BRPI0607609B1 - processo de infiltração química em fase gasosa para densificação de substratos porosos por carbono pirolítico - Google Patents

Abstract

processo de infiltração química em fase gasosa para densificação de substratos porosos por carbono pirolítico. um ou vários substratos porosos a serem densificados (10) são carregados num forno (12) na entrada do qual é admitida uma fase gasosa reativa que contém um gás precursor de carbono pirolítico compreendendo pelo menos um hidrocarboneto gasoso c~ x~h~ y~ no qual x e y são números inteiros e x é tal que 1 < x < 6, e um gás carreador selecionado entre o metano e os gases neutros, o gás efluente contendo constituintes residuais da fase gasosa admitida e dos produtos de reação, como o hidrogênio, são extraídos do forno e reciclados (circuito 80) na fase gasosa reativa admitida na entrada do forno, uma fração de pelo menos um fluxo gasoso extraído do gás efluente e contendo gás reativo precursor de carbono pirolítico, a reciclagem sendo efetuada após a eliminação de hidrocarbonetos pesados (tratamento 40) contidos no gás efluente.

Description

«PROCESSO DE INFILTRAÇÃO QUÍMICA EM FASE GASOSA PARA DENSIFICAÇÃO DE SUBSTRATOS POROSOS POR CARBONO PIROLÍTICO” Estado da Técnica e Objetivo da Invenção A invenção se refere a densiflcação de substratos porosos por carbono pirolltico, ou pirocarbono (PyC, obtida pela infiltraçSo química em fase gasosa (ou “CVI" para "Chemical Vapor Infiltration"). A densiflcação de substratos porosos por PyC-CVI é bastante conhecida. Num processo comumente utilizado, os substratos a serem densificados são colocados num forno e uma fase gasosa reativa, contendo pelo menos um gás reativo precursor de PyC e um gás carreador é admitido na entrada do forno. Um gás efluente contendo constituintes residuais da fase gasosa reativa e dos subprodutos da reação é retirado pela saída do forno. As condições operacionais, particularmente temperatura e pressão no forno, taxa de gás reativo precursor na fase gasosa, tempo de permanência da fase gasosa no forno, são selecionados para formar o depósito PyC desejado no meio da porosidade dos substratos. O gás reativo precursor, compreende pelo menos um hidrocarboneto do tipo CxHy, onde x e y são números inteiros naturais e x >. 2, por exemplo de propano C3H8 ou butano C4H]0, ou ainda propileno C3H6. Este tem por fünçâo ser o principal contribuinte na reação de depósito de PyC e é as vezes qualificado como o gás dopante. Θ gás carreador tem uma função de diluição que fàvoFece a difusão da fase gasosa reativa no centro da porosidade dos substratos. Este pode ser constituído por um gás neutro, tal como azoto N2, o hélio He, o argônio Ar, ou ainda metano CH4. O metano, pouco reativo, constitui, com efeito, mais um gás carreador do que um gás precursor de PyC, Cooheee-se de outro documento US 5789026 juntar o gás hidrogênio H2 na fase gasosa reativa a fim de modular a cínétioa de depósito, H2 tendo uma função de retardação numa certa faixa de temperaturas.

Este função do H2 num processo de densificação por EyC-CVI é descrita também no documento US 6197374 que preconiza a utilização de uma fase gasosa formada por metano CH4 e H2, a utilização de pressOes relativamente elevadas em relação as pressOes comuns e a ausência de gás carteador ou gás de diluição. Uma reciclagem de um fluxo gasoso extraído do gás efluente é considerada, mas a eliminação dos compostos hidrocarbônlcos mais pesados que 0 metano é realizada. O processo descrito parece ser do tipo experimental em vez de industrial. A possibilidade de recuperar os constituinte de um gás efluente num processo de densificação por PyC-CVI é mencionado no documento US 5348774, por uma reciclagem ou produção de energia, mas sem outro detalhe sobre 0 possível funcionamento da reciclagem.

Os processos conhecidos e explicados do tipo PyC-CVI são caros em termos de consumo de gás constituinte da fase gasosa reativa e de energia.

