Brevet FR2002230A1 — publié le 19691017

La présente invention se rapporte d'une façon générale à l'élimination de fumées oxydables de gaz chauffés. Plus particulièrement, elle concerne un procédé pour éliminer les filmées oxydables de gaz chauffés utilisés pour le traitement de fils 5 sensibles à la température portant un revêtement de finition oxydable contenant des constituants organiques. Dans de nombreuses opérations de traitement des textiles, il est nécessaire d'appliquer un revêtement de finition sur la fibre, en particulier sur les fibres synthétiques, afin d'amélio-10 rer les propriétés de circulation durant le traitement dans les applications ultérieures. Fréquemment, dans le traitement de fibres synthétiques, il est nécessaire de soumettre les fibres à un traitement thermique pour obtenir ou améliorer les propriétés désirables de la fibre. Ces traitements thermiques ont tendance à 15 volatiliser le revêtement de finition, qui peut être une matière organique dispersée dans l'eau ou peut être une combinaison d' huiles et de cires volatiles, qui s'échappe sous la forme de vapeurs que l'on appelle coupamment "fumées". Ces fumées s'échappant dans l'atmosphère non seulement peuvent être irritantes 20 pour les ouvriers se trouvant dans cette zone, mais encore se condensent fréquemment sur les machines en fonctionnement, posant des problèmes de propreté, d'entretien, de sources d'incendie potentielles et même de dégradation de la qualité du produit textile qui est formé. De nombreuses tentatives ont été effec-25 tuées pour éliminer les problèmes potentiels par le choix de la composition du revêtement de finition afin d'éviter les constituants formant de la fumée. Toutefois, il n'est pas toujours possible d'arriver à un compromis convenable entre les exigences pour un revêtement de finition de qualité suffisante et la réduc— 50 tion des constituants formant de la fumée. D'autres tentatives-pour réduire au m-înirmim les problèmes ont compris : des mesures spéciales pour rendre les appareils de traitement étanches à l'air afin d'empêcher que les fumées ne s'échappent; des systèmes de ventilation plus élaborés avec une plus grande capacité 35 d'évacuation des fumées qui peuvent alors nécessiter une épuration et des cheminées plus hautes ou d'autres moyens classiques pour réduire au minimum les risques de pollution de l'air. Fréquemment, une ventilation accrue réduit l'efficacité du chauffage dans le processus de traitement thermique, exigeant ainsi 40 des quantités excessives d'énergie pour que l'on obtienne le de 69 04009 2 2002230 gré requis de traitement thermique. Bien que l'oxydation catalytique de fumées et de vapeurs organiques soit déjà connue dans d'autres domaines, il a été nécessaire de faire fonctionner ces systèmes à de hautes températu-5 res pour que l'action catalytique soit efficace. Ges températures sont généralement de 300°C environ ou plus élevées, et ne conviennent absolument pas pour'des traitements thermiques de textiles synthétiques. L'utilisation de tels systèmes catalytiques à haute température exige des systèmes de refroidissement coûteux et il 10 est difficile de maintenir -les conditions exactes de température pour le traitement thermique approprié des fibres textiles. Le procédé pour limiter la concentration des constituants volatils oxydables des revêtements de finition des textiles dans l'air chauffé qui a été utilisé pour le traitement des textiles 15 comprend la mise en contact de l'air et des constituants vaporisés du revêtement de finition avec un catalyseur à la température d'exécution du traitement comprise entre 100 et 250°0 environ. Le choix particulier du catalyseur dépend évidemment de la température, des conditions opératoires et de la nature de la matière 20 oxydable. La présente invention est un perfectionnement d'un procédé pour le traitement thermique de structures filamenteuses textiles comportant un revêtement de finition pour textiles contenant des constituants organiques oxydables à l'aide d'un gaz 25 chaud à une température comprise entre 100°0 environ et 250°0 environ, de sorte qu'une partie des constituants organiques du revêtement de finition est vapibrisée d'une manière indésirable et transportée par le gaz chaud, perfectionnement selon lequel on " élimine au moins une partie des constituants organiques vapori-30 sés du gaz chaud en faisant passer ces constituants organiques à travers une structure perméable aux gaz comportant un catalyseur d'oxydation pour ces constituants sous une forme finement dispersée sur la structure pour oxyder ces constituants à un état plus avantageux. — 35 Plus particulièrement, on peut définir un mode de réali sation de l'invention comme suit : dans un procédé pour le traitement thermique de structures filamenteuses textiles ayant un revêtement d'une matière de finition pour textiles contenant des constituants organiques oxydables à l'aide d'un gaz chaud à la 4-0 température mentionnée ci-dessus, de sorte qu'une partie des 69 04009 î 2002230 constituants organiques est vaporisée d'une manière indésirable et transportée par le gaz chaud, le perfectionnement pour éliminer à peu près complètement ces constituants organiques vaporisés du gaz chaud, selon lequel on adsorbe les constituants sur une ma- 5 tière solide poreuse ayant une surface spécifique de plus de 100 2 / m /g, on chasse ces constituants en envoyant continuellement le gaz chaud à travers la matière solide adsorbante et on met en contact ces constituants avec un catalyseur d'oxydation imprégnant la matière solide adsorbante et situé sur elle de façon à 10 transformer ces constituants en anhydre carbonique et eau; la matière solide adsorbante étant formée par préparation d'un mélange aqueux homogène d'une matière formant un gel et d'un sel catalytique décomposable, par transformation de ce mélange en une structure rigide par prise du mélange, et par calcination de la struc-15 ture rigide pour décomposer le sel catalytique à son état cataly-tiquement actif et pour développer un réseau de pores dans la structure. D'autres modes de réalisation utilisent des structures perméables aux gaz consistant en granules d'alumine activée et 20 une structure en nid d'abeilles formée de matière céramique contenant de 11 alumine dispersée. Les structures filamenteuses textiles comprennent un câblé, un fil ou un tissu de filaments ou toute autre forme sous laquelle les filaments peuvent être tandis qu'on les traite ther-25 iniquement. D'une façon très surprenante, l'utilisation de la composition catalytique adsorbante permet de très grandes vitesses spatiales (environ 10 fois celle de la technique antérieure), ce qui- rend la mise en oeuvre de l'invention réellement économique. 30 Bien qu'aucun appareil particulier ne soit nécessaire pour l'utilisation de l'invention, on a trouvé approprié d'insérer un récipient à orifices multiples contenant le catalyseur sur un support approprié dans la canalisation de recyclage du milieu chauffant. D'autres buts et avantages de l'invention résul-35 teront encore de ia description ci-après, des revendications et du dessin annexé, qui est une représentation schématique d'un appareil de traitement thermique de fils avec recyclage montrant la position du récipient à orifices multiples contenant la matière d'oxydation catalytique. L'invention est utile aussi pour 40 oxyder les vapeurs qui sont évacuées d'un système de traitement 69 04009 4 2002230 thermique au lieu d'être recyclées. Sur le dessin, on voit qu'une ligne de fil 1 passe à travers une chambre de traitement thermique 2. Un gaz chaud chauffé par un échangeur de chaleur 3 circule sous l'action d'une 5 soufflante 4. Le gaz chaud volatilise une partie du revêtement de finition sur le fil 1 et est évacué par un conduit 5 relié à la chambre 6 contenant une matière catalytique appropriée et de là à l'entrée de la soufflante 4 pour recyclage. La matière catalyti-10 que peut être maintenue dans un récipient en toile métallique. Une boîte en toile métallique en forme de cône annulaire tronqué s'est révélée très efficace. Par l'oxydation catalytique continue des fumées du revêtement de finition près de la source des fumées et à la tempéra-15 ture d'exécution du traitement thermique, on empêche 1*accumulation et la décomposition du revêtement de finition volatilisé. Quand on n'utilise pas le traitement catalytique de la présente invention, la matière du revêtement de finition s'accumule dans le milieu gazeux et il faut un nettoyage fréquent de l'appareil 20 pour enlever le revêtement de matière de finition déposé sur les parties de l'appareil. Sans un tel nettoyage, line quantité suffisante de la matière de finition peut se rassembler et tomber en gouttes sur le produit textile fabriqué. Ces gouttes provoquent des taches non-uniformes sur le produit qui conduisent sou-25 vent à des stries ou défauts de teinture dans les articles fabriqués à partir du produit textile. L'accumulation de la matière de finition conduit aussi à une décomposition partielle de la matière de finition qui forme un revêtement poisseux sur l'appareil et entraîne un fonctionnement peu satisfaisant de l'appareil. 30 L'invention est encore illustrée par les exemples sui vants, qui né sont nullement limitatifs. EXEMPLE I : Une composition adsorbante catalytique utile pour la mise en oeuvre de l'invention est préparée comme suit : suivantes 35 1. On prépare une solution en dissolvant les matières/: 716 parties d'une solution à 50% de nitrate de manganèse, 145 parties d1hexahydrate de nitrate de nickel, 145 parties d'hexa-hydrate de nitrate de cobalt et 300 parties de trioxyde de chrome (OrOj) dans une quantité suffisante d'eau distillée à une tem-4"° pérature de 30°0 pour produire 3000 parties de solution. 69 04009 5 2002230 2. On prépare séparément 500 parties de carbonate d'ammonium en solution dans 5 000 parties d'eau distillée. 3. En agitant rapidement la solution produite en 1, on y ajoute la solution de carbonate d'ammonium produite en 2, éga- 5 lement à 30°0, jusqu'à ce que le pH atteigne 6,4 + 0,2. 4. On met la bouillie à digérer pendant une heure à 30°C + 3°0. 5* La bouillie est filtrée et lavée à l'aide de 4 000 parties d'eau distillée. Le gâteau de filtration ainsi obtenu 10 est celui utilisé dans la préparation de l'adsorbant catalytique ci-après. 6. 600 parties du gâteau de filtration obtenu en 5 sont introduites dans un broyeur à boulets de 4 litres contenant 2,5 litres de boulets de broyage ayant une forme cylindrique de 19 x 15 19 mm environ. 7. On introduit aussi dans le broyeur à boulets 100 parties de charbon activé JU vendu par la Barnabey-Chaney Company de Columbus, Ohio. On introduit aussi dans le broyeur à boulets 100 parties d'hydrate d'alumine 0-333 (Aluminium Company of America) 20 que l'on a calciné au préalable à 400°C pendant trois heures. Ensuite, on introduit dans le broyeur à"boulets 2400 parties de silice colloïdale, comme celle vendue sous la désignation TM "Ludox SH". 8. On fait tourner le broyeur à boulets pendant 16 heu- 25 res et ensuite la bouillie ayant subi le broyage est enlevée et séchée à 150°C pendant 16 heures. 9. Elle est ensuite calcinée à 350°C pendant 30 minutes. 10. Le catalyseur est ensuite broyé et tamisé à la grosseur appropriée de particules, qui est de 2,00 à 3,36 mm. 50 11. 1 000 parties des granules produits en 10 sont humi difiés avec 1 000 parties d'une solution de nitrate de palladium contenant 1,5 partie de palladium élémentaire» 12. Les granules humides sont séchés et calcinés pendant 30 minutes à 250°0. 35 13. Les granules sont ensuite humidifés une deuxième fois à l'aide de 1 000 parties d'une solution d'acide chloropla-tinique contenant 0,5 partie de platine élémentaire. 14. Les granules sont ensuite séchés et calcinés à 250°C pendant 30 minutes. 40 La composition adsorbante catalytique préparée ci-desstis 69 0.4009 6 2002230 est placée dans un récipient en toile métallique. Ce récipient est placé dans la canalisation de recyclage du système de traitement thermique pour fils décrit dans le "brevet des E.U.A. ÏT° 3 • 161.484-. Le récipient en toile métallique couvre complète-5 ment la section transversale de la canalisation de recyclage. La géométrie de la canalisation de recyclage, du récipient en toile métallique et le volume de la composition catalytique sont tels que la vitesse spatiale de l'air chauffé recyclé soit comprise entre 13 500 et 18 000 m^ environ de gaz dans les conditions nor-10 maies par heure et par n? de la composition catalytique. Le récipient en toile métallique est placé en amont de la soufflante afin d'oxyder les fumées.avant qu'elles ne viennent en contact avec des surfaces de travail quelconques et on le place donc aussi près que possible de la source des fumées. 15 On fait fonctionner l'appareil de traitement thermique à une température de 190°C pour étirer un fil de polyamide à filaments continus portant le- revêtement de finition oxydable pour textiles décrit dans le brevet des E.