Les problèmes recontrés avec la MEA et les solvants amines en général se résument à des corrosions provoquées par la présence d’O2 et d’autres impuretés, ainsi à la dégradation du solvant. Ces facteurs ont fait l’objet de plusieurs études car ils jouent un rôle important dans l’optimisation du fonctionnement des procédés d’extraction. Nous nous sommes intéressés pour notre part à examiner ces différents problèmes en suggérant un procédé complémentaire et performant qui consiste en la filtration de la solution de MEA (mono-éthanolamine) sur charbon actif .

1. REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEINGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Université MOHAMED BOUDIAF des Sciences et de la Technologie d’Oran
Faculté des Sciences
Département de Chimie Industrielle
MEMOIRE EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER
Domaine : Sciences et technologie-ST
Filière : GENIE DES PROCEDES-GP
Parcours : INGENIERIE BIOMOLECULAIRE
Thème
Soutenu le : 23 /06/2013 Devant le jury composé de :
Présenté par : Mme .TOUMI Encadreur
Oukil Khaled ibn el-walid Mr.SELLAMI Examinateur
Mme .IMINE Examinateur
Mme .BOUBERKA .Z Examinateur
INTENSIFICATION D’UN PROCEDE AMINE
PAR FILTRATION SUR CHARBON ACTIF.

2. Les problèmes recontrés avec la MEA et les solvants amines en général se résument à des
corrosions provoquées par la présence d’O2 et d’autres impuretés, ainsi à la dégradation
du solvant.
Ces facteurs ont fait l’objet de plusieurs études [2] car ils jouent un rôle important dans
l’optimisation du fonctionnement des procédés d’extraction.
Nous nous sommes intéressés pour notre part à éxaminer ces différents problèmes en
suggérant un procédé complémentaire et performant qui consiste en la filtration de la
solution de MEA sur charbon actif.
Il est clair que différents adsorbants minéraux classiques peuvent être utilisés (charbons
actifs, zéolites, alumines, … )
Des études antérieures [3] donnent à penser que les charbons actifs classiques et
commerciaux sont les matéraiux de base appropriés pour un procédé d’adsorption, en
raison à la fois de leur robustesse chimique, de leur versatilité, de leur capacité
opératoire, de leur bas coût et enfin ils se prêtent bien à des modifications texturales
susceptibles d’améliorer leurs performances.
Notre travail s’est donc concentré sur cette famille d’adsorbant.

3. Le travail réalisé se divise en quatre chapitres :
Le chapitre 1 : ce chapitre est consacré à quelques rappels bibliographiques
concernant l’absoption du CO2 par le procédé amine ainsi
que le traitement des solvants par adsoprtion.
Le chapitre 2 : il sera question dans ce chapitre d’évoquer les problèmes
engendrés par l’utilisation de la solution MEA dans le procédé
amine.
Le chapitre 3 : ce chapitre sera consacré à l’étude des charbons actifs.
Le chapitre 4 : ce chapitre traite d’une étude expérimentale mettant au point
une méthode de test pour évaluer les qualités des adsorbants
envisagés, à savoir le charbon actif en poudre et le charbon
actif granulaire.
Nous présentons dans ce même chapitre l’ensemble des
résultats obtenus ainsi que les observations et les
commentaires correspondants.
Enfin, une conclusion vient clore ce travail résumant l’essentiel des résultats
obtenus.

4. IV.1 But du travail
Notre travail vise à mettre en évidence l’utilité de la filtration de la solution de MEA
régénérée utilisant le charbon actif comme adsorbant dans le but de minimiser les
problèmes engendrés par l’emploi de la solution MEA pour la capture du gaz CO2 .
D’autre part, notre étude a porté sur la comparaison entre la filtration utilisant le
charbon actif en poudre et celle utilisant le charbon actif en grain.
Notons que les propriétés des deux types de charbon actif commerciaux employés, en
poudre et en grain, sont résumées dans l’annexe 5 (page 58).
Nous avons pour celà réalisé différents travaux qui peuvent être classés en trois
parties :
1 ère
partie. Analyse de la MEA régénéré ( pauvre)
En vue de la détermination de :
 La concentartion de la solution MEA par titrage acido-basique.
 La teneur en fer dans la solution MEA.
 Le pouvoir moussant de la solution MEA.

5. 2 ème
partie. Analyse de la solution MEA après filtration
Consiste en l’analyse de la même solution de MEA régénéré après filtration de cette
dernière sur charbon actif. L’analyse du filtrat ayant pour but :
 L’estimation des pertes éventuelles de MEA.
 L’évaluation de la quantité de fer adsorbé.
 détermination de la tendance à mousser.
3 ème
partie. Etablissement de l’isotherme de l’adsorption
La troisième partie, consiste quant à elle à établir l’isotherme d’adsorption de la
solution de MEA sur charbon actif en poudre.

6. IV.2 Partie expérimentale
IV.2.1 Techniques et appareillages utilisés :
* Titrage volumétrique :
- Titrate éléctronique
* Spectroscopie ultra-violet :
- Les adsorbances ont été enregistrées sur un spectrophotomètre type :
« Perkin elmer AA100 » à une longueur d’onde égale à 510 nm.
* Diffusion (pouvoir moussant) :
- Eprouvette graduée de 250ml.
- Tube de dispersion pour le gaz avec extrémité en verre fritté (diffuseur).
- Débimètre à air pour régler le débit d’air à 500ml par minute.
- Régulateur de pression pour l’air.
* Filtration sur charbon actif :
- En poudre et en granulé (dont les caractéristiques physico-chimiques utilisés sont
présentées dans l’annexe 5 page 58 ).
- une balance électronique.

7. IV.2.2 Modes opératoires
IV.2.2.1 Analyse de la MEA pauvre (1 ère partie)
a) Titrage acido-basique :
Cette technique a pour but la détermination de la teneur de la solution de MEA à
l’aide d’une solution d’acide sulfurique (H2SO4) 1N .
 Pipeter 5ml d’échantillon (MEA) et l’introduire dans un erlen ; lui ajouter 20ml d’eau
distillée et 3 gouttes de phénolphtaléine (indicateur coloré) puis titrer jusqu’au virage
correspondant au pH égal à 8,5.
 Ajouter 03 gouttes d’indicateur mixte et continuer le titrage jusqu’au virage correspondant
au pH égal à 4,5 .
b) Spectroscopie éléctronique :
Cette méthode permet la détermination de la concentration du fer afin de mettre en
évidence la corrosion causée par celui-ci.
 Prendre 5 ml de l’échantillon (MEA)
 Ajouter 20 ml d’H2O distilée
 Ajouter 1 gélule de FERROZINE

8. c) pouvoir moussant de la MEA :
 Transférer 90ml de la solution MEA à analyser dans une éprouvette graduée de 250
ml.
 Raccorder le régulateur de pression d’air au cylindre d’air.
 Avec un tube en PVC (polychlorure de vinyle), raccorder la sortie du régulateur à
l’entrée du débimètre. Raccorder aussi la sortie du débimètre au tube de dispersion
de gaz (diffuseur)
 Pendant que l’air s’écoule par le tube, immerger le tube de dispersion dans
l’éprouvette .
 Régler le débit d’air entre 125 - 250ml/mn selon le taux qui donnera la plus grande
hauteur de mousse sans dépasser 250ml.
 Noter la hauteur maximale de la mousse en ml (la hauteur maximale sera atteinte
dans les 5 mn qui suivent l’écoulement de l’air.)
Note : Le volume total qu’occupe la solution plus la mousse est défini comme la
hauteur de mousse.

9. IV.2.2.2 Analyse de la MEA après filtration (2 ème partie )
Le but de ce travail est d’analyser les différentes qualités de charbon actif avant et
après la filtration de la solution de monoéthanolamine.
 Prendre 2 flacons numérotés, propres et secs, dans les quels sont introduits 100 ml de
la solution MEA pauvre à la quelle sont ajoutés 10 gr de charbon actif en poudre dans
l’un des flacons et 10 gr de charbon actif en grain dans l’autre.
 Bien boucher les flacons; les laisser à température ambiante pendant ½ heures jusqu'à
obtention d’équilibre en agitant chaque flacon toutes les 5 minutes.
 Laisser décanter les solutions puis les filtrer dans une deuxième série de 2 flacons
numérotés, propres et secs. Essayer de récupérer le maximum de filtrat possible.
IV.2.2.3 Etablissement de l’isotherme d’adsorption sur CP (3 ème partie)
A) Détermination de la concentration de la solution MEA pauvre :
En se basant sur la même technique de dosage acido-basique, la détermination de la
concentration de la solution MEA pauvre est effectuée selon le mode opératoire suivant :
On introduit dans un erlen 5 ml de la solution monoéthanolamine en lui ajoutant deux
gouttes de phénolphtaléine. La solution est titrée à l’aide de H2SO4 (1N) .
(Trois essais on été effectués).

10. B) Etablissement de la courbe d’isotheme :
 On prend 6 flacons numérotés, propres et secs dans les quels on introduit 2,5 gr de
charbon actif en poudre.
 A l’aide d’une éprouvette graduée on verse les quantités d’eau distillée et de
monoéthanolamine figurants dans le tableau 1.
 Bien boucher les flacons; les laisser à température ambiante pendant ½ heures jusqu'à
obtention d’équilibre en agitant chaque flacon toutes les 5 minutes.
 Laisser décanter les solutions puis les filtrer dans une deuxième série de 2 flacons
numérotés, propres et secs. Essayer de récupérer le maximum de filtrat possible.
 A L’aide d’une solution d’acide sulfurique (H2SO4) 1N nous effectuons un dosage des
échantillons de chaque filtrat, après avoir fait des prélèvements suivants : 10ml des
solutions 1, 2, 3, 4, 5, 6.
N° flacon 1 2 3 4 5 6
Eau (ml) 0 10 15 17,5 20,5 22,5
MEA (ml) 25 15 10 7,5 4,5 2,5
Tableau 1 . Quantités d'eau distillée et de la solution MEA utilisées pour les
essaies d'adsorption

11. IV.3 Résultats et discussion
IV .3.1 Titrage acido-basique :
Les résultats obtenus par titrage acido-basique de la solution aqueuse de MEA pauvre,
avant et après la filtration, à l’aide d’une solution d’acide sulfurique (1N) sont
représentés dans le tableau 2 ci-dessous :
Echantillons MEA pauvre MEA traité
par CP
MEA traité
par CG
% MEA 10.63 8.37 8.54
Tableau 2 . Teneur de MEA avant et après filtration sur charbons actifs
Comme précisé au paravant, les pertes de MEA peuvent être causées par
entraînement de la solution, par dégradation ou par évaporation. Entre autre, la
détermination par titrage acido-basique de la teneur de MEA après filtration sur les
charbons actifs ( CP et CG ) a montré une autre source de perte éventuelle de la
solution de MEA, à savoir l’adsoption de cette dernière sur le charbon actif.
En effet, d’après le tableau 2,nous notons l’adsorption de MEA sur les deux charbons
actifs, néanmoins les quantités adsorbées sont assez faibles et voisines, soit d’environs
2% .
Ainsi, nous pouvons affirmer que l’emploi de charbon actif ne semble pas présenter
d’inconvénients vis-a-vis les pertes de MEA.

12. Méthode de calcul :
%MEA = M´ * 1.25
Où
 M´ = Nombre de ml d’acide 1N coulés pour le virage à PH 4,5
AN :
%MEA pauvre = M´ * 1.25 = 8.50 * 1.25 = 10.63
%MEA traité par CP = M´ * 1.25 = 6.7 * 1.25 = 8.37
%MEA traité par CG = M´ * 1.25 = 7.1 * 1.25 = 8.875
IV .3.2 Spectroscopie éléctronique :
Les tests d’activité réalisés dans le laboratoire du complexe ont permis de comparer les
différents adsorbants envisagés, à savoir charbon actif en poudre (CP) et charbon actif
granulaire (CG).
La mesure de l’absorbance se fait grâce à un spectrophotomètre. Les concentrations du fer
dans les différents échantillons, à savoir dans la MEA pauvre et dans la MEA traitée par
charbon actif en poudre et en grain sont déduites de l’équation de Beer-lambert
(voir méthode de calcul ci-dessous) et dont les valeurs sont représentées dans le tableau 3
suivant :

13. Echantillons MEA pauvre MEA traité
par CP
MEA traité
par CG
[Fe] mg/L 3.49 0.506 1.362
Tableau 3 . Les concentrations du fer dans les différents échantillons de MEA
Comme le montre le tableau des résultats, la concentration du fer dans la solution de MEA
a nettement diminuée après filtration sur les deux types de charbon utilisés .
Notons par ailleur que la quantité de fer adsorbée sur le charbon actif en poudre et plus
appréciable ( 85% ) comparée à celle adsorbée sur le charbon actif granulaire ( 61% ).
Nous concluons alors que le pouvoir de rétention du charbon actif en poudre vis-à-vis du
fer est relativement supérieur à celui du charbon actif en grain.
Méthode de calcul :
Le calcul de la concentration du fer dans la solution MEA est basé sur la loi du Beer-
lambert exprimant la propotionnalité entre la concentration et l’absorbance :
Aλ = ξλ.l.C

