Brevet FR2315308A1 — publié le 19770121

L'évacuation dans l'atmosphère d'ateliers et même à l'extérieur des locaux d'air contenant des vapeurs de produits volatils tels que des solvants est une cause de pollution à laquelle on cherche à remédier. Diverses industries donnent de tels dégagements nocifs ; c'est par exemple le cas des imprimeries où les encres sont constituées de pigments dispersés dans des solvants qui s'évaporent lors de l'application, mais beaucoup d'autres activités industrielles présentent des inconvénients similaires. Le remede consiste à retenir ces vapeurs et l'emploi du charbon actif est apparu depuis déjà longtemps comme une technique efficace d'élimination de ces vapeurs tout en les récupérant , ce qui donne un grand intérêt économique à ce procédé. Le charbon actif est un charbon ayant subi un traitement d'activation qui lui confère une très grande porosité fine. Ce charbon est doué de propriétés adsorbantes, c 'est-à-dire que, par un phénomène physique, il est capable de fixer sur la surface interne des pores des composés tels que les vapeurs de solvants volatils en une quantité importante qui peut représenter jusqu'à 40 % et même plus du poids du charbon. La quantité fixée est notamment fonction de la nature du composé à retenir, de la qualité du charbon actif, de la teneur de l'air a épurer en vapeurs de solvants et de la température. Plus l'air est riche en vapeurs et plus la température est basse, plus la quantité retenue est élevée. Le procédé de mise en oeuvre du charbon actif pour la récupération des solvants est simple ; on aspire l'air vicié et on le fait passer à travers une couche de charbon actif ; les vapeurs de solvant sont retenues par adsorption et le charbon actif se charge peu à peu. A un certain moment, il laisse passer des vapeurs de solvant ; il a atteint son taux de chargement. Le charbon actif épuisé peut se régénérer en chassant le produit retenu, ce qui se fait normalement par élévation de température et par entratnement. Le procédé le plus courant consiste à faire traverser le charbon actif par de la vapeur d'eau qui peut être surchauffée. La vapeur d'eau et la vapeur de solvant sont condensées et si le solvant n'est pas miscible à l'eau, il se sépare naturellement ; s'il est miscible à L'eau, comme l'alcool ou l'acétone, on peut les séparer par distillation. Après régénération par la vapeur d'eau il reste un peu d'eau dans le charbon, ce qui diminue le taux de chargement lors de l'adsorption. Lorsqu'on traite de l'air ayant une teneur assez élevée en solvant, cet inconvénient est sans importance. Par exemple, avec un air contenant 30 grammes de benzène par m3, une certaine qualité de charbon actif aura une capacité d'adsorption de 40 grammes de benzène par 100 grammes de charbon actif. Cette capacité représente le taux de chargement maximum ; dans la pratique, lors l'air traverse le charbon actif,celui#inesechsrsepas brutalement, mais progressivement selon ce que l'on appelle un front d'adsorption ; lorsque le charbon actif commence à laisser passer dans l'air des traces de vapeurs de solvant, si le début de la couche est saturé, le reste retient une quantité qui va progressivement en diminuant ; en poursuivant le passage d'air à travers le charbon actif, celui-ci laisse passer de plus en plus de solvant tout en se chargeant sur toute son épaisseur Jusqu'à atteindre la capacité d'adsorption. Dans la pratique, on arrête l'opération lorsqu'apparaissent dans l'air les premières traces de solvant, si bien que le taux de chargement sera inférieur à la capacité d'adsorption; compte tenu aussi du fait que la régénération n'est pas poussée au maximum et qu'il reste dans le charbon, outre l'humidité apportée par la vapeur d'eau, du solvant, on aura un taux de chargement qui pourra être par exemple de 10 % ; ce taux est satisfaisant et il ne serait pas économique de chercher à l'augmenter. Si l'air à traiter a une teneur faible en solvant, par exemple 10 à 1000 mg par m3, la capacité d'adsorption est faible de 40 % en poids pour une teneur de 30 g de benzène par m3 d'air, elle va tomber à 4 % pour une teneur de 30 mg par m3. Dans ces conditions, le taux de chargement est faible et la quantité de fluide nécessaire à la désorption augmente ; il est intéressant de chercher des améliorations qui ne seraient pas économiques dans le cas d'adsorption à forte teneur. Une amélioration consiste à ne pas régénérer par la vapeur d'eau mais par un gaz chaud qui laissera