WO1994002207A9

WO1994002207A9 - Appareil catalytique pour purifier l'air ambiant et catalyseurs correspondants

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Publication number: WO1994002207A9
Application number: PCT/FR1993/000693
Authority: WO
Filing date: 1993-07-06
Publication date: 1994-05-26

Abstract

La présente invention concerne un appareil de purification de l'air destiné à la respiration humaine, cette purification étant obtenue par élimination des composés toxiques et des odeurs. La combinaison des différentes parties qui le constituent permet de produire de l'air propre qui peut être utilisé à l'intérieur des immeubles mais qui peut également servir à renouveler l'air des rues ou des quartiers pollués. Cet appareil présente la caractéristique de pouvoir être installé à proximité des gens qui l'utilisent et il est également conçu pour être installé dans les rues très transitées et/ou très polluées.

Description

APPAREIL CATALYTIQUE POUR PURIFIER L'AIR AMBIANT ET CATALYSEURS CORRESPONDANTS

La présente invention concerne un appareil de purification de l'air destiné à la respiration humaine, cette purification étant obtenue par élimination des composés toxiques et des odeurs. La combinaison des différentes parties qui le constituent permet de produire de l'air propre qui peut être utilisé à l'intérieur des immeubles mais qui peut également servir à renouveler l'air des rues ou des quartiers pollués.

Cet appareil présente la caractéristique de pouvoir être installé à proximité des gens qui l'utilisent et il est également conçu pour être installé dans les rues très transitées et/ou très polluées. ETAT DE L'ART ANTERIEUR

Il existe des appareils de purification de l'air à usage domestique ou industriel basés sur une ou plusieurs actions de filtration avec des filtres de toiles, de fibres ou de charbon actif et, dans certains cas, ayant une action complémenta re de génération d'ions négatifs. Ces filtres sont efficaces pour retenir les particules en suspension ou les aérosols mais leur utilité est réduite lorsqu'il s'agit des polluants gazeux présents dans l'air ambiant des grandes villes (monoxyde de carbone, hydrocarbures, ozone, peroxyacetyl nitrate, benzopyrène, etc...).

Il existe, d'autre part des systèmes catalytiques (convertisseurs utilisés dans l'industrie pour épurer les effluents gazeux industriels) qui se caractérisent par l'utilisation d'une température relativement élevée et la nécessité de préchauffer les gaz avant la réaction et de les refroidir partiellement après la réaction. Ces problèmes sont relativement faciles à résoudre à l'échelle industrielle, par la mise en oeuvre d'échangeurs de chaleur à tubes ou à plaques opérant en régime permanent à contre courant, ou par la mise en oeuvre de régénérateurs cycliques qui emmagasinent et restituent la chaleur. Cependant, à l'échelle industrielle, on n'a jamais recherché à réduire simultanément le volume des échangeurs, le coût énergétique et le coût d'investissement de ces appareils ainsi que leur niveau sonore.

Ces réductions simultanées sont un facteur essentiel pour qu'un système catalytique ait un prix acceptable pour les applications qui concernent plus directement les gens qui ont besoin d'air purifié, c'est-à-dire que pour la dépollution des locaux et des rues, le coût unitaire du m3 traité doit être très bas.

Cette invention soul gne que, par la combinaison de différents moyens, on peut obtenir simultanément une réduction importante du volume de l'appareil, de sa consommation d'énergie et de son coût d'investissement et, par conséquent, obtenir un système à bas prix qui peut être installé à proximité des gens (maison, automobile, école, commerce,

6 υC _{• • •} ) m Comme nous le verrons dans ce qui suit, cette réduction importante des coûts, telle qu'elle résulte de la présente invention permet non seulement de concevoir un appareil électroménager de bas prix, mais également un appareil capable de purifier de grands débits d'air dans les rues des villes. En d'autres termes, les appareils selon l'invention, peuvent purifier des débits d'air compris entre 20 m3/heure et 20000 m3/heure et les principes de leur construction sont identiques dans ces deux cas extrêmes.

