Technologies de séparation par adsorption

La séparation par adsorption est basée, en général, sur la différence d’affinité d’un adsorbant pour les constituants d’ un mélange. Cela se traduit par une différence de quantités adsorbées des constituants à l’équilibre. Néanmoins, la différence de vitesse d’adsorption peut être aussi exploitée pour séparer les constituants d’un mélange possédant des quantités adsorbées similaires à l’équilibre. Enfin, la séparation par adsorption peut être également basée sur l’ effet d’exclusion de certaines molécules dont les dimensions sont supérieures à la taille des pores de l’adsorbants.

Les technologies de séparation basées sur l’ adsorption peuvent être regroupées en deux catégories génériques : l’adsorption par inversion de pression (PSA : Pressure Swing Adsorption) et l’ adsorption par inversion de température (TSA : Temperature Swing Adsorption). Dans les processus PSA, un ensemble de cycles d’adsorption désorption est mis en place afin d’ obtenir un certain degré de pureté. L’adsorption a lieu à haute pression, tandis que la désorption se produit en diminuant la pression à 1 bar autour de l’adsorbant. Selon les domaines de pression, on distingue plusieurs variantes de PSA. On peut citer :

• Adsorption par inversion de vide (VSA : Vacuum Swing Adsorption), où l’ adsorption a lieu à des pressions avoisinant la pression atmosphérique, tandis que la désorption se produit, en général, sous vide ou à des pressions subatmosphériques .

• Adsorption par inversion de pression et de vide (PVSA : Pressure Vacuum Swing Adsorption), où la pression d’ adsorption se situe au-delà de la pression atmosphérique tandis que la pression de désorption est subatmosphérique.

Différentes variantes existent encore selon la durée des cycles d’ adsorption-désorption mis en place. En revanche, l’ adsorption, dans le TSA, se produit à basse température alors que la désorption a  lieu en chauffant l’ adsorbant. Généralement, le PSA est utilisé pour les séparations globales des composants d’un mélange, alors que la purification de gaz se fait le plus souvent avec le TSA.

Dans les deux cas (PSA, TSA), l’ équipement est essentiellement constitué d’enceintes parallèles remplies d’absorbants (adsorbeurs) et interconnectées par un système de valves automatiques . Un nombre d’ étapes (adsorption, désorption, pressurisation, etc.) sont choisies et agencées de façon cyclique de sorte que tous les adsorbeurs suivent le même cycle pendant tout le processus, sans pour autant être nécessairement à la même étape a un instant quelconque. Le nombre de cycles dépend de plusieurs facteurs, dont la sélectivité du matériau adsorbant utilisé. Bien que l’on puisse varier plusieurs paramètres dans l’optimisation des systèmes d’ adsorption, il s’ avère que le développement de matériaux adsorbants possédant une sélectivité quasiinfinie reste la solution idéale en vue d’augmenter l’efficacité globale du processus.