Brevet FR2201122A1 — publié le 19740426

La présente invention se rapporte à des structures poreuses à grande surface spécifique et aux applications de ces structures notamment comme support de catalyseurs pour fluides et comme deshydratants. Une structure poreuse conforme à l'invention est destinée à être placée à l'intérieur d'une enceinte équipée d'au moins une entrée et une sortie permettant une circulation de fluide, elle est caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins un élément constitué d'une matière ayant une surface spécifique 2 pouvant atteindre 600 m2/g, chaque élément comportant des ouvertu- res transversales. Ces ouvertures transversales peuvent être des fentes ou des passages de forme quelconque. Suivant un mode particulier de réalisation, une telle structure comprend une succession d'éléments en contact deux à deux et chaque élément comporte des fentes transversales parallèles entre elles mais non parallèles avec les fentes de l'élément en contact suivant. Grâce à cette disposition, lorsque des fluides et en particulier des gaz pénètrent au travers de la structure, ceux-ci sont contraints de s'acheminer au travers d'une succession de fentes et de rétrécissements, rétrécissements rappelant par leur forme les mailles d'un tamis et formés dans la zone de contact ou interface où les fentes sont en regard. Il s'ensuit que les gaz sont alternativement comprimés dans les rétrécissements et détendus dans les espaces compris entre les rétrécissements successifs. Dans ces conditions les gaz sont l'objet d'un mouvement tourbillonnaire complexe qui assure le plus grand nombre possible de rencontres entre les molécules de gaz et celles de la matière poreuse. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront encore à la lecture de la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la Fig. 1 représente deux éléments identiques placés en regard l'un de l'autre avant leur assemblage; - la Fig. 2 représente la courbe des variations de section au travers de la structure poreuse en fonction de la longueur de la structure; - la Fig. 3 représente un élément double de la structure poreuse; - la Fig. 4 représente une vue de dessous de l'élément double; - la Fig. 5 est une vue de côté schématique d'une variante de réalisation d'un élément double; - la Fig. 6 montre une variante de réalisation d'un élément. A la Fig. 1, on observe deux éléments de structure 1 et 2 représentés schématiquement. L'élément 1 présente des fentes parallèles telles que 3 et 4 qui sont disposées perpendiculairement aux fentes identiques telles que 5 et 6 de l'élément 2. Si l'on place plusieurs éléments 1 et 2 en contact les uns des autres à l'intérieur d'une enceinte, non représentée, ayant une forme rappelant celle d'un pot d'échappement, on obtient une structure de forme particulière et si l'on fait traverser cette structure dans le sens axial suivant fl ou f2 par un gaz, on conçoit bien que ce dernier se déplace en traversant alternativement des zones où il se détend qui correspondent aux zones propres aux fentes et des zones où il se comprime, qui correspondent aux rétrécissements de section dus aux changements d'orientation des fentes en regard. Le gaz est donc amené à subir alternativement des variations brusques de section comme on l'a représenté sur la Fig. 2 en fonction de la longueur du chemin parcouru par le gaz. Sur la Fig. 3, on observe un élément double 7 de forme cylindrique obtenu par moulage d'une alumine agglomérée. Des fentes transversales parallèles telles que 8 et 9 occupent sa partie supérieure alors que d'autres fentes transversales parallèles 10 et 11 occupent sa partie inférieure. On remarque que les fentes 8 et 9 sont perpendiculaires aux fentes 10 et 11. Un évidement 12 circulaire formé à la partie supérieure de l'élément double crée une bordure en forme de couronne 13 dans laquelle sont formées deux logements 14 diamétralement opposés et dont l'un d'eux apparaît seulement sur la Fig. 3. Au fond de l'élément double et à l'aplomb des deux logements 14 sont prévus respectivement deux bossages 15,15' diamétralement opposés et ayant la même forme que lesdits logements. Grâce à la mise en place des bossages