Son utilisation est spécifiquement pour l'air pollué d'un immeuble ou d'une rue, c'est-à-dire contenant des teneurs en polluants de l'ordre de quelques parties par million. Une autre caractéristi ue est qu'il s'agit toujours de traiter de l'air froid, c'est-à-dire introduit dans l'appareil à la température ambiante. Avant la divulgation de cette invention, il ne s'était jamais utilisé de méthode catalytique pour purifier l'air ambiant et à basse température. L'appareil est conçu essentiellement pour être utilisé avec des catalyseurs déjà disponibles dans le commerce ; ces catalyseurs, à base de Palladium, permettent de réduire la teneur en polluants (ozone, hydrocarbures réactifs, monoxyde de carbone, peroxyacetyl nitrate) et ils opèrent à une température comprise entre 70 et 300 degrés Celsius. On estime que, avec

FEUILLE DE REMPLACEMENT ces catalyseurs, l'ozone peut être détruit à 70° C et que le monoxyde de carbone et les hydrocarbures réactifs peuvent être détruits à des températures de l'ordre de 240 ° C. Les hydrocarbures saturés sont brûlés à des températures supérieures à 300 ° C mais dans le cas de la dépollution de l'air ambiant, il n'est pas nécessaire d'éliminer ces hydrocarbures qui ne sont pas toxiques et ne sont pas non plus des précurseurs de composés du type ozone.

Comme il apparaîtra dans ce qui suit, de nouveaux catalyseurs non disponibles dans le commerce, et que nous avons étudiés, permettent d'obtenir une plus grande efficacité du réacteur à un moindre coût du catalyseur.

Les détails caractéristiques de ce purificateur catalytique sont indiqués clairement dans la description qui suit et dans le dessin qui l'accompagne à titre d'illustration et utilisant les mêmes signes de référence.

DESCRIPTION DU DESSIN DE L'INVENTION La figure 1 montre le schéma de principe du purificateur. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION

Un ventilateur (1), muni d'un filtre (2) destiné à éliminer les poussières, les particules en suspension, etc., souffle l'air à purifier provenant de la rue ou de l'immeuble lui-même, dans un système de tuyauteries, tés et coudes, équipé de deux ou plus électrovannes (3) qui, par action d'un programmateur cyclique (11) permettent d'introduire cet air à l'une ou l'autre des deux entrées du réacteur. Dans la position indiquée dans la figure, l'air entre en (4) dans le réacteur et sort en (5). Dans la deuxième moitié du cycle, après l'inversion des électrovannes, l'air entre en (5) et sort en (4) .

Le réacteur est principalement constitué de trois parties :

L'élément (6) est le catalyseur, du type mentionné dans ce qui précède ou, de préférence, du type mentionné dans ce qui suit.

Les sections (7 et 8), remplies avec un solide non catalytique, jouent le rôle d'échangeurε ou plus exactement,

FEUILLE DE REMPLACEMENT d'accumulateurs de chaleur. Quand l'air à température ambiante entre en (4), il se préchauffe dans la section (7) jusqu'à une température voisine de celle du réacteur (environ 220 ° C). A la sortie de la section (6), il entre dans la section (8) dans laquelle il cède sa chaleur sensible qui reste ainsi emmagasinée (accumulée) dans le garnissage.

Après inversion des électrovanneε, la section (8) sert de préchauffeur de l'air et la section (7) de refroidisseur.

Il est évident que, après une phase initiale, un système tel que celui que nous décrivons, pourrait fonctionner indéfiniment à condition qu'on parvienne à refroidir l'air à une température égale à sa température d'entrée.

Pour réaliser cela, il faudrait que les sections d'échange aient une très grande longueur, ce qui évidemment n'est pas économique (volume important et perte de charge élevée). La température de sortie en (5) est donc nécessairement plus élevée que la température d'entrée en (4). Par conséquent, l'appareil, selon l'invention, est en même temps un purificateur et un appareil de chauffage de l'air et même, avec un système d'échange thermique très efficace comme celui revendiqué dans l'invention, un apport d'énergie thermique doit être prévu pour compenser l'inefficacité de l'échangeur de chaleur.

Cet apport est sous la forme d'énergie électrique et la figure 1 indique la méthode recommandée dans l'invention pour introduire cette énergie électrique dans le système. On notera que l'opération de l'appareil est totalement électrique (ventilateur, électrovanneε et énergie de chauffage). Une résiεtance électrique (9) est placée à la moitié du lit de catalyseur pour apporter la chaleur nécessaire à l'opération. Cette résistance (9), connectée à l'interrupteur général de l'appareil (commun au moteur du ventilateur, au programmateur et à la résistance) est maintenue active pendant le laps de temps préliminaire de préchauffage et pendant l'opération proprement dite (régime pεeudo-εtationnaire) et cela avec la même intenεité de courant électrique.

