L’ADSORption

La Société OMNIATEX Impianti Chimici Srl est active, depuis 1974, dans le domaine du traitement de l’air pour l’abattement des polluants contenus et leur réutilisation dans le procédé productif. Cette opération permet d’atteindre une presque totale élimination des émissions polluantes et une réduction importante des frais de production, grâce à la réutilisation des polluants utilisés en production et qui, autrement, seraient rejetés dans l’atmosphère.

Destination finale des installations OMNIATEX sont les usines mécaniques, la production de peaux synthétiques, l’impression de journaux et magazines, l’impression des emballages souples, la production de papiers spéciaux, la production de bandes pour convoyeurs, la production d’adhésives, les installations de traitement d’eaux de ville, la production de composant d’automobiles, les distilleries de spiritueux et les entreprises de production d’alimentaires.

La typologie productive de ces installations a une large plage qui comprenne installations avec adsorption, absorption, filtration et distillation. La longue expérience a permis à la Société Omniatex de développer installations spéciales pour le traitement des émissions contenants organiques et inorganiques pour leur récupération et réutilisation dans le procédé de production. Les installations produites pour cette application utilisent le procède de l’adsorption.

L’adsorption c’est un procédé très simple qui permet de capturer et neutraliser sur un medium solide, et avec un rendement très élevé les solvants contenus dans une émission rejetée à l’atmosphère.

L’adsorbant solide usuellement employé c’est le charbon active d’origine végétale ou minérale, traité thermiquement pour obtenir un matériel poreux avec un surface active très élevée. La qualité du charbon avec origine végétale a, habituellement, une qualité bien supérieure à celle du charbon d’origine minérale et différents types d’imprégnation ont l’effet d’augmenter l’abattement des polluants.

La qualité de l’adsorption donnée par quelconque charbon actif est principalement basée sur sa surface active mesurée en B.E.T. (acronyme des trois nom de scientistes qui ont réalisé cette méthodologie de mesure) exprimée en mètres carrés de surface active mesurée par chaque gramme de charbon.

Usuellement pour le traitement d’air pollué on utilise un charbon actif avec 1000 m²/g di B.E.T. (surface active) mais OMNIATEX utilise un charbon optime, avec au moins 1250m de surface active par gramme de charbon.

L’adsorption c’est un procédé de transfert de masse, parce que tous les composant contenus dans le flux d’air passent progressivement et avancent dans le charbon actif. Les molécules de charbon sont attirées pas la surface active du charbon pas les forces de Van der Waals, le scientiste qui a découvert ce phénomène physique. La formation progressive de différentes couches de polluant sur la parois interne des pores du charbon actif va réduire graduellement les forces de Van der Waals jusqu’au point que l’équilibre est atteint et d’autre polluant ne peut pas être capturé dans les pores du charbon.

ITALIE: installation de 50.000 m^3/h pour récupération solvant dans la production de film protectif

L'efficacité de rétention du charbon actif, en plus de la surface active, est donnée par:

v Caractéristiques chimiques- physiques du solvant
v Caractéristiques chimiques- physiques du charbon actif
v Distribution et dimension des pores du charbon
v Vitesse du flux d’air dans le charbon
v Hauteur de la couche de charbon actif
v Humidité relative du flux d’air
v Température du flux d’air
v Concentration du solvant dans le flux d’air
v Pression du procédé d’adsorption	FRANCE: installation de 120.000 m^3/h avec 25.000 Kg/j de solvant récupéré

La rétention de solvant donnée par l’activité du charbon actif, est montrée, à l’équilibre et avec température et pression données, par un diagramme spécial appelé Isotherme, dans le quel la capacité de rétention est exprimée en % (poids) de solvant capturé par Kg de charbon spécifique utilisé à la concentration (ou pression partiale) du solvant en entrée dans le charbon. Can l’isotherme d’équilibre vient atteinte par le charbon, la même quantité de solvant qui entre la couche de charbon quitte le charbon, justement parce que l’équilibre a été atteint et le charbon employé n’a pas plus de ‘’forces’’ pour capturer encore du solvant.