Então é desejável dispor de um processo CVI que permita uma sensível redução dos custos de densificação de substratos porosos por PyC.

Resumo da Invenção Este objetivo é alcançado graças a um processo de infiltração química em fase gasosa para a densificação de substratos porosos por carbono pirolítico, compreendendo as etapas de: ■ carregamento de um forno eom um ou vários substratos porosos a ■ admissão na entrada do forno de uma fase gasosa reativa contendo um gás reativo precursor de carbono pirolítico, que compreende pelo menos um hidrocarboneto gasoso C,Hy no qual x e y são números inteiros e x é tal que 1 < x < 6, e um gás carreador que compreende pelo menos um gás selecionado entre 0 metano e os gases neutros, - extração na saída do íomp de gás efluente que gontém constituintes residuais da fase gasosa admitida e de produtos de reação, como hidrogênio, e ■ feeielagem na fttse gasosa reativa admitida na entrada de forno, uma fração de pelo menos um fluxo gasoso extraído do gás efluente e contendo o gás reativo precursor de carbono pirolltico, de modo que pelo menos uma parte do gás reativo precursor de carbono pirolltico contido na fase gasosa reativa provenha do fluxo gasoso reciclado.

De acordo com uma particularidade do processo, - nós medimos pelo menos as quantidades de gás reativo precursor de carbono pirolltico e de gás carreador contidos no fluxo gasoso extraído do gás efluente e, - em função das quantidades medidas, nós controlamos pelo menos a retirada do dito fluxo gasoso que é reciclado na fase gasosa reativa e que contém o gás reativo precursor de carbono pirolltico e do gás carreador, a extração do gás precursor que provém de uma fonte externa de gás carreador e injetado na fase gasosa readonal, - de modo a obter uma taxa desejada de gás precursor de carbono pirolltico na fase gasosa reativa admitida na entrada do forno. O processo de acordo com a invenção é assim remarcado em que uma parte pelo menos do gás precursor de carbono pirolltico contido na fase gasosa reativa provém do fluxo gasoso reciclado. O gás precursor extraído do gás efluente pode ser um resíduo remanescente daquele presente na fase gasosa reativa admitida no forno. Este pode compreender também produtos de reação realizados no forno.

Vantajosamente então, nós medimos as quantidades respectivas de vários gases hidrocarbônicos contidos no fluxo gasoso extraído do gás efluente e nós determinamos uma taxa equivalente em gás precursor de carbono pirolltico por ponderação das quantidades medidas em função do número x de átomos de carbono nos ditos gases hidrocarbônicos, x sendo tal que 1 < x < 6.

Partieularmeate ainda é vantajoso que no gás carreador contido na fase gasosa reativa admitida no forno provenha, por um lado, do fluxo gasoso reciclado. Habitualmente, o gás carreador é, em volume, um constituinte principal e freqüentemente a maior parte da fase gasosa reativa e se encontra em grande quantidade da fase gasosa reativa e se encontra em grande quantidade no gás efluente. Uma grande parte do gás carreador na fase gasosa reativa pode ser realizada quanto ao consumo de gás carreador fornecido pela fonte externa. O gás carreador pode ser constituído pelo menos parcialmente por metano. O gás carreador pode também ser constituído pelo menos parcialmente por um gás neutro, por exemplo, selecionado entre azoto, argônio, hélio ou uma mistura de dois ou mais destes. Nós podemos ainda separar o hidrogênio contido no fluxo gasoso extraído do gás efluente e controlar a retirada de hidrogênio assim separado que é reciclado na fase gasosa reativa de modo a se obter uma taxa desejada de hidrogênio na fase gasosa reativa admitida na entrada do forno.

Em variação, - nós medimos as quantidades de gás reativo precursor de carbono pirolítico, de gás carreador e de hidrogênio contidos no fluxo gasoso extraído do gás efluente, e - em função das quantidades medidas, nós controlamos a retirada do dito fluxo gasoso que é reciclado na fase gasosa reativa, a retirada do gás reativo que provém de uma fonte externa de gás reativo precursor, e a retirada do gás carreador que provém de uma fonte externa de gás carreador e injetado na fase gasosa reativa, - de modo a se obter taxas desejadas de gás reativo precursor de carbono pirolítico, de gás carreador e de hidrogênio na fase gasosa reativa admitida na entrada do forno.