Il est évident que l'appareil doit être "symétrique" : les deux sections d'échange (7 et 8), les tubes (4 et 5) et

FEUILLE DE REMPLACEMENT les vannes (3) sont identiques.

Après avoir appuyé sur l'interrupteur général qui met en fonctionnement simultanément le ventilateur (1), le programmateur (11) d'inversion des électrovannes (3) et la résistance (9), les températures du catalyseur (6) et des garnissages augmentent pour se stabiliser, après un certain nombre de cycles, aux températures choisies pendant la conception de l'appareil.

La propriété essentielle de l'appareil selon l'invention est de minimiser l'apport d'énergie à la résistance (9) et au ventilateur (1) sans préjudice pour la purification et sans augmenter le coût d'investissement. Pour atteindre ce résultat, on a trouvé que le système d'échange de chaleur (sections 7 et 8) devait satisfaire aux conditions suivantes : a) Augmentation de l'efficacité de l'échange de chaleur grâce à l'utilisation d'un garnissage de grande surface spécifique (mètres carrés de surface par mètre cube de garnissage). Cela ne peut être obtenu que par l'utilisation de fils métalliques de petit diamètre d'un matériau relativement inoxydable. L'efficacité d'un garnissage est définie en termes scientifiques, par le NTU (Number of Transfer Units) c'est-à- dire Nombre d'Unités de Transfert, par unité de longueur. Pour une même longueur du garnissage, 1 'échauffement et le refroidissement seront d'autant plus grand que la valeur du NTU est grande.

Avec les fibres métalliques, de très petit diamètre, on peut augmenter cette efficacité et réduire ainsi la longueur de garnissage nécessaire mais il en résulte une perte de pression dans le garnissage trop élevée, ce qui n'est pas compatible avec les critèreε mentionnés, relatifs à un appareil économique et de faible niveau acoustique. b) On a trouvé que le meilleur compromis entre volume, efficacité thermique et perte de charge s'obtient à l'aide de garnissages de porosité volumique relativement élevée (75 à 95

% ) constitués de fils d'un diamètre, ni trop petit, ni trop grand, compris entre 0,2 mm et 1 mm. c) La fréquence du cycle d'inversion de flux doit être

FEUILLE DE REMPLACEMENT élevée et dans tous les cas supérieure à 15 cycles à l'heure. d) La température maximum dans la section du catalyseur ne doit pas être supérieure à 400 ° C. e) Il est également indispenεable que leε fils métalliques qui constituent le garnissage soient placés dans une position globalement perpendiculaire aux flux de l'air. De préférence , on utilise des toiles métalliques, coupées en forme de disques circulaires, dont le diamètre est égal à celui du réacteur. Comme nous verrons dans la description des lois expérimentales qui suivent et dans les exemples i1lustratifs, quand ces conditions sont satisfaites, on obtient un appareil qui combine les caractéristique suivantes :

- Son volume est petit - Le laps de te pε initial pour le chauffer aux températureε désirées est court

Sa perte de pression ainsi que le coût du ventilateur et le niveau acoustique sont faibles

- Son efficacité thermique est élevée. La définition de l'efficacité thermique de l'Echangeur-

Accumulateur est la suivante :

Ts - Te

E = 1

Te - Te

Ts = Température moyenne de l'air à la sortie de 1 'apparei1

Te = Température moyenne de l'air à l'entrée de 1 'échangeur

Te = Température moyenne de l'air à la sortie de la section de catalyseur

Te est également la température de l'air à la sortie du ventilateur. Ts est la température moyenne de l'air à la sortie pendant un demi cycle : par exemple, cette température peut s'élever de 20 °C au début du demi-cycle, à 30 "C à la fin de ce demi cycle. Te est la température de sortie du catalyseur et par conséquent, d'entrée dans la section du garnissage de refroidissement.

Te peut être choisi voisin de 250 °C pour les appareils dénommés de "haute température" et de 80 'C pour ceux dénomméε

FEUILLE DE REMPLACEMENT de "basse température".

