'étude de l'absorption peut être menée à partir de la représentation thermodynamique des systèmes {CO2-eau-amine}. Les modèles théoriques développés reposent sur un système d'équations représentant les équilibres chimiques et physiques ; la non idéalité est prise en compte en considérant les interactions dans un système où seront présents des molécules et des ions issus des réactions chimiques. Il est donc nécessaire de pouvoir disposer d'un large ensemble de données expérimentales cohérentes pour décrire les équilibres (constantes d'équilibre chimique, constante de Henry, etc.) et optimiser les paramètres d'interactions des modèles thermodynamiques. Dans la littérature ouverte, les données expérimentales concernent principalement les grandeurs d'équilibre et les limites de solubilité du CO2. Les propriétés énergétiques comme l'enthalpie de dissolution sont plus rares. Cependant, en tant que grandeurs dérivées de l'énergie de Gibbs, elles représentent un test sévère des modèles thermodynamiques [1]. Leur détermination expérimentale est donc importante pour tester les modèles proposés et pouvoir analyser correctement les mécanismes de dissolution du CO2 dans des solutions aqueuses d'amines. Dans ce domaine, notre laboratoire développe plusieurs techniques calorimétriques pour la détermination des enthalpies de mélange. Les enthalpies de dissolution du CO2 dans des solutions aqueuses d'amines sont déterminées en mode dynamique [2] à l'aide d'une cellule de mélange à écoulement, spécifiquement développée au laboratoire pour les calorimètres différentiels Setaram (C80 ou BT2.15). Afin d'étudier le mécanisme de la dissolution chimique du CO2, la technique a été adaptée à la détermination des enthalpies de protonation d'amines. Cette grandeur permet d'obtenir notamment une corrélation des constantes de protonation (Ka) avec la température. Plus récemment, elle a été utilisée pour étudier la dissolution du gaz dans des solutions d'amines dites " démixantes " [3]. La particularité de ces amines est une séparation de phase liquide-liquide, en solution aqueuse, observée en fonction de la température et du taux de charge en CO2. Cette séparation de phase peut être mise en évidence lors de la détermination des enthalpies d'excès des mélanges binaires {eau + amine}. Différents exemples illustrant ces applications de la calorimétrie à écoulement seront présentés et l'accent sera mis les limites et les difficultés associées à des mesures en conditions super-ambiantes.