Brevet FR2142706A1 — publié le 19730202

La présente invention concerne un appareil à vide comprenant un dispositif destiné à la sorption d'hydrocarbures présents dans le gaz pompé. Plus précisément, l'invention concerne un appareil à vide dans lequel les hydrocarbures présents dans le gaz pompé se transforment à la température ambiante en matières non volatiles qu'on peut retirer efficacement de l'appareil. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faites en référence au dessin annexé qui représente schématiquement un piège à sorption selon l'invention, combiné à une pompe rotative à vide. lorsqu'on produit des vides poussés, il est en général nécessaire de réaliser un pompage primaire avant un pompage secondaire à l'aide de pompes à diffusion, à piégeage dotions, cryomoléculaires ou turbomoléculaires. On réalise avantageusement le pompage primaire avec des pompes mécaniques à vide dont l'étanchéité est assurée par de l'huile.De telles pompes ont des rapports de compression élevés et permettent de réduire la pression du gaz dans une eneegr1xe de la pression atmosphérique à une pression de l'ordre de iO-S à 10-6 bars. tien que les pompes mécaniques à huile soient tout à fait efficaces dans ce rôle, elles sont une source de cgtaminatJcl par des matières organiques tout à fait indésirables, et le rende ment de pompage peut etre réduit aux environs de 10-5 bars par la présence de vapeurs d'hydrocarbures. Au cours du pompage mécaai que, lorsque la pression tombe au-dessous de 1 millibar, les va peure organiques libérées par la pompe peuvent revenir de la pompe mécanique vers les pompes secondaires et le dispositif de vide. I1 est donc souhaitable de retirer ou "piéger" les vapeurs organiques (molécules) avant qu'elles n'atteignent les pompes secondaires ou le dispositif à vide. Des dispositifs de piégeage utilisés dans ce but sont bien connue dans la technique. I1 existe plusieurs types essentiels. 1. Type à adsorption (physisorption). Les molécules de vapeurs d'huile heurtant une matière qui adsorbe physiquement et qui a une surface élevée, par exemple du charbon activé, de l'alumine activé et des zéolites,sont maintenues par diverses forces de liaison à courte distance, suivant ce qu'on connais en général sous le nom d'adsorption physique. Le rendement de ces pièges pour la réduction des hydrocarbures peut atteindre 99,5 /o 2. Type cryogénique ou à basse température. De tels pièges impliquent une condensation locale des hydrocarbures sous forme de vapeur. On utilise couramment de l'azote liquide pour le refroidissement, mais même à cette température,-195,8 C, le méthane ne se condense pas efficacement sous vide.Le rendement de ce ty- pe de piège peut lui aussi dtre de l'ordre de 99,5 %, mais si cr arrête le refroidissement, les hydrocarbures accumulés, condensÉ;- ou gelés sont libérés dans la phase gazeuse. 3. Type électrique. Dans ces pièges, les molécules d'hui- le sont bombardées dans une décharge électrique convenable. Les hydrocarbures se polymérisent ou se transforment d'une autre ma nière et éventuellement sont réduits à un dépot de carbone dans le piège. Ce type de piège a par exemple un rendement de 98 %, mais il ntest pas efficace pour le piégeage de l'hydrogène, du du méthane et d'autres molécules d'hydrocarburesà bas poids moldcc, laire. On utilise le plus souvent des pieges du type par physe sorption, pour des raisons de commodité et de rentabilité, mai ils présentent plusieurs défauts dus à la physisorption importan- de la vapeur d'eau. Pour certains adsorbants et en particulier les zéoliter, l'adsorption physique de la vapeur d'eau est si puissante par les molécules d'huile préalablement piégées sont déplacée e phase vapeur, si bien que le piège devient inéfficace. Un autr défaut est qutau cours d'un cycle normal de pompage, la vapeur d'eau atmosphérique s'adsorbe efficacement dans le piège er provenance de l'air ambiant. La libération ultérieure de cette vapeur d'eau à basse pression affecte la limite permise par le pompage mécanique, en rendant difficile et parfois impossile de faire fonctionner les pompes secondaires citées, Selon l'invention, on utilise une variante de mat ère On appelle ce procédé, dans le présent mémoire, "crinisorption" Les matières préférées de chimisorption sont des agents métalliques actifs, par exemple du palladium, du platine ou du nickel, connus pour former des liaisons chimiques avec des molécules d'hydrocarbures,notamment celles qui ont un bas poids moléculaire, comme le méthane. I1 est aussi possible que les molécules forment des produits de polymérisation à poids moléculaire élevé par formation de liaisons de réticulation induites après chimtsorption sur l'agent métallique actif. Celui-ci a de préférence une surface spécifique aussi grande que possible, ce qui facilite son interaction avec les hydrocarbures ; on rend aussi grand que possible le nombre de sites actifs disponibles pour la chimisorption des hydrocarbures, et on donne une longue durée de travail à la matière de piégeage en lui donnant un rapport surface spécifique/poids très important.La surface spécifique du métal peut être augmentée par un procédé convenable sur un support poreux ou fibreux de matière appropriée.Un sup Fort convenable peut entre une éponge métallique en alliage, ou une matière inerte non métallique, par exemple de kieselguhr, la bentonite ou une autre terre de diatomées,les particules portant uneftrès fine couche d'agent de chimisorption déposée par un procédé convenable qui ne fait pas en lui-même partie de l'invention. Un inconvénient de l'utilisation de nickel à