Avec une efficacité de 98 % (E = 0,98), une température d'entrée de 20 °C, une température de 220 'C, la température moyenne Ts serait égale à 24 'C. La consommation d'énergie électrique n'est pas uniquement celle nécessaire pour compenser cette inefficacité car il faut également tenir compte de la consommation du moteur électrique du ventilateur ainsi que des pertes de chaleur à travers du calorifuge. Une autre caractéristique fondamentale de l'appareil selon l'invention est que la perte de charge nécessaire pour obtenir cette efficacité élevée d'environ 98 % (entre 95 % et 99 % ) est toujours relativement élevée et du même ordre de grandeur que celle du lit catalytique (6). Il est connu que des catalyseurs à base de Palladium ou d'Argent peuvent avoir une activité très élevée à des températures relativement basses : la température de fonctionnement du catalyseur sera toujours choisie telle qu'elle permette d'opérer dans le régime dénommé régime diffusionnel externe c'est-à-dire que ce n'est pas l'activité catalytique qui définit l'efficacité du lit catalytique mais le transfert de matière dans le gaz situé à la périphérie des particules de catalyseur.

Dans ces conditions, et comme cela a été confirmé dans les expériences que nous avons effectuées, la perte de charge dans un lit catalytique (6) qui réduit de 90 % les polluants principaux (ozone, monoxyde de carbone, toluène, xylènes) est du même ordre de grandeur que la somme des pertes de charge dans les deux garnissages (7) et (8). Par conséquent on peut utiliser des catalyseurs commerciaux classiques qui se présentent sous forme de sphères ou de cylindres d'un diamètre compriε entre 3 mm et 5 mm et ne pas avoir recours à des catalyseurs plus chers tels que les monolithes.

Mais pour tenir compte de la très grande efficacité de transfert de chaleur obtenue à l'aide des garnissages de grande porosité, constitués par des fils de petit diamètre et des inconvénients connus des catalyseurs commerciaux dans lesquels les particules du métal catalytique sont éloignées de la surface en contact avec le flux gazeux, nous avons étudié,

ENT avec succès, l'utilisation de fils métalliques catalytiques comme catalyseurs.

C'est ainsi que des catalyseurs au Palladium ont été obtenus par dépôt électrochimique sur des toiles métalliques de cuivre de haute porosité volumique (90 % ) . Les fils ayant servi dans la fabrication de ces toiles ont de préférence un diamètre d'environ 0,1 mm. Comme l'indiquent les exemples i1 lustratifs, le rendement de la dépollution est très élevé.

En général, l'épaisseur du dépôt électro-chimique était de 300 Angstrôms.

Il est évidemment meilleur marché d'effectuer un recouvrement électrolytique de fils et de tissus que de déposer du Palladium à l'intérieur des pores d'un support dans des conditions où les petites particules obtenues ne seront pas, par la suite, susceptibles de se fritter c'est-à-dire de se réagglomérer.

Une deuxième série d'essais a été effectuée avec un dépôt électrolytique d'argent sur des fils de cuivre. Comme le montre l'exemple illustratif, l'efficacité d'élimination de l'ozone est exceptionnelle, principalement lorsque le rapport CO/03 (molécules de monoxyde de carbone à molécules d'ozone) dans l'air est supérieur à 10, ce qui est toujours le cas dans l'air ambiant, comme celui qu'on traite dans l'appareil selon 1 ' invention. On peut admettre que ces catalyseurs sans pores fonctionnent très bien avec cet appareil alimenté en air ambiant pour les quatre raisons suivantes : les quantités de composés de phosphore, soufre, zinc et silicium contenues dans l'air ambiant des villes sont très faibles

L'appareil est équipé d'un filtre à particules sol ides

- La surface des fils des accumulateurs est très grande Ces accumulateurs sont partiellement autonettoyants grâce à l'inversion cyclique du flux gazeux.

L'empoisonnement du catalyseur est par conséquent relativement lent. Nous n'avons pas effectué des essais syεtématique d'empoisonnement pendant des durées de temps très

DE REMPLACEMENT longueε, mais on'peut admettre de toute façon qu'un catalyseur constitué de fils peut être réactivé plusieurs fois si nécessai e par traitement thermique ou par lavage avec des solutions chimiques. En d'autres termes, de même qu'il faudra assurer l'entretien du filtre à particules solides, il faudra également assurer l'entretien du catalyseur.

EXEMPLE 1

APPAREIL POUR PURIFIER L'AIR D'UNE

MAISON PAR CIRCULATION FORCEE On utilise un réacteur cylindrique de 30 cm de diamètre

(voir figure 1) dans lequel la section (6) contenant le catalyseur a une longueur de 5 cm et un volume total de 3,5 litres. Le débit d'air à traiter est de 200 m3 / heure mesurés à 20 °C et à la pression atmosphérique de la ville de Mexico (590 mm de mercure).

Avec un débit de cet ordre, on peut maintenir propre l'ambiance d'une maison ou d'un appartement de surface comprise entre 100 et 200 m2.

Le catalyseur (type PC 163 de la société PROCATALYSE) est constitué de particules sphériques de diamètre moyen 0,32 cm. La densité de ces particules est telle que la masse du lit catalytique est de 2,9 kg. A 220 "C, avec le débit d'air mentionné précédemment, la perte de charge à travers le lit catalytique est de 3,5 cm - eau. Les garnissages sont constitués par une toile métallique tissée de fils d'aluminium, d'environ 17 Mesh. Les fils ont un diamètre de 0,17 mm et l'espace entre deux fils est de 1,6 mm. On découpe des disques circulaires de 30 cm de diamètre dans la toile métallique et avec ces disques empilés, on constitue les accumulateurs 7 et 8. La longueur de chaque section est de 15 cm. Deux diffuseurs (10) comportant un grand nombre de petits orifices calibrés permettent de distribuer régulièrement le flux d'air sur toute la section du garnissage. La porosité du garnissage est de 90 % . Le poids de chaque section est de 2,9 kg.

En fonctionnement normal, la perte de charge de chaque section de garnissage est de 7 cm - eau à laquelle il faut

REMPLACEMENT ajouter 1 cm - eau^" de perte de charge du diffuseur.

Comme l'indique la figure 1, le réacteur est isolé thermiquement à l'aide d'une couche de 5 cm d'épaisseur de laine de erre ( 12) . La résistance (9) peut fournir 250 watts. Avec le programmateur (11) positionné pour obtenir un cycle de 1 minute (à chaque cycle, on inverse deux fois les deux electrovannes) on démarre l'opération et on observe l'augmentation progressive de la température indiquée par le thermocouple (13) situé au milieu du lit de catalyseur. Après 25 minutes de fonctionnement, cette température se maintient pratiquement constante et égale à 220 'C.

Dans ces conditions, la consommation du moteur du ventilateur est de 250 watts et cette énergie est à ajouter aux 250 watts consommés par la résistance (9), ce qui signifie que l'air qui traverse l'appareil subit une augmentation moyenne de température d'environ 9 degrés Celsius. Cet air relativement chaud est rapidement mélangé avec l'air plus froid de l'appartement ou de la maison ; de toute façon un apport calorifique de 500 watts ne permet pas de chauffer de plus de 1 ou 2 °C une habitation dont la surface est comprise entre 100 et 200 M2 et on peut donc bien dire que l'appareil fonctionne bien comme purificateur et non pas comme appareil de chauffage. On ne peut pas fonctionner avec une consommation aussi faible de la résistance (250 watts) tout en maintenant le catalyseur à 220 'C, comme le montre l'exemple comparatif suivant si la période du cycle est choisie plus grande.

Cet appareil peut être dénommé de "haute température" (220 'C). Dans ces conditions de fonctionnement (température, temps de séjour de l'air dans le lit catalytique) la conversion de l'ozone est très grande (la concentration décroît de 1 ppmv (partie par million en volume) à moins de 0,05 ppmv) ainsi que celle du monoxyde de carbone (de 5 ppmv à o,5 ppmv) et d'un hydrocarbure réactif type (de 1 ppmv à moins de 0,05 ppmv dans le cas du toluène). L'efficacité de ce catalyseur industriel est donc bien conforme à celle indiquée par son fabriquant et cela n'est pas l'objet de la présente

FEUILLE DE REMPLACEMENT invention.

