Méthodes de réduction des COV
Lisez cet article pour en savoir plus sur les deux méthodes de réduction des COV (composés organiques volatils): 1. Les méthodes physiques et 2. Les méthodes basées sur la combustion.
Les méthodes physiques:
Les méthodes physiques sont la condensation, l'absorption et l'adsorption. Ces méthodes peuvent être utilisées seules ou en série quand il est prévu de récupérer les COV en raison de leur valeur marchande.
Condensation:
Ce processus consiste à refroidir, directement ou indirectement, un flux de gaz entrant contenant des COV en dessous de son point de rosée. Cela entraîne la condensation de certains COV. Le flux de gaz traité aurait toujours des COV résiduels. La concentration des COV résiduels dépendrait de la température d'entrée du liquide de refroidissement.
Les condenseurs sont situés en amont des absorbeurs / adsorbeurs / incinérateurs. L’utilisation d’un condenseur peut servir à récupérer des matières organiques de valeur ou à réduire la charge en COV des unités en aval. Il va sans dire qu'un condenseur ne peut être utilisé que lorsque la concentration de COV dans un flux de gaz d'échappement est relativement élevée. L'efficacité d'élimination peut être d'environ 50 à 90% en fonction de la concentration initiale en COV et de la température d'entrée du liquide de refroidissement.
Absorption:
Pour éliminer les COV d'un flux gazeux, il est généralement lavé avec un liquide organique à point d'ébullition élevé (une huile). Le lavage se fait soit dans une tour à garnissage, soit dans une tour à plaques perforées ou dans une chambre de pulvérisation. Le processus (absorption) peut être effectué de manière récurrente ou à contre-courant. La pratique courante consiste à frotter à contre-courant.
Pendant ce processus, les COV se dissolvent dans l'absorbant (solvant). Le flux de gaz traité peut être encore traité ou rejeté dans l'atmosphère en fonction de sa teneur en COV résiduels. La concentration résiduelle dépend de la concentration initiale en COV dans le flux de gaz entrant, de la solubilité en COV dans le solvant (qui dépend de la température) et du rapport massique gaz / solvant.
À partir du solvant chargé en COV, le COV est récupéré par extraction à la vapeur d'eau et le solvant exempt de COV est renvoyé dans l'absorbeur. Un absorbeur correctement conçu peut avoir une efficacité d’élimination des COV de 90% ou plus. Le mélange COV-vapeur est refroidi et condensé. Ce processus n’est normalement pas économique si la concentration en COV dans un flux de gaz entrant est inférieure à 200-300 ppm.
Adsorption:
Lorsqu'un flux gazeux contenant des COV est passé à travers un lit de particules adsorbantes, par exemple des particules de carbone granulaires activées, les molécules de COV sont retenues sur les surfaces extérieures ainsi que sur les surfaces des micropores et macropores des particules. En réalité, l'adsorption se produit sur certains endroits spécifiques (sites actifs) des particules d'adsorbant. Lorsque la plupart des sites actifs de la majorité des particules sont occupés par les molécules de COV, la vitesse d'adsorption devient lente et le processus est interrompu.
Le lit est ensuite régénéré, c'est-à-dire que les substances adsorbées sont éliminées en faisant passer un courant de gaz chaud ou de vapeur. Les substances désorbées peuvent être récupérées par condensation. Le lit est réutilisé pour l'opération d'adsorption. Si les molécules adsorbées sont fortement maintenues à la surface des particules, la régénération est effectuée par oxydation à l'air à une température plus élevée, ce qui permet de convertir les molécules adsorbées en CO 2 et H 2 O. Certaines parties des particules de carbone (adsorbant) sont également oxydées en CO 2 .
La capacité d'adsorption d'un adsorbant dépend du poids moléculaire de l'adsorbat (COV), du type et de la concentration de COV, ainsi que de la température, de la pression et de l'humidité du gaz vecteur. La capacité augmente avec la diminution de la température et l'augmentation de la pression.
La capacité est affectée négativement lorsque l'humidité relative (HR) dépasse 50%, car les molécules d'eau sont de préférence adsorbées. Un adsorbant aurait une capacité d'adsorption des hydrocarbures halogénés et aromatiques supérieure à celle des composés oxygénés tels que les alcools, les cétones et les aldéhydes. Parmi les différents adsorbants disponibles dans le commerce, le charbon de coquille de noix de coco activé s'est révélé être idéal pour l'adsorption de COV.
L'efficacité d'élimination des COV dans un système d'adsorption peut être d'environ 95%. Cependant, cela dépend de la température et de la pression de fonctionnement, de la durée du cycle d'adsorption et de régénération, du type et de la concentration des molécules de COV présentes dans un flux de gaz.
Théoriquement, il n'y a pas de limite supérieure à la concentration de COV à l'entrée; toutefois, dans la pratique, 10 000 ppm de COV sont considérés comme la limite supérieure. Pour manipuler un flux de gaz ayant une concentration de COV plus élevée, un lit plus grand ou un cycle plus court doit être utilisé et le processus peut ne pas être économique.