Pelo menos numa fase inicial do processo, nós podemos então controlar ainda uma retirada de hidrogênio que provém de uma fonte externa de hidrogênio e iqjetado na fese gasosa reativa, Sabe-se que a einétiea de depósito do carbono pirolítico pode ser controlada pelo menos em parte por adição de hidrogênio na fase gasosa reativa. A adição de hidrogênio à fase gasosa reativa provoca, com efeito, uma retardação da einóiiea de de^âeite de Py6, isto pede m ixplieado pela redução de gradiente da densiflcaçâo de substratos, partlcularmente dos substratos de grande espessura. Com efeito, a retardaçâo da cinética de depósito aumenta as chances de uma fase gasosa ainda rica em precursor de PyC atingir o centro dos substratos.

Uma produção de hidrogênio tem lugar no forno, pela decomposição do gás precursor de carbono pirolítico. O efeito eventualmente buscado com a presença de hidrogênio na fase gasosa reativa pode vantajosamente ser obtido pela reciclagem do hidrogênio presente no gás efluente. Uma fbnte externa de hidrogênio pode então não ser necessária, senão eventualmente numa fase inicial do processo. O gás efluente extraído do forno é vantajosamente tratado antes da extração do fluxo gasoso em vista da reciclagem, para eliminar os hidrocarbonetos pesados que compreendem particularmente os hidrocarbonetos aromáticos polidclicos. O tratamento pode ser realizado pelo menos em parte pela lavagem por injeção de óleo aromático numa corrente de gás efluente, como descrito no documento US 2003/0101869. A eliminação de hidrocarbonetos pesados, em particular o alcatrão, também podem ser pelo menos parcialmente realizada por condensação. O tratamento do gás efluente pode também compreender a eliminação de hidrocarbonetos benzênicos, o que pode também ser realizado por condensação como também descrito no documento US 2003/0101869. A invenção tem também por objetivo uma instalação de PyC-CVI que permita o funcionamento do processo.

Este objetivo é alcançado graças a uma instalação de infiltração química em fase gasosa para a densiflcaçâo de substratos porosos por carbono pirolítico, compreendendo um forno, um circuito de alimentação do forno de fase gasosa reativa unido a uma entrada de admissão no forno, uma saída de gás efluente fora do fomo, um circuito de tratamento e de evacuação do gás efluente que compreende um dispositivo de eliminação de hidrocarbonetos pesados contidos no gás efluente e um circuito de reciclagem conectado de um lado ao circuito de Hatameate e de evaeuaçiâ da gás efluente a jusante aa dispositiva de elimiflaçâa de hidrocarbonetos pesados e do outro lado ao circuito de alimentação do forno em fase gasosa reativa para reciclar naquele pelo menos uma fração do gás efluente.

Vantajosamente, a instalação compreende dispositivos de análise do teor no gás efluente de constituintes capazes de serem reciclados. A instalação pode então compreender ainda uma unidade de controle unida aos dispositivos de análise e várias válvulas dos circuitos de alimentação, evacuação e reciclagem a fim de controlar a ou as frações de gás efluente recicladas em fruição das informações recebidas pelos dispositivos de análise e de uma composição desejada da fase gasosa reativa admitida no forno.

Breve Descrição dos Desenhos A invenção será mais bem compreendida com a leitura da descrição feita a seguir, a título indicativo, mas não limitativo, em referência aos desenhos anexos, nos quais: • as figuras 1 e 2 são vistas muito esquemáticas do princípio completo e parcial, respectivamente, das instalações que permitem o funcionamento de um processo conforme a invenção: e - as figuras 3 e 4 ilustram em escala aumentada os detalhes do separador da instalação da figura 2, a figura 3 sendo uma vista parcial em corte que acompanha o plano IIWI da figura %, Descrição Detalhada dos Modos de Realização da Invenção A instalação da figura 1 compreende um forno 12 no qual um processo de densificação de substratos porosos por uma matriz PyC obtida por 6VI é realizado. O forno 12 compreende um susceptor 14 em grafite de forma geral cilíndrica do eixo vertical com uma parede lateral 14a, um fondo 14b e uma tampa 14c. Os substratos 10 a serem densificados são dispostos na câmara 16 definida pelo susceptor 14. Os substratos 10 são, por exemplo, constituídos pelas pré-formas fibrosas que apresentam uma forma próxima a uma peça em material compósito de matriz PyÇ a ser realizada. Os substratos que repousam, por exemplo, sobre as placas de carregamento 18 na câmara íéj. θ aqueeimente άθ ferao ó ro&Ugade, ρο* exempla, pele agaplamea de indução do indutor 20 e a parede lateral 14* do susceptor. O indutor 20 cerca parede 14a sendo separado desta por um isolamento (não representado). O conjun formado pelo susceptor 14 e o indutor 20 é disposto num envelope metálico 22.

Uma fase gasosa reativa é admitida no forno por um duto < alimentação 24 e atinge a câmara 16 através do fundo desta. Um preaquecimento < gás imediatamente após sua entrada na câmara 16 poderá ser realizada, obrigando gás a atravessar uma zona de preaquecimento formada, por exemplo, pelas plac perfuradas sobrepostas dispostas acima do fundo 14b. A fase gasosa pode assim s levada a uma temperatura muito próxima daquela na qual o processo PyC/CVI realizado, sendo geralmente de aproximadamente 1000°C. O gás efluente é extraído através da tampa 14c e é retirado por u duto de extração 26 unido a uma fonte de vácuo constituída por um dispositivo ( bombeamento 60 que permite manter na câmara 16 a pressão reduzida requerida. A fase gasosa admitida no forno compreende particularmente o g precursor de carbono e o gás carreador fornecido pelas fontes externas 30,32. O gi reativo precursor de carbono é constituído por um ou vários hidrocarbonetos gasos< CxHy nos quais x e y são números inteiros e x é tal que 1 < x < 6. Nós utilizam» por exemplo uma fonte 30 de propano C3H8. O gás carreador é dè prefer&nc selecionado entre azoto, argônio, hélio e metano. A fonte 32 é, por exemplo, un fonte de azoto N,.

As fontes 30 e 32 são unidas ao duto de alimentação 24 pele respectivos dutos sobre os quais são montadas as válvulas 30a, 32a que permitei regular as retiradas de gás precursor e de gás carreador extraídos das fontes 30 e 31 Uma válvula suplementar pode ser montada sobre o duto 24 imediatamente montante da entrada do forno 12.

Uma instalação tal como descrita anteriormente é bem conhecida pel técnico da área para colocar em füncionamento o processo de densiflcaçâo do tlp PyC/CVI. 0 gás efluente sentido nos produtos de reação sob a fôrma de hidrocarbonetos mais ou menos pesados» um resíduo do gás precursor de PyC, do gás carreador, e de hidrogênio H2 que provém da decomposição do gás precursor.

Após sua extração do forno, o gás efluente é tratado a fim de separar pelo menos a maior parte dos hidrocarbonetos pesados que este contém. Processos tais como lavagem a óleo ou condensação permitem a eliminação de tais hidrocarbonetos pesados, tal como alcatrão, hidrocarbonetos aromáticos policlclicos (HAP) e hidrocarbonetos benzênicos. Nós poderemos vantqjosamente utilizar, para a eliminação de HAP, um dispositivo de tratamento 40 tal como aquele descrito no documento FR 2832936, O gás efluente extraído do forno a uma temperatura ainda elevada é admitido na parte superior de uma coluna 42 Venturi. Um óleo é injetado na parte superior da coluna 42 por um ou vários injetores 44. Nós utilizamos um óleo capaz de dissolver os HAP, particularmente um óleo mineral do tipo aromático que apresenta de preferência uma tensão de vapor baixa, inferior a 100 Pa a 0°C, para não evaporar a pressão reduzida do gás efluente, tal como um óleo a base de xilenos. O óleo é extraído de um reservatório 46 por meio de uma bomba 48 e é refrigerado por passagem num trocador de calor 50 antes de alimentar os injetores 44. A coluna 42 se abre na sua parte inferior no reservatório 46 de modo que o óleo carregado de HAP dissolvido é recolhido no reservatório e circula em contínuo. 0 gás efluente atravessa o reservatório 46, na sua parte superior, Os injetores de óleo suplementares 52 pedem ser previstos no reservatório 46, sobre o trajeto do gás, assim como um condensador 54. Θ trocador 50 e o condensador 54 são percorridos pelas canalizaçóes de água de refrigeração. As válvulas 48a, 48b a jusante da bomba 48 permitem dirigir o óleo seletivamente para os injetores 44,52 ou para um duto de esvaziamento, Um desvesieolador 56, por exemplo, do tipo chicanas, contribui para "quebrar” uma névoa presente na saída do reservatório 46 para separar as gotíeulas β provocar sua eoalesedaeia a fim de recolhê-las ao banho de óleo 47 que ocupa a parte inferior do reservatório 46. A captura pelo dispositivo de lavagem a óleo 40 permite eliminar o máximo de alcatrão tal como os HAP. Somente os hidrocarbonetos aromáticos mais leves (benzenos, hidrocarbonetos monocíclicos) podem subsistir no gás efluente lavado, mas estes não apresentam risco de entupimento dos dutos devido a suas tensões de vapor mais elevadas. O dispositivo de bombeamento 60 ligado à saída do desvesiculador 56 por um duto 58, compreender um ejetor-condensador 62, ou vários conjuntos ejetores-condensadores dispostos em série (um só sendo mostrado na figura). O ejetor-condensador 62 compreende uma parte ejetora 62a, alimentada com vapor d'água por uma caldeira 64, e uma parte condensadora 62b, é, por exemplo, um condensador indireto, o gás do ejetor sendo colocado em contato com os dutos percorridos por um fluido de refrigeração, por exemplo, água fria.

Após a passagem no condensador 62b, a água é disposta numa torre de refrigeração 66 de onde esta pode ser recolhida num recipiente 68 no qual a água de complemento pode ser adicionada para realizar uma circulação contínua por uma bomba inserida sobre um duto que une o recipiente 68 ao condensador 62b. O condensado recolhido sobre um duto 70 na salda do condensador contendo os hidrocarbonetos benzénlcos (BTX) tal como benzeno, tolueno e xileno e um eventual resíduo de HAP dissolvido na água proveniente da condensação do vapor do ejetor 62a. O condensado é tratado por adsorção em um leito fixo 72a de carvão ativado contido numa coluna de adsorção 72. O duto 70 é unido ao topo da coluna 72 e a água depurada recolhida embaixo da coluna pode ser encaminhada para o recipiente 68, Na saída do condensador 62b, o gás efluente passa numa bomba 74, Nós poderemos utilizar uma bomba de arco d*água refrigerada por trocador de modo que o gás extraído da instalação de tratamento seja praticamente a temperatura ambiente.

Um dispositivo do análise 78 6 montado em derivação no duto 76 de salda da bomba 74 para analisar a composição do gás extraído pela bomba 74, particularmente as quantidades respectivas de gás precursor de PyC, de gás carreador e hidrogênio Hz. O gás precursor contido no gás efluente compreende um resíduo do gás precursor reativo admitido na entrada do forno 12 e dos produtos de reação sob a forma CxHy, x e y sendo números inteiros. O dispositivo de análise 78 é, por exemplo, um espectrômetro de massa, ou um cromatógrafo de fase gasosa, ou os dois, ou ainda qualquer outro dispositivo de análise conhecido.

Um circuito de reciclagem 80 permite reciclar a fase gasosa reativa admitida no forno uma fração do gás efluente livre de hidrocarbonetos pesados. Para este efeito, um duto de reciclagem 82 é ramificado em derivação do duto 76 a jusante do dispositivo de análise 78. As válvulas 82a, 76a permitem controlar a retirada de gás reciclado admitido no duto 82 e a retirada de gás retirado pelo duto 76 para um fomo-caldeira e/ou um dispositivo de alimentação da caldeira 64 de gás combustível. A fração de gás efluente extraída pelo duto 82 é disposta no duto 24 de alimentação do forno em fase gasosa. A fase gasosa contém então gás reativo precursor de PyC, o gás carreador e o hidrogênio H2.

