La purification sous entend l'élimination d'impuretés présentes en
faible quantité dans un gaz issu d'un processus de fabrication ou de
séparation dont la sélectivité n'est pas totale.
Elle peut faire appel à des techniques:
- d'adsorpion
- de réaction catalytique
- de charge réactives
L'oxygène peut réagir avec l'hydrogène sur un catalyseur à base de Palladium.
La réaction peut être menée à basse température mais est fortement exothermique.
De l'eau se forme en quantité sensiblement égale à la quantité d'oxygène éliminé.
Si l'eau est gênante dans l'application du gaz traité, il devra être séché.
Cette technique est facile à appliquer dans la désoxygènation de
l'hydrogène. Pour les autres gaz, de l'hydrogène devra être ajouté pour
réagir avec l'oxygène.
Cette technique peut être recommandée si la teneur en oxygène est importante (quelques %)
Le gaz à purifier peut être mis en contact avec une charge de cuivre
avec laquelle l'oxygène contenu réagira. Le cuivre sera transformé en
oxyde cuivre suivant la réaction suivante:
2 Cu + O2 = 2 CuO
Après épuisement, la charge peut être régénérée par traitement à l'hydrogène:
CuO + H2 = Cu + H2O
Cette technique permet d'atteindre des teneurs en oxygène <1ppm,
et peut être recommandée si la teneur en oxygène à éliminer est faible
(quelques ppm).
Les composés soufrés acides tels que l'hydrogène sulfuré (H2S) ou le
dioxyde de soufre (SO2) peuvent être retenus par lavage à l'aide d'un
liquide basique tel que:
- solution aqueuse de soude
- amine
- lait de chaux ou de carbonate
Cette technique peut être recommandée pour traiter des débits
importants de gaz ou des concentrations importantes de composés soufrés
à éliminer
Les composés soufrés peuvent être éliminés jusqu'à des teneurs de
l'ordre de 10ppb par traitement sur un lit d'oxyde de Cuivre (CuO) ou
d'oxyde de Zinc (ZnO).
Les réactions suivantes peuvent se produire:
CuO + H2S = CuS + H2O
CuO + COS = CuS + CO2
ZnO + H2S = ZnS + H2O
Après saturation la charge doit être remplacée.
Le gaz de synthèse issu des procédés de reformage ou de craquage peuvent être purifiés par PSA (Pressure Swing Absorption):
Les composants autres que l'hydrogène sont absorbés à haute pression
sur du charbon actif et du tamis moléculaire. Ils sont ensuite désorbés
par décompression.
Une pureté de 99,999% volume peut être obtenue.
Le charbon actif se présente sous la forme de granulés de quelques
milimètres constituant un lit au travers duquel on fait passer le gaz à
traiter.
Le charbon actif est issu de bois ou de coke auquel on a fait subir un
traitement thermique particulier afin de créer une grande porosité et
lui conférer cette aptitude à capter et retenir des substances
présentes en très faibles concentration dans l'eau ou dans l'air.
Lorsqu'ils sont appliqués au traitement de l'air atmosphérique afin
d'abaisser la teneur résiduelle d'un polluant à quelques ppm (partie
par million), les charbons actifs peuvent en retenir de l'ordre de 10%
de leur poids.
Ils sont employés depuis fort longtemps pour la fabrication de
cartouches filtrantes de masques à gaz. Après saturation, la cartouche
doit être jetée et remplacée.
En application industrielle, le charbon actif saturé est régénéré.
La régénération peut être menée:
- sous vide
- par strippage à la vapeur d'eau
- par strippage par un gaz chaud
Le strippage à la vapeur permet un récupération facile du polluant
après condensation de l'eau. Cependant si le polluant est soluble dans
l'eau cette méthode risque de créer un effluent aqueux pollué.
Pour récupérer le polluant strippé par un gaz chaud, il suffit de le
refroidir à la sortie afin de condenser le polluant. Si sa volatilité
est importante, la température à atteindre peut être très basse. Si le
gaz doit être refroidi à une température inférieure à 0°C, il peut être
necessaire de le sécher afin d'éviter la formation de glace dans le
refroidisseur.
Les hydrocarbures présents peuvent être convertis en dioxyde de
carbone et eau par passage sur un catalyseur à base de Palladium en
présence d'oxygène.
Cette technique peut particulièrement s'appliquer à la purification du
dioxyde de carbone. Des teneurs de l'ordre de 10ppb peuvent être
atteintes.