Séparation du CO2 par écoulement supersonique

L’état de la situation sur les problèmes environnementaux reste en 2022 plus que jamais un sujet préoccupant pour tous ; les niveaux de gaz à effet de serre atteignant chaque année de nouveaux sommets. La principale cause responsable du réchauffement climatique demeure l’émission de CO2 dans l’atmosphère par les industries, les commerces et les transports. Dans le but d’arrêter ces émissions, la capture du carbone postcombustion s’avère une solution à envisager. À l’aide des systèmes de capture du carbone directement reliés à la source des grands émetteurs de pollution, on peut capter le CO2 en forte concentration avant même de mélanger l’air et le CO2 dans l’atmosphère. Dans ce projet de recherche, on s’intéresse au système de capture à la source utilisant une technologie de cryogénie supersonique. Ainsi, le mélange d’air et de CO2 passe dans une tuyère supersonique afin d’accélérer le gaz à haute vitesse. En atteignant une vitesse supersonique, le mélange se refroidit suffisamment pour condenser le CO2 à l’état solide sur des microparticules présentes dans l’écoulement. Mon projet de maîtrise s’intéresse à ce qui se passe par la suite. Le gaz restant et les particules passent dans une expansion de Prandtl-Meyer. Le gaz supersonique est dévié dans un conduit, mais les particules conservent leur trajectoire initiale à cause de leur inertie et cela permet de les isoler du gaz dans un conduit secondaire. L’objectif du projet se résume à démontrer la séparation inertielle de particules dans un écoulement supersonique à l’aide d’un modèle prédictif et des essais expérimentaux. Pour l’atteinte de cet objectif, l’approche décidée est premièrement de développer un modèle analytique d’écoulement supersonique dans une tuyère de Laval afin de prédire la tra- jectoire de particules solides traversant une expansion de Prandtl-Meyer. Deuxièmement de concevoir la tuyère avec expansion qui favorise la séparation inertielle des particules, pour ensuite la fabriquer et l’installer sur un banc d’essai d’écoulement supersonique déjà construit au laboratoire. Troisièmement de valider les caractéristiques de la tuyère avec un écoulement de gaz sans particules lors d’expériences avec banc d’essai. Par la suite, on réalise d’autres expériences afin d’observer le comportement des particules injectées dans l’écoulement. Puis en vue d’isoler la grande concentration de particules du gaz, un sépa- rateur est ajouté à une position stratégique près de la fin de l’expansion. Finalement, on vient valider qualitativement le modèle avec les résultats expérimentaux en superposant les images de tests et les figures de trajectoires de particules provenant du modèle. Les résultats du modèle et des expériences démontrent la possibilité de séparer des micro- particules dans un écoulement supersonique en utilisant une expansion de Prandtl-Meyer. En outre, la comparaison des images du modèle et des tests permet de valider de ma- nière qualitative que la modélisation représente bien, en apportant certaines hypothèses, la réalité physique. En se basant sur les premiers résultats obtenus par la séparation inertielle des particules, le projet global de recherche peut se poursuivre en combinant la tuyère condensant du CO2 sur les microparticules avec une expansion séparant les particules du gaz tout en récoltant du CO2 à haute pureté.

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