EXEMPLE 2

Le programmateur de l'appareil de l'exemple 1 est positionné à 6 cycles par heure. Pour maintenir la température à 220 'C, il est nécessaire, grâce à l'utilisation d'un transformateur, d'augmenter la puissance consommée dans la résistance jusqu'à 450 watts.

EXEMPLE 3

Cet exemple comparatif montre un autre avantage de l'opération avec des cycles courts. Avec 6 cycles par heure, comme dans l'exemple 2, on peut maintenir le catalyseur à

220°C avec la même puissance consommée (250 watts) que dans l'exemple 1 mais à condition de modifier la longueur des garnissages de refroidissement et préchauffage. En augmentant la longueur de chaque garnissage à 25 cm, on peut bien opérer avec 250 watts mais la perte de charge de chaque garnissage est multipliée par 1,7 (12 cm-eau) et on ne peut plus utiliser un ventilateur de basse pression et de faible niveau acoustique. Une autre solution serait de ne pas augmenter la longueur des garnissages mais le diamètre de l'appareil devient alors plus volumineux et plus coûteux.

EXEMPLE 4

Cet exemple comparatif illustre l'avantage associé à l'utilisation de tissus métalliques de grande porosité. En utilisant des toiles métalliques d'aluminium de 50 mesh, constituées de fils de 0,2 mm, de porosité 0,67 et en réduisant la longueur des garnissages à 6 cm, la puissance nécessaire pour maintenir le catalyseur à 220°C est encore égale à 250 watts (même efficacité que dans l'exemple 1). Mais la perte de charge de chaque garnissage est égale à 12 cm-eau.

Il est évident que la perte de charge augmenterait par un facteur de (12/7)² = 3 pour atteindre 21 cm si on associait simultanément les deux modifications des exemples 3 et 4, ce qui montre clairement un des avantages de l'appareil selon 1 ' invention.

EXEMPLE 5

Cet exemple comparatif illustre l'avantage associé à l'utilisation de toiles métalliques de métaux bons conducteurs

ILLE DE REMPLACEMENT de la chaleur,' en comparant aux performances de toiles constituées de fils moins conducteurε comme les fibres de verre .

En conservant toutes les valeurs des paramètres de conception et d'opération identiques à celles de l'exemple 1, on remplace les tissus d'aluminium par des tissus de fibres de verre présentant des caractéristiques géométriques voisines. On observe qu'il faut porter la puissance consommée à la résistance à 420 watts pour maintenir la température du catalyseur à 220°C.

L'échange de chaleur est moins efficace : l'efficacité passe de 98% à 95,8%. Comme les densités et les chaleurs spécifiques de l'aluminium et du verre sont approximativement égales, mais que les conductivités thermiques des deux matériaux sont très différentes (celle de l'aluminium est 200 fois plus grande que celle du verre) , ce résultat montre que la conduction radiale de la chaleur dans une même tranche de garnissage contribue à augmenter l'efficacité du garnissage et à réduire l'effet de la mauvaise distribution de l'air à l'entrée du garnissage.

Pour cette raison, tout garnissage non constitué de fils métalliques orientés perpendiculairement à l'axe de l'appareil (c'est-à-dire à la direction du flux gazeux) sera moins efficace. Cela serait notamment le cas avec des particules métalliques ou céramiques pour lesquelles la conduction radiale est faible et due uniquement aux points de contact des particules entre elles

EXEMPLE 6

On réduit la longueur des garnissages de l'exemple 1 de 15 à 8 cm et on réduit également de moitié la puissance consommée par la résistance (125 watts) ce qui se traduit par une température du catalyseur égale à 70°C. La perte de charge dans chaque garnissage est de 3,7 cm et dans le lit de catalyseur de 2,6 cm. La puissance consommée par le moteur est de 150 watts.

Ce système correspond à un fonctionnement "basse température" (70°C). On peut noter que la consommation d'énergie est presque réduite de moitié. Comme l'ont montré les analyses chimiques, la conversion d'ozone reste élevée (environ 85%) mais les conversions de monoxyde de carbone et de toluène sont faibles (inférieures à 10%).

Avant de présenter les autres exemples, nous présentons quelques commentaires sur les exemples précédents.

Les deux conclusions importantes que nous tirons des exemples précédents sont les suivantes :

1) Quelle que soit la température du catalyseur, on peut toujours opérer avec une efficacité thermique de l'ordre de 97%, c'est-à-dire qu'on peut augmenter la température du catalyseur de 50°C avec une augmentation faible de la puissance consommée dans la résistance qui passe de 250 watts à 315 watts. Mais une augmentation de 50°C augmente beaucoup l'activité intrinsèque du catalyseur qui dans le cas du palladium, catalyseur préféré selon l'invention, peut être multipliée par un facteur de 6.

Par conséquent il est toujours possible d'opérer en régime diffusionnel externe c'est-à-dire avec le freinage diffusionnel à la périphérie des particules de catalyseur sans que la consommation d'énergie électrique soit beaucoup augmentée.

2) Une autre conclusion est que pour obtenir une efficacité thermique supérieure à 95% la perte de charge est en général plus grande dans les garnissages que dans le lit catalytique. Cette conclusion reste valable même pour le système très efficace et de faible perte de charge de l'appareil selon l'invention (porosité élevée, tissus conducteurs placés perpendiculairement au flux gazeux). Ce qui signifie qu'un catalyseur de faible perte de charge mais de prix élevé tel que le monolithe n'est pas indispensable et que des particules sphériques de billeε poreuses peuvent être uti1 isées.

La combinaison de ces deux conclusions nous conduit à utiliser comme catalyseurs préférés selon l'invention, un catalyseur sans porosité interne (sans pores) constitué par des fils métalliques avec le métal catalytique déposé électrochimiquement sur la surface de ces fils. Le garnissage catalytique est en tout point semblable au garnissage de récupération de chaleur et son efficacité, c'est-à-dire, son efficacité catalytique définie dans ce caε comme le rapport du tranεfert de matière à la perte de charge sera très élevée si la porosité du garnissage catalytique est grande (supérieure à 70%). La réduction de la taille des fils (diamètre inférieur à 0,5mm) permet également de réduire la quantité de métal support. Mais il est évident que le poids du métal support ou la perte de charge du lit de fibres ou de toiles ne sont pas des facteurs déterminants dans le coût d'investissement ou le coût opératoire de l'appareil.

Le gain principal qui résulte de l'utilisation de ces catalyεeurε recouvertε electrochimiquement est le faible coût du procédé de fabrication et le fait qu'ils sont stableε thermiquement sans les additifs que l'on utilise avec les catalyseurs poreux afin d'éviter le frittage des particules de métal déposéeε dans les pores.

EXEMPLE 7

"Appareil de diamètre réduit pour l'étude de différents catalyseurs" . On utilise un réacteur cylindrique de 3 cm de diamètre identique au réacteur présenté dans la figure 1. La seule différence entre ce réacteur et le réacteur de l'exemple 1 est le diamètre du réacteur, deε tuyauterieε et du ventilateur.

Avec un débit de 2 m3/heure et touε leε autreε paramètreε opératoires identiques, on observe que l'efficacité thermique de l'accumulateur - générateur ainsi que l'efficacité catalytique du lit de particules sphériques sont identiques à celles de l'exemple 1. En d'autres termes, le diamètre du réacteur n'a aucun effet sur les rendements, ce qui était prévisible, étant donnée la perte de charge relativement importante des garnissages et la conduction radiale de chaleur due aux fils d'aluminium.

En utilisant ces mêmes toiles d'aluminium comme support du Palladium qui est déposé electrochimiquement sous la forme d'une couche continue de 300 Angstrômε (30 manomètreε) d'épaiεseur, on observe qu'avec un lit catalytique de 10 cm de longueur, l'efficacité de dépollution (ozone,monoxyde de carbone, toluène) est nettement supérieure à celle de 1 'exemple 1, tandis que la perte de charge danε le lit catalytique eεt de 5 cm eau, c'eεt-à-dire inférieure à la perte de charge deε garniεεageε de l'accumulateur. EXEMPLE 8 Leε toileε d'aluminium utilisées comme support dans l'exemple 7 sont remplacées par des toiles de cuivre et recouvertes electrochimiquement dans les mêmes conditions que celleε de l'exemple 7.

Ce nouveau catalyseur, dans une opération préliminaire est conditionné à 600°C pendant 14 heures dans un mélange de 1% de méthane, 4% d'oxygène et 95% d'azote (cf. méthode de Briot et Primet, Applied Catalysis, 68 (1991) P. 301-314).