14. Où :
Aλ : absorbance relative à une longeure d‘onde λ .
ξλ : coefficient d’extinction molaire de l’entité en solution exprimé en L.mol-1
.cm-1
.
l : longueur du chemin optique traversé par la lumière dans la solution. (cette longueur
correspond à l’épaisseur de la cuve (1cm) ).
C : concentration molaire de la solution traversée, exprimée en mol.L-1
.
A.N :
Concentration = Absorbance /Facteur facteur = 9.2
[Fe] MEA pauvre = 32.108 / 9.2 = 3.49
[Fe] MEA traitéepar CP = 4.655 / 9.2 = 0 .506
[Fe] MEA traitéepar CG = 12.53 / 9.2 = 1.362

15. IV.3.3 Pouvoir moussant de la MEA :
La mesure du volume total qu’occupe la solution ou bien la hauteur de mousse après
passage d’un courant d’air à travers un tube de dispersion de gaz dans une éprouvette
graduée de 250ml contenant 90ml d’échantillon à analyser a révélé les résultats suivants
(tableau 4) :
Echantillons MEA pauvre MEA traitée
par CP
MEA traitée
par CG
Moussage (ml) > 250 environ 160 > 190
Tableau 4 . Le pouvoir moussant dans les solutions de MEA
Nous concluons, en se basant sur les indications de la tendance à mousser (voir
annexe 4, page 57) que la solution de MEA pauvre, avant filtration sur charbon actif
présente une très haute tendance à mousser.
Cependant, ce pouvoir moussant semble bien diminuer après filtration sur les deux
charbons actifs et notamment dans le cas du charbon actif en poudre où on note une
tendance à mousser bien légère.
Ceci peut être expliqué par l’aptitude du charbon actif en poudre à adsorber les
contaminants organiques, promoteurs de moussage.
Il s’agit en l’occurrence des hydrocarbures lourds dissous et les produits de
dégradation de la solution MEA.

16. Tableau récapitulatif des résultats :
Le tableau ci-dessous condensse l’ensemble des résultats obtenus des
différents travaux réalisés :
Echantillons %MEA [Fe] (mg/l) Moussage
(ml)
MEA pauvre 10.63 3.49 > 250
MEA traitée par
CP
8.37 0.506 environ160
MEA traitée par
CG
8.875 1.362 > 190
Tableau 5 . Tableau récapitulatif

17. IV.3.4 Résultats de l’adsorption :
Afin de mettre en évidence la capacité du charbon actif en poudre à concentrer sur sa
surface certaines substances ( fer, contaminants organiques …) pour les extraire de la
solution de MEA, nous avons réalisé une isotherme d’adsorption en suivant le mode
opératoire décrit précédemment dont les résultats sont représentés dans le tableau 6
suivant :
Flacon 1 2 3 4 5 6
VH2SO4 (ml) 10.25 6.39 4.24 3.1 1.7 0.7
[MEA]i (mol/l) 1,33 0,8 0,53 0,4 0,24 0,13
[MEA]f (mol/l) 1,02 0,63 0,42 0,31 0,17 0, 07
[MEA]i -[MEA]f 0.31 0.17 0.11 0.09 0.07 0, 06
Tableau 6 . Concentrations de la solution MEA adsorbée sur le charbon actif en poudre
[MEA]i est la concentration initiale de la solution monoéthanolamine [mol/l].
[MEA]f est la concentration finale de la solution monoéthanolamine [mol/l].

18. Méthode de calcul
On a à la neutralisation : C1.V1 = C2.V2
Pour [MEA]i :
C1: concentration de la solution MEA.
V1: volume de la solution MEA ajouté au charbon et l'eau distillée.
C2 : [MEA]i
V1 : volume total (eau + MEA) ajouté au charbon.
Pour [MEA]f :
C1: concentration de l’acide sulfurique
V1: volume de l’acide sulfurique à l'équilibre.
C2 : [MEA]f
V1 : volume du filtrat prélevé pour le dosage.

19. IV. 3.4.1 Calcul de la normalité de la solution monoéthanolamine :
Les volumes de H2SO4 à l’équivalence (pour les trois essais) sont représentés dans le
tableau suivant ( Tableau 7 ) :
Essais 1 2 3
VH2SO4
(ml) 6.67 6.67 6.7
Tableau 7 . volume d’acide sulfurique H2SO4 à l’équivalence
VH2SO4 moy = 6.67 ml
à l’èquivalence Na.Va = Nb.Vb (réaction acido-basique)
Na : le titre de la solution d’acide H2SO4 ( 1N )
Va : le volume de l’acide H2SO4 à la neutralisation
Nb :le titre de la solution de MEA ( à déterminer)
Vb : le volume de la solution MEA utilisé ( 5ml )
de l’équation d’équivalence : Nb = Na.Va / Vb
AN : Nb = 1. 6,67 / 5
Nb = 1, 334 N.

