BE877615A - Procede pour limiter la presence des matieres polluantes dans les gaz - Google Patents

Description

  Procédé pour limiter la présence des matières polluantes dans les gaz. 

  
La présente invention concerne un procédé pour réduire la fumée se trouvant dans les qaz et, en particulier, dans les déchets gazeux. La nrésente irvention concerne plus

  
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déchets gazeux tels que ceux émis par les chaudières à charbon et les gaz d'échappement des moteurs à combustion.

  
Dans la présente description, l'expression "gaz" doit être considérée dans le contexte comme désignant un gaz

  
ou des gaz en soi, une vapeur ou des vapeurs ou un mélange contenant un ou plusieurs gaz et une ou plusieurs vapeurs. Donc, le mot "gaz" dans l'expression "gaz d'échappement provenant d'un moteur à combustion " désigne le mélange de gaz et de vapeurs
(qui peuvent comporter quelques gouttelettes de liquide) s'échappant d'un moteur à combustion en cours de fonctionnement.

  
Les gaz provenant des chaudières et des moteurs à combustion souvent contiennent des particules finement divisées d'hydrocarbures et/ou de carbone et/ou d'autres matières solides qui s'échappent sous forme de fumée. La fumée d'un moteur Diesel

  
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quides comprennent généralement des particules de carbone qui adsorbent des hydrocarbures liquides, parfois appelées aromatiques polynucléaires, et les agrégats solides en chaîne sont généralement composés de composés orqaniques à poids moléculaire élevé et/ou de sulfates inorganiques

  
Trois tvnes différents de fumée sont habituellement observées qui sortent du tuyau d'échappement d'un moteur diesel notamment, "la fumée blanche", "la fumée noire" et "la fumée bleue". La fumée blanche est produite pendant l'accélération du moteur et provient de la condensation de la vapeur d'eau sur les particules (c'est-à-dire les hydrocarbures etc. indiqués précédemment) se trouvant dans les gaz d'échappement de sorte qu'un léger brouillard est formé. La fumée noire est obtenue lorsque le moteur s'est échauffée et contient une proportion relativement élevée de particules de carbone. Dans la fumée bleue se trouve un peu de carbone avec une proportion relativement élevée d'hydrocarbures gazeux tels que les aldéhydes. 

  
Dans la suite de la description les particules mentionnées ci-dessus seront désignées par l'expression "particules constituant la fumée". Environ 90% de ces particules constituant la fumée ont des dimensions maximum inférieures à un micron ce qui est dans les limites des dimensions des particules respirables et la dimension maximum des 10% restant des particules constituant la fumée est inférieure à quatre microns.

  
Il est un but de la présente invention au moins de réduire la quantité de fumée se trouvant dans les déchets gazeux en mettant en oeuvre une oxydation catalytique des particules constituant la fumée dans ces gaz.

  
L'oxydation catalytique des particules de carbone se produit à environ 400[deg.]C alors que la température

  
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des particules d'hydrocarbures, l'oxydation catalvtique se produira à des températures supérieures à 200[deg.]C. Etant donné que la présence d'un catalyseur permet une oxydation des particules constituant la fumée dans un gaz à une température plus faible que la température normale à laquelle la combustion

  
se produit, peu ou aucun chauffage des qaz d'échappement provenant d'un moteur à combustbn ne devrait être nécessaire, lorsqu'on désire effectuer l'oxydation catalvtique de particules quelconques constituant la fumée dans le qaz. Par exemple, un

  
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préchauffage des gaz d'échappement sortant du moteur Diesel

  
ne serait nécessaire avant de les faire passer sur un catalyseur pour éliminer les particules constituant la fumée du qaz par Oxydation catalytique, à condition que ce catalyseur se trouve près du moteur. De préférence, le catalyseur doit se trouver dans la tubulure d'échappement où un certain nombre de ces catalyseurs doivent être prévus un à chaque orifice.