Como indicado mais acima, a presença de H2 tem um efeito retardador da cinética de depósito do PyC e contribui para reduzir o gradiente de densificação dos substratos porosos entre o centro e as partes externas deste. Após uma primeira fase de densificação a cinética de depósito diminui, esta cinética pode ser aumentada por elevação da temperatura e/ou da pressão no forno e/ou da taxa de dopagem (a proporção do gás precursor). Uma mesma duração global de densificação, e mesmo uma duração igual àquela obtida sem a adição de H2, mas com um gradiente de densificação menor. Nós podemos também fazer variar a retirada de H2 durante o desenvolvimento do processo CVI. A quantidade desejada de hidrogênio na fase gasosa reativa é aqui trazida pela reciclagem de uma fiação do gás efluente. Contudo, pelo menos no inicio de processo CVI, uma entrada de H: externe pede ser necessária. Nós previmos então uma fonte de H} externa 34 unida ao duto de alimentação 24 por um duto sobre o qual é montado uma válvula 34a.

Para avaliar o teor em gás precursor de carbono contido na fração de gás efluente derivado pelo duto de reciclagem 82, nós consideramos as quantidades de hidrocarbonetos presentes CxHy são ponderadas por um coeficiente multiplicador x. Nós podemos então determinar um teor de gás precursor "equivalente” a um teor em gás precursor fornecido pela fonte externa, aqui C3H8. As informações fornecidas pelo dispositivo de análise 78 são transmitidas a um aparelho automático, ou unidade de controle 84 que particularmente, avalia o teor, no gás efluente, em gás reativo precursor equivalente a C,H*.

Para uma composição e uma retirada desejada da fase gasosa reativa admitida no forno, que permite particularmente obter um PyC de microestrutura particular, o dispositivo de controle 84 controla as válvulas 30a, 32a, 34a, 76a e 82a para obter esta composição e a retirada desejada em função das informaçóes fornecidas pelo dispositivo de análise 78. Deve-se compreender que a composição e a retirada da fase gasosa reativa poderão variar ao longo do desenvolvimento do processo CVI, Nós poderemos, por exemplo, regular primeiramente as válvulas 76a, 82a e 34a para ter a quantidade desejada de H2, sendo notado que nós privilegiaremos para este fim a utilização da reciclagem, a fonte 34 sendo apenas utilizada se a quantidade de H2 no gás efluente é insuficiente, em particular no final do processo. A válvula 82a sendo regulada, nós conhecemos então as quantidades do gás reativo precursor e de gás carreador no gás reciclado. Estas quantidades sendo necessariamente inferiores aquelas presentes na entrada do forno, visto que há consumo de gás precursor e fuga inevitável de gás carreador, as válvulas 30a e 32a são então controladas para trazer os complementos necessários, A figura 2 ilustra uma variação de realização de acordo com o qual um tratamento do gás efluente é efetuado para separar H2 deste. Os elementos comuns aos modos de realização das figuras 1 e 2 trazendo os mesmos números de raferôneia, Os dispositivos de lavagem 40 e de bombeamemo 66 da instalação da figura 2 são indicadas na figura 1 e não estão representadas em detalhes, Um separador 90 é montado sobre o duto 76 na salda da bomba 74. O separador 90 6 do tipo conhecido de caixa rotatória que permite efetuar uma separação entre as espécies gasosas de massas moleculares diferentes utilizando a força centrífuga. O separador 90 tem uma forma geral de coluna Venturi com uma parte superior cilíndrica 90a de seção circular unida por um colar de seção reduzida numa parte inferior tronco cônico 90b que se alargam para baixo. A fração reciclada é admitida pelo duto 76 a parte superior do separador no qual é alojado uma caixa rotatória 92 acionado em rotação em tomo do eixo vertical do separador por um motor 92a, Θ gás admitido no separador ê assim acionado em rotação. Qs compostos gasosos mais pesados se unem nas vizinhanças da parede interna 90c do separador para evitar uma mistura entre os constituintes separados pela força centrífuga. A parede do separador é refrigerada pela circulação de água de refrigeração num duto 96 helicoidal em contato com a face externa desta parede. As espécies mais pesadas que entram em contato com a parede do separador podem assim ser condensadas. Do lado interno» a parede do separador pode apresentar ranhuras 90d eventualmente espiais que se estendem de cima para baixo, e ser munida com uma grade de captação capilar 90e, como mostrado na figura 3. Assim, as espécies condensadas captadas pela grade 90e podem escoar ao longo das ranhuras 90d até a parte de baixo do separador onde estas podem ser recolhidas numa valeta anular 98 (figura 4), onde podem ser extraídos por um duto de esvaziamento 98a, para serem recolhidas num recipiente 99.

