FR2687620A1 - Method and device for adsorbing liquid and gaseous hydrocarbons coming from the petrol tank breather of engines - Google Patents

Method and device for adsorbing liquid and gaseous hydrocarbons coming from the petrol tank breather of engines Download PDF

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Abstract

The invention relates to a method and a device relating to a system for collecting then returning to the engine the gases emitted by the breather of fuel tanks in machines (vehicles for example) with petrol engines, the said system being made up of a container with flexible walls filled with one or two adsorbent solids themselves enclosed in flexible enclosures. Such a device is used for picking up liquid or gaseous fractions of hydrocarbons at the mouth of the tank breather.

Description

L'invention concerne un système de contrôle et de recyclage des gaz émis par l'évent des réservoirs de carburant sur les véhicules à essence et constitué par un dispositif à parois souples contenant les adsorbants nécessaires dans des tétraèdres de type "tétrasorb" ou dans des enceintes de géométrie diverses (cylindres, cônes, etc...). The invention relates to a system for controlling and recycling the gases emitted by the vent of fuel tanks on petrol vehicles and constituted by a flexible-walled device containing the adsorbents necessary in tetrahedra of the "tetrasorb" type or in enclosures of various geometry (cylinders, cones, etc.).

Sur les engins équipés de moteur à essence il est prévu de monter un dispositif destiné à éliminer les hydrocarbures provenant de l'évent du réservoir durant le remplissage de carburant ainsi que durant la marche ou l'arrêt du véhicule. Dans la suite de cette description on appellera conventionnellement "canister" un tel dispositif. On machines fitted with a petrol engine, provision is made to mount a device intended to eliminate the hydrocarbons coming from the tank vent during the filling of fuel as well as during the starting or stopping of the vehicle. In the remainder of this description, such a device will conventionally be called "canister".

Généralement dans l'art antérieur, un système de canister contenant une certaine quantité d'un adsorbant, comme le charbon actif, est connecté à l'évent du réservoir. Les vapeurs émises sont stockées durant l'opération de remplissage du réservoir spécialement si cette opération s'opère de façon étanche. Durant la période de fonctionnement du véhicule les hydrocarbures sont purgés au moyen d'une partie de l'air admis au moteur et renvoyés vers ce même moteur où ils sont brûlés. Generally in the prior art, a canister system containing a certain amount of an adsorbent, such as activated carbon, is connected to the tank vent. The vapors emitted are stored during the tank filling operation, especially if this operation is carried out in a leaktight manner. During the vehicle's operating period, the hydrocarbons are purged by means of part of the air admitted to the engine and returned to the same engine where they are burned.

La quantité de charbon actif généralement mise en jeu est de un à quatre litres, elle est théoriquement suffisante pour adsorber de 100 à 400 grammes d'hydrocarbures légers. The quantity of activated carbon generally involved is from one to four liters, it is theoretically sufficient to adsorb from 100 to 400 grams of light hydrocarbons.

Le charbon actif généralement utilisé est connu pour être un adsorbant de grande surface spécifique et d'une grande porosité ouverte. Ces caractéristiques permettent une grande efficacité d'adsorption des vapeurs d'hydrocarbures, mais cette efficacité est rapidement diminuée lorsque des particules de carburant liquide sont accidentellement envoyées sur le charbon actif. Ceci peut arriver au cours d'un débordement accidentel mais fréquent du réservoir lorsque l'on cherche à réaliser un remplissage maximum. Dans ce cas, ce sont des hydrocarbures plus lourds qui sont absorbés sur la masse de captation, diminuant ainsi la capacité d'adsorption en hydrocarbures légers de la dite masse; de plus, la purge de ces composants sera plus difficile à réaliser que celle des composés volatils en C4 à C6 qui constituent l'essentiel de la phase gazeuse habituelle. The activated carbon generally used is known to be an adsorbent with a large specific surface and a large open porosity. These characteristics allow a high efficiency of adsorption of hydrocarbon vapors, but this efficiency is rapidly diminished when particles of liquid fuel are accidentally sent onto the activated carbon. This can happen during an accidental but frequent overflow of the tank when trying to achieve maximum filling. In this case, it is heavier hydrocarbons which are absorbed on the capture mass, thereby reducing the adsorption capacity for light hydrocarbons of said mass; moreover, the purging of these components will be more difficult to carry out than that of the volatile compounds from C4 to C6 which constitute the main part of the usual gas phase.

Dans les systèmes conventionnels, I'adsorbant, généralement le charbon actif, sous forme de grains de l à 5 mm est enfermé dans un récipient rigide parallélipipédique ou cylindrique de l à 5 I contenant un lit d'adsorbant(s) dont les dimensions horizontale(s) et verticale(s) sont du même ordre de grandeur et sont telles qu'elles créent au sein du lit une perte de charge suffisante pour assurer un bon contact gaz-solide sur toute la surface du lit durant les deux phases d'adsorption et de désorption. L'inconvénient de ces canisters conventionnels rigides tient à leur encombrement qui les rend difficiles à caser dans le volume libre dont on dispose sous le capot des moteurs actuels. In conventional systems, the adsorbent, generally activated carbon, in the form of grains from 1 to 5 mm is enclosed in a rigid rectangular or cylindrical container from 1 to 5 I containing a bed of adsorbent (s) whose horizontal dimensions (s) and vertical (s) are of the same order of magnitude and are such that they create within the bed a sufficient pressure drop to ensure good gas-solid contact over the entire surface of the bed during the two phases of adsorption and desorption. The drawback of these rigid conventional canisters is their size which makes them difficult to fit into the free space available under the hood of current engines.

La présente invention permet de remédier pour l'essentiel, de ces deux inconvénients. The present invention overcomes essentially these two drawbacks.

Un premier objet de la présente invention est donc d'utiliser un canister souple sous forme d'une conduite flexible d'une capacité qui reste comprise entre l et 5 1. Pour des raisons de perte de charge, I'adsorbant n'est pas chargé en vrac dans le canister mais enfermé dans une pluralité de petites poches en toile perforée. Ces poches peuvent avoir des géométries diverses, cylindres, cônes ou de préférence tétraèdres (berlingots); leur diamètre équivalent est compris entre 1/20 et 1/5 du diamètre du conteneur flexible. La toile perforée peut être en tissu naturel, polymèrique synthètique ou métallique mais suffisamment rigide pour assurer entre les poches une bonne circulation et une bonne distribution des hydrocarbures et de l'air et pour garantir à l'adsorbant contenu une bonne tenue mécanique dans les conditions d'utilisation. De par sa forme et sa flexibilité, le canister occupera dans le véhicule et plus particulièrement autour du moteur toute place laissée libre par les autres équipements, voire l'intérieur du pare-choc (avant ou arrière). A first object of the present invention is therefore to use a flexible canister in the form of a flexible pipe with a capacity which remains between l and 5 1. For reasons of pressure drop, the adsorbent is not loaded in bulk in the canister but enclosed in a plurality of small perforated canvas pockets. These pockets can have various geometries, cylinders, cones or preferably tetrahedrons (berlingots); their equivalent diameter is between 1/20 and 1/5 of the diameter of the flexible container. The perforated fabric can be made of natural fabric, synthetic or metallic polymer, but rigid enough to ensure good circulation and distribution of hydrocarbons and air between the pockets and to guarantee the good content of mechanical adsorbent under the conditions. of use. Due to its shape and flexibility, the canister will occupy in the vehicle and more particularly around the engine any space left free by other equipment, or even the interior of the bumper (front or rear).

Le deuxième objet de la présente invention consiste à installer dans le canister une première masse de captation à la sortie de l'évent, qui soit capable d'adsorber efficacement une certaine quantité d'hydrocarbures liquides de manière à assurer dans une deuxième partie de l'adsorbeur une efficacité optimale pour la captation des hydrocarbures gazeux. The second object of the present invention is to install in the canister a first capture mass at the outlet of the vent, which is capable of efficiently absorbing a certain quantity of liquid hydrocarbons so as to ensure in a second part of the adsorber optimal efficiency for the capture of gaseous hydrocarbons.

Ainsi l'invention concerne un dispositif pour éliminer les hydrocarbures liquides et gazeux à la sortie de l'évent du réservoir d'un engin équipé d'un moteur à essence, durant le remplissage de carburant mais également pendant les périodes de fonctionnement et de repos du véhicule. Le dispositif est un dispositif souple et flexible contenant un ou plusieurs solides adsorbants, les dits solides étant eux mêmes enclavés dans des poches en tissu résistant aux hydrocarbures.  Thus the invention relates to a device for eliminating liquid and gaseous hydrocarbons at the outlet of the vent from the tank of a machine equipped with a petrol engine, during the filling of fuel but also during the periods of operation and rest of the vehicle. The device is a flexible and flexible device containing one or more adsorbent solids, the said solids being themselves enclosed in pockets of fabric resistant to hydrocarbons.

L'invention concerne également un dispositif et un procédé selon lesquels les poches enfermant l'adsorbant ont un diamètre moyen équivalent compris entre 1/20e et 1/Se de la plus petite dimension du canister ou de son diamètre s'il est cylindrique. The invention also relates to a device and a method according to which the pockets enclosing the adsorbent have an equivalent mean diameter comprised between 1 / 20th and 1 / Se of the smallest dimension of the canister or of its diameter if it is cylindrical.

Les poches peuvent être des tétraèdres dont l'arête a une longueur comprise entre 1/20e et 1/5e du diamètre du canister ou de sa plus petite dimension s'il n'est pas cylindrique. The pockets can be tetrahedrons whose edge has a length between 1 / 20th and 1 / 5th of the diameter of the canister or of its smallest dimension if it is not cylindrical.

Les poches contenant l'adsorbant sont de préférence en polyester, en polyfluorure de vinylidène ou en acier inoxydable. The bags containing the adsorbent are preferably made of polyester, polyvinylidene fluoride or stainless steel.

Le matériau constituant le conteneur peut être en acier inoxydable, en polyfluorure de vinylidène ou en polyester. The material constituting the container can be stainless steel, polyvinylidene fluoride or polyester.

De préférence, le canister, constitué par une enveloppe souple et longiligne, adopte la forme imposée par les volumes libres disponibles sur la voiture y compris pare-chocs, longerons... Preferably, the canister, constituted by a flexible and elongated envelope, adopts the shape imposed by the free volumes available on the car including bumpers, side rails ...

Dans une version préférée, le conteneur flexible et souple a, s'il est cylindrique, une longueur comprise entre 0,5 m et 1,5 m pour un diamètre minimum de 0,05 m et un diamètre maximum de 0,2 m. In a preferred version, the flexible and flexible container has, if it is cylindrical, a length of between 0.5 m and 1.5 m for a minimum diameter of 0.05 m and a maximum diameter of 0.2 m.

La masse de captation est au moins en partie le charbon actif ou toute masse équivalente. The capture mass is at least partly activated carbon or any equivalent mass.

La masse de captation peut également être au moins en partie une poudrette de caoutchouc ou de l'éthylène-propylène-diène-monomère.  The capture mass can also be at least in part a rubber crumb or ethylene-propylene-diene-monomer.

De façon préférée, la tête du lit d'adsorption renferme au moins en partie de l'éthylène-propylène-diène-monomère et le fond du lit au moins en partie du charbon actif. Preferably, the head of the adsorption bed contains at least part of ethylene-propylene-diene-monomer and the bottom of the bed at least partly of activated carbon.

Dans un mode préféré, les hydrocarbures liquides ou gazeux adsorbés durant le remplissage du réservoir ainsi que les émanations issues du réservoir durant la marche ou l'arrêt du véhicule sont désorbés par une fraction de l'air d'alimentation du moteur (1 à 4%).  In a preferred mode, the liquid or gaseous hydrocarbons adsorbed during filling of the tank as well as the fumes coming from the tank during the starting or stopping of the vehicle are desorbed by a fraction of the air supplying the engine (1 to 4 %).

De préférence, I'air de purge servant à la désorption est préalablement chauffé I aspiration au travers du radiateur de la voiture. Preferably, the purge air used for the desorption is heated beforehand by suction through the radiator of the car.

L'air de désorption chargé d'hydrocarbures est avantageusement renvoyé moteur.  The desorption air loaded with hydrocarbons is advantageously returned to the engine.

ANNEXE 1
Exemple 1.ANNEX 1
Example 1.

Dans un canister en polyfluorure de vinylidène sous forme de tuyau ondulé de 0,07 m de diamètre et 1,30 m de long, on charge des tétraèdres de 8 cm d'arête garnis d'un charbon actif sous forme de grains cylindriques de 1,5 mm de diamètre et 4 mm de long. In a polyvinylidene fluoride canister in the form of a corrugated pipe of 0.07 m in diameter and 1.30 m in length, tetrahedrons of 8 cm edge loaded with activated carbon are loaded in the form of cylindrical grains of 1 , 5 mm in diameter and 4 mm long.

L'enveloppe des tétraèdres est en toile polyester. Sur ce canister on fait passer un mélange de butanes et de pentanes gazeux dilués à 50% en volume dans de l'azote à une vitesse spatiale de 400 litres de gaz par litre de réacteur et par heure pendant 6 minutes.The envelope of the tetrahedrons is in polyester canvas. On this canister is passed a mixture of butanes and pentanes gas diluted to 50% by volume in nitrogen at a space speed of 400 liters of gas per liter of reactor and per hour for 6 minutes.

Au bout de ces 6 minutes on a donc approximativement passé 120 I de vapeur, d'hydrocarbures dont la masse moléculaire moyenne était égale à 65. Pour une température de 310C et une pression de 1,02 bar, on commence à déceler au bout de 6 minutes d'expérience des traces notables d'hydrocarbures. Le canister ainsi constitué à adsorbé environ 325 g d'hydrocarbures ainsi qu'on peut le constater par pesée. Dans une deuxième étape on fait passer de l'air sur le même canister dans le même sens de circulation que précédemment les hydrocarbures à une vitesse spatiale égale à 2000.At the end of these 6 minutes, therefore, approximately 120 l of vapor and of hydrocarbons, the average molecular mass of which was equal to 65, have passed. At a temperature of 310 ° C. and a pressure of 1.02 bar, we begin to detect after 6 minutes of experience of notable traces of hydrocarbons. The canister thus formed adsorbed about 325 g of hydrocarbons as can be seen by weighing. In a second step, air is passed over the same canister in the same direction of circulation as above, the hydrocarbons at a space speed equal to 2000.

Après 1h de passage de l'air au travers de canister, les 325 g d'hydrocarbure préalablement adsorbés sont désorbés à 92%. After 1 hour of passage of air through the canister, the 325 g of hydrocarbon previously adsorbed are 92% desorbed.

Exemple 2. Example 2.

On remplace en tête du canister précédemment décrit 20% des tétraèdres garnis de charbon activé par des tétraèdres garnis de poudrette d'EDPM d'un diamètre moyen équivalent égal à 1 mm. On réalise le même essai que l'essai précédent mais en fin d'essai on pulvérise en une minute 200 cm3 d'essence en tête du canister avant de procéder à l'opération de désorption sous courant d'air dans les conditions précédemment préconisées. At the top of the canister previously described, 20% of the tetrahedra filled with activated carbon are replaced by tetrahedrons filled with EDPM powder with an equivalent average diameter equal to 1 mm. The same test is carried out as the previous test, but at the end of the test, 200 cm3 of gasoline is sprayed in one minute at the top of the canister before carrying out the desorption operation under air flow under the conditions previously recommended.

II faut attendre un temps de 3h pour obtenir une désorption de 90% de la totalité des hydrocarbures adsorbés.  It is necessary to wait a time of 3 hours to obtain a desorption of 90% of the totality of the adsorbed hydrocarbons.

Claims (13)

REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour éliminer les hydrocarbures liquides et gazeux à ia sortie de l'évent du réservoir d'un engin équipé d'un moteur à essence, durant le remplissage de carburant mais également pendant les périodes de fonctionnement et de repos de l'engin caractérisé en ce qu'il est constitué d'un conteneur souple et flexible qui contient un ou plusieurs solides adsorbants (ou masse d'adsorbtion, ou masse d'absorption, ou masse de captation), les dits solides étant eux mêmes enclavés dans des poches en tissu résistant aux hydrocarbures. 1 / Device for eliminating liquid and gaseous hydrocarbons at the outlet of the vent from the tank of a machine equipped with a gasoline engine, during the filling of fuel but also during the periods of operation and rest of the machine characterized in that it consists of a flexible and flexible container which contains one or more adsorbent solids (or adsorption mass, or absorption mass, or capture mass), the said solids being themselves enclosed in oil resistant fabric pockets. 2/ Dispositif selon la revendication 1 dans lequel les poches enfermant l'adsorbant ont un diamètre moyen équivalent compris entre 1/20e et 1/5e de la plus petite dimension du canister ou de son diamètre s'il est cylindrique. 2 / Device according to claim 1 wherein the pockets enclosing the adsorbent have an equivalent average diameter between 1 / 20th and 1 / 5th of the smallest dimension of the canister or its diameter if it is cylindrical. 3/ Dispositif selon la revendication 1 ou 2 selon lequel les poches sont des tétraèdres dont l'arête a une longueur comprise entre 1/20e et 1/5e du diamètre du canister ou de sa plus petite dimension s'il n'est pas cylindrique. 3 / Device according to claim 1 or 2 according to which the pockets are tetrahedrons whose edge has a length between 1 / 20th and 1 / 5th of the diameter of the canister or of its smallest dimension if it is not cylindrical . 4 / Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel les poches contenant l'adsorbant sont en polyester, en polyfluorure de vinylidène ou en acier inoxydable. 4 / Device according to one of claims 1 to 3 wherein the pockets containing the adsorbent are polyester, polyvinylidene fluoride or stainless steel. 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4 dans lequel le matériau constituant le conteneur est en acier inoxydable, en polyfluorure de vinylidène ou en polyester. 5 / Device according to one of claims 1 to 4 wherein the material constituting the container is stainless steel, polyvinylidene fluoride or polyester. 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 dans lequel le conteneur constitué par une enveloppe souple et longiligne, adopte la forme imposée par les volumes libres disponibles sur la voiture y compris pare-chocs, longerons... 6 / Device according to one of claims 1 to 5 wherein the container constituted by a flexible and elongated envelope, adopts the shape imposed by the free volumes available on the car including bumper, side rails ... 7/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 dans lequel le conteneur flexible et souple a, s'il est cylindrique, une longueur comprise entre 0,5 m et 1,5 m pour un diamètre minimum de 0,05 m et un diamètre maximum de 0,2 m. 7 / Device according to one of claims 1 to 6 wherein the flexible and flexible container has, if it is cylindrical, a length between 0.5 m and 1.5 m for a minimum diameter of 0.05 m and a maximum diameter of 0.2 m. 8/ Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel la masse de captation est au moins en partie le charbon actif ou toute masse équivalente. 8 / A method for implementing the device according to one of claims 1 to 7 wherein the capture mass is at least partly activated carbon or any equivalent mass. 9/ Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel la masse de captation est au moins en partie une poudrette de caoutchouc ou de l'éthylène-propylène-diène-monomère.  9 / A method for implementing the device according to one of claims 1 to 7 wherein the capture mass is at least partly a crumb of rubber or ethylene-propylene-diene-monomer. 10/ Procédé pour la mise en oeuvre du dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel la tête du lit d'adsorption renferme au moins en partie de l'éthylènepropylène-diène-monomère et le fond du lit au moins en partie du charbon actif. 10 / A method for implementing the device according to one of claims 1 to 7 wherein the head of the adsorption bed contains at least partly ethylenepropylene-diene-monomer and the bottom of the bed at least partly activated carbon. 11/ Procédé pour la mise en oeuvredu dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 ou selon le procédé des revendications 8 à 10 dans lequel les hydrocarbures liquides ou gazeux adsorbés durant le remplissage du réservoir ainsi que les émanations issues du réservoir durant la marche ou l'arrêt du véhicule sont désorbés par une fraction de l'air d'alimentation du moteur (1 à 4%). 11 / A method for implementing the device according to one of claims 1 to 7 or according to the method of claims 8 to 10 in which the liquid or gaseous hydrocarbons adsorbed during filling of the tank as well as the fumes from the tank during operation or the vehicle stop are desorbed by a fraction of the engine supply air (1 to 4%). 12/ Procédé selon l'une des revendications 8 à Il dans lequel l'air de purge servant à la désorption est préalablement chauffé par aspiration au travers du radiateur de la voiture. 12 / A method according to one of claims 8 to II in which the purge air used for desorption is previously heated by suction through the radiator of the car. 13/ Procédé selon les revendications 8 à 12 dans lequel l'air de désorption chargé d'hydrocarbures est renvoyé au moteur.  13 / A method according to claims 8 to 12 wherein the desorption air loaded with hydrocarbons is returned to the engine.
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