  
Un catalyseur pour réaliser l'oxydation des particules constituant la fumée dans un gaz, comprend de préférence une matière catalytique appliquée sur un support. Ce catalyseur sur support se trouve dans une unité de purification catalytique au travers de laquelle le gaz passera pour venir en contact avec le catalyseur. Lorsqu'on utilise une telle unité de purification catalytique, on a trouvé que son efficacité pour  <EMI ID=5.1> 

  
vers de celle-ci est remarquablement accrue si une turbulence est créée dans le courant gazeux au moins au moment où il passe au travers ou au-dessus du catalyseur.

  
Selon un but de la présente invention, toutes particules constituant la fumée ou autres présentes dans un

  
gaz sont partiellement ou entièrement éliminées en réalisant l'oxydation catalytique de ces particules.

  
Selon un deuxième but de la présente invention les particules constituant la fumée sont oxydées dans une unité de purification catalytique dans laquelle une turbulence est créée dans le gaz au moins quand il passe .au travers ou au-dessus du catalyseur se trouvant dans cette unité.

  
Selon d'autres buts encore de la présente invention:
(a) la matière catalytique dans l'unité de purification catalytique est appliquée sur un support qui est tel qu'il crée une turbulence dans le courant de gaz au moins pendart le contact avec le catalyseur,
(b) le catalyseur comprend un ou plusieurs métaux du groupe platine Pt, Pd, Ru, Ir et Os ou un ou plusieurs alliages contenant un ou plusieurs de ces métaux où un composé intermétallique comprenant un métal du groupe platine est un métal ordinaire de base.
(c) un revêtement réfractaire, appelé "couche de fonds", est prévu entre le support et le catalyseur;
(d) le matériau de la couche de fonds contient un ou plusieurs oxydes choisis dans le groupe comprenant les oxydes des métaux de transition et des métaux des groupes Ia,

  
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et Va du tableau périodique (en utilisant le tableau périodique de Fisher Scientific Co. 5-70210), 
(e) de préférence , le matériau de la couche de fonds comprend un ou plusieurs éléments du groupe comprenant l'alumine, l'oxyde de bérvllium, la zircone, la magnésie, l'oxyde de tantale, la silice, l'oxyde de titane, l'oxyde d'hafnium, l'oxyde de thorium et un oxyde des terres rares tel nue l'oxyde de cérium et des combinaisons de ces composés

  
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tion s'applique particulièrement bien est le moteur Diesel.

  
Or. a trouvé qu'un moyen efficace pour créer une turbulence dans un courant gazeux consiste à utiliser

  
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entrelace ou orienté au hasard ou un treillis ou une feuille ondulée perforée qui a été tendue. On a également découvert que la turbulence est créée ou au moins favorisée lorsque

  
le catalyseur est porté par des pastilles qui sont disposées au hasard ou par tout autre support de catalyseur. En plus

  
de supporter le catalyseur lui-même, le support aqit également

  
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réelle qui sont alors ultérieurement oxydées par catalvse. Si on le désire, le gaz d'échappement peut passer au travers d'un dispositif pour initier la turbulence avant de pénétrer dans le catalyseur. Ce dispositif peut être une chambre à turbulence habituelle. Il est admis qu'en pratique les oarti-

  
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et adhérer aux surfaces du catalyseur où elles sont oxydées catalytiquement avec tous les hydrocarbures adsorbés et autres

  
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pement.

  
Le support métallique peut être réalisé en tout métal ordinaire ou un métal du groupe platine ou un alliage contenant un métal du groupe platine. Selon une autre possibilité on peut utiliser du "Kanthal" ou un alliage contenant du fer et du chrome tel que Fecralloy.

  
Les pastilles peuvent être en une matière réfractaire ou métallique. Les matières réfractaires ou autres convenant pour les pastilles de support peuvent être l'une quelconque des. matières suivantes: silice poreuse , par exemple, celle vendue sous la désignation commerciale "Silocel",charbon de bois granulaire;alumine alpha ou gamma, alumino silicate naturel ou synthétique, magnésie, terres à diatonées, bauxite, oxyde de titane, oxyde de zirconium, calcaire, silicate de magnésium, carbure de silicium, carbones activés et inactivés.

  
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telle que des tubes capillaires , des tiges, des billes,

  
des pièces rompues ou des toiles, etc.