Donné que la concentration de solvant rejeté, à charbon plein, est habituellement bien supérieure aux limites imposées par la Loi, on comprendre bien que la capacité d’équilibre d’un charbon doit être utilisée seulement partiellement. On utilise usuellement une autre isotherme, appelée ‘’de travail’’ dans la quelle la capacité de rétention du charbon c’est bien plus faible de celle à l’équilibre.

On doit bien faire attention que la capacité d’adsorption des charbons actifs est bien réduite, dans plusieurs cas définitivement, par la présence dans le flux d’air contenant le solvant, par des autre composants que ne peuvent pas être tirés des pores du charbon actif, comme les solvant haut bouillants, les agents de polymérisation, la poussière et beaucoup d’autres composants chimiques.

Quand ces composants sont présents dans l’air à traiter l’adsorption ne peut pas être conduite avec une efficacité acceptable, et le charbon doit être remplacé. Ce cas peut arriver après quelque mois ou, maxi, après deux trois ans du démarrage de l’installation.

BELGIQUE: installation de 14.000 m³/h pour récupération d’acétone super anhydre

Par conséquence une attention particulière doit être appliquée à ce problème car le coût du changement du charbon actif de l’installation représente un frai opérationnel très élevé pour le conducteur de l’installation. Si l’air en entré à l’installation c’est sans polluants, ou si ces derniers sont éliminés avant de l’entré sur le lit de charbon, si la vapeur est produite avec une eau déminée poussée et si la pression de régénération est faible, le vie du charbon de l’installation est usuellement de 8 – 10 ans.

Dans les années 90 OMNIATEX reçu un Prix de part du CNR Italien (Centre Nationale pou la Recherche) pour avoir préparé un logiciel mathématique pour la simulation l’adsorption et la régénération d’un solvant spécifique avec un charbon spécifique. Chaque simulation doit avoir les caractéristiques chimiques et physiques soit du solvant à retenir soit du charbon utilisé. Ce logiciel montre, minute après minute, l’avancement du solvant adsorbé dans la masse de charbon jusqu’à le perçage du lit et permette de comparer les différent types de moyens régénératifs comme la vapeur, le gaz chaud ou le vide, donnant la possibilité de choisir le charbon le plus adapte pour le solvant en objet et d’avoir l’optimisation de la régénération avec la détermination exacte des temps d’adsorption et de régénération.

Le procédé d’adsorption dans le lit de charbon avance avec pas successifs jusqu’à l’équilibre. Au début, le polluant est complètement retenu par le charbon et le flux d’air qui quitte le lit de charbon est complètement sans solvant. Progressivement le solvant va remplir les pores du charbon et la masse de polluant retenu avance dans la couche de charbon jusqu’au point que dans le flux d’air qui laisse le charbon vont paraître les premières traces de solvant. Cette phase s’appelle PERCAGE du lit.

A ce point la couche de charbon est chargée en façon différente. Les pores du charbon à l’entrée de l’air son complètement remplis de solvant et l’équilibre de l’isotherme est atteint, dans le mi de la couche les pores sont mi pleins et dans la sortie de la couche de charbon seulement quelque pore est plein de solvant, les autres étant vides. Quand le perçage est atteint, et en accord avec la limité d’émission, le charbon doit être régénéré sur site, pour rendre l’installation dans la condition optimale de rétention et pour continuer à abattre le solvant.

ITALIE: installation de 220.000 m^3/h pour la récupération de solvant dans l’impression des emballages souples. Le solvant récupéré vient employé soit pour les encres soit pour la lamination

La régénération du lit de charbon est faite avec un moyen régénératif qui provoque la rupture de la liaison entre la surface active du charbon et le solvant liquide contenu dans les pores. Le moyen le plus employé c’est la chaleur, appliquée directement ou indirectement.

La chaleur donnée par la vapeur d’eau c’est le moyen le plus efficace et économique pour la régénération du charbon actif.

