Brevet FR2462928A1 — publié le 19810220

La présente invention concerne un procédé d'élimina- tion de l'ozone d'un mélange de gaz et concerne plus précisément la décomposition de l'ozoneen particulier une décomposition de l'ozone par catalyse. L'ozone est un gaz thermodynantiuenertirstable qui se décompose lentement à 2500C en l'absence d'un catalyseur. L'odeur de l'ozone est perceptible à une concentration inférieure à 1 ppm dans l'air. A des concentrations supérieures à 2 ppm l'ozone provoque une irritation du système respiratoire et des dommages aux tissus se produisent à des concentrations plus élevées. La présence de l'ozone, même à faible concentration dans le milieu est indésirable. L'ozone peut être éliminé d'un courant de gaz par un certain nombre de méthodesteloeque barbotage des gaz, décomposition thermique et adsorption des gaz. Un appareil soit pour le barbotage des gaz soit pour l'adsorption des gaz exige un entretien et ne convient pas toujours lorsque l'espace ou le poids constituent des facteurs à prendre en considération. L'ozone est souvent produit comme produit secondai- re indésirable dans des photocopieuses et autres appareils similaires ce qui peut résulter en une oxydation des constituants métalliques. Il peut également être présent en une concentration telle que les gens travaillant au voisinage meuvent en être affectés. L'ozone est parfois utilisé pour14raitement des eaux d'égouts et une quantité de l'ozone reste à la fin du traitement. Le gaz ozone peut également être trouvé au voisinage des lampes à arc, des soudures et toutes autres sources de haut voltage. L'ozone est présent dans l'air à des altitudes supérieures à 7620 m. A des hauteurs entre 7620 m et 9145 m par exemple, sa concentration se situera entre 0 et 20 ppm et entre 9145 et 16765 m entre 20 et 20 OOOppm. L'air de la carlingue d'un avion normalement pénètre via un compresseur primaire d'un ou nlusieurs moteursdel'avion, passe au travers de lacarkngue et est libéré dans l'atmosphère -ar une soupape. Ceci règle la pression de l'air dans lacarlingue qui est normalement -2- maintenucà 63 cm de mercure, équivalant à la pression d'air à une hauteur de 1525 m. Etant donné qu'un grand nombre d'avions volent entre 7620 et 9145 m et au'il y a une forte circulation d'air au travers de lacarlingue,les passagers et l'équipage sont exposés aux concentrations moyennes d'ozone indiquées ci-dessus. Il est un but de la présente invention d'éliminer au moins une partie du tout ozone présent dans un courant gazeux. Selon la présente invention le procédé pour l'élimina- tion de l'ozone d'un courant de gaz, contenant de l'ozone consiste à faire passer le mélange de gaz sur un catalyseurdb sortequ'au moins une partie de l'ozone subisse une décompo- sition catalytique en oxygène, ce catalyseur comprenant une matière catalytique comprenant un ou plusieurs éléments du groupe consistant en Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Os, Fe, Co, Ni, Ag, Mn et Sn et des alliages, mélanges et composés contenant un ou plusieurs de ces métaux. La matière catalytique peut être déposée sur un support céramique ou métallique et une couche d'oxyde métallique réfractaire peut être intercalée entre la matière catalyti- que et le support. La couche d'oxyde métallique réfractaire, la couche de fond ainsi nommée, peut comprendre un ou plusieurs oxydes de B, Ai, Ba, Sr, Ca, Mg, Be, Si, Ti, Zr, Sc, Y et les éléments des terres rares. De préférence, la charge de la couche de fond doit se situer entre 0,012 g/cm3 et 0,122g/cm3 de support et on préfère particulièrement une charge entre 0,0244 g/cm3 et 0, 061g /cm3. La charge de catalyseur de métaux du groupe platine estde préférence, dans le domaine de 0,706 g à 7,06 g/dm3 alors que la charge des autres métaux catalytiques restant se trouvant dans la liste cidessus se situe dans le domaine de 1,765 à 35,31 g/dm3 considéré par rapport au poids du support avec sa couche de fond. Le support qui peut comprendre des canaux le parcourant depuis une face jusqu'à la face opposée peut être réalisé en une matière céramique tella que la cordiérite ou un métal non noble ou un métal du groupe platine ou un alliage conte- -3- nant un métal du groupe platine. De préférence,le support est réalisé en un métal ou alliage résistant à l'oxyda- tion et on préfère particulièrement le Kanthal D ou un alliage de fer contenant du chrome et de l'aluminium tel que Fecralloy (désignation commerciale). La composi- tion du Kanthal D est (en poids) 23% de chrome, 0,5 à 2% de cobalt, 0,7% aluminium et le complément est du fer. La densité cellulaire du support, c'est-à-dire le nombre de cellules ou canaux traversant la face du support est,de préférence, 31 cellules par cm2 et davantage et on préfère 46,5 cellules par cm2 ou davantage. La matière catalytique préférée est choisie dans le groupe comprenant Pt, Pd, Fe, Ag et Mn et parmi ces métaux on préfère particulièrement Pt, Ag, et Mn. La matière catalytique peut être ou peut être dérive d'une partie intégrante du support. Lorsque le support contient un ou plusieurs métaux du groupe platine, par exemple,ceci peut constituer la matière catalytique. Similairement lorsque le support est en un alliage contenant du fer, le composé de fer formé sur la surface par la corrosion du métal peut agir comme matière catalytique. Pour étudier les paramètres impliqués dans la décomposition catalytique de l'ozone, un certain nombre de catalyseurs ont été testés dans un réacteur tubulaire. Les échantillons du catalyseur comprenaient une matière