L'adsorption de COV par un flux de gaz à faible concentration (COV) (par exemple, moins de 10 ppm) poserait problème, car la récupération de COV dans le flux désorbé serait difficile en raison de sa faible teneur en COV.
L'adsorption n'est pas couramment utilisée pour le traitement de flux contenant des composés hautement volatils, des composés à point d'ébullition élevé, des composés polymérisables et des flux de gaz contenant des particules liquides et solides.
Méthodes basées sur la combustion:
Les processus de combustion (oxydation) peuvent être non catalytiques ou catalytiques.
Les processus non catalytiques peuvent être réalisés des manières suivantes:
(i) incinération directe,
(ii) oxydation de récupération,
(iii) l'oxydation régénérative,
(iv) des fusées éclairantes, et
(v) Oxydation dans les chaudières et les appareils de chauffage existants.
En général, les processus basés sur la combustion ont une efficacité d'élimination des COV élevée, disons d'environ 98%. Les produits de la combustion sont le CO 2, et H 2 O. NO x et SO 2 peuvent également être produits lors de la combustion.
Procédés de combustion non catalytique:
Ces procédés fonctionnent généralement à une température plus élevée, 800-1100 ° C. L'efficacité de la destruction des COV dépend du temps de séjour, de la turbulence, du mélange et de la disponibilité en oxygène dans la zone de combustion. Un carburant supplémentaire peut être nécessaire ou non, en fonction de la valeur calorifique d’un gaz chargé de COV.
i) Incinération directe :
L'incinération directe est réalisée dans une chambre de combustion revêtue de réfractaire équipée d'un brûleur supplémentaire alimenté en combustible. Les besoins en carburant supplémentaires dans une situation donnée dépendraient de la valeur calorifique du gaz chargé de COV.
ii) Oxydation de récupération :
Dans les unités d'oxydation à récupération, le gaz porteur de COV entrant est préchauffé en échangeant indirectement de la chaleur avec le gaz de combustion sortant avant que le gaz entrant ne soit introduit dans une chambre de combustion. La récupération de chaleur des gaz de combustion peut être comprise entre 40 et 70%, de sorte que les besoins supplémentaires en combustible seraient moindres.
(iii) Oxydation régénérative:
Une unité d'oxydation régénérative comprend une chambre de combustion et deux lits de garnissage contenant des billes de céramique ou d'autres matériaux. Lorsqu'un flux contenant des COV entrant traverse un lit chaud, il est chauffé pendant que le lit se refroidit. Le flux entre ensuite dans la chambre de combustion et subit des réactions de combustion.
Les gaz de combustion de la chambre de combustion traverseraient le second lit et chaufferaient la garniture tout en se refroidissant. Les lits conditionnés fonctionnent de manière cyclique, c’est-à-dire que le flux de processus est inversé à intervalles réguliers. La récupération de chaleur dans une telle unité est très élevée. Par conséquent, il ne faudrait pas de carburant ou une quantité relativement faible de carburant supplémentaire. Ces unités ne conviennent pas à tous les types de gaz chargés de COV.
(iv) fusées éclairantes:
Les torches sont essentiellement utilisées comme dispositif de sécurité pour brûler les gaz résiduels produits lors de perturbations de processus sans utiliser de combustible supplémentaire. Il convient aux gaz résiduaires à haut débit ayant un pouvoir calorifique supérieur à 2600 kcal / Nm 3 . La chaleur ne peut pas être récupérée à partir des produits de combustion résultants et une combustion complète des COV ne peut être garantie.
v) Oxydation dans les chaudières et les réchauffeurs de process existants:
Des chaudières ou des chauffages industriels existants peuvent être utilisés pour incinérer des flux de gaz chargés de COV. Les avantages ne sont aucune dépense en capital et aucune exigence de carburant supplémentaire. De telles unités ne pourraient pas prendre en charge de grandes variations du débit de gaz résiduaire et de son pouvoir calorifique. Dans ces types d’équipement, il convient d’éviter l’incinération des gaz résiduaires susceptibles de produire des composés corrosifs. Les performances de ces équipements seraient affectées si le pouvoir calorifique des gaz résiduaires était inférieur à 1300 kcal / Nm 3 .
Processus de combustion catalytique:
L'oxydation catalytique des gaz résiduaires chargés de COV peut être effectuée à une température inférieure, par exemple 400 à 500 ° C, en utilisant une quantité moindre de combustible d'appoint. L'affluent (gaz résiduaire) est normalement préchauffé à environ 260-480 ° C avant de l'introduire dans une chambre de catalyseur.
L'efficacité de destruction des COV peut être comprise entre 95 et 98%, en fonction de la composition et de la concentration en COV, du type et des caractéristiques du catalyseur, de la température de fonctionnement, de la concentration en oxygène et de la vitesse spatiale. La présence de particules liquides et solides et de composés polymérisés affecte l'efficacité de la destruction.
Les oxydes de platine, de cuivre ou de chrome sont généralement utilisés comme catalyseur. Ceux-ci sont empoisonnés par le plomb, l'arsenic, le mercure, le soufre et les halogènes. Lorsque la concentration en COV est élevée, la température du lit de catalyseur peut atteindre 550 à 600 ° C ou plus, ce qui permet de désactiver le catalyseur.
