Brevet FR2663241A1 — publié le 19911220

PROCEDE ET DISPOSITIF DE PURIFICATION D'AIR L'invention porte sur un procédé de purification d'air contenant des substances organiques indésirables, sous forme de vapeur ou en suspension, selon lequel on met l'air à purifier en contact avec un catalyseur d'oxydation, de façon à provoquer l'oxydation catalytique des substances organiques qu'il contient. L'invention a également pour objet l'application de ce procédé pour purifier l'air dans une enceinte contenant un appareil de cuisson d'aliments au moyen d'un bain d'huile végétale, ainsi que l'application de ce procédé pour purifier l'air dans un local. 1 5 En outre, l'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé et, en particulier, un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé pour purifier l'air dans une enceinte contenant un appareil de cuisson d'aliments au moyen d'un bain d'huile végétale. Le problème technique auquel l'invention apporte une solution est celui de la purification de l'air contenant des substances organiques nauséabondes et éventuellement toxiques, ces substances se trouvant à l'état de vapeur et pouvant être également en suspension dans l'air, sous forme de particules solides ou liquides Plus particulièrement, les substances indésirables dont il s'agit sont, par exemple, des produits de décomposition thermique ou d'oxydation d'huile végétale utilisée pour la cuisson d'aliments. Les procédés actuellement appliqués en vue de résoudre un tel problème ne sont pas pleinement satisfaisants. Parmi ces procédés, certains sont fondés sur l'utilisation de filtres adsorbants contenant des matériaux poreux et/ou ayant une très grande surface spécifique, tels que des charbons activés ou de la silice ou des alumines spécialement préparées De tels filtres ont une durée relativement limitée et ils perdent rapidement leur activité par suite de leur saturation. D'autres procédés, destinés à éliminer les odeurs d'huile de cuisson et de produits d'oxydation et de décomposition thermique d'huile, font appel à l'utilisation de chicanes Celles-ci arrêtent les gouttelettes d'huile en suspension dans l'air, mais elle ne permettent pas de retenir les produits d'oxydation et de décomposition des huiles. D'autres procédés, qui utilisent l'ozone pour l'élimination des odeurs, présentent des inconvénients provenant du fait que l'ozone est lui- même un gaz odorant et qu'il est corrosif et relativement peu efficace En outre, l'ozone utilisé en excès est susceptible de favoriser la dégradation des huiles de cuisson par oxydation. Le brevet français No 84 10777 (publié sous le No 2 567 026) décrit un dispositif pour assainir l'air dans un local par mise en contact de l'air à purifier avec des éléments chauffés présentant une surface poreuse recouverte par un catalyseur d'oxydation Le principe de ce dispositif est apparenté à celui des dispositifs de dépollution des gaz d'échappement des moteurs à combustion des véhicules automobiles. Ce dispositif présente, entre autres, l'inconvénient de ne pas permettre de réaliser une oxydation complète des substances nauséabondes et/ou toxiques dans une atmosphère chargée de produits de décomposition d'huiles de cuisson. Etant donné que, dans un appareil de cuisson à bain d'huile, tel qu'une friteuse, les échanges de matière, par adsorption, entre l'atmosphère gazeuse, au contact du bain d'huile de cuisson, et les aliments sont encore plus efficaces que ceux qui se produisent entre ces aliments et le bain lui-même, il est primordial de pouvoir éliminer de manière pratiquement complète lesdites substances nauséabondes dans cette atmosphère afin d'éviter toute détérioration des propriétés organoleptiques des aliments On a constaté qu'un dispositif du genre de celui qui est décrit dans ledit brevet français ne permet pas d'obtenir un effet de purification suffisant pour résoudre ce problème. D'autre part, un tel dispositif est d'une utilisation peu pratique, notamment en raison du fait que le remplacement des éléments catalytiques implique des frais prohibitifs. Le but de la présente invention est d'éliminer les inconvénients des procédés de l'art antérieur et, notamment, de permettre l'élimination complète des produits de décomposition ou d'oxydation d'huiles de cuisson aussi bien dans une pièce dans laquelle se trouve un appareil de cuisson d'aliments à bain d'huile qu'à l'intérieur même d'une enceinte contenant un tel appareil, en supprimant ainsi toute odeur désagréable dans cette pièce et en améliorant les propriétés organoleptiques des aliments cuits dans cet appareil. A cet effet, le procédé selon l'invention est caractérisé par le fait que ledit catalyseur est sous forme d'un lit de particules à travers lequel on fait circuler l'air à purifier. Le dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé est caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une enceinte contenant au moins un lit de catalyseur sous forme de particules, des moyens pour faire circuler l'air à purifier à travers le lit de catalyseur et des moyens pour porter et maintenir le catalyseur dans un domaine de température dans lequel il est efficace. Avantageusement, les moyens pour porter et maintenir le catalyseur dans un domaine de température o il est efficace, sont constitués par des moyens permettant de chauffer l'air à purifier avant sa mise en contact avec le lit de catalyseur et, conformément à une forme d'exécution particulière, les moyens de chauffage de l'air à purifier comprennent au moins une résistance de chauffage électrique disposée à l'extérieur du lit de catalyseur et en amont de celui-ci, dans une enceinte parcourue par l'air à purifier. Conformément à une autre forme d'exécution du dispositif selon l'invention, les moyens pour porter et maintenir le catalyseur dans un domaine de température o il est efficace, sont constitués par des moyens permettant de chauffer le lit de catalyseur lui-même. Avantageusement, le dispositif comprend, en outre, des moyens pour retenir les particules de substances organiques en suspension dans l'air à purifier, avant la mise en contact de ce dernier avec le catalyseur En particulier, ces moyens de rétention des particules de substances organiques en suspension peuvent avantageusement comprendre un filtre mécanique et/ou un filtre électrostatique. Le dispositif selon l'invention, pour la mise en oeuvre du procédé pour purifier l'air dans une enceinte contenant un appareil de cuisson d'aliments au moyen d'un bain d'huile végétale, est caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour prélever de l'air frais à l'extérieur de l'enceinte et mélanger l'air ainsi prélevé avec l'air à purifier provenant de l'enceinte, avant son passage à travers le lit de catalyseur, et des moyens pour rejeter l'air purifié à l'extérieur de l'enceinte. Ce dispositif peut également comprendre des moyens pour recycler dans l'enceinte une partie de l'air purifié. Comme catalyseur d'oxydation, pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on peut utiliser tout catalyseur approprié, notamment les catalyseurs d'oxydation connus, tels que ceux qui comprennent une phase active constituée par un oxyde de métal à valence variable, en particulier l'oxyde de cobalt Co 304 ou l'oxyde de manganèse Mn 203, un métal noble, en particulier le platine, le rhodium ou le palladium, ou un alliage de tels métaux, un carbure métallique à haute surface spécifique, en particulier un carbure de tungstène WC ou W 2 C ou le carbure de Molybdène Mo 2 C à très haute surface spécifique (p ex, de l'ordre de 1200 m 2/g). La phase active du catalyseur peut être avantageusement déposée sur un support adsorbant en un matériau tel que le charbon actif, l'alumine, la silice, une silice-alumine, ou encore un mélange de telles substances, ou bien être utilisée sans support, sous forme d'une phase active à haute surface spécifique ou encore être dispersée au sein d'un matériau adsorbant tel que les matériaux constitutifs des supports adsorbants susmentionnés. Par exemple, on peut utiliser comme catalyseur d'oxydation l'un des catalyseurs connus sous les dénominations commerciales suivantes: Catalyseur 80980 (FLUKA), Catalyseