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Optimisation d'un procédé de séquestration de Co₂ par des scories d’aciéries.

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Nmir, Nader (2020). Optimisation d'un procédé de séquestration de Co₂ par des scories d’aciéries. Mémoire. Québec, Maîtrise en sciences de la terre, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, 113 p.

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Résumé

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La carbonatation minérale est une technique en développement permettant de séquestrer le dioxyde de carbone sous forme de carbonates stables et inertes en utilisant des résidus industriels/miniers alcalins. Le présent projet s’intéresse au développement d’un procédé de captage du CO2 par les scories d’acier. L’objectif de cette étude est d’adopter des conditions opératoires modérées permettant une future application industrielle du procédé. Tout au long du projet, un gaz composé de 10 % v/v CO2 a été utilisé. Deux mélanges de scories provenant de deux aciéries québécoises ont été étudiés. La réaction a été étudiée dans un premier temps en mode discontinu où la température et le temps de la réaction ainsi que la masse du CO2 introduite ont été optimisées. Les meilleures conditions ont été ajustées par la suite pour opérer en mode semi-continu. Les rendements obtenus de 119,73 ± 5,99 gCO2/kgscories et 127,44 ± 2,14 gCO2/kgscories sont comparables aux résultats des travaux antérieurs. Les mêmes conditions ont été testées dans un réacteur à l’échelle pilote pour évaluer l’effet de la mise à échelle du procédé. Aucune différence significative n’a été observée en comparant les résultats de carbonatation à l’échelle laboratoire et pilote. Une modélisation a été établie sur Aspen Plus afin d’optimiser énergétiquement les procédés développés. Cette étape a permis d’éliminer les besoins énergétiques relatifs au chauffage de la réaction par récupération de la chaleur à partir des gaz industriels. Enfin, une étude économique a été menée. Les résultats de cette étude ont montré que la rentabilité des procédés développés dépend principalement de la capacité d’usine et du prix de vente de scories carbonatées.

Abstract

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Mineral carbonation is a developing technique for sequestering carbon dioxide in the form of stable and inert carbonates using alkaline industrial / mining residues. This project is concerned with the development of a process for capturing CO2 by steel slag. The objective of this study is to adopt moderate operating conditions allowing future industrial application of the process. Throughout the project, a gas composed of 10% v / v CO2 was used. Two mixtures of slag from two Quebec steel mills were studied. The reaction was first studied in discontinuous mode where the temperature and time of the reaction as well as the mass of CO2 introduced were optimized. The best conditions were subsequently adjusted to operate in semi-continuous mode. The yields obtained of 119.73 ± 5.99 gCO2 / kg slag and 127.44 ± 2.14 gCO2 / kg slag are comparable to the results of previous work. The same conditions were tested in a pilot scale reactor to assess the effect of scaling up the process. No significant difference was observed when comparing carbonation results at the laboratory and pilot scale. A model has been established on Aspen Plus in order to energetically optimize the processes developed. This step eliminated the energy requirements for heating the reaction by recovering heat from industrial gases. Finally, an economic study was carried out. The results of this study showed that the profitability of the processes developed depends mainly on the factory capacity and the selling price of carbonated slag.

Type de document: Thèse Mémoire
Directeur de mémoire/thèse: Pasquier, Louis-César
Co-directeurs de mémoire/thèse: Mercier, Guy
Mots-clés libres: procédé; scories d’acier; carbonatation; CO₂; optimisation; échelle pilote; modélisation; étude économique; process; steel slag; carbonation; optimization; pilot scale; modeling; economic study
Centre: Centre Eau Terre Environnement
Date de dépôt: 14 oct. 2020 19:32
Dernière modification: 14 oct. 2020 19:32
URI: http://espace.inrs.ca/id/eprint/10412

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