Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article aborde les aspects pratiques des principaux procédés d’adsorption. Souples, utilisables en séparation pour le fractionnement ou la purification d’un mélange gazeux, les procédés d’adsorption fonctionnent pour la plupart en discontinue avec une phase d’adsorption suivie d’une phase de régénération des adsorbants. Cette phase a lieu souvent in situ et en dynamique, par modulation de la pression totale, de la température ou des concentrations. En pratique, il est assez fréquent d’utiliser une combinaison de plusieurs méthodes de régénération dans un même procédé d’adsorption.
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Lire l’articleAuteur(s)
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Lian-Ming SUN : Expert Groupe, Direction Ingénierie – Air Liquide - Docteur de l’Université Pierre et Marie Curie
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Francis MEUNIER : Professeur au CNAM, Titulaire de la Chaire Froid et Climatisation, Directeur de l’IFFI
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Gino BARON : Professeur au Département de Génie Chimique de la Vrije Universiteit Brussel (VUB), Belgique
INTRODUCTION
Les procédés d’adsorption sont souples. Ils sont utilisables aussi bien pour le fractionnement d’un mélange gazeux ou liquide lorsque celui-ci comporte une fraction importante de constituants adsorbables (typiquement > 10 %) que pour la purification d’un mélange ne contenant que quelques pour-cent de constituants adsorbables.
La séparation par un procédé d’adsorption est, par nature, discontinue avec une phase d’adsorption suivie d’une phase de régénération destinée à restaurer les capacités d’adsorption des adsorbants.
En de rares occasions, les adsorbants sont régénérés hors site ou simplement remplacés avant leur saturation, lorsque plusieurs des facteurs suivants sont réunis : adsorbants très bon marché, adsorbants très difficiles à régénérer, ou présence d’impuretés nécessitant une destruction (des dioxines, par exemple).
Dans la majorité des procédés d’adsorption, les adsorbants sont régénérés in situ en dynamique par modulation de la température, de la pression totale ou des concentrations. Le fonctionnement de ces procédés est souvent cyclique, avec l’emploi de plusieurs adsorbeurs fixes (éventuellement accompagnés par une ou plusieurs capacités de stockage) ou d’un adsorbeur tournant pour assurer une production continue. Certains procédés fonctionnent cependant en continu, avec un contact à contre-courant entre le fluide et les adsorbants, utilisant parfois des lits mobiles ou fluidisés, mais le plus souvent des systèmes à lit mobile simulé.
L’adsorption peut être utilisée également pour des applications autres que la séparation, telles que les machines thermiques, le piégeage ou le stockage de gaz, qui sont basées uniquement sur la capacité des adsorbants à retenir des gaz et non sur l’adsorption sélective.
Dans ce dossier, nous allons aborder les aspects plus pratiques des principaux procédés d’adsorption. Pour les aspects plus théoriques de l’adsorption le lecteur se reportera au dossier Adsorption- Aspects théoriques.
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Procédés de séparation par adsorption modulée en température
En anglais
2. Procédés de séparation par adsorption modulée en pression
Dans un procédé de séparation par adsorption modulée en pression (PSA : Pressure Swing Adsorption ), les adsorbants sont régénérés en réduisant la pression totale. La pression d’un liquide étant difficile à modifier, le PSA est uniquement utilisé pour la séparation des gaz.
Les procédés par adsorption modulée en pression (PSA) sont véritablement apparus dans les années 1950 avec les dépôts du brevet français de Guérin de Montgareuil et Dominé de la société Air Liquide et, un peu plus tard, du brevet américain de Skarstrom de la société Esso Research & Engineering, même si les notions de base étaient déjà connues par des travaux antérieurs. L’invention d’Air Liquide a par ailleurs introduit pour la première fois une régénération sous vide, fondement des procédés VSA (Vacuum Swing Adsorption ).
2.1 Principe de l’adsorption modulée en pression
Pour illustrer le fonctionnement d’un procédé PSA, on considère la séparation d’un mélange binaire dont le constituant 1 est le plus adsorbable. Pour séparer ces constituants, on va réaliser la séquence suivante (figure 3).
Dans une première étape, le mélange à traiter est alimenté dans une colonne d’adsorbant initialement correctement régénérée, à une pression relativement élevée. Le constituant 1 étant plus adsorbable, son front se propage plus lentement que celui du constituant 2 dans la colonne. De ce fait, un gaz riche en constituant 2 peut être produit à la sortie de la colonne, jusqu’à ce que le constituant 1 apparaisse à son tour. Avant l’apparition du composant 1, la sortie de la colonne est fermée et la colonne est soumise à un abaissement de la pression totale pour initier la régénération. Ce faisant, une partie du constituant 1 est désorbée et évacuée à contre-courant de l’alimentation. Mais dans la figure 3c, on peut remarquer que le front de celui-ci recule très peu durant cette étape de décompression. Par conséquent, la colonne doit être purgée afin de repousser le front du constituant 1 et d’éviter son émergence durant l’étape d’adsorption au cycle suivant. Cela peut être effectué par circulation...
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Procédés de séparation par adsorption modulée en pression
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - SUN (L.-M.), MEUNIER (F.) - Adsorption. Aspects théoriques. - J 2 370 Techniques de l’Ingénieur (2003).
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(2) - CHEREMISINOFF (N.P.), CHEREMISINOFF (P.N.) - Carbon adsorption for pollution control. - PTR Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ (1993).
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(3) - COONEY (D.O.) - Adsorption Design for Wastewater Treatment. - CRC Press, Boca Raton (1999).
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(4) - CRITENDEN (B.), THOMAS (W.J.) - Adsorption Technology and Design. - Butterworth Heinemann, Oxford (1998).
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(5) - DABROWSKI (A.) - Adsorption and its Applications in Industry and Environmental Protection. - Elsevier, Amsterdam (1999).
-
(6) - FAUST (S.D.), ALY (O.M.) - Adsorption processes for water treatment. - Butterworth, Boston (1987).
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Listes non exhaustives
HAUT DE PAGE2 Sites Internet d’information générale
Liste non exhaustive
http://ias.vub.ac.beInternational Adsorption Society
http://www.iza-online.orgInternational Zeolite Association
http://www.lcgceurope.comJournal de chromatographie
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