dans les logements, on obtient un autoréglage correct de la position de plusieurs éléments doubles. On utilise ordinairement un assemblage de sept ou huit éléments doubles, mais il est bien évident que l'on peut faire varier ce nombre à volonté. Le croisement des fentes s'observe bien en particulier dans la vue de dessous d'un élément double représenté à la Fig. 4. Les fentes transversales ont généralement une section rectangulaire mais celle-ci peut également avoir une autre forme et en particulier une forme évasée comme celles des fentes 16, 17, 18 et 19 de l'élément double circulaire 20 représenté à la Fig. 5. On peut noter que les fentes 16 et 17 sont parallèles entre elles et perpendiculaires aux fentes 18 et 19. Dans la variante de réalisation de l'élément représentée à la Fig. 6, on observe une couronne 21 qui présente à sa partie supérieure deux bossages 22 et 23 diamétralement opposés et à sa partie inférieure deux logements 24 et 25, l'axe passant par ces deux logements étant perpendiculaire à l'axe passant par les deux bossages. Les fentes 26 et 27 sont obtenues par la juxtaposition des lamelles 28, 29 et 30 qui sont fabriquées aux dimensions voulues avant montage. Ici également la disposition des logements et bossages permet l'autoréglage de la mise en place d'un élément par rapport à l'élément suivant de façon que les fentes de l'un d'eux soient perpendiculaires à celles de l'autre. Une structure poreuse conforme à l'invention peut également entre obtenue en empilant successivement plusieurs ensembles de baguettes de matière poreuse fabriquées par exemple par extrusion, les baguettes de chaque ensemble étant parallèles entre elles mais n'étant pas parallèles avec les baguettes d'un ensemble en contact. La nature de la matière de la structure poreuse est choisie en fonction du but poursuivi. On utilise généralement de l'alumine seule on en mélange avec d'autres éléments tels que des oxydes métalliques, des métalloides et des liants organiques. qn utilise avantageusement des aluminates de chrome et les spinelles d'aluminium-magnésie. Si l'on désire déshydrater des fluides et notamment des gaz, on utilise une alumine à action déshydratante. Si l'on désire traiter des gaz de façon à assurer leur transformation en d'autres gaz, on utilise une alumine spéciale- ment adaptée à s'associer à une substance catalytique spécifique de la transformation recherchée. La substance catalytique peut être incorporée au sein de l'alumine avant la mise en forme d'un élément de structure poreuse. A cet effet, on peut partir d'une poudre d'alumine choisie et l'imprégner d'une solution de précurseurs de catalyseurs. On peut également partir d'un gel contenant un mélange de sels d'aluminium et d'autres métaux obtenu par coprécipitation des oxydes correspondants et traiter le produit obtenu de façon à obtenir la poudre souhaitée. On se sert alors de cette poudre en vue d'élaborer une structure poreuse. La substance catalytique peut cependant n'être introduite dans la structure poreuse qu'après la mise en forme de cette structure. Des résultats satisfaisants ont été obtenus avec une alumine ayant une surface spécifique de 300 m2/g, un volume poreux de 0,3 cm3/g et un diamètre moyen des particules de 6 microns. On a également obtenu de bons résultats en utilisant de l'alumine fabriquée comme indiqué dans les exemples suivants: - Exemple I De l'alumine trihydratée est déshydratée rapidement jusqu'à ce qu'elle ne contienne plus que 10% d'eau liée; elle est ensuite broyée dans un broyeur à boulets pendant 3 heures. La poudre obtenue est humidifiée dans un mélangeur avec 30 à 40% d'eau et 1w5%/dcarboxyméthylcellulose. Cette poudre non collante est introduite dans un moule métallique en vue d'obtenir par pressage les pièces définitives telles que celle representee à la figure 3. Les pièces obtenues sont alors introduites dans une étuve régulée entre 95 et 1000C en atmosphère saturée d'eau ce qui permet la consolidation provisoire des structures réalisées. On les laisse dans ces conditions de 10 à 15 heures. Les pièces peuvent entre retouchées en vue de leur finition de surface et sont portées dans un four en atmosphère propre à une température