Brevet FR2269996A1 — publié le 19751205

La présente invention concerne un appareil pour le traitement de gaz,destiné å convertir les constituants nocifs du gaz en constituants inoffensifs, et plus particulierement un appareil pour le traitement d'un gaz contenant de 1'ammoniaque dégage par diverses machines de reproduction du type diazo. La Demanderesse a déJà proposé un appareil de traitement d'un gaz contenant des constituants nocifs ou toxiques tels que 1'ammoniaque pour rendre le gaz inoffensif, appareil dans lequel le gaz est mis en contact avec un catalyseur 4 température élevée. L'appareil comporte un échangeur- de chaleur, dans lequel l'échange thermique est effectué entre le gaz à traiter et un gaz à haute température provenant d'un réservoir de catalyseur, un organe de chauffage de gaz étant prévu pour chauffer le gaz sortant de l'échangeur de chaleur et l'amener à une température de réaction, et un réservoir de catalyseur étant prévu pour provoquer la réaction du gaz ayant traversé l'organe de chauffage de gaz, Dans un tel appareil de traitement de gaz, le catalyseur perd habituellement son activité dans un temps relativement court, de six mois à un an, par exemple, de sorte qu'il est nécessaire d'échanger le catalyseur désactivé avec un nouveau catalyseur. Lorsque l'élément chauffant électrique prévu pour l'organe de chauffage de gaz se rompt, il est nécessaire de changer un tel élément chauffant défectueux. De façon similaire, il est nécessaire d1 inspecter et de réparer 1'échangeur de chaleur périodiquement. Par conséquent, il est souhaitable de prévoir un appareil de traitement de gaz dans lequel un échange des éléments endommagés ou usés et l'inspection et ltentretien de ceux-ci peuvent etre faits facilement et rapidement, De plus, afin d'économiser la consommation d'énergie de 1'organe de chauffage du gaz et de diminuer le volume occupé par l'appareil de traitement de gaz, l'échangeur de chaleur doit etre réalisé aussi petit que possible et doit avoir des rendements thermiques élevés e A cette-fin, il est souhaitable d'utiliser un échangeur du type dit à plaques multiples, dans lequel le gaz entrant et le gaz sortant sont séparés par un ensemble de plaques parallèles réalisées en un métal conducteur de la chaleur, en aluminium par exemple. lorsqu'on monte un tel échangeur de chaleur dans le carter de l'appareil de traitement de gaz, un soin parti culier doit être pris En effet, le carter est habituellement fabriqué en plaques d'acier ayant un coefficient de dilatation thermique différent des plaques d'aluminium, de sorte que l'échangeur de chaleur pourrait être endommagé, du fait de la différence des coefficients de dilatation thermique. Une détérioration de l'échangeur de chaleur se traduit par le mélange des gaz entrant et sortant, évacuant ainsi le gaz entrant avant qu'il ne soit traité pour être rendu inoffensif ou faisant fuir le gaz entrant vers l'extérieur du carter. C'est un des buts de la présente invention de proposer un appareil de traitement de gaz qui sort compact, ait des dimensions faibles et puisse être facilement appliqué à un appareil existant qui engendre un gaz nocif, tel qu'une machine de reproduction du type diazo. Un autre but de la présente invention est de proposer un appareil de traitement de gaz perfectionné, dans lequel l'échangeur de chaleur, organe de chauffage du gaz et le réservoir de catalyseur peuvent etre facilement échangés ou inspectés. Encore un autre but de la présente invention est de proposer un appareil de traitement de gaz dans lequel l'échangeur de chaleur est monté dans le carter de l'appareil de telle sorte que l'échan- geur de chaleur ne soit pas endommagé du fait de la différence des coefficients de dilatation- thermique des matériaux constituant le carter et l'échangeur de chaleur. Conformément à la présente invention, l'appareil pour le traitement d'un gaz est du type comportant un échangeur de chaleur, un organe de chauffage de gaz et un réservoir de catalyseur qui sont disposés dans un carter cubique, l'échangeur de chaleur, l'organe de chauffage de gaz et le réservoir de catalyseur étant reliés entre eux de telle sorte que le gaz à traiter soit préchauffé dans l'échangeur de chaleur par le gaz provenant du réservoir de catalyseur, que le gaz préchauffé soit chauffé par l'organe de chauffage de gaz et que le gaz chauffé soit traite par le catalyseur dans le réservoir de catàlyseur, ledit appareil étant caractérisé en ce que l'échangeur est réalisé sous forme d'une unité comportant un ensemble de feuilles de transfert de chaleur, qui sont agencé-es de manière à définir des passages discrets pour le gaz à traiter et le gaz provenant du réservoir de catalyseur, respectivement, en ce que l'organe de chauffage de gaz est réalisé sous forme d'une unité comportant une plaque support et un ensemble d'éléments chauffants montés sur la plaque support, en ce que le réservoir de catalyseur est également réalisé sous forme d'une unité comprenant un cylindre et un catalyseur contenu à l'intérieur de celui-ci, et en ce que le carter est muni d'ouvertures ménagées à travers différents cotés de celui-ci, de manière à recevoir de façon amovible les unités respectives dans des directions différentes. Dans un mode de réalisation de la présente invention, l'intérieur du carter cubique est divisé en deux compartiments et l1échangeur de chaleur est disposé dans un compartiment, tandis que l'organe de chauffage du gaz et le réservoir de catalyseur sont disposés dans l'autre compart;Lment0 Dans une variante de réalisation, l'intérieur du carter est divisé en trois compartiments,recevant respectivement l'échangeur de chaleur, 1 organe de chauffage du gaz et le réservoir de catalyseur. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre, dans laquelle on se référera aux dessins annexés, Sur ces dessins s La figure 1 est une coupe verticale d'un mode de réalisation de la présente invention S La figure 2 est une coupe horizontale de l'appareil représenté sur la figure l, suivant la ligne Il - Il de cette figure ;; la figure 3 est une vue en coupe de i' appareil représenté sur la figure 1, suivant la ligne III - III de cette figure t La figure 4 est une coupe verticale d'une-variante de réalisation de la présente invention I La figure 5 est une coupe horizontale de l'appareil représenté sur la figure 4, suivant la ligne V - V de cette figure S La figure 6 est une coupe horizontale de l'appareil représenté sur la figure 4, suivant la ligne VI.- VI de cette figure I la figure 7 est une coupe de l'appareil représenté sur la figure 4,prise suivant la ligne Vfl- VII de cette figure. Un mode de réalisation préféré de la présente invention, représenté sur les figures 1 å 3, comporte un carter cubique I, réalisé en plaques d'acier, et est'muni de rebords rectangulaires 2, 3 et 4 sur un coté, le caté antérieur et le coté supérieur, respectivement, pour délimiter des ouvertures dont le but sera décrit plus loin0 Dans le carter 1 est disposé un échangeur de chaleur 5, comportant un carter 6, qui est ouvert à son extrémité inférieure et est réalisé en plaques d'aluminium. Un ensemble de plaques de transfert de chaleur parallèles 7, réalisées en aluminium, par exemple, est contenu dans le carter 6 avec un faible espacement entre plaques. Des barres d'aluminium restangulaires 8 sont interposées entre deux feuilles d'aluminium 7.Le carter , les feuilles de transfert de chaleur 7 et les barres rectangulaires 8 sont soudées ensemble en une structure unitaire. Comme représenté aux figures 1 et 2, une plaque latérale 6a du carter 6 est munie d'un rebord périphérique 9, d'un tuyau d'admission de gaz 10, d'un tuyau d'évacuation 12 et~d'un tuyau de communication ll,pour provoquer l'écoulement du-gaz entrant et du gaz sortant alternativement à travers des premiers et seconds passages X et Y, entre les feuilles de transfert de chaleur 7. Plus particulièrement, le gaz entrant s'écoule à travers les premiers passages X, tandis que le gaz sortant s'écoule successivement à travers les seconds passages Y perpendiculaires auxdits premiers passages X. De cette manière, l'échange de chaleur est effectué entre les gaz entrant et sortant par un système de contact