Brevet FR2522987A1 — publié le 19830916

Procédé et dispositif pour la régénération périodique d'une colonne d'adsorption. La présente invention concerne des systèmes d'adsorption par carbone activé pour enlever certains composés ou conta- minants dans des courants d'eau et d'autres liquides De façon plus spécifique, la présente invention concerne un procédé et un dispositif pour la régénération et la stéri- lisation périodiques en continu du carbone activé utilisé dans le lit d'une colonne d'adsorption. Le carbone activé est une substance obtenue à partir du charbon, du bois et d'autres produits carbonés, ayant une grande porosité, une grande perméabilité et une grande sur- face de pores Du fait de cette grande surface de pores, le carbone activé est un excellent agent pour adsorber dans l'eau des composés organiques et certains composés inorga- niques dissous Lorsque de tels composés ayant de l'affinité pour le carbone sont considérés comme contaminants d'un cou- rant d'eau, les contaminants peuvent être enlevés en faisant simplement circuler le courant d'eau en contact avec un lit ou une boue de carbone activé. Les lits de carbone activé conviennent également pour enle- ver, par filtration, les bactéries dans les courants d'eau potable et d'eau utilisée dans les processus industriels. Il en résulte toutefois que les bactéries piégées par le lit de carbone y trouvent un climat favorable à leur croissance et à leur prolifération Au fur et à mesure que les colonies de bactéries se développent dans le lit de carbone, le débit du courant est limité et le courant d'eau sortant du lit est contaminé. Les produits désinfectants tels que chlore, bioxyde de chlore et chloramines, qui sont normalement utilisés pour contrôler le développement des bactéries, sont inefficaces dans un-lit de carbone activé du fait de la neutralisation du désinfectant par adsorption par le carbone. En conséquence,le développement des bactéries à l'intérieur d'un lit de carbone activé doit être contrôlé par des moyens tels que de fréquents lavages à contre-courant, suivis par un lavage par un caustique et une stérilisation à la vapeur. Toutefois, on ne peut effectuer de lavages à contre-courant que dans des lits non confinés, c'est-à-dire dans le cas o les volumes de carbone en contact d'adsorption sont con- tenus dans des cuves de volume notablement supérieur Les lits filtrants tassés, dans lesquels le lit de carbone occupe pratiquement tout le volume de la cuve, ne peuvent être lavés à contre-courant Dans ces cas, on doit utiliser la vapeur et/ou un caustique. Indépendamment du colmatage des lits de carbone confinés et des problèmes de stérilisation résultant du développement des bactéries in situ, chaque particule ou grain de carbone activé peut être considéré comme un récipient individuel. Nonobstant l'affinité du carbone activé pour certains composés, sa capacité d'adsorption est limitée Le récipient constitué par la particule arrive à être plein: on dit qu'il est saturé ou épuisé Dans ce cas, la particule n'a plus de valeur en tant qu'adsorbant et doit être, soit remplacée, soit régénérée. La régénération du carbone activé est un processus dans le- quel les composés adsorbés sont retirés de leur combinaison avec les particules de carbone, c'est-à-dire que le récipient constitué par la particule est vidé de son contenu Dans la régénération thermique, on chauffe le carbone avec des produits de combustion jusqu'à des températures comprises entre 800 et 10000 C dans une atmosphère contrôlée afin de détruire par la chaleur les composés adsorbés Dans la régénération par la vapeur, outre la stérilisation ainsi obtenue, les contaminants adsorbés sont désorbés du carbone par chauffage du lit au point d'ébullition des contaminants. Dans la régénaration chimique, on met en contact le carbone usé avec une solution aqueuse d'acide ou de caustique extrê- mement réactive pour faire réagir le composé adsorbé et l'amener en solution dans un liquide pouvant être pompé. Du fait de la chaleur ou'des réactions chimiques considéra- bles impliquées dans cette régénération, le processus de régénération n'est normalement pas effectué dans la cuve contenant le lit adsorbant Les cuves standards d'adsorption par contact avec des courants liquides sont fabriquées en acier doux et reçoivent un revêtement intérieur peu coûteux résistant à l'abrasion et aux produits chimiques Si la cuve doit être utilisée pour l'étuvage ou la régénération des charges de carbone, la totalité de la cuve doit normale- ment être fabriquée en un matériau résistant à la chaleur et aux produits chimiques,par exemple de-l'acier inoxydable. En outre, s'il est essentiel que le courant d'eau traité soit continu, on doit multiplier le nombre de cuves d'adsorp- tion,'régénération de façon que le traitement du courant puisse continuer à travers un lit de carbone actif pendant le temps pendant lequel un lit de carbone usé est régénéré. La multiplication des cuves d'adsorption dans un système de traitement est souvent nécessaire pour d'autres