ÏÏ.A. 3.387.996* La concentration des fumées d'huile dans le milieu d'air chaud est me-20 surée en extrayant l'huile d'un certain volume de l'air à l'aide du solvant tétrachlorure de carbone, en évaporant le solvant et en pesant l'huile résiduelle. La concentration est exprimée en milligrammes d'huile par m^ normal d'air. L'échantillon d'air esb prélevé en aval du catalyseur à l'orifice de sortie de la souf-25 fiante. En 1 heure de fonctionnement, on mesure que la concentrat-tion de l'huile de finition dans l'air est de 150 milligrammes par mètre cube normal et on observe visuellement une réduction marquée de l'intensité de la fumée d'huile. La concentration mesurée de l'huile continue à diminuer pendant tin certain nombre 30 de jours, car les couches minces d'huile résiduelle condensées sur les surfaces de l'équipement se vaporisent. Après un mois, la concentration mesurée est inférieure à 50 milligrammes par mètre cube normal, les surfaces de l'équipement sont sèches et exemptes d'huile et on ne peut pas détecter visuellement de fu-35 mée d'huile. Ce comportement se maintient d'une manière continue pendant plus de neuf mois. A titre de comparais oïl, on utilise les mêmes conditions opératoires pour traiter un fil similaire, mais sans traitement catalytique pour le milieu d'air chauffé. La concentration de 40 l'huile de finition est mesurée comme étant de 700 milligrammes 69 04009 7 2002230 par mètre cube normal après quelques heures, et après quelques jours elle atteint plus de 1 OOO milligrammes par mètre cube normal. EXEMPLE! II : 5 Un système de traitement thermique similaire à celui dé crit à l'Exemple I est utilisé pour traiter un filament continu de polyamide, à ceci près que la température opératoire est de 180°C seulement. Quand on ne prévoit pas de traitement catalytique dans le milieu d'air chauffé, l'accumulation d'huile conden-10 sée et de produits de décomposition sur les surfaces intérieures du système de traitement thermique est évidente en 24 heures et l'accumulation de matière goudronneuse et huileuse est si importante au bout de six semaines qu'elle empêche un fonctionnement efficace du système de traitement thermique, à moins que le sys-15 tème ne soit arrêté et nettoyé. Un récipiehfc en toile métallique est rempli d'une variante du catalyseur et du support décrits à l'Exemple I, et ce récipient est inséré de manière à traverser complètement la section de la canalisation de recyclage comme décrit à l'Exemple I. Le 20 catalyseur est préparé de la même manière qu'à l'Exemple I, à ceci près qu'on utilise au temps 6 une quantité double du gâteau de filtration•non calciné (1200 parties). Bien qu'on utilise les mêmes conditions opératoires, on ne constate aucune condensation de dépôts huileux, et les surfa-25 ces intérieures du système de traitement thermique restent sèches et propres après six semaines de fonctionnement, permettant une opération continue sans arrêts pour nettoyage. EXEMPLE III : Un système de traitement thermique identique à celui dé-30 crit à l'Exemple II et utilisant la même huile de finition est mis en oeuvre à 130°C seulement. Durant une opération normale sans traitement catalytique, l'accumulation de produits de décomposition sur les surfaces intérieures du système de traitemerb thermique est observable après plusieurs jours de fonctionnement. 35 Bien que l'accumulation sur les surfaces intérieures ne soit pas aussi sévère que celle décrite dans l'Exemple II au bout de six semaines, l'accumulation à 130°C est évidente. Quand le système de traitement thermique est traité à l'aide du catalyseur comme décrit à l'Exemple II, aucune accumulation n'est observable au 40 bout de six semaines à 130°C. 69 04009 8 2002230 swaœ iv : On prépare une composition catalytique en utilisant le l mode opératoire de l'Exemple I avec les modifications suivantes: i i Au temps 6, on utilise seulement 300 parties du gâteau de fil- ! _ i 5 tration. Au temps y, on utilise 160 parties de charbon activé et i 140 parties d'hydrate d'alumine calciné. Au temps 11, on utilise 1 seulement 0,5 partie de palladium élémentaire et le temps 13 ! (platine) est omis. i Le catalyseur ainsi préparé est placé dans le système de j 10 traitement thermique comme à l'Exemple I et on mesure la teneur en huile de l'air. Après 1 heure, la concentration est d'environ 150 milligrammes par mètre cube normal et on observe visuellement une réduction marquée de l'intensité de la fumée d'huile. Après -7 i 1 mois, la concentration mesurée est d'environ 300 mg par m3 nor- 15 mal et la concentration continue à augmentera raison d'environ I x 40 mg par m par mois. i Cette préparation catalytique fournit aussi une amélio- j ration importante par rapport au cas où il n'y a pas de cataly- j seur, car sans le traitement catalytique la concentration de j 20 l'huile en quelques heures monte a plus de 1 000 mg par nr normal EXEMPLE Y : j Un récipient en toile métallique identique à celui de ! l'Exemple I, à ceci près que le catalyseur utilisé dans le réci- i pient est un catalyseur à 0,15 pour cent en poids de platine ré- ; 25 duit déposé sur des sphères d'alumine activée de 3*2 mm de dia- i I mètre d'une grande surface spécifique, est placé dans la canali- j sation de recyclage d'un système de traitement thermique identi- i que à celui décrit à l'Exemple I. Un catalyseur approprié est I { vendu par la firme Oxy-Catalyst Inc, sous la désignation de bou- ! 