20. IV.4.4.2 Etablissement de la courbe d’isotheme :
La détermination de la courbe de l’isotherme d’adsorption est basée sur la théorie de
langmuir
Méthode de calcul
Tracé du graphe de type : m/ci = ƒ (m)
Où :
m : la masse adsorbée
ci : la concentration initiale de la solution monoéthanolamine.
On se basant sur l'équation de Langmuir : m = m0.bc/(1+bc) ………(1)
Où
m0 : la masse nécessaire pour couvrir toute la surface d'une couche
monomoléculaire.
Et m est la masse adsorbée.
(1) > m.(1+bc)=m0.bc
> m + (bc.m)/c = m (bc/c) > m/c + bm = m b
> m/c = mb – bm avec m = (Ci - Cf)/2.5g (de charbon)
Les résultats sont résumés dans le tableau 8 suivant :

21. Flacon 1 2 3 4 5 6
VH2SO4 (ml) 10.25 6.39 4.24 3.1 1.7 0.7
[MEA]i (mol/l) = Ci 1,33 0,8 0,53 0,4 0,24 0,13
[MEA]f (mol/l) = Cf 1,02 0,63 0,42 0,31 0,17 0, 07
[MEA]i - [MEA]f 0.31 0.17 0.11 0.09 0.07 0, 06
m (mole/g) 0.124 0.068 0.044 0.036 0.028 0.024
m /Ci 0.09 0.085 0.08 0.09 0.11 0.18
Tableau 8 . La quantité de MEA adsorbée par le charbon actif en poudre
Figure 5. Courbe d’isotherme d’adsorption de la solution MEA sur le CP
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
0.18
0.2
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14
m/Ci
m
m /Ci= f(m)
m /Ci= f(m)
Linéaire (m /Ci= f(m))

22. D’après l’isotherme d’adsorption réalisée, nous pouvons conclure que le
charbon actif en poudre, bien qu’il possède une grande surface spécifique,
Cependant, son pouvoir de rétention envers le produit amine est plus faible .
Ces résultats viennent confirmer ceux obtenus par titrage acido-basique.

23. Conclusion et perspectives

24. Le travail réalisé a porté sur l’étude de l’adsoprtion de la solution MEA régénéré
utilisant les charbons actifs, en poudre et granulaire.
Cette démarche vise à évaluer l’efficacité de l’adsorption d’une part et le choix du type
de charbon actif comme adsorbant d’une autre part.
Cette étude nous a permis de mettre en exergue un certain nombre de points fort
importants dont :
 La filtration de la solution MEA sur les charbons actifs en poudre et granulaire a
montré une faible rétention de cette solution (environ 2%).
 Une adsorption notable de la quantité de fer sur les deux charbons utilisés, mais
meilleure dans le cas du charbon actif en poudre en comparaison avec le charbon
actif granulaire.
 Une diminution importante de la tendance à mousser après filtration sur les deux
charbons actifs et notamment sur le charbon actif en poudre.
A la lumiére de ces résultats, nous pouvons conclure, que la prise en compte de la
filtration sur le charbon actif est une étape incontournable pour remédier aux
problèmes évoqués.
L’adsoption sur charbon actif en poudre, comme on s’y attendait, est privillégiée à celle
sur charbon actif granulaire.Ceci peut être expliqué par la structure poreuse finement
divisée du charbon actif en poudre offrant une grande surface spécifique.

25. Par ailleurs, il est à noter que les propriétés de l’adsorbant sont évidemment des
paramètres-clés du procédé de l’adsorption, qui déterminent largement la dimension
des équipements, mais aussi les conditions opératoires. Ceci constitue une autre
raison, outre les raisons déjà évoquées dans l’introduction, pour la quelle s’est basée
notre choix de charbon actif.
En effet, l’unité de filtration sur charbon actif existe déjà, faisant partie du procédé de
liquéfaction du gaz naturel. Cependant, et pour des raisons inexplicables, le procédé en
question fût interrompu depuis environs deux décennies.
Espérons, enfin, que ce modeste travail sensibilisera et motivera les responsables à
prendre les mesures nécessaires pour redémarrer l’opération de l’adsoption et
minimiser ainsi les problèmes évoqués.
Nous recommandons pour cela l’intégration, ou plutôt la réintégration du procédé de
l’adsorption qui peut faire l’objet d’une étude complémentaire.