Epuration d'évents sur charbon actif

Le charbon actif est une forme brute de graphite, du carbone pur, comparable à celui généralement utilisé pour les mines de crayons.
Sa structure est cependant différente. Les plaques de graphite du charbon actif sont disposées aléatoirement, contrairement aux mines de crayons dont les plaques de graphite sont disposées de manière parfaitement parallèle.
Cette structure imparfaite est très poreuse. Le charbon actif est donc composé de pores de tailles différentes, d’imperfections visibles jusqu’à des pores aux dimensions moléculaires.

Le charbon actif possède une très grande force d'adsorption physique et un important volume d'adsorption.

La surface du charbon actif peut être supérieure à 1000 m²/g. Cela signifie que la surface développée par 3g de charbon actif couvre la surface d'un terrain de football.

 Le charbon actif peut être fabriqué à partir de diverses substances à teneur élevée en carbone (charbon, hydrocarbures, bois, ...). Par pyrolyse (activation) de la matière première, les composés les plus volatils sont éliminés, laissant une structure carbonée poreuse. Sa surface spécifique peut varier de 300 à 1500 m²/g.

La nature du matériau aura beaucoup d'influences sur les caractéristiques et les performances du charbon actif.

Il existe différentes formes de charbon actif:

• Le Charbon Actif en Grain (GAC) - ce sont des particules de formes irrégulières parmi une gamme de tailles allant de 0.2 mm à 5 mm. Ce type de charbon est utilisé pour des applications en phase liquide et gazeuse.
• Le Charbon Actif en Poudre (PAC) - pulvérisé avec une taille de moins de 0.18 mm (US Mesh 80). Ce charbon est principalement employé dans des applications en phase liquide et pour le traitement des flux gazeux. 
• Le Charbon Actif Extrudé - de formes cylindriques avec des diamètres allant de 0.8 mm à 5 mm. Le charbon Actif extrudé est principalement utilisé pour des applications en phase gazeuse à cause de sa faible perte de charge, de sa grande résistance mécanique et de sa faible teneur en poussières. 
• Le tissu de charbon actif- Le charbon actif est aussi disponible dans des formes spéciales telles qu'étoffes et fibres. 
• Briquettes - les charbons actifs peuvent être agglomérés et formés en une variété de briquettes. 
  

Les granulés sont destinés à être utilisés en lits fixes, tandis que la poudre sera utilisée en dispersion dans un liquide.

Traitement d'un effluent gazeux

Pour épurer un effluent gazeux, on utilisera du charbon actif en grains, disposé en lit fixe.
Le lit de charbon actif sera traversé par le flux gazeux à traiter. Au passage les substances organiques seront adsorbées par le charbon actif.
Lorsque la capacité maximale d'adsorption sera atteinte, le flux à traiter, s'il ne peut être interrompu, sera basculé sur un second lit d'adsorbant qui était prêt pour cela. Le charbon actif saturé sera régénéré avant d'être remis en service pour un nouveau cycle.

Méthodes de régénération du charbon actif

Régénération à la vapeur

La régénération du charbon actif est obtenue en le faisant traverser par un flux de vapeur. Sous l'effet de la température et de la dilution, les substances adsorbées sont revaporisées et entraînées. La condensation ultérieure de la vapeur permet de récupérer les substances désorbées sous une forme concentrée. Leur séparation sera aisée si elles sont non miscibles à l'eau.

Régénération par le vide

La désorption du charbon actif est obtenue en abaissant la pression (environ 100 mbars de pression absolue) et en faisant passer un faible courant d'air pour entraîner les substances organiques désorbées.. La régénération produit donc un flux gazeux considérablement plus concentré en composés organiques que le flux initialement traité. Celui-ci peut alors plus efficacement être lavé par un solvant liquide très peu volatil qui absorbera à son tour les composés organiques entraînés. Ceux-ci pourront être plus aisément récupérés et valorisés sous une forme liquide concentrée.

Limites et contraintes de l'adsorption sur charbon actif

• La désorption de solvants chlorés par la vapeur produit de l'acide chlorhydrique extrêmement corrosif, nécessitant l'utilisation de matériaux résistants.
• L'exploitation de lits de charbon actif est très sensible au risque d'encrassement par des particules solides entraînée dans le flux à traiter, ou bien des solvants pouvant former des polymères (le styrène en particulier).
• Certains solvants difficiles à désorber (la méthyl ethyl cétone par exemple), s'accumuleront cycles après cycles, sur le charbon actif, réduisant progressivement sa capacité pour les cycles suivants. Un traitement à haute température peut permettre de récupérer complètement la capacité du charbon, mais nécessite un déchargement du lit.
• L'accumulation de composés organiques non désorbés sur le charbon peut être la cause d'inflammations du charbon lors de sa remise en service
• L'adsorption de solvants non miscibles à l'eau permet une récupération plus facile après régénération à la vapeur