Bibliographie & annexes
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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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Lire l’articleAuteur(s)
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Pierre LE CLOIREC : Professeur - Directeur de l'École nationale supérieure de chimie de Rennes (ENSCR)
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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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Outil prévisionnel des concentrations et des températures locales dans un adsorbeur
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3. Inflammation des lits garnis de charbons actifs
3.1 Mise en évidence de l'inflammation des filtres à charbon actif
Des essais de laboratoire ont permis de montrer expérimentalement l'inflammation d'un filtre garni de grains de charbon actif adsorbant de l'acétone à des concentrations très fortes, comprises entre 100 et 150 g/m3. La figure 6 présente ces essais.
Pour la concentration de 100 g/m3, on note une courbe de percée de forme classique avec un temps de percée de l'ordre de 35 min et une vague de température avec un maximum à 80 oC environ.
Pour la concentration de 150 g/m3, le temps de percée est de 22 min. Dans ce cas, la courbe de température monte jusque vers 150 oC et décroche pour atteindre 600 oC. À partir de cette valeur, on note l'impossibilité de mesurer la température in situ du fait de la détérioration du thermocouple utilisé. Ces résultats s'expliquent par un échauffement local important initiant des réactions d'oxydation fortement exothermiques, puis un emballement de ces réactions résultant en une inflammation du matériau et de la cétone adsorbée.
Le temps de percée (ou temps de fuite) est le temps à partir duquel apparaissent les COV (C ≠ 0).
3.2 Combustion du charbon versus oxydation du solvant
S'appuyant sur les travaux de thèse de Delage un mécanisme d'inflammation peut être approché. Le potentiel d'inflammation d'un filtre de charbon actif va dépendre principalement de trois facteurs :
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la température à partir de laquelle les composés organiques peuvent se décomposer en sous-produits de réaction....
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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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