le charbon sec Ce gaz chaud peut être de l'air ou un gaz inerte tel qu'un gaz de combustion récupéré ou fabriqué à cet effet. On opérera aussi utilement sur une couche assez mince de charbon actif, ce qui est possible car, le charbon étant sec, le front d'adsorption est étroit. Pendant la phase d'adsorption, le passage de l'air à travers le charbon actif doit s'effectuer à une certaine vitesse, par exemple une vitesse linéaire de 20 mètres par minute ; avec une vitesse inférieure, on pourrait avoir une mauvaise répartition de l'air dans la couche et des passages préférentiels. Pendant la phase de désorption ou régénération, la même raison conduit à opérer à une vitesse sensiblement identique. Le gaz chaud, après passage sur le charbon actif, aura une teneur plus élevée en vapeur de solvant que l'air à épurer et la phase de désorption sera plus courte que celle d'adsorption Ainsi, si on traite un air contenant 100 mg de solvant par m3 et que la phase d'adsorption dure 10 heures, la désorption s'effectuera en 1 heure et donnera un gaz contenant en moyenne 1 g de solvant par m3. La désorption par la vapeur d'eau permet, ainsi qu'on l'a vu, de séparer facilement l'eau du solvant. Il n'en est pas de même dans le cas de désorption par un gaz et le remède consiste à faire repasser ce gaz après refroidissement sur un second adsorbeur ; du fait de la teneur suffisante en vapeur de solvant dans ce gaz, un taux de chargement satisfaisant sera obtenu et on récupérera le solvant par désorption à la vapeur d'eau. Le procédé présente un inconvénient important; du fait du débit de gaz, il est nécessaire que le second adsorbeur ait une section sensiblement identique à celle du premier ; ce second adsorbeur sera donc volumineux et nécessitera donc une quantité de charbon actif aussi importante que celle du premier adsorbeur L'invention permet de remédier à cet inconvénient. Elle consiste à utiliser un adsorbeur constitué de plusieurs couches séparées de charbon actif A l'adsorption, l'air chargé de vapeurs de solvant est envoyé parallèlement sur les couches de façon à ce qu'il ne traverse qu'une seule couche. La désorption s'effectue en faisant passer un gaz en série sur toutes les couches. De ce fait, pour une même vitesse linéaire de passage dans les deux stades, le débit de gaz de désorption sera de beaucoup inférieur à celui à traiter ; en effet dans le premier stade, la surface à traverser sera égale à la somme des surfaces de chaque couche alors que dans le second, la surface ne sera que celle d'une couche. La désorption aura une durée plus longue et le gaz pourra être traité par un procédé conventionnel soit sur un adsorbeur secondaire ayant une section faible correspondant à celle d'une couche de charbon actif, soit dans un laveur soit dans un incinérateur. Il est clair que le terme couche signifie, non seulement une couche physique,mais également une "unité d'adsorption" qui peut être formée de plusieurs couches physiques;dans ce cas la désorption s'effectuera en faisant traverser par le gaz plusieurs "unités d'adsorption" L'invention sera mieux comprise en se reportant au schéma de la planche I qui représente un adsorbeur constitué de douze couches 1. L'air arrive par la conduite 2 et, par les vannes 3, est introduit dans chaque espace 4 d'où il traverse chaque couche 1 pour se trouver dans chaque espace 5 et de là, par les vannes 6, être évacué par la conduite 7. Lorsque les couches de charbon actif sont saturées, on arrête le passage de l'air, on ferme les vannes 3 et 6 et on envoie à la base de la colonne du gaz chaud venant par la conduite 8 et la vanne 9 ; le gaz traverse successivement chaque couche et est évacué, chargé des vapeurs désorbées, par la vanne 10 et la conduite 11. Dans cette réalisation, le nombre de couches étant de 12, pour la même vitesse linéaire, le débit de gaz de désorption pourra être 12 fois plus faible que celui de l'air à l'adsorption. Le schéma de la planche Il représente une installation comprenant 2 adsorbeurs ce qui permet de travailler en continu. Elle comprend aussi un adsorbeur secondaire destiné à récupérer le solvant du gaz de désorption, Soit l'adsorbeur A en phase d'adsorption. L'air à épurer arrive par la conduite 1 et, par les vannes 2, est introduit sur les différentes couches d'où il sort par les vannes 3 et est évacué par la conduite 4. Pendant ce temps, le gaz chauffé dans le réchauffeur C est envoyé par la conduite 5 et la vanne 6 dans l'adsorbeur B qu'il