considéra- tions, par exemple l'enlèvement d'une cuve de la ligne de traitement pour l'enlèvement par'lavage à contre-courant du lit de carbone des filtrats non adsorbés et pour les pério- des de stérilisation par chauffage à la vapeur Lorsque le coût de plusieurs cuves d'adsorption, chacune étant sur- dimensionnée à des fins de lavage à contre-courant, est combiné avec le coût de réalisation de toutes ces cuves en acier inoxydable, la possibilité de régénération du carbone in situ est difficile à justifier économiquement. C'est en conséquence un but de la présente invention de proposer la réalisation et le fonctionnement d'un système d'adsorption par carbone activé permettant un traitement pratiquement continu, qui n'exige qu'une seule cuve d'adsorp- tion en acier doux et deux cuves de soufflage en acier ino- xydable considérablement plus petites pour le lavage, la stérilisation et la régénération du carbone in situ, ainsi que pour le transfert du carbone. Un autre but de l'invention est de réduire au minimum la dimension et la valeur de l'équipement exigé pour un atelier de stérilisation et de réfénération à la vapeur et suffi- sant pour supporter un lit de traitement par carbone activé. Un autre but de l'invention permet un fonctionnement d'ad- sorption pratiquement ininterrompu avec une seule cuve d'adsorption. La présente invention décrit un lit d'adsorption au carbone à courant ascendant, dans lequel on effectue un enlèvement périodique (ou pulsé) d'une fraction de la charge totale du carbone du lit. Après l'enlèvement périodique d'une certaine quantité de carbone usé du fond ou face d'arrivée du lit, on dépose sur le sommet ou face de sortie du lit une quantité pratiquement égale de carbone neuf ou régénéré. La quantité de carbone usé est transportée par liquide par une tuyauterie de liaison depuis le fond de la cuve d'adsorp- tion jusqu'à l'intérieur d'une première de deux petites cuves de soufflage en acier inoxydable La cuve de soufflage chargée est alors isolée de la cuve d'adsorption par la fermeture de vannes appropriées et on admet à l'intérieur un agent approprié de stérilisation et de régénération, tel que vapeur, solvant, acide ou caustique Un tel traitement de stérilisation et de régénération exige normalement une durée prolongée pendant laquelle le lit d'adsorption fonc- tionne normalement, La charge de carbone stérile et régénérée qui remplace la charge usée à l'intérieur de la cuve d'adsorption est souf- flée par pression pneumatique ou hydraulique depuis l'autre des deux cuves de soufflage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée en liaison avec le dessin joint, sur lequel la figure unique illustre un schéma hydraulique du système de base de l'invention. L'invention comprend fondamentalement une cuve classique de pression en acier doux 10, recouverte d'un revêtement approprié pour recevoir un lit à courant ascendant de carbone activé granulaire A titre indicatif, la cuve 10 peut rece- voir 18 tonnes de carbone activé pour traiter par adsorption un courant de 1500 m 3 par jour d'eaux résiduaires avec un temps de contact de 30 minutes. Des raccordements appropriés sur la cuve 10 reçoivent des conduits pour le courant arrivant d'eau brute 100 au voisinage du fond de la cuve 10 et pour le courant traité sortant 200 au voisinage du sommet de la cuve Des collecteurs de trans- fert de carbone 20 sont également raccordés à la cuve 10 au fond de celleci et un collecteur 30 est raccordé au sommet de la cuve. Une cuve de stockage du carbone 11 constitue un réservoir sans pression pour le carbone usé à enlever du système pour s'en débarrasser ou pour effectuer un traitement de régénération ne ressortissant pas du présent système Le tuyau 22 raccorde la cuve de carbone usé 11 au collecteur d'enlèvement de carbone 20 Un extracteur i 1 est actionné par un équipement de pression hydraulique 60 pour faciliter l'enlèvement du carbone de la cuve de stockage 11. La cuve de stockage de carbone 12 constitue un réservoir sans pression pour le carbone neuf ou régénéré à ajouter au système pour compenser les pertes par attrition ou pour remplacer le carbone enlevé Un tuyau 32 raccorde la cuve de stockage du carbone neuf 12 au collecteur d'amenée du carbone neuf 30, Un extracteur 62 facilite ce transfert. Les deux cuves de soufflage 13 et 14 sont des cuves de pression en acier inoxydable rpratiquement identiques, chacune ayant une capacité de carbone correspondant à environ 5 à 25 % du volume du lit d'adsorption 10, augmenté d'un volume pour la dilatation résultant du lavage à contrecourant Des conduits 23 et 24,équipés de vannes,raccordent les cuves de soufflage respectives au collecteur d'enlèvement du car- bone 20 et des conduits 33 et 34,équipés de vannesraccor- dent respectivement les cuves de soufflage au collecteur d'amenée du carbone 30. Un système de tuyauteries 40 raccorde sélectivement les deux cuves de soufflage 13 et 14 à des sources appropriées d'agent de régénération, qui peuvent être la vapeur, un solvant, un acide ou un caustique Le système