En utilisant ce nouveau catalyseur, dans les conditions de l'exemple 7 mais à plus basse température, 180°C, on a trouvé que l'efficacité de dépollution est essentiellement identique mais la consommation d'énergie dans la résistance est réduite de 250 watts à 200 watts (énergie nécessaire pour maintenir le catalyseur à 180"C). EXEMPLE 9 Avec les toileε d'aluminium de l'exemple 7 maiε en utilisant un recouvrement d'argent (épaisseur : 300 Angstrôms), on traite de l'air pollué contenant 1 ppmv d'ozone et 10 ppmv de monoxyde de carbone. La température du catalyseur est maintenue à 90°C à l'aide du transformateur électrique. La conversion de l'ozone est supérieure à 90% mais le monoxyde de carbone n'est que peu transformé.

Ce système de basse température, basé soit sur le palladium soit sur l'Argent, devrait permettre de traiter de grands débits d'air pollué à un coût très faible, en optimisant la consommation électrique totale (dans la résiεtance et danε le moteur).

Ceε appareilε de grand diamètre (2 m. de diamètre ou pluε) pourraient être utiliεés dans la dépollution deε grands immeubles, des zones de récréation ou de sport etc.. Le déposant du brevet confirme que la meilleure méthode qu'il connaisse actuellement pour mettre en pratique l'invention faisant l'objet de ce dépôt est bien celle qui résulte de la description précédente.

NT

Claims

REVENDICATIONS

1 - Appareil pour purifier l'air qui comprend un système catalytique pour réduire la teneur en composés polluants présents dans l'air, destiné à être utilisé dans des bureaux, logements, voitures automobiles, aires de jeux, rues polluées etc..., caractérisé en ce qu'il associe un ventilateur équipé d'un filtre qui alimente l'air à purifier dans un système de tuyauteries équipées de deux ou plus électrovannes actionnées par un programmateur cyclique ; les électrovannes sont actionnées de manière à réaliser l'inversion périodique du débit d'air qui traverse le tube du réacteur ; ce tube contient à son intérieur un catalyseur de Palladium ou d'Argent et comporte, de part et d'autre du garnissage catalytique, deux garnissages constitués par des solides non catalytiques ; dans le lit de catalyseur, on a placé la résistance électrique dont le rôle est de chauffer l'air lorsqu'il traverse le garnissage catalytique ; aux extrémités des garnissages non catalytiques, on a placé deux diffuseurs constitués de plaques percées de nombreuses perforations calibrées qui permettent de répartir régulièrement le débit d'air sur toute la section des garnissages ; la paroi du tube est isolée par une couche de fibres de verre .

2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les garnissages non catalytiques sont constitués par deε disques circulaires de toile métallique, empilés et disposés perpendiculairement à la direction du débit d'air.

3 - Appareil suivant les revendicationε 1 et 2, caractérisé en ce que les garnissages non catalytiques sont constitués de toiles métalliques dont les filε ont un diamètre inférieur à 1 mm et de préférence incluε dans l'intervalle 0,2 mm à 0,5 mm et également que la porosité volumique de ces garnissageε soit inclue entre 70 et 90%.

4 - Appareil suivant les revendicationε 1 à 3, caractérisé en ce que la toile métallique préférée selon l'invention est constituée de fils d'aluminium, métal inoxydable de conductivité thermique élevée et de chaleur spécifique élevée.

FEUILLE DE REMPLACEMENT 5 - Appareil εuivant leε revendications 1 à 4, caractériεé en ce que le εyεtè e d'inverεion périodique de la direction du flux gazeux eεt conçu pour réaliεer des inversionε très fréquentes, jusqu'à 200 inversions par heure et, dans tous les cas, plus de 20 inversionε par heure.

6 - Appareil εuivant les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le catalyseur est constitué de particules sphériques ou cylindriques poreuses contenant des dépôtε de Palladium ou d'Argent danε leε pores. 7 - Appareil suivant les revendications 1 à 5, caractériεé en ce que le catalyseur est constitué de toileε métalliques recouvertes electrochimiquement de Palladium ou d'Argent.

FEUILLE DE REMPLACEMENT