Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Les risques et les moyens de prévention à mettre en oeuvre lors de l'utilisation des filtres de charbon actif pour le traitement de l'air chargé en polluants et en particulier en COV font l'objet de cet article. Des exemples d'incidents sont recensés. Les mécanismes d'exothermicité et leur visualisation sont présentés. Afin de mieux comprendre les phénomènes et de les contrôler, l'influence des conditions opératoires sur le dégagement de chaleur, est décrite et analysée. Dans un but d'une meilleure compréhension et d'une prévision des températures locales lors de l'adsorption de COV sur charbon actif, des modèles déterministes sont proposés.
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Risks and prevention means to be implemented when using activated carbon filters, in order to treat air loaded with pollutants and especially VOCs, are dealt with in this article. Some accident examples are documented. Mechanisms of exothermicity and their visualization are also presented. In order to achieve a better understanding of the phenomena, and thus control them, the influence of operating conditions on heat release is described and analyzed. Deterministic models are proposed in order to understand and predict local temperatures during VOC adsorption onto activated carbon.
Auteur(s)
-
Pierre LE CLOIREC : Professeur - Directeur de l'École nationale supérieure de chimie de Rennes (ENSCR)
-
Pascaline PRÉ : Maître assistante, HDR - GEPEA UMR CNRS 6144 – École des mines de Nantes
INTRODUCTION
Le charbon actif est utilisé, de manière intensive, comme adsorbant universel pour le traitement des fumées, l'élimination des composés organiques volatils (COV) ou des molécules odorantes présents dans les émissions gazeuses industrielles . Les installations d'adsorption sur charbon actif représentent, en France en 2010, environ 30 à 35 % du parc des installations de traitement des rejets gazeux chargés en COV. Généralement, les installations sont sous la forme de lits fixes garnis de grains de charbon actif (vierge ou imprégné) au travers desquels passe l'air ou le gaz à dépolluer. Le transfert du contaminant de la phase gazeuse dans la porosité du matériau carboné permet une purification du gaz. Après saturation, le charbon actif est soit mis en centre de stockage de déchets, soit réactivé en usine, soit régénéré in situ par un fluide caloporteur (vapeur d'eau, gaz chaud) ou encore par chauffage intrinsèque du matériau (électrodésorption, par exemple) . Du fait d'une réaction exothermique se produisant lors de la réaction d'adsorption, un échauffement local peut se produire. Cette augmentation de température est fonction de nombreux paramètres tels que la concentration du polluant, le type de charbon actif ou les conditions opératoires (débit, humidité...). Ce phénomène particulier d'exothermicité des réactions d'adsorption est connu depuis longtemps mais se doit d'être mieux compris et mieux appréhendé pour éviter des incidents comme des points chauds, des emballements thermiques ou des inflammations de lits. Le premier accident impliquant la combustion d'un lit de charbon actif a été reporté dans les années 1940. L'inflammation de l'adsorbeur, garni de charbon actif à base de noix de coco, s'est produite durant le traitement d'air chargé de cyclohexane . Une définition des conditions d'utilisation des filtres de charbon actif dans la purification des gaz et spécifiquement de l'air se doit donc d'être proposée.
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MOTS-CLÉS
KEYWORDS
VOC | implementation | adsorption | activated carbon
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Inflammation des lits garnis de charbons actifs
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2. Adsorption et chaleur
2.1 Adsorption : réaction exothermique
Le phénomène d'adsorption est globalement constitué d'une part de transferts diffusionnels de matière externes et internes dans la porosité, suivi d'autre part d'une interaction entre la ou les molécules présentes dans le fluide (liquide ou gaz) et la surface du solide . Cette interaction solide-molécule, qui implique des liaisons électrostatiques de type Van der Waals et éventuellement des liaisons hydrogène, constitue réellement l'étape d'adsorption. Elle a été traduite, par Langmuir vers 1930, de manière simple par une réaction équilibrée exothermique :
avec :
- A :
- contaminant présent dans le fluide,
- σ :
- surface du solide.
Des enthalpies d'adsorption ou de désorption ont été déterminées par calorimétrie (immersion, différentielle à balayage...) pour différentes molécules de COV et divers types charbon actifs. Les valeurs varient de 20 à 80 kJ/mol ...
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Adsorption et chaleur
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - LE CLOIREC (P.) - Les composés organiques volatils (COV) dans l'environnement. - Tec. & Doc. Lavoisier Paris ISBN 2-7430-0232-8, 734 p. (1998).
-
(2) - SUBRENAT (A.), LE CLOIREC (P.) - Industrial Applications of Adsorption onto Activated Carbon Cloths and Electro-thermal Regeneration. - J. Environ. Engn., 130, 3, p. 249-257 (2004).
-
(3) - SUBRENAT (A.), LE CLOIREC (P.) - Volatile organic compound (VOC) removal by adsorption onto activated carbon fiber cloth and electrothermal desorption: an industrial application. - Chem. Eng. Comm., 193, p. 1-9 (2006).
-
(4) - WILDMAN (J.) - Practical problems in solvent recovery using activated carbon, Proceedings of an international conference on carbon. - University of Newcastle Upon Tyne, United Kingdom, sept. 1988.
-
(5) - NAUJOKAS (A.A.) - Spontaneous combustion of carbon beds Plant/Operations Progress. - 4, p. 120-126 (1985).
-
(6)...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Procédés de traitement des COV ou composés organiques volatils.
-
COV (Composés Organiques Volatils).
-
Procédés de dépollution des émissions gazeuses industrielles.
ANNEXES
Ministère de l'environnement, [DPPR/SEI/BARPI] Base de données ARIA, France.
EPA (Environmental Protection Agency) USA, Bases de données – Rapports, USA.
HAUT DE PAGE
PROSIM-DAC juin 2012 http://www.prosim.net
HAUT DE PAGE
ProSim http://www.prosim.net
Réglementations https://european-union.europa.eu/institutions-law-budget/law/find-legislation_fr http://www.legifrance.gouv.fr
Centre Interprofessionnel Techniques d'Études de la Pollution...
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