Caractérisation des adsorbants pour la purification de l'hydrogène par adsorption modulée en pression
Résumé
Pressure Swing Adsorption (PSA) is a gas separation and purification process. It is based on the difference of adsorption capacity of a porous medium under different pressures. The performance determination of a specific adsorbent in such a process is a difficult problem, commonly solved by building a scaled-down process and by evaluating the adsorbent by experiments. This method requires time and is generally expensive. An other approach for evaluating the solid is purely numeric simulation. But the simulation of a complete PSA system is difficult, because of the large number of physical parameters and phenomena involved. A simple evaluation method would therefore be useful, at [east in the case of Hydrogen purification by PSA. This work is composed of both experimental and numeric studies, and shows that developing a simplified PSA model in parallel with some experiments can provide a good level of representation of the process. Evaluation of adsorbent performance with a simplified method consists in the determination of the dynamic working capacity of the solid in successive adsorption and desorption steps in cycles. The results of this method are in good agreement with the results of a complete simulated PSA. It also has the advantage of being less CPU-intensive and of giving results about parameters that are difficult to obtain by experience only.
Les procédés d'adsorption modulée en pression (AMP, ou Pressure Swing Adsorption- PSA en anglais) sont des procédés de purification de gaz qui jouent sur la différence de capacité d'adsorption d'un solide en fonction de la pression. L'évaluation des performances d'un adsorbant dans un tel procédé passe en général par la construction d'un pilote du procédé et par la qualification des différents adsorbants de manière expérimentale. Cette méthode est lourde et nécessite un investissement non négligeable. D'autres méthodes existent, par simulation du procédé par exemple. Cependant, la simulation de tous les paramètres entrant en jeu dans un PSA est délicate, car la modélisation et la restitution correcte des différents phénomènes en compétition n'est pas triviale. La mise au point et la validation d'une méthode simplifiée, au moins dans le cas du PSA hydrogène, est donc d'une grande utilité. Notre travail, tant expérimental que numérique, montre que le développement d'un modèle de simulation d'un PSA en parallèle avec l'expérimentation permet d'atteindre un bon niveau de représentation du procédé. De plus, l'évaluation des performances d'un adsorbant par une méthode simplifiée de mesure des capacités dynamiques du solide lors de cycles d'adsorption désorption successifs est en accord avec les performances de cet adsorbant dans un PSA simulé. L'avantage de cette méthode est que la représentation numérique des cycles permet d'atteindre des paramètres difficilement accessibles par l'expérimentation seule.