indirect. Il est également prévu une unité de chauffage 13 comportant un carter 14 réalisé en feuilles d'aluminium, par exemple. Le carter 14 est muni d'ouvertures sur le c8té inférieur droit et sur le coté supérieur (voir figure l) et d'un rebord 15 4 l'ex trémité antérieure avoir figure 3), auquel est fixée une plaque 16 supportant un ensemble d'éléments chauffants électriques en forme de U 17, qui sont disposés dans le carter 14. Le carter 14 et la plaque 16 sont également fabriqués en un bloc unitaire Un réservoir de catalyseur 18 comporte un cylindre l9 avec ses extrémités supérieure et inférieure ouvertes.L'intérieur du cylindre 19 est partagé en un ensemble de compartiments au moyen de plaquea de séparation 20 sous la forme de grillages de fils métalliques, de grilles ou de plaques perforées, et les compartiments- sont rente plis de catalyseur 23,pour décoiposer 1 'ammoniaq#ie en aiof4 et eau. Le catalyseur convenable dans ce but peut comprendre du ruthénium ou du platine, portés par un support bien connu, tel que de l'alumine ou de la silice. La plaque couvercle 25 du cylindre 19 est munie d'un rebord s'étendant vers l'extérieur, 26, et d'une ouverture centrale 270 Ainsi, le cylindre et la plaque couvercle sont également combinés en une structure unitaire. Comme représenté aux figures 1 et 2#, 1' intérieur du carter 1 est divisé en deux compartiments par une paroi de séparation 28. La plaque couvercle 25 est fixée au carter I au moyen d'un élément de blocage 29,par l'intermédiaire d'une garniture 30. Un tuyau de communication 31 est connecté à l'ouverture 27 par l'intermédiaire de brides 31a. Le rebord 9 du carter 6 est fixé au rebord 2 du carter l,par l'intermédiaire d'une bague de fixation 32 et de boulons. L'extrémité supérieure du carter 14 de lorgane de chauffage de gaz 13 est fermée par une paroi de séparation 33 comportant un grillage de fils métalliques, une grille ou une plaque perforées Pour assembler les différents éléments ci-dessus décrits, le carter 6 de l'échangeur de chaleur 5 est inséré dans le carter 4 travers une ouverture sur le côté droit du carter tel que vu à la figure 1.Ainsi, après venue en butée du rebord 9 du carter 6 de l'échangeur de chaleur 5 contre la bride 2 du carter 1, ces deux rebords sont bloqués ensemble au moyen d'un anneau de blocage 32 et de boulons, suspendant ainsi l'échangeur de chaleur 5 dans le carter 1. Le carter 14 de l'organe de chauffage de gaz 13 est inséré dans le carter i à travers une ouverture sur le côté inférieur gauche du carter lo Après venue en butée du rebord 15 du carter 14 contre le rebord 3 du carter 1, la plaque-support 16 portant les éléments chauffants 17 est montée sur le rebord 15, et les rebords 3 et 15 et la plaque support 16 sont bloqués ensemble au moyen de boulons, non représentés, fixant ainsi l'organe de chauffage de gaz 13 au carter 1.Si on le désire, la plaquesupport 16 peut être fixée au rebord 15 avant insertion de -l'or- gane de chauffage 13 dans le carter 1. Le réservoir de catalyseur 18 est inséré dans le carter 1 à travers une ouverture sur le coté supérieur gauche du carter 1 tel que vu à la figure 1, jusqu a ce que la plaque couvercle 25 du réservoir 18 vienne au contact de la garniture 30 sur 1' extré- mité supérieure du carter 1. Ensuite, le rebord 26 du réservoir de catalyseur 18 est fixé au rebord 4 du carter 1 par un élément de blocage 29, pour fixer ainsi le réservoir de catalyseur 18 au carter lo Le tuyau 11 de l'échangeur de chaleur 5 est mis en communication avec l'ouverture 27 du réservoir de catalyseur, par l'intermédiaire du tuyau de communication 31.Il est clair que l'ordre d'assemblage des différents éléments n'est pas limité à l'ordre ci-dessus décrit et qu'un ordre quelconque peut etre adopté du fait que l'échangeur de chaleur 5, l'organe de chauffage de gaz 13 et le réservoir de catalyseur 18 sont réalisés sous forme d'unités indépendantes. L'appareil de traitement de gaz décrit ci-dessus convient pour décomposer du gaz ammoniaque dégagé par une machine de reproduction du type diazo, Ainsi, l'appareil est installé sur un côté ou sous la