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Conception Modélisation Procédés

La simulation multi-échelle pour du gaz propre à moindre coût

Dans ses scénarios les plus récents, l’Agence internationale de l’énergie (AIE) souligne la forte croissance de la consommation mondiale de gaz naturel à l’horizon 2035 et évoque un “âge d’or du gaz”.

Or, plus de 40 % des réserves conventionnelles de gaz naturel sont considérées comme acides et requièrent le traitement du gaz produit, afin de respecter des spécifications de plus en plus sévères.

Le lavage aux amines est un procédé de traitement du gaz très répandu, qui repose sur une technologie d’absorption gaz-liquide, par circulation à contre-courant.

L’amélioration et le développement de technologies de contact gaz-liquide sont une des plus importantes voies de progrès du domaine, avec comme élément central le garnissage des colonnes d’absorption (cf. figure) au travers desquelles circulent les fluides.

Ces technologies doivent concourir à un compromis optimal entre la capacité (flux traité) et l’efficacité (qualité du traitement) de ces équipements, synonyme aussi d’une réduction de taille, en diamètre comme en hauteur, des unités industrielles.

À ce titre, pour des conditions opératoires données, les performances des garnissages sont déterminées par leur géométrie, qui impacte directement les vitesses de transfert de matière, par le biais de l’aire d’échange entre phases, ainsi que la perte de charge occasionnée.

Aujourd’hui, la simulation CFD multi-échelle s’avère être un outil puissant de prédiction de l’hydrodynamique et des transferts au sein des garnissages.

Cette approche est développée à IFPEN via des méthodes numériques spécifiques, à des échelles allant de celle du film liquide ruisselant à celle de la colonne, soit un rapport d’échelles de 1/106, incluant par ailleurs la prise en compte de l’interaction du garnissage avec les moyens de distribution de la charge dans la colonne(1). Cette approche a été mise au service de l’innovation en contribuant au développement du garnissage IFPACC™ 2X. Ce produit, qui présente des performances très compétitives, a été mis sur le marché en septembre 2014 par la société Prosernat, filiale d’IFPEN.

IFPEN continue à développer son expertise en simulation multi-échelle via des développements en interne ainsi que des partenariats avec des acteurs académiques reconnus(2, 3).

 

Contact scientifique :   manel.fourati@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 18 - Octobre 2014

Publications

  • (1) L. Raynal, A. Gomez, B. Caillat, Y. Haroun, Réduction du coût du captage de CO2 : mise en œuvre d’une stratégie de simulations multi-échelle pour un problème multi-échelles (CO2 Capture Cost Reduction: Use of a Multiscale Simulations Strategy for a Multiscale Issue), Oil & Gas Science and Technology - Revue d'IFP Energies nouvelles, Vol. 68 - n° 6 (2013), Pages 1093-1108.
    >> DOI: 10.2516/ogst/2012104
  • (2) M. Fourati, V. Roig, L. Raynal, Liquid dispersion in packed columns: Experiments and numerical modeling - Chemical Engineering Science, Volume 100, 30 August 2013, Pages 266–278.
    >> DOI: 10.1016/j.ces.2013.02.041
  • (3) Y. Haroun, D. Legendre, L. Raynal, Direct numerical simulation of reactive absorption in gas–liquid flow on structured packing using interface capturing method - Chemical Engineering Science, Volume 65, Issue 1, 1 January 2010, Pages 351-356.
    >> DOI: 10.1016/j.ces.2009.07.018

 

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