Os hidrae&rbenetes leves que compreendem os gases reativos precursores de PyC são recolhidos na base do separadoF 90, do lado externo da parede 94, por um duto 82“. Um duto de esvaziamento 83“ é conectado em derivação no duto 82' para evacuar a fração não reciclada do fluxo recolhido pelo duto 82* para um forno-caldeira e/ou um dispositivo de alimentação de gás oambuetfvel para a caldeira que produz e vapor para o qjetor-eondeaeador do dispositivo de bombeamento 60.

Uma fase gasosa que contém essenclalmente do gás hidrogênio H, é recolhida na base do separador 90, a parte central deste, do lado interno da parede 94, por um duto 82* para retirar a fiação não reciclada do fluxo recolhido pelo duto 82”, por exemplo para um foroo-caldeira. O gás carreador pode estar presente no duto 82' e/ou no duto 82".

As válvulas 82'a, 82”a, 83’a, 83*a são montados nos dutos 82*, 82*, 83’ e 83* e são controlados pela unidade de controle 84.

Dispositivos de análise 78’, 78* são montados em derivação sobre os dutos 82’, 82* imediatamente na saída do separador 90 para permitir medir as quantidades de gás reativo precursor de PyC e gás carreador circulante no duto 82’ e do gás hidrogênio H2, e eventualmente de gás carreador circulante no duto 82*. Os dispositivos de análise 78’ e 78” são montados a montante das válvulas 82’a e 82*a. As informações recolhidas pelos dispositivos de análise 78’, 78* são transmitidas a unidade de controle 84. Não é necessário prever um dispositivo de análise em derivação no duto 76. A instalação da figura 2 permite realizar um processo PyC/CVI sem necessariamente introduzir gás Hj na fase gasosa reativa. É suficiente para isso não utilizar a fonte externa de H2 e controlar as válvulas 82"a e 83”a para esvaziar a totalidade do gás extraído na parte axial central do separador 90. Neste caso, o dispositivo de controle 84 é programado para alimentar o forno 10 com uma fase gasosa tendo uma taxa desejada de gás reativo precursor por conseqüéncia as válvulas 30a, 32a, 82a, 82’a e 83’a. Nós poderemos então privilegiar a reciclagem de uma quantidade tão elevada quanto possível do gás precursor e carreador. A instalação da figura 2 permite evidentemente também realizar um processo PyC/CVI com uma fase gasosa reativa contendo H:. As proporções respectivas desejadas de gás reativo precursor de PyC, gás carreador e H: são obtidos, assim como a retirada total da fase gasosa, pelo controle de diferentes válvulas dos circuitos de alimentação externa e de reciclagem, A reciclagem de uma fração de gás efluente 6 vantitjesamente realizada após a eliminação de hidrocarbonetos benzênlcos. A eliminação poderá ser realizada por meios outros que não aqueles descritos anteríormente, por exemplo, utilizando um ou vários condensadores em série com refrigeração progressiva do gás efluente.