machine de reproduction, non représentée, et le tuyau d'admission de gaz 10 de l'échangeur de chaleur 5 est relié au tuyau d'échappement de gaz (non représenté) de la machine de reproduction0 Ensuite, le gaz contenant l'ammoniaque passe à travers les premiers passages X entre les feuilles de transfert de chaleur 7 pour pénétrer dans le carter 14 de l'unité de chauffage de gaz 13 à travers une ouverture 22 a l'extrémité inférieure de la paroi de séparation 28 et une ouverture 22a pratiquée sur un caté du carter 14 de l'organe de chauffage de gaz pour faire face a l'ouverture 22.Le gaz est chauffé, a une tel température d'environ 1800C a' environ 25onc par l'unité de chauffage électrique 17o Le gaz chauffé est ensuite introduit dans le cylindre 19 du réservoir de catalyseur 18 pour venir au contact des catalyseurs 23 contenus à l'intérieur pour pyrolyser l'ammoniaque en eau et azote, Le gaz décomposé est ensuite admis dans l'échangeur de chaleur 5 a travers l'ouverture 27 au sommet du réservoir de catalyseur 18, et les tuyaux 31 et 11. Le gaz admis dans l'échangeur de chaleur 5 va et vient a travers les seconds passages Y entre les feuilles de transfert de chaleur 7,pour échanger de la chaleur avec le gaz entrant. Apres l'échange thermique, le gaz rendu inoffensif est évacué dans l'ailmosphere à travers le tuyau d'échappement 12. Les figures 4 a 7 illustrent une variante de réalisation de la présente invention, dans laquelle des éléments correspondant a ceux représentés dans le premier mode de réalisation sont désignés par les mêmes chiffres de référence Ici encore, le carter 1 est cubique et son intérieur est divisé en trois compartiments At B et C, par deux parois de séparation espacées l'une de l'autre, sensiblement parallèles, 34 et 350 Les compartiments A et B sont mis en communication entre eux par l'intermédiaire d'une ouverture d'étranglement 36,au bas de la paroi de séparation 34, tandis que les compartiments B et C communiquent entre eux par l'intermédiaire d'une ouverture 37 à l'extrémité supérieure de la paroi de séparation 35.Le but de l'ouverture d'étranglement 36 est de créer un écoulement turbulent du gaz préchauffé, pour mélanger ainsi celuici de façon homogène Les compartiment8 A, B et C sont réalisés avec des ouvertures respectivement délimitées par des rebords 2, 3 et 4 sur le cté droit, le caté postérieur et le caté supéc rieur, respectivement.Le carter 6 de l'échangeur de chaleur 5 est inséré dans le compartiment A à travers 1 'ouverture -sur le catie droit du carter 1, et le carter 6 est maintenu en position en bloquant le rebord 9 de celui-ci sur le rebord 2 du carter le L'organe de chauffage de gaz 13, comprenant les éléments chauffants 17 montés sur la plaque support 16, est inséré dans le compartiment B à travers l'ouverture arrière du carter 1 et fixé en position en bloquant la plaque 16 au rebord 30 Comme représenté a la figure 4 un redresseur de gaz comportant une plaque perforée 47 est prévu à 1'entrée de la chambre B, 1'entrée étant représentée au bas de la chambre B, sur la figure 4. Le réservoir de catalyseur 38, comportant un cylindre 39 ayant une section transversale rectangulaire, un support 41 a l'extrémité dLadmission,et une extrEX mité d'évacuation en forme d'entonnoir 42, est inséré dans le compartiment C depuis le dessus, à travers l'ouverture supérieure du carter }. Un rebord annulaire 43, ayant une section transversale en U renversé, est monté sur l'extrémité inférieure de l'extrémité d'évacuation 42,pour s'adapter de façon hermétique sur un conduit cylindrique 44, au fond de la chambre C. L'ouverture supérieure du carter 1 est fermée par un couvercle 45,qui est boulonné au rebord 4. Un boulon d'appui 46, destiné a contacter le sommet du support 41, est vissé à travers le couvercle 45 pour pousser le rebord annulaire 43 contre le sommet du conduit 440 Comme représenté schématiquement sur la figure 5, une ouverture (non représentée), à travers un caté du conduit 44,communique avec le tuyau 11 de l'échangeur de chaleur 5,par l'intermédiaire du tuyau de communi- cation 310 Dans ce mode de réalisation, le