catalytique déposée sur un support de métal en Fecralloy ayant une composition, en poids, de 15,0 % de chrome, 4,5 à 4,8% aluminium, 0,4 à 0,5% yttrium et le complément est du fer, ayant une longueur de 2,54 cm de long et ,08 cm de diamètre, ce support portant une couche de fond en alumine. La charge de la couche de fond était de 0,042 g/cm. On fait passer dans le réacteur tubulaire un courant de gaz contenant de l'ozone au travers du catalyseur. Pour réaliser ceci, on peut d'abord passer un gaz contenant un mélange d'azote et d'oxygène sur un dispositif de chauffage électrique pour permettre à la température du gaz d'être ajustée avant que l'ozone produit par une décharge sous tension 2462fl8 -4- élevée ne soit ajouté au courant de gaz. La concentration d'ozone présent dans le courant de gaz était d'environ 1,5 ppm. On a mesuré cette concentration au moyen d'un analyseur d'ozone du type Dasibimodèle 1003, avant et après le passage sur le catalyseur. La vitesse spatiale était de 325 000 heures -1 et la pression du gaz était de 1,034 bar. Une série d'essais ont été réalisés sur un cataly- seur en utilisant différentes matières caalytiques. La densité cellulaire des supports était de 62 cellules par cm2 et la température du gaz était de 1500C. Les résultats sont donnés sous forme graphique dans les figures 1 à 22 et certains détails des tests et des figures o les résultats sont indiqués, sont donnés dans les tableaux 1, 2 et 3 suivant. - 5 - TABLEAU 1 Matière catalytique déposée Charge de matière cata- Fig. sur le support pourvu de sa lytique g/dm3 de support couche de fond pourvu de sa couche ofond Platine 4,23 1 Platine 4,23 2 ,5% Rh, 94,5% Pt 4,23 3 % Rh, 65% Pt 4,23 4 Platine et argent Pt 4,23 + Ag 17,65 5 Palladium 4,23 6 33 1/3% Pd, 66 2/3% Pt 4,23 7 Argent 17,65 8 Dioxyde de manganèse(mnnO2) 17,65 9 Sesquioxyde de manganèse 8,82 10 (Mn203) Tétroxyde triferique 13,21 11 (Fe304) Le tableau 2 ci-dessous donne une série d'essais réalisés avec du platine comme matière catalytique sous une charge de 4,23g/dm3 sur un certain nombre de support ayant des densités cellulaires différentes. La température a été maintenue à C. TABLEAU 2 Densité cellulaire cellules par cm2 Fig. 28 12 62 1 13 186 14 -6- Ces résultats sont résumés dans la figure 15 qui est un graphique de la transformation de l'ozone en fonction de la densité des cellules. Une autre série d'essais a été mise en oeuvre en utili- sant le platine comme matière catalytique avec une charge de 4,23 g/dm3 sur des supports ayant une densité de ceJules de 62 cellules par &m3. On a changé la température du courant de gaz comme il est montré dans le tableau 3. TABLEAU 3 Température du courant de gaz, oc Fig. 16 17 18 19 1 20 250 21 Finalement ces résultats sont résumés dans la figure 22, qui est un graphique de la transformation de l'ozone en fonction de la température. Dans tous ces essais précédents, la pression maximum du support était de 8 mm de mercure. Cette faible pression est un des avantages attdnt enutilisant les suDoorts métalliques. Un autre avantage de ces supports est qu'ils peuvntêtre réalisés plus aisément avec des densités cellulaires dépassant 77,5 cellules par cm 2par exemple, que les supports céramiques. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. 246292e -7- Revendications: 1. Procédé pour l'élimination de l'ozone d'un courant de gaz contenant de l'ozone, caractérisé en ce qu'il consiste à faire passer le mélange de gaz sur un cataly- seur de telle façon qu' une partie de l'ozone subit une décomposition catalytique en oxygène, ce catalyseur étant une matière catalytique comprenant un ou plusieurs éléments du groupe Pt, Ru, Rh, Pd, Ir, Os, Fe, Co, Ni, Ag, Mn et Sn ainsi que des alliages, mélanges et composés contenant un ou plusieurs de ces métaux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière catalytique est déposée sur un support céramique ou métallique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support porte une première couche d'un oxyde de métal réfractaire sur laquelle une seconde couche d'une matière catalytique est déposée. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la couche d'oxyde de métal réfractaire comprend un ou plusieurs oxydes de B, Al, Ba, Sr, Ca, Mg, Be, Si, Ti, Zr, Sc, Y et les terres rares. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge de la première couche d'oxyde de métal réfrac- taire tombe dans le domaine de 0,012 g/cm3 et 0,122 g/cm3 de support. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la charge de la première couche d'oxyde de métal réfractaire tombe dans le domaine de 0,0244 g/cm3 et 0,065 g/cm3. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 6 caractérisé en ce que la charge de catalyseur par rapport au poids total de support et de -la première couchetombe dans l'intervalle de 0, 706 à 7,06 g/dm3 pour Pt, Ru, Rh, Pd, Ir et Os et dans l'intervalle de 1, 765 à 35,31 g/dm3 pour Fe, Co, Ni, Ag, Mn et Sn. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le substrat est réalisé en un alliage résistant à l'oxydation comprenant, à l'exception d'impuretés, 23% de chrome, 0,5%de cobalt, -8- 0,7% d'aluminium, le complément étant du fer. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le substrat est réalisé à un alliage résistant à l'oxydation comprenant, à l'exception d'impuretés, 15% de chrome, 4,5 à 4, 8% d'aluminium, 0,4 à 0,5 % d'yttrium et le complément est du fer. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que le support de catalyseur a une densité de cellules d'au moins 31 cellules par cm2.