Soutenance de thèse de Abdul-Alim IBRAHIM

Composition du jury

    •    M. Christophe COQUELET : Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Directeur de thèse
    •    Mme Fabienne ESPITALIER : Centre RAPSODEE UMR CNRS 5302 IMT Mines Albi - Co-encadrante de thèse
    •    M. Antonin CHAPOY : Heriot-Watt University - Rapporteur
    •    M. Patrice PARICAUD : ENSTA, Institut Polytechnique De Paris - Rapporteur
    •    Mme Sophie FOURMENTIN : Université du Littoral Côte d'Opale - Examinatrice
    •    M. Marc M. TSHIBANGU : Mangosuthu University of Technology - Examinateur
 

Résumé

Les industries chimique et pétrochimique sont soumises à une pression croissante pour adopter des procédés durables, écoénergétiques, minimisant l'impact environnemental tout en restant économiquement compétitifs. La séparation aromatique-aliphatique, notamment l'extraction du benzène, du toluène, de l'éthylbenzène et des xylènes (BTEX) à partir d'hydrocarbures aliphatiques C4-C10, présente des défis majeurs en raison de leurs points d'ébullition proches et de leur comportement azéotropique, particulièrement dans les flux à faible teneur en aromatiques (< 20% en poids). Les méthodes conventionnelles, comme la distillation extractive à base de sulfolane, sont énergivores et économiquement non viables pour ces mélanges, rendant nécessaire le développement d'alternatives innovantes et respectueuses de l'environnement. Cette thèse explore le potentiel des solvants eutectiques profonds (DES) à base de chlorure de choline, notamment des mélanges binaires (ChCl:Urée, 1:2) et ternaires (ChCl:Urée:Éthylène Glycol, 1:2:1), comme solvants durables pour l'extraction liquide-liquide des aromatiques du fuel oil, dans le but d'améliorer l'efficacité des procédés et la responsabilité environnementale. Cette recherche adopte une approche multidisciplinaire, intégrant des données de la littérature, la modélisation thermodynamique, la simulation de procédés et l'évaluation techno-économique. En l'absence de données expérimentales, des prédictions de modèles thermodynamiques ont été utilisées, basées sur le paramètre de solubilité de Hansen (HSP) et le modèle COSMO-SAC, soutenus par des méthodes de contribution de groupes (GCM) et des calculs de chimie quantique (QC) pour prédire les données d'équilibre de phase et élucider les interactions moléculaires et le comportement de solubilité. Le modèle Non-Random Two-Liquid (NRTL) a permis la régression des données et la conception des procédés, facilitant la création de composants DES définis par l'utilisateur dans Simulis Thermodynamics et Aspen Plus®. Les données de la littérature ont validé les modèles, confirmant des coefficients de distribution aromatique élevés et des sélectivités importantes, le système m-xylène/n-octane atteignant des sélectivités de 33,45 pour le DES ChCl:Urée et 22,49 pour le DES ChCl:Urée:EG à 298,15 K, indiquant une performance élevée par rapport aux normes industrielles. Le procédé d'extraction basé sur les DES a permis une récupération et une pureté des aromatiques et des aliphatiques supérieures à 98%, répondant aux exigences industrielles strictes.

Comparés aux solvants traditionnels comme la sulfolane et les liquides ioniques, les DES montrent une efficacité d'extraction supérieure, une perte de solvant réduite et un impact environnemental considérablement moindre grâce à leur faible toxicité, leur biodégradabilité et leur non-volatilité. Le DES ternaire a présenté une meilleure aptitude au traitement à température ambiante en raison de sa faible viscosité et de son point de fusion bas. Une analyse technico-économique a révélé que la mise en œuvre de ce procédé pourrait représenter une avancée vers des opérations plus durables, en réduisant significativement la consommation énergétique et les coûts élevés associés aux solvants conventionnels comme le sulfolane et les liquides ioniques. Cette thèse aborde également le manque de données expérimentales et les défis de la modélisation des systèmes aromatiques-DES, en proposant des outils prédictifs robustes et un cadre de conception de procédés évolutif. Cette étude contribue à l'avancement des procédés chimiques durables en proposant une technologie de séparation viable et respectueuse de l'environnement. Les perspectives de développement incluent la génération de données expérimentales, l'optimisation des stratégies de récupération des solvants et l'évaluation des impacts environnementaux à long terme pour faciliter l'adoption à l'échelle industrielle des technologies d'extraction basées sur les DES

Mots clés

Modélisation des processus; simulation et évaluation technico-économique, Caractérisation thermophysique, Solvant eutectique profond à base de chlorure de choline, Aspen Plus, Technologie de séparation liquide-liquide, Extraction aromatique.