carter 1 est muni de roulettes orientables R en vue d'un dEplacement. En fonctionnement, le gaz contenant de 1'ammoniaque pénètre dans l'échangeur de chaleur S,à travers l'ouverture d'admission lO,pour passer à travers les premiers passages X entre les feuilles de transfert de chaleur 7. Le gaz préchauffé pénètre ensuite dans l'organe de chauffage de gaz par l'intermédiaire de l'ouverture d'étranglement 36 et de la plaque de redressement (distributeur) 47 et est chauffé à une température d'environ 1800C à environ 2500C par les éléments chauffants électriques 17. Le gaz chauffé de cette manière est introduit dans le réservoir de catalyseur 38, par l'intermédiaire de l'ouverture 37,et le constituant ammoniaque est décomposé en azote et eau par l'action du catalyseur.Le gaz contenant le produit de décomposition de l'ammoniaque.est introduit dans l'échangeur de chaleur 5,par l'intermédiaire de l'extrémité d'évacuation 42, le conduit 44, les tuyau; 31 et 11, pour passer à travers les seconds passages Y entre les feuilles de transfert de chaleur 70 Après échange thermique avec leigaz entrant, le gaz est évacué de l'échangeur de chaleur à travers l'ouverture d'évacuation 12. Un ventilateur (non représenté) peut être prévu sur le caté d'admission ou de sortie de l'appareil de traitement de gaz,en vue de faire circuler le gaz à traiter å travers l'appareil. Il ressort donc de la description ci-dessus que l'invention propose un appareil de traitement de gaz perfec#tionné,dans lequel un échangeur de chaleur, un organe de chauffage de gaz et un réservoir de catalyseur sont réalisés en tant qu'unités indépendantes et ces unités sont insérées de façon amovible dans un carter cubique depuis différentes direction8., de sorte qu'il est facile, non seulement de retirer une quelconque de ces unités, mais également d'échanger le catalyseur épuisé et d'inspectér et de réparer les éléments chaffants électriques et autres éléments, simplifiant ainsi grandement l'assemblage, la réparation et l'entretien0 De plus, l'échangeur de chaleur 5 est de petites dimensions et a un rendement thermique élevé,du fait qu'un ensemble de feuilles de transfert de chaleur 7 en àluminium est utilisé De plus, comme l'échangeur de chaleur 5 est fixé au carter 1 seulement par le rebord 9 et puisque toutes les parties de I 'échangeur de chaleur autres que le rebord 9 ne sont pas en contact avec le carter 1, il n'y a pas de risque de rupture de l'échangeur de chaleur et par suite de fuite de gaz, meme lorsque les matériaux qui constituent l'échangeur de chaleur et le carter ont des coefficients de dilatation thermique différents. Bien que la disposition relative de l'échangeur de chaleur, de l'organe de chauffage de gaz et du réservoir de catalyseur représentée dans les modes de réalisation qui précèdent soit avantageuse en vue de rendre petit et compact- l'appareil de traitement de gaz et pour rendre petite la zone superficielle ou de dissipation de chaleur du carter 1, il est évident que la disposition relative de ces unités et la configuration du carter peuvent être modifiées si on le désire. De plus, bien que l'invention ait été décrite à propos de la décomposition d'ammoniac dégagé depuis une machine de reproduction du type diazo, il faut comprend que l'invention est également applicable pour traiter un gaz nocif quelconque dégagé par un appareil ou dispositif quelconque. Lorsque la quantité du gaz nocif dégagé par un tel appareil est relativement faible, l'appareil de traitement de gaz de la présente invention peut être utilisé en commun pour un ensemble de tels appareils. En tout cas, on peut noter que 1'appareil dé la présente invention est réalisé de telle sorte qu'il puisse etre facilement combiné à un appareil existant quelconque qui dégage un gaz provoquant un danger pour le public. REVENDICATIONS 1.