Captage et valorisation du CO2 par voie chimique : application à la synthèse de carbonates cycliques à partir d'époxydes / Viviana Contreras Moreno ; sous la direction de Lionel Estel

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Carbonates cycliques

Cinétique chimique

Transfert de masse

Époxydes

Dioxyde de carbone

Cyclisation (chimie)

Thermodynamique -- Modèles mathématiques

Activation (chimie)

Solubilité

Estel, Lionel (19..-.... ; chercheur en énergétique) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Charpentier, Jean-Claude (1939-.... ; chercheur en génie des procédés) (Président du jury de soutenance / praeses)

Meyer, Michel (1965 -.... ; chercheur en génie chimique) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Favre, Éric (1961-.... ; chercheur en génie chimique) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Ledoux, Alain (1971-.... ; chercheur en énergétique) (Membre du jury / opponent)

Levacher, Vincent (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Cabot, Gilles (1964-.... ; enseignant-chercheur en génie thermique) (Membre du jury / opponent)

Denieul, Marie-Pierre (19..-.... ; ingénieur de recherche en chimie) (Membre du jury / opponent)

Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (Saint-Etienne-du-Rouvray ; 1985-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale sciences physiques mathématiques et de l'information pour l'ingénieur (Saint-Etienne-du-Rouvray, Seine-Maritime ; ....-2016) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire de sécurité des procédés chimiques (Saint Etienne du Rouvray, Seine-Maritime ; 1989-....) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Normandie Université (2015-....) (Autre partenaire associé à la thèse / thesis associated third party)

Résumé / Abstract : L'utilisation du CO2 comme matière première pour la synthèse de produits à haute valeur ajoutée, comme les carbonates cycliques, est aujourd'hui l'une des alternatives proposées dans la réduction des émissions gazeuses à effet de serre. Ce travail de thèse vise à comprendre et concevoir un procédé de valorisation de CO2 à partir de la modélisation de la thermodynamique et des cinétiques de transfert de matière et de réactions, qui sont engendrées dans la synthèse de carbonates cycliques à partir des époxydes et un composé hétérocyclique comme catalyseur. Grâce à ce nouveau système, les carbonates cycliques très utilisés dans l'industrie de polymères, cosmétique ou pharmaceutique, sont obtenus avec de bons rendements, dans des conditions opératoires douces et en absence de solvants. Des propriétés thermodynamiques telles que la solubilité et la constante de Henry ont été estimées pour les systèmes binaires CO2/époxyde. L'étude du transfert de matière sans ou avec réactions a permis de déterminer respectivement le coefficient de transfert de matière en phase liquide et le régime de la réaction. Des suivis cinétiques ont été réalisés afin de proposer un modèle cinétique capable de représenter la réaction et d'estimer les paramètres cinétiques. Ces derniers ont été utilisés pour la conception préliminaire et la simulation du procédé de production du carbonate d' épichlorohydrine sur Aspen Hysys.

Résumé / Abstract : Today, the utilisation of CO2 as raw material for the synthesis of high-value added products like cyclic carbonates, is one of the alternatives used for reducing greenhouse gases. This thesis aims to understand and design a CO2 valorisation process by modelling the thermodynamic and the mass transfer/reaction kinetics generated during the cyclic carbonates synthesis from CO2, epoxides and a heterocyclic compound as catalyst. By using this new catalytic system, cyclic carbonates, which are used in the polymeric, pharmaceutic or cosmetic industry, can be produced with good yields at low temperatures and pressures and without any solvent. Thermodynamic properties as solubility and Henry's law constant have been estimated for CO2/epoxide binary systems. Mass transfer occurring without and with reaction has been studied in order to determine respectively the liquid volumetric mass transfer coefficient and the reaction regime. A kinetic study has been performed to propose a model able to represent the reaction and to estimate the kinetic parameters. This information has been used in the design and the simulation of the production process of epichlorohydrin carbonate on Aspen Hysys.