30 lettes A-125. j On mesure des concentrations d'huile de l'ordre de 50 milligrammes par mètre cube, au lieu de valeurs de 70G à 1 000 milligrammes par mètre cube dans un système sans le traitement catalytique. 1 t 35 Les surfaces de l'équipement sont sèches et exemptes • ! d'huile, et on ne peut pas détecter visuellement de fumée d'hui- J le. i Ce comportement se maintient d'une manière continue J pendant six semaines, et il n'y a pas d'indication qu'il ne con- t 1 4-0 tinuera pas plus longtemps. ! 69 04009 9 2002230 KmafRLB vi : A la place du récipient en toile métallique de l'Exemple V, on utilise un catalyseur à 0,15 pour cent en poids de platine réduit déposé sur une structure alvéolaire en matière céramique 5 revêtue d'une alumine de grande surface spécifique. Une structure alvéolaire en matière céramique appropriée a des grosseurs d'alvéoles de 4,8 mm perpendiculairement à l'écoulement et est disponible dans le commerce sous la désignation "Torvex". Des résultats comparables à ceux de l'Exemple Y sont 10 obtenus durant cinq semaines de marche continue et il n'y a pas d'indication que ces résultats ne continueront pas plus longtemps . EXEMPLE VII Î Un système de traitement thermique similaire à celui dé-15 crit à l'Exemple I est utilisé pour traiter un filament continu en polyamide, à ceci près que la température opératoire est de 180°G seulement. Quand aucun traitement catalytique n'est effectué' dans le milieu d'air chauffé, l'accumulation d'huile condensée et de produits de composition sur les surfaces intérieures 20 du système de traitement thermique est évidente dans les vingt-quatre heures et l'accumulation de matière goudronneuse et huileuse est importante au bout d'une semaine. Un récipient en toile métallique est rempli du catalyseur décrit à l'Exemple Y, et on insère ce récipient de façon 25 qu'il traverse complètement la section de la canalisation de recyclage comme décrit à l'Exemple I. Bien qu'on utilise les mêmes conditions opératoires, on ne constate aucune condensation de dépôts huileux, et les surfaces intérieures du système de traitement thermique restent sè-30 ches et propres après une semaine. 69 04009 10 2002230 EEVEHDICATIOUS 1. Un procédé pour le traitement thermique de structures filamenteuses textiles comportant un revêtement de finition pour textiles contenant des constituants organiques oxydables à 5 l'aide d'un gaz chaud à une température comprise entre 100°G environ et 250°C environ, de sorte qu'une partie des constituants organiques du revêtement de finition est vaporisée d'une manière indésirable et transportée par le gaz chaud, caractérisé en ce qu'on élimine au moins une partie des constituants organiques va-10 porisés du gaz chaud en faisant passer ces constituants organiques vaporisés à travers une structure perméable aux gaz comportant Tin catalyseur d'oxydation pour la matière de finition pour textiles sous une forme finement dispersée sur la structure pour oxyder les constituants à -un état plus avantageux. 15 2. Un procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le gaz est recyclé continuellement à travers le système de traitement thermique. 3. Un procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la structure perméable aux gaz est constituée de 20 granules d'alumine activée. 4. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la structure perméable aux gaz est constituée d'une structure en nid d'abeilles en matière céramique revêtue d'alumine activée. 25 5« Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4-, caractérisé en ce qu'on forme la structure perméable en préparant un mélange aqueux homogène d'une matière formant un geOL et d'un sel catalytique décomposable, on met ce mélange sous la forme d'une structure rigide en permettant au mélange de faire 30 prise, et on calcine la structure rigide pour décomposer le sel catalytique à son état catalytiquement actif et pour développer un réseau de pores dans la structure. 6. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation consiste 35 en platine, palladium ou leurs mélanges. 7. Un procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'on fait passer le gaz chaud à travers la structure perméable a une vitesse spatiale comprise entre environ 8 500 et^environ 28 500 m3/h de gaz dans les condi-40 tlons normales par m3 de structure.