  
De préférence, un revêtement à'oxvde réfractaire doit être appliqué sur un support réfractaire et métallique,

  
ce revêtement étant habituellement connu sous l'appellation "couche de fonds" intercala entre la surface du support et le catalyseur. Les couches d'oxydes rëfractaires préférées sont

  
les éléments de la famille de l'alumine gamma ou activas.

  
La couche de fonds peut être préparée en faisant précipiter un gel d'alumine hydratés et, ensuite, sécher et calciner pour exprimer l'eau d'hydratation et obtenir de l'alumine gamma active. Un oxyde de métal réfractaire actif particulièrement préféré est obtenu en séchant et calcinant à des températures entre 400 à 800[deg.] C un mélange précurseur de phases d'alumine hydratée, prédominant sous forme cristalline trihydratée, c'est-à-dire contenant plus de 50% en poids de la composition totale d'alumine hydratée, de préférence 65 à

  
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gibbsite, bayerite et norstrandite déterminas par diffraction aux rayons X. On préfère utiliser la qualité d'alumine hydratée MH170 de British Aluminium Co et de la transformer en alumine activée en séchant et en faisant cuire comme il est décrit ci-dessus.

  
D'autres procédés de préparation et d'application d'un revêtement de fonds sont décrits dans la demande

  
de brevet du Royaume-Uni No. 32920/77.

  
La couche de fonds comprend une structure

  
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g d'alumine sur laquelle le catalyseur peut être déposé sous forme d'un revêtement continu ou discontinu.

  
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seur est le palladium et où la couche de fonds contient de l'oxyde de tantale ou de l'oxyde de cérium. Selon une autre possibilité le catalyseur peut être un alliage de palladium et de platine contenant jusqu'à 75% en poids de platine.

  
Les essais décrits dans l'exemple suivant

  
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la fumée émise par le moteur indiquait 4,5 sur l'échelle Bosch de la densité de fumée. Un conteneur rempli de pastilles était disposé dans la tubulure du moteur Diesel de telle façon que

  
les gaz d'échappement du moteur passent au-dessus des pastilles. Celles-ci sont constituées par de l'alumine alpha avec un catalyseur d'alliage de platine /palladium 50/50 présent

  
sous forme d'un revêtement sur les pastilles. Les pastilles avaient un diamètre de 0,31 cm et une longueur d'environ 0,31cm. Avec le conteneur rempli de pastilles, la fumée émise par le moteur indiquait 1,9 sur l'échelle Bosch. En augmentant la charqe des pastilles dans le conteneur de 10% , la fumée émise par le moteur était réduite davantage jusqu'à indiquer 1,5

  
sur l'échelle Bosch. Lorsque le moteur fonctionnait avec une charqe couplée de 2,7 Kw, la vitesse spatiale &#65533;tait de 80 000 volumes de catalyseur par heure et le volume de catalvseur était de 1 litre.

  
Avec le moteur Diesel fonctionnant au ralenti , la température du qaz d'échappement était inférieure à 400[deg.]C. Sous ces conditions, on a trouvé que les particules formant

  
la fumée étaient collectées sur les pastilles. On a également trouvé que lorsque le moteur Lister avec le conteneur de oastilles disposé dans sa tubulure , tournait au ralenti , il fallait une heure avant que la densité de la fumée émise par le moteur augmente de façon notable. Lorsqu'on permettait alors au moteur de fonctionner à pleine puissance, la totalité des particules constituant la fumée qui avait été collectées sur les uastilles était éliminée par oxydation catalytique.

  
Un second essai a été mis en oeuvre avec

  
un catalyseur différent disposé dans la tubulure du moteur

  
du type Lister. Une structure d'un fil de 2,54 microns de Fecrallov de 10,16 cm de diamètre et 15,25 cm de longueur était utilisé comme support. Une couche de fonds consistant essentiellement en alumine était appliquée sur le support avec une couche de catalyseur comprenant 7,5% Rh/Pt en poids. La charqe  <EMI ID=19.1> 

  
Le moteur Lister fonctionnait à 3 000 tpm avec une vitesse spatiale de 8 000 volumes de catalyseur par heure. La température du qaz d'échappement passant sur le catalvseur, le poids des particules présenta dans le qaz d'échannement avant et âpres avoir passé sur le catalvseur

  
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1.

