Depuis 1914, l’anneau de Raschig est utilisé comme garnissage dans les colonnes de distillation. Disponible en de nombreuses versions et conceptions, ce type de garnissage est introduit dans les colonnes afin d’obtenir, lors de l’échange de matière entre une phase gazeuse et une phase liquide, une surface d’échange maximale tout en minimisant la perte de charge des fluides traversants. Ces garnissages sont versés librement — de manière non structurée — dans des colonnes généralement de forme circulaire. Pour des applications plus exigeantes, ce garnissage non structuré peut être remplacé par un garnissage structuré, optimisé et fabriqué spécifiquement pour les dimensions de la colonne. Toutefois, ces solutions sont coûteuses, difficiles à manipuler et fixes en termes de dimensions.

Lessmann GmbH, entreprise de taille moyenne reconnue pour son expertise innovante dans la fabrication, a développé, en collaboration avec les experts techniques de GEC Engineering and Consulting GmbH, une solution de garnissage qui combine les avantages des garnissages non structurés et structurés, sans en reprendre les inconvénients (coût élevé, difficulté de manipulation, manque de flexibilité dimensionnelle) propres aux garnissages structurés.

Par ailleurs, dans le contexte actuel de réduction de la consommation d’énergies fossiles, l’ensemble des exploitants et constructeurs d’installations chimiques de renom cherchent à chauffer les procédés chimiques endothermiques à l’aide de l’électricité plutôt que par des combustibles fossiles. Les nouveaux garnissages développés par Lessmann sont parfaitement adaptés à cette exigence, car ils permettent d’apporter la chaleur précisément aux endroits requis, sans gradients de température significatifs et avec une surface maximale pour une transmission thermique efficace.

Ces nouveaux garnissages permettent ainsi d’atteindre des coûts d’exploitation comparables à ceux des garnissages structurés, pour un investissement équivalent à celui des garnissages non structurés, tout en offrant une grande flexibilité et une facilité de manipulation.

De nombreux essais réalisés chez Lessmann et à l’Université technique de Darmstadt ont permis de confirmer et de documenter ces résultats.

Outre les essais menés conformément à la directive VDI 2761, ces garnissages ont été testés dans un procédé de lavage aux amines destiné à l’élimination du CO₂. Une séparation efficace des gaz à effet de serre, afin de produire des « produits bleus », constitue un levier économique essentiel pour la transition climatique des procédés de production dans les industries chimique, pétrochimique et de la production d’énergie.

Les industries chimiques, les exploitants de centrales électriques et les raffineries en bénéficient

Ces résultats de recherche sont particulièrement pertinents pour l’industrie chimique ainsi que pour les raffineries. Le passage à ces nouveaux garnissages permet de rendre les procédés plus efficaces et plus rentables.

L’état actuel du projet est le fruit de plusieurs années de recherche. Lessmann GmbH, GEC Engineering and Consulting GmbH et l’Université technique de Darmstadt ont travaillé conjointement, à travers de nombreuses expérimentations et séries de recherche, pour aboutir au résultat actuel. Le projet a bénéficié d’un soutien financier du ministère fédéral allemand de l’Économie et de l’Énergie dans le cadre du programme de financement « Programme central d’innovation pour les PME (ZIM) ».

Les recherches visant à l’optimisation continue de ce garnissage se poursuivent. Des informations régulièrement mises à jour sur l’état d’avancement du projet seront publiées ici.

Modèles d’utilité et brevets accordés

À ce jour, 12 modèles d’utilité fédéraux allemands ont été délivrés par l’Office allemand des brevets et des marques pour ce projet, et une demande de brevet basée sur un modèle d’utilité accordé a été déposée (état : septembre 2025).

Liens utiles

Programme central d’innovation pour les PME

Ministère fédéral de l’Économie et de l’Énergie – Importance des différentes couleurs dans le secteur de l’énergie

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Extraits et informations complémentaires sur la série de recherches avec banc d’essai :

Détermination de la distribution du liquide

Un banc d’essai dédié a été développé et construit afin de déterminer la distribution du liquide dans les colonnes. Pour garantir l’absence d’influence liée à l’apport de liquide, le banc d’essai a d’abord été testé à vide, c’est-à-dire sans garnissage. Les résultats ont montré une distribution homogène du liquide. Des anneaux Pall ont ensuite été introduits et, sous différentes charges de fluide, ont présenté les résultats illustrés dans la rangée supérieure.

Par la suite, différents matériaux de garnissage alternatifs de Lessmann ont été testés et ont présenté les résultats illustrés dans la rangée inférieure. Plus la répartition des couleurs est homogène, plus la distribution du liquide est uniforme. Les matériaux de garnissage alternatifs de Lessmann se sont révélés nettement supérieurs à l’état de la technique, tout en offrant une perte de charge significativement plus faible, une consommation de matériau réduite, une manipulation plus aisée et des coûts comparables.

Différence de distribution du liquide lors de l’utilisation d’anneaux Pall conventionnels (rangée supérieure) par rapport aux matériaux de garnissage alternatifs de Lessmann (rangée inférieure).

Dispositif expérimental pour la mesure de la distribution du liquide avec des matériaux de garnissage alternatifs de Lessmann.

Représentation schématique du dispositif expérimental pour la mesure de la distribution du liquide avec les matériaux de garnissage de Lessmann.