Brevet FR2485086A1 — publié le 19811224

Les prescriptions légales pour limiter les émissions de gaz d'échappement des véhicules automobiles ne peuvent souvent être observées que par un traitement ultérieur des gaz d'échappement. Ce traitement ultérieur consiste généralement en un traitement catalytique par lequel les produits nocifs comme les hydrocarbures im- brlés, les oxydes nitreux et le monoxyde de carbone sont transformés en composés inoffensifs. Lorsqu'on utilise de l'essence contenant du plomb, les catalyseurs sont relativement vite empoisonnés par le plomb qui se trouve dans les gaz d'échappement, si bien que la durée de vie des catalyseurs est extrêmement limitée. Il n'a donc pas manqué de tentatives pour élimi- ner le plomb des gaz d'échappement avant contact avec le catalyseur. On sait déjà séparer par filtration le plomb au moyen d'un filtre électrostatique (demande de brevet publiée en Allemagne sous le no 21 39 775), par séparation au moyen de la force centrifuge (effet de cyclone, brevet provisoire allemand n0 24 09 952), en faisant passer à travers un filtre en papier de fibre de verre (demande de brevet publiée en Allemagne sous le n0 22 52 121) ou à travers de la laine d'acier ou de la laine d'amiante. L'in- convénient de ce procédé est cependant que ou bien étant donné la petite taille nécessaire pour les véhicules le degré de séparation n'est pas suffisant, que la durée de vie des matériaux filtrants, par exemple la laine d'amiante, n'est pas suffisante, ou bien que les filtres ne peuvent être utilisés qu'à des températures de gaz d'échappement tellement basses que cette température des gaz d'échappe- ment est trop faible pour qu'on puisse effectuer un rapide post-traitement catalytique. L'invention a donc eu pour but de trouver un procédé avec lequel on réussisse à réaliser une élimination aussi complète que possible du plomb, même à partir de gaz d'échappement très chauds, ainsi qu'un filtre destiné à sa mise en oeuvre. Ce problème est résolu selon l'invention par un procédé caractérisé en ce qu'on conduit le gaz d'échappe- ment très chaud à travers un filtre en céramique macro- poreuse avec une taille de pores de 2 à 800 micromètres et une taille de paroi de 0,15 à 0,64 mm. Il s'est révélé que lorsqu'on utilise un filtre en céramique poreuse il n'y a pratiquement pas d'empoi- sonnement des catalyseurs intercalés à la suite par le plomb ou par les composés du plomb, ni non plus par d'autres poisons des catalyseurs comme les composés soufrés ou phosphorés sur une longue période. Après une marche continue pendant 100 heures au banc d'essai, un catalyseur sur lequel on a monté un filtre à plomb selon l'invention présente encore un taux de transformation de 80 à 90 % pour les polluants, tandis qu'avec un catalyseur sans filtre à plomb préalablement inséré, on n'a qu'un taux de transformation de 40 à 50 %. Comme matériaux pour le filtre, il faut mentionner les matériaux céramiques comme la sillimanite, la cordiérite, la silice, le corindon, la forstérite, l'arséniate de zirconium, la magnésie, le dioxyde de titane, etc, parmi lesquels on préfère la cordiérite, que l'on peut utiliser également comme supports pour les catalyseurs à cause de leur résistance élevée à la tempé- rature. L'épaisseur de la paroi du filtre ne doit pas être inférieure à 0, 15 mm, étant donné qu'en-dessous de cette épaisseur de paroi la résistance mécanique est trop faible, si bien que des fentes peuvent apparaître dans le filtre à la suite des variations de température et de pression. Lorsqu'on dépasse une épaisseur de paroi de 0,64 mm, on n'a plus d'amélioration essentielle de l'efficacité du filtre, cela accroit simplement la baisse de pression produite par le filtre. On préfère des épaisseurs de paroi de 0,30 à 0,45 mm, étant donné qu'elles unissent une bonne efficacité filtrante à une faible baisse de pression. La taille des pores du filtre doit être com- prise entre 2 et 800 micromètres. Lorsque la taille des pores est inférieure à 2 micromètres, la baisse de pression est trop grande, et lorsqu'on dépasse une taille de pores de 800 micromètres, le degré de séparation du plomb est trop faible. On préfère une taille de pores de 5 à 600 micromètres, car on atteint ainsi un compromis particulièrement favorable entre la taille, le degré de séparation, la stabilité, la solidité mécanique et la baisse de pression. Avec un débit de gaz de 10 m3/min., la baisse de pression ne doit pas dépasser 0,2 bar. Lorsque l'épaisseur de la paroi du filtre est faible il peut être nécessaire d'étayer le filtre vers l'arrière par une structure de support, par exemple métallique. Il est cependant plus intéressant de construire le filtre avec une structure ayant la stabilité nécessaire, par exemple une structure alvéolaire (en nid d'abeille). Pour éviter une grande accumulation de pression avant le filtre il est pratique de maintenir la surface du filtre aussi grande que possible. La mise en place d'une grande surface de filtre sur un faible volume s'effectue selon les procédés connus comme des plissements de la surface du filtre, la présentation du filtre sous forme de jeu de disques filtrants ou-en structure alvéo- laire, etc., les diverses cavités de la structure alvéo- laire étant obturées alternativement d'un côté et de l'au- tre. La fabrication des filtres s'effectue selon les procédés bien connus pour la céramique. Les filtres plissés ou les filtres à structure alvéolaire peuvent être fabriqués par exemple à partir d'une matière en lés que l'on peut fabriquer par exemple selon le brevet pro- visoire allemand n0 22 01 477 (voile de carde en fibre de céramique). Avec le procédé selon l'invention on peut atteindre un très bon degré d'efficacité pour l'élimina- tion du plomb et il est également possible de filtrer des gaz d'échappement même très chauds à des températures (selon la matière filtrante) allant jusqu'à 1400'C. Il devient donc possible de disposer le filtre immédiatement derrière le moteur et, étant donné la haute température du gaz, de faire fonctionner le catalyseur disposé à la suite dans un intervalle de température optimal. Etant donné la très bonne séparation du plomb, il est en outre possible de munir le filtre directement du côté de la sortie du gaz d'un revêtement catalytiquement actif, si bien que le filtre à plomb et le catalyseur sont réunis en un seul corps. REVENDICATIONS 1. Procédé pour éliminer le plomb des gaz d'échappement des moteurs à allumage commandé, au moyen d'une filtration, caractérisé en ce qu'on conduit le gaz d'échappement très chaud à travers un filtre en céramique macroporeuse avec une taille de pores de 2 à 800 micromètres et une taille de paroi de 0,15 à 0,64 mm. 2. Procédé selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la céramique est de la cordiérite. 3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la céramique possède une taille de pores de 5 à 600 micromètres et une épaisseur de paroi de 0,30 mm à 0,45 mm. 4. Procédé selon une ou plusieurs des revendi- cations 1 à 3, caractérisé en ce que le filtre est plissé pour augmenter sa surface. 5. Filtre destiné à la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le filtre est réalisé en céramique macroporeuse ayant une taille de pores de 2 à 800 pm, de préférence de 5 à 600 pm, et une taille de paroi de 0,15 à 0,64 pm, de préférence de 0,30 à 0,45 pm. 6. Filtre selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite céramique est de la cordiérite. 7. Filtre selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'il est plissé pour augmenter sa surface.