- Appareil de traitement de gaz du type comportant un échangeur de chaleur, un organe de chauffage de gaz et un réservoir de catalyseur qui sont disposés dans un carter cubique, 11 échangeur de chaleur, l'organe de chauffage de gaz et le réservoir de catalyseur étant relias entre eux de telle sorte que le gaz 9 traiter soit prdchauffé dans l'échangeur de chaleur par le gaz dégagé depuis le réservoir de catalyseur, que le gaz préchauffé soit chauffé par l'organe de chauffage de gaz, et que le gaz chauffé soit traité par le catalyseur dans le réservoir de catalyseur, ledit appareil étant caractérisé en ce que ledit échangeur de chaleur est réalisé sous forme d'une unité comportant un ensemble de feuilles de transfert de chaleur,agenc4es de manibre A. définir des passages discrets pour le gaz à traiter et le gaz provenant dudit réservoir de catalyseur, respectivement, en ce que ledit organe de chauffage de gaz est réalisé sous forme d'une unité comportant une plaque-support et un ensemble d'éléments chauffants montés sur ladite plaque-support, en ce que ledit réservoir de catalyseur est également réalisé sous forme d'une unité comprenant un cylindre et un catalyseur contenu à l'intérieur de eelui-ci et en ce que ledit carter est muni d'ouvertures ménagées à travers dlfizrents côtés de celui-ci,de manière à recevoir, de façon amovible, les unités respectives dans des directions différentes. 2.- Appareil de traitement de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit gaz 9 traiter est dégagé par une machine de reproduction du type diazo et contient de l'ammoniaque et en ce que ledit catalyseur agit pour décomposer ledlt Smmonia que en azote et eau. 3.- Appareil de traitement de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite unité dudit échangeur de chaleur est munie d'un rebord et montée sur ledit carter seulemed par ledit rebord, de sorte que les parties dudit échangeur de chaleur autres que ledit rebord ne sont pas en contact avec ledit~ carter. 4.- Appareil de traitement de gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'intérieur dudit carter est divisé en des premier, second et troisième compartiments par des premiers et seconde parois de séparation sensiblement parallèles, et en ce que lesdits premier, second et troisième compartiments reçoivent de façon amovible ladite unité d'échangeur de chaleur, ladite unité d'organe de chauffage et ladite unité de réservoir de catalyseur respectivement, lesdits premier et second compartiments communi- quant entre eux par l1intermédiaire d'une ouverture dans ladite premiers closion de séparation, et lesdits second et troisième compartiments communiquant entre eux par l'intermédiaire d'une ouverture dans ladite seconde cloison de séparation. 5.- Appareil de traitement de gaz selon la revendication 4, enracterisé~en ce que ladite ouverture dans ladite première eloi- son de séparation comporte une ouverture d'étranglement et en ce que ladite seconde chambre est munie d'une plaque perforée entre l'unité de chauffage -contenue à l'intérieur et ladite ouverture d'étranglement,#pour redresser le flux de gaz s'écoulant à travers ladite unité de chauffage. 6.- Appareil de traitement de gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit réservoir de catalyseur comporte un élément cylindrique' ayant une section transversale rectangulaire, un support prévu pour l'extrémité d'admission de l'élément cylindrique, et un élément d'évacuation en forme d'entonnoir relié à l'extrémité d'évacuation dudit élément cylindrique ledit élément d'évacuation étant muni d'un rebord.annulaire. 7.- Appareil de traitement de gaz selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un conduit circulaire communiquant avec leditéchangeur de chaleur est disposé dans ledit troisième compartiment# en alignement axial avec ledit réservoir de catalyseur, et en ce que ledit rebord est poussé de façon étanche aux gaz contre, ledit conduit circulaire par une vis vissée à travers la plaque couvercle dudit troisième compartiment et venant au contact dudit support. 8.-#Appareil de traitement de gaz selon la revendication t, caractérisé en ce que l'intérieur dudit carter est divisé en des premier et second compartiments, ledit échangeur de chaleur étant disposé dans le premier compartiment et ledit organe de chauffage et ledit réservoir de catalyseur étant disposés dans le second compartiment.