La chaleur fait évaporer le solvant contenu dans les pores du charbon, les vidangeant presque complètement, laissant une partie de surface active libre et nettoyée. Le même effet peut être atteint, avec beaucoup moins d’efficacité par un gaz chaud qui baisse la pression partiale du solvant. Usuellement l’efficacité de la régénération du charbon actif est assumée dans la façon suivante:

MOYEN DE REGENERATION, alimenté pour 20 min	Efficacité %
Vapeur directe à 100 °C	98
Gaz chaud à 130 °C	45
Vide à 25 mm Hg à 20 °C	25
Chauffage indirect à 100 °C	15
Carbon Adsorption Handbook, Cheremisinoff / Ellerbusch - Ann Arbor Science

L’efficacité de la régénération est principalement donnée par les données suivantes:

v Caractéristiques chimiques- physiques du solvant
v Caractéristiques chimiques- physiques du charbon actif
v Moyen de régénération
v Température de la régénération
	RUSSIE: installation de 45.000 m^3/h pour la récupération d’essence
v Durée de la régénération
v Action mécanique du moyen régénérant à l’intérieur des pores

Le moyen de régénération ne nettoie pas complètement l’intérieur des pores ou le solvant s’est liquéfié. Ça pour la quantité d’énergie qu’il y faudrait, pour libérer la partie plus interne et petite des pores, qui serait très élevée et, en plus, la température standard n’est pas assez pour couper les liaisons entre solvant liquéfié et surface active.

Ça signifie que la régénération ne vidange pas le pore par entier mais seulement la partie superficielle qui est plus large et ou les force sont plus faibles, pas la partie profonde du pore. Cette c’est la raison par la quelle au démarrage le premier solvant n’est jamais récupéré, car il est utilisé pour remplir la partie profonde des pores ou il reste pour toujours. Pourtant cette est la raison pour la quelle on peut pas utiliser le charbon en plein, suivant l’isotherme d’équilibre, mais on doit prendre un rétention de travail d’environ le 50 % de l’isotherme et ces nouveaux points de travail vont construire une autre isotherme appelée communément ‘’isotherme de travail’’ du charbon actif.

La régénération la plus usuelle, avec de la vapeur, de adsorbe le solvant du charbon et de la cuve avec le lit de charbon actif chargé de solvant, on tire une mélange de vapeur d’eau et de vapeurs de solvant, qui est condensée et refroidie.

La technologie spéciale utilisée par OmniateX réduit fortement le brisement des granules de charbon actif et la production de poudre de charbon pendant la régénération et il n’y a pas la nécessité du tamisage du charbon des cuves avant le 6-8 ans de travail de l’installation, épargnant la perte de charbon provoqué par l’opération et la nécessité de remplir la cuve avec charbon vierge pour compenser cette perte.

La mélange liquide obtenue est passée, si le solvant n’est pas miscible avec l’eau, dans un séparateur a gravité d’où on tire:

v    une phase aqueuse qui contient seulement de traces de solvant et qui vient réutilisée dans l’usine

v    une phase organique qui est le solvant pure avec seulement de faibles trace d’eau et qui est réutilisé ‘’tel                           quel’’ dans la production.

Dans le cas d’un solvant qui se mélange réciproquement avec l’eau, les deux phases son stockés dans des réservo    ir pour être alimentées à une unité de distillation avec une ou plusieurs tours. Soit l’eau distillée que le solvant anhydre sont parfaitement utilisés par l’usine. Tous les paramètres du procédé sont contrôlés par l’armoire électrique, équipé avec écran Touchscreen, enregistreur, et instrumentation de contrôle des consumations. Le branchement à un réseau permette de suivre, à distance et même d’intervenir, quelconques variables opérative. Toutes données opératives peuvent être recueillis sur support rigide ou envoyé à une imprimante, usuellement placé dans le Bureau Technique ou au Poste de Garde.

extreme orient: 52,000 m^3/h plant pour la récupération de 24.000 Kg/j de Toluène