REIVINDICAÇÕES

Claims (12)

1. Processo de infiltração química em fase gasosa para a densificação de substratos porosos por carbono pirolítico, CARACTERIZADO por compreender as etapas de: - carregamento de um forno com um ou vários substratos porosos a serem densificados, - admissão na entrada do forno de uma fase gasosa reativa contendo um gás reativo precursor de carbono pirolítico, que compreende pelo menos um hidrocarboneto gasoso CxHy no qual x e y são números inteiros e x é tal que 1 < x < 6, e um gás carreador que compreende pelo menos um gás selecionado entre o metano e os gases neutros, - extração na saída do fomo de gás efluente que contém constituintes residuais da fase gasosa admitida e de produtos de reação, como hidrogênio, e - reciclagem na fase gasosa reativa admitida na entrada do fomo, uma fração de pelo menos um fluxo gasoso extraído do gás efluente e contendo o gás reativo precursor de carbono pirolítico, de modo que pelo menos uma parte do gás reativo precursor de carbono pirolítico contido na fase gasosa reativa provenha do fluxo gasoso reciclado, e: - medimos pelo menos as quantidades de gás reativo precursor de carbono pirolítico e de gás carreador contidos no fluxo gasoso extraído do gás efluente e, - em função das quantidades medidas, controlarmos pelo menos a retirada do dito fluxo gasoso que é reciclado na fase gasosa reativa e que contém o gás reativo precursor de pirocarbono e do gás carreador, a extração do gás precursor que provém de uma fonte externa de gás precursor de carbono pirolítico e injetado na fase gasosa reativa, e a extração do gás carreador que provém de uma fonte externa de gás carreador e injetado na fase gasosa reativa, - de modo a obter uma taxa desejada de gás precursor de carbono pirolítico na fase gasosa reativa admitida na entrada do fomo.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por separar o hidrogênio contido no fluxo gasoso extraído do gás efluente e controlar ainda a retirada de hidrogênio assim separado que é reciclado na fase gasosa reativa de modo a se obter uma taxa desejada de hidrogênio na fase gasosa reativa admitida na entrada do forno.

3. Processo de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO por: nós medirmos as quantidades de gás reativo precursor de carbono pirolítico, de gás carreador e de hidrogênio contidos no fluxo gasoso extraído do gás efluente, e - em função das quantidades medidas, nós controlamos a retirada do dito fluxo gasoso que é reciclado na fase gasosa reativa, a retirada do gás reativo que provém de uma fonte externa de gás reativo precursor, e a retirada de gás carreador que provém de uma fonte externa de gás carreador e injetado na fase gasosa reativa, - de modo a se obter taxas desejadas de gás reativo precursor de carbono pirolítico, de gás carreador e de hidrogênio na fase gasosa reativa admitida na entrada do forno.

4. Processo de acordo com as reivindicações 2 e 3, CARACTERIZADO por pelo menos numa fase inicial do processo nós podermos controlar ainda a retirada do hidrogênio que provém de uma fonte externa de hidrogênio e injeta na fase gasosa reativa.

5. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO por medirmos as quantidades respectivas de vários gases hidrocarbonetos contidos no fluxo gasoso extraído do gás efluente e determinarmos uma taxa equivalente em gás precursor de carbono pirolítico por ponderação das quantidades medidas em função do número x de átomos de carbono nos ditos gases hidrocarbonetos.

6. Processo de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO por considerarmos os gases hidrocarbonetos CxHy para os quais 1 < x < 6.

7. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo gás carreador ser constituído pelo menos parcialmente por metano.

8. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo gás carreador ser constituído pelo menos parcialmente por um gás neutro selecionado entre azoto, argônio, hélio, ou uma mistura de dois ou mais destes.

9. Processo de acordo com as reivindicações 1 a 8, CARACTERIZADO pelo gás efluente retirado do forno ser tratado antes da extração do fluxo gasoso para reciclagem, a fim de eliminar os hidrocarbonetos pesados que compreendem particularmente os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos.

10. Processo de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pela eliminação dos hidrocarbonetos aromáticos policíclicos ser realizada por lavagem por injeção de óleo aromático numa corrente de gás efluente.

11. Processo de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pela eliminação dos hidrocarbonetos pesados ser realizada ao menos cm parte por condensação,

12. Processo de acordo com as reivindicações 9 a 11, CARACTERIZADO pelo tratamento do gás efluente compreender a eliminação dos hidrocarbonetos bcnzênicos.