de l'ordre de 800 à 10000 C. - Exemple Il De l'alumine activée en poudre ayant une surface 2 3 spécifique de 350 m2/g et un volume poreux de 0,3 cm /g et dont la granulométrie est définie comme suit: 100 % en poids de grains de diamètre inférieur à 65 microns 94,3% en poids de grains de diamètre inférieur à 20 microns 56,8% en poids de grains de diamètre inférieur à 10 microns 1,7% en poids de grains de diamètre inférieur à 1 micron est additionnée de 32% en poids d'eau et 1,2% en poids d'amidon de mais produit nécessaire à éviter l'essorage de la matière au cours de sa mise en forme. Le granulé obtenu permet d'obtenir des structures comme précédemment par voie depressage mécanique. Ces structures sont consolidées en les introduisant dans un autoclave et sont portées sous pression de vapeur d'eau à 4 bars pendant un temps de lh 30mn. On les porte ensuite à une température de 8500C, ce qui leur confère l'activité, la dureté et la solidité désirée. Comme exemple d'application de ces structures poreuses, on peut citer celui de l'épuration des gaz et notamment des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. Il est bien connu que ces gaz contiennent des éléments nocifs comme l'oxyde de carbone, des oxydes de soufre et d'azote qu'il convient de transformer en gaz non toxiques soit en les réduisant, soit en les oxydant. Il est bien entendu que cet exemple n'a aucun caractère limitatif et que les structures poreuses peuvent s'appliquer dans de nombreux autres domaines comme la chromatographie, la déshydratation et l'adsorption. REVENDICATIONS 1. Structure poreuse destinée à être placée à l'intérieur d'une enceinte équipée d'au moins une entrée et une sortie permettant une circulation de fluide, caractérisée par le fait qu'elle comprend au moins /un élément constitué d'une matière ayant une surface spécifique 2 pouvant atteindre 600 m /g, chaque élément comportant des ouvertures transversales. 2. Structure poreuse selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les ouvertures transversales sont des fentes ou des passages de forme quelconque. 3. Structure poreuse selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait qu'elle comprend une succession d'éléments en contact deux à deux, chaque élément comportant des fentes transversales parallèles entre elles mais non parallèles avec les fentes de l'élément en contact suivant. 4. Structure poreuse selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les fentes de chaque élément forment avec les fentes en regard de l'élément suivant un angle droit. 5. Structure poreuse selon les revendications 3 et 4, caractérisée par le fait que deux éléments successifs sont identiques et dotés de moyens d'assemblage tels que des bossages et des logements assurant leur mise en contact, les fentes d'un élément n'étant pas parallèles aux fentes en regard de l'autre élément. 6. Structure poreuse selon les revendications 3, 4 et 5, caractérisée par le fait que deux éléments successifs sont usinés ensemble pour former un élément double dans lequel les fentes en regard ne sont pas parallèles. 7. Structure poreuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les éléments ont une section circulaire, ovale, rectangulaire ou quelconque. 8. Structure poreuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que plusieurs ensembles de baguettes parallèles entre elles sont empilées successivement. 9. Structure poreuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la matière constitutive est choisie parmi l'alumine, les spinelles d'aluminemagnésie, les aluminates de chrome et autres oxydes de métaux. 10. Structure poreuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la matière constitutive est une alumine ayant une surface spécifique comprise 2 3 entre 130 et 300 m /g, un volume poreux compris entre 0,19 cm3/g 3 et 0,33cm3/g et une granulométrie moyenne de 6 microns. 11. Structure poreuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les éléments ont une section circulaire, ovale, rectangulaire ou quelconque. 12. Structure poreuse selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que sa matière poreuse est imprégnée, avant ou après moulage, d'une substance catalytique.