l'état très divisé donnant une surface spécifique élevée est qu'il a tendance à être pyrophore dans ces conditions. On empoche une telle tenda;z- ce en introduisant des stabilisants connus dans le nickel utilisé dans les pièges à sorption de l'invention. Selon l'invention, on peut élever ia teupidrattre de l'a gent de chimisorption au-dessus de la teréra+ure ambiante ambiante par un dispositif convenable de chauffage. Lsélévation de -empérature accrott le rendement de la chimisorption en réduiant ~a probabilité de la physisorption de la vapeur d'eau. On améliore la chimisorption des hydrocarbures indésirables en plaçant le piège de façon que toute molécule d'rjrocarbures revenant d'une pompe mécanique associée à huile vienne au contact de l'agent de chimisorption. On a représenté une telle disposition sur le dessin, sur lequel un récipient 2 d'agent 4 de chimisorption communique avec un orifice 6 d'entrée du dispositif évacué. Tout le gaz pénétrant dans le récipient 2 doit circuler dans un lit de l'agent avant de pénétrer dans une conduite 8 conduisant à l'entrée d'une pompe mécanique 10 à huile. La pompe refoule directement dans l'atmosphère par un orifice 12. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'agent 4 est sous forme de billes ou de pastilles de nickel de surface spécifique très élevée. Le récipient et son contenu sont maintenus, à l'aide d'un dispositif non représenté, à une température d'environ 2000 C. On constate que le rendement de piégeage pour les hydrocarbures habituellement émis par les pompes mécaniques i huile est d'au moins 99,5 %. Les liaisons chimiques entre les molécules et l'agent sont aussi permanentes, dans le sens utilisé dans le présent mémoire, en ce que les molécules ne sont pas libérées dans la phase gazeuse après usage normal. Un support préféré de la matière de sorption est un carbone poreux, tel celui vendu sous la marque de fabrique "Sigratherm". La matière de sorption, de préférence du nickel métallique, est déposée sur le carbone de toute manière donnant le produit final poreux convenable. On place le produit de manière que le gaz contenant des contaminants hydracarbonés y circule. A ce moment, les hydrocarbures se polymérisent ou agissent chimiquement d'une autre manière en se liant à la matière de sorption. L'avantage particulier de l'utilisation du carbone poreux est qu'il a une résistance électrique finie. Ceci signifie qu'on peut le chauffer en faisant passer du courant électrique dans ce carbone. B-tce à ce dispositif, on peut chauffer à une tempdrarwrAe qui favorise les propriétés de chimisorption du nickel ou d'une autre matière, les propriétés de physisorption étant inhibes. Bien qu'on préfère utiliser du carbone poreux comme sup Fort, 'ti=rension concerne aussi l'utilisation de carbone sous toute autre forme 2hysiqle airant une grande surface spécifique, par exemple/des fibres de carbone.On peut les assembler simple- ment de manière d former un tissu de fibres parallèles, ou on peut les tisser en formant une étoffe conductrice de l'électri- cité dont les pores sont suffisamment larges pour permettre à l'étoffe d'agir comme filtre de l'air contaminé ou d'un autre gaz Les pièges à sorption de l'invention se distinguent des pièges connus à physisorption en ce qu'il s'agit principalement de chimisorption ; ils se différentient des pièges cryogéniques connus en ce qu'ils travaillent à la température ambiante ou audessus, sans dispositif spécial de refroidissement, et des pièges électriques connus en ce que, lorsqu'on utilise de ltélectricitd dans les pièges de l'invention,et/se ement pour créer de la chaleur par effet Joule, et non pour dévier les molécules contaminantes par des champs électriques. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel, qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de l'invention, qui est défini dans les reveneications annexées. REVENDICATIONS 1. Appareil à vide, du type qui comprend un dispositif d6 sorption des hydrocarbures, caractérisé en ce que le dispositif de sorption comprend une matière efficace à la température ambiante ou au-dessus et favorisant les liaisons de nature chimique entre elle-meme et les molécules d'hydrocarbures, en assurant le retrait permanent de ces molécules d'un gaz porteur. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de sorption est porte par une matière de surface spécifique très élevée dans laquelle passe le gaz comprenant des hydrocarbures. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière de support est en carbone ayant une surface spéos fique élevée par unité de poide. 4. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la matière du support est sous forme de carbone poreux por tant un dépot de matière de sorption. 5. Appareil selon l'une des revendications 3 et 4, carEe- térisé en ce qu'il comprend un dispositif destiné à faire cire un courant électrique de chauffage dans le carbone, de matière élever la température è une valeur choisie. 6. Appareil selon la revendication 2, caracteris en ce que la matière de support est sous forme d'une éponge métalliq 7. Appareil selon la revendication 2, caractériad en on que la matière de support est sous forme d'une matière non lique et non conductrice de l'électricité, notamment une terre X ées. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications cédentes, caractérisé en ce que la matière de sorption est un comprenant principalement du palladium, du platine ou du nickel 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en c que le métal est du nickel contenant des stabilisarts l'empêche de devenir pyrophore.