traverse, puis par la vanne 7 et la conduite 8 passe dans le refroidisseur D et, de là, par la conduite 10 et la vanne 11, dans l'adsorbeur secondaire E d'où il est évacué, épuré, à l'atmosphère ou éventuellement récupéré pour un nouvel usage. Lorsque la désorption de l'adsorbeur B est terminée, le passage de gaz est supprimé et l'adsorbeur E est traité par la vapeur d'eau pour récupérer le solvant. Lorsque l'adsorbeur A est saturé, on inverse-le roule des adsorbeurs A et B, c'est-à-dire qu'on fait passer l'air à épurer dans l'adsorbeur B et le gaz dans l'adsorbeur A. Ce dispositif suppose que le stade de désorption est plus court que celui d'adsorption et que pendant l'adsorption d'un adsorbeur principal on peut procéder à la désorption de l'autre adsorbeur principal puis de l'adsorbeur secondaire. On peut concevoir qu'avec des adsorbeurs principaux ayant un nombre assez grand de couches la durée de la désorption sera aussi longue que celle de l'adsorption ; dans ce cas, l'installation comprendra deux adsorbeurs secondaires fonctionnant selon le même cycle que les adsorbeurs principaux. L'invention permet donc d'épurer un air à faible teneur en composé à éliminer dans de bonnes conditions économiques et de récupérer le composé. Elle n'est pas limitative de l'exemple donné. Elle peut aussi servir à traiter un gaz pour en séparer un composé existant à faible dose. Elle peut aussi s'appliquer à des teneurs plus élevées que celles indiquées. On peut aussi utiliser pour la désorption, au lieu d'un gaz, de l'air. Enfin le procédé ne se limite pas à l'utilisation du charbon actif, il peut être mis en oeuvre avec un autre adsorbant tamis moléculaire, gel de silice, alumine activée, etc. pour une séparation de même nature ; par exemple élimination de vapeurs d'hydrocarbures de l'air par tamis moléculaire ou gel de silice. Dans certains cas, on constate en début de désorption par les gaz chauds une sortie de produit désorbé sous forme liquide. Un avantage supplémentaire du procédé qui multiplie l'épaisseur du charbon pendant la désorption est, de ce fait, d'augmenter la production de solvant ainsi recueilli directement sous forme liquide. REVENDICATIONS 1. Procédé d'élimination de gaz ou de vapeurs se trouvant dans un gaz porteur par adsorption dudit gaz ou desdites vapeurs sur un produit adsorbant et régénération dudit produit adsorbant par traitement, à l'aide d'un gaz chaud, dans lequel - ledit produit adsorbant est disposé en plusieurs couches séparées - l'adsorption sur ledit produit adsorbant s'effectue en ne faisant passer le gaz porteur, contenant ledit gaz ou lesdites vapeurs à adsorber, qu à travers une seule couche d'adsorbant. Ledit procédé étant caractérisé en ce que - la régénération s'effectue en faisant passer le gaz chaud, utilisé à cette fin, à travers plusieurs desdites couches qui sont traversées en série par ledit gaz chaud. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adsorbant est du charbon actif, un tamis moléculaire, du gel de silice, de l'alumine activée. 3. Procédé selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le gaz de désorption de l'adsorbeur principal est de l'air ou un gaz de combustion récupéré ou un gaz inerte fabriqué à cet effet. 4. Procédé selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le gaz ayant servi à la désorption passe sur un adsorbeur secondaire qui retient le produit désorbé. 5. Procédé selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le gaz ayant servi à la désorption est soumis à un lavage. 6. Procédé selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le gaz ayant servi à la désorption est incinéré. 7. Procédé selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que l'adsorbant de l'adsorbeur secondaire est du charbon actif dont on récupère l'adsorbant par la vapeur d'eau. 8. Appareillage pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, qui comporte - un appareil adsorbeur contenant le produit adsorbant disposé en couches. - des moyens permettant d'admettre un gaz porteur contenant des gaz ou des vapeurs à adsorber dans ledit appareil adsorbant et permettant la sortie dudit gaz porteur, lesdits moyens étant tels que ledit gaz porteur traverse une seule couche d'adsorbant. L'appareil étant caractérisé en ce qu'il est pourvu des moyens pour admettre un gaz chaud dans ledit appareil adsorbant et permettre la sortie dudit gaz chaud, lesdits moyens étant tels que ledit gaz chaud traverse, en série, plusieurs desdites couches.