  
TABLEAU 1

PARTICULES

  

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l'influence du volume sur le rendement de la limitation des particules et les résultats sont donnés dans le tableau 2.

  
La température du qaz était maintenue à 360[deg.]C

  
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Les surfaces étaient maintenues constantes à 82 mm de diamètre et 106 mm de diamètre.

  
TABLEAU 2
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tionne à pleine puissance, la différence de pression, qui est la différence de la pression du courant de gaz d'échappement avant le passage au travers d'une unité de purification catalytique et après qu'il ait nasse au travers d'une telle

  
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Des essais similaires ont été mis en oeuvre

  
en utilisant un moteur Diesel du type Perkins 4236 fonctionnant

  
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de fil de Fecralloy (12TM) sur lequel on a appliqué un revêtement de fonds d'alumine gamma stabilisée par du barium et

  
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matière catalytique était constituée par 7,5% Rh/Pt et le

  
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TABLEAU 3

  

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La quantité d'hvdrocarbure adsorbé était

  
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trique jusqu'à ce que la perte de poids cessait ce oui siqnifiait que tous les constituants volatiles avaient été brûlés. Finalement, le résidus était analyse et les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau 3 ci-dessus.

  
Un autre essai a été mis en oeuvre sur le moteur Diesel Perkins 4236 fonctionnant à 1400 tpm. en utilisant le même catalyseur et les résultats sont donnes dans le tableau
4.

  
TABLEAU 4

  

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Les essais ont montré que la mise en oeuvre

  
de la présente invention nermet une élimination jusqu'à 80%

  
des hydrocarbures adsorbés (aromatiques polynucléaires) et jusqu'à 40% des particules d'hydrocarbures des gaz d'échappement d'un moteur Diesel.

  
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férant à la diminution de la quantité de particules constituant la fumée d'un moteur Diesel, elle n'est pas limitée à ceux-ci et peut également être appliquée à des moteurs à essence , 

  
des moteurs à gaz et aux turbines.

  
Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. 

  
Revendications : 

  
1. Procédé d'oxvdation catalvtique de particules constituant la fumée des gaz d'échappement d'un moteur

  
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dans un courant gazeux contenant de l'oxygène au travers d'une unité de catalyseur dans laquelle le catalyseur est disposé

  
au hasard pour gêner le passage en ligne droite de ces particules de sorte que, premièrement, la probabilité de contact entre les particules et le catalyseur est augmentée, et, deuxièmement, une turbulence est communiquée au gaz pour auqmenter la probabilité de contact entre les particules et

  
le catalyseur.

Claims (1)

1. 2. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le catalyseur est porté par un supoort réalisé

   en une matière réfractaire poreuse, un fil métallique entrelace, orienté au hasard ou un treillis" une feuille métallique ou <EMI ID=35.1>

   qui a été tendue.

   3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé

   en ce que la matière réfractaire est sous forme de pastilles.

   4. Procédé selon l'une Quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce crue la matière réfractaire

   est de la silice poreuse ou du charbon de bois granulaire,

   de l'alumine alpha ou gamma; des alumino silicates naturels

   ou synthétiques de la magnésie, de la cerre à diatomées,

   de la bauxite, de l'oxyde de titane, de la zircone , du calcaire, du silicate de magnésium, du carbure de silicium,

   des carbones activés ou inactivés.

   5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le support de catalyseur

   est revêtu d'un revêtement d'oxyde réfractaire avant l'application du catalyseur.

   6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé

   en ce que le revêtement d'oxyde réfractaire est de l'alumine gamma.

   7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le catalvseur est un métal du groupe platine, un mélange ou un alliage contenant un métal du groupe platine, ou un composé intermétallique comprenant un métal du groupe platine et un métal ordinaire.

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   en ce que le catalyseur est un alliage de 7,5% Rh/ Pt. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

   <EMI ID=37.1>

   avec un dispositif quelconque pour mettre le courant gazeux dans un état de turbulence avant le passage au travers

   de l'unité de catalyseur.

   10. Procédé selon l'une quelconque des revendi-

   <EMI ID=38.1>

   est un gaz d'échappement provenant d'un moteur à combustion interne.