représenté suggère un trajet ascendant de l'agent de régénération, mais il est bien entendu que certaines conditions ou certaines circons- tances du système peuvent imposer un trajet descendant. Le système 50 d'évacuation de l'agent de régénération peut comporter un condenseur de vapeur ou une cuve de récupération de l'agent de régénération usé Un tel dispositif peut être extrêmement utile pour récupérer certains composés thermiquement volatils qui peuvent constituer des dangers pour l'environnement La régénération à la vapeur extrait les composés du carbone pour les transporter dans le con- denseur 15 L'extraction par la chaleur du courant chargé des vapeurs de ces composés fait passer les composés toxiques en solution ou en mélange avec le condensat résultant pour permettre une évacuation contrôlée. En fonctionnement normal ou stable du présent système, un courant réglé d'eau brute 100 arrive dans le fond de la colonne d'adsorption à courant ascendant 10 L'effluent traité 200 est évacué du sommet de la colonne. Périodiquement, par exemple tous les jours, on ouvre la vanne d'isolation 21 du collecteur d'enlèvement, tandis que la vanne d'arrivée est maintenue ouverte pour permettre un transport descendant turbulent du carbone usé depuis la face d'arrivée de la colonne d'adsorption Ce carbone usé est dirigé du collecteur 20 dans la cuve de soufflage qui se trouve vide, par exemple 13 Lorsque la cuve de soufflage 13 est complètement chargée, on ferme la vanne d'isolation 21 et on ouvre la vanne d'isolation 31 pour recevoir de l'autre cuve de soufflage 14 une quantité correspondante de carbone régénéré Lorsque le transfert est terminé, on ferme à nouveau la vanne d'isolation 31 et la colonne d'adsorption et le courant d'eau traitée retournent à leur fonctionnement normal. Lorsqu'on a terminé le transfert de la charge de carbone usé à la cuve de soufflage 13, cette cuve est isolée des collecteurs 20 et 30 et le processus de régénération commence. En fonction de l'importance de la charge, du type de celle- ci et du degré de saturation, le processus de régénération peut exiger 1 à 10 heures Dans de nombreux cas, le pro- cessus de régénération s'effectue par désorption chimique ou par solvant Dans d'autres cas aussi nombreux, il suffit d'une régénération à la vapeur En tout cas, la période de régénération ne se prolonge pas davantage qu'il n'est programmé Lorsque le processus est terminé, la charge régé- nérée est prête pour recharger la colonne d'adsorption lors de la période programmée suivante. Revendications. 1 Procédé pour régénérer un matériau d'adsorption utilisé dans une colonne de traitement de liquide par adsorption, caractérisé en ce que: A on amène un courant de liquide ( 100) sur une face d'une colonne verticale ( 10) de matériau adsorbant; B on enlève un effluent ( 200) de l'autre face de cette colonne verticale; C on enlève périodiquement de la première face de la colonne une fraction du matériau d'adsorption usé et on le dépose dans une première cuve de pression auxiliaire ( 13, 14); D on remplit la colonne ( 10) par son autre face avec une fraction similaire du matériau d'adsorption régénéré enlevé de la deuxième cuve de pression auxiliaire ( 14, 13); et E on régénère le matériau usé dans la première cuve pendant la période séparant deux enlèvements successifs de matériau, grâce à quoi la portion de matériau usé dans la première cuve retirée lors d'un premier transfert devient la portion de matériau régénéré fournie par Ladeuxième cuve lors d'un deuxième transfert 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la régénération du matériau usé est un processus de vapori- sation pour stérilisation à la vapeur, comportant une con- densation dans un réservoir fermé de la vapeur sortant du processus. 3 Dispositif pour enlever par adsorption des composés sélec- tionnés d'un courant de liquide, caractérisé en ce qu'il comporte: A une cuve verticale de contact sous pression ( 10) chargée d'une colonne de matériau d'adsorption en particules; B un conduit d'arrivée ( 100), équipé d'une vanne, à une extrémité de cette cuve de contact et un conduit d'évacuation ( 200), équipé d'une vanne, à l'autre extrémité; C un premier collecteur ( 20) raccordant la première extré- mité de la cuve de contact ( 10) à au moins deux cuves de régénération ( 13, 14), ces cuves de régénération ayant res- pectivement un volume inférieur à celui de la colonne du matériau adsorbant; D un deuxième collecteur ( 30) raccordant l'autre extrémité de la cuve de contact à ces deux cuves de régénération; E des vannes d'isolation dans les collecteurs respectifs et dans les tuyauteries raccordant ces collecteurs respec- tifs à chacune des cuves pour isoler sélectivement ces cuves des collecteurs; et F des moyens d'amenée d'agents de régénération du matériau adsorbant ( 40) alternativement raccordés aux deux cuves de régénération ( 13, 14). 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'échange thermique en récipient clos ( 15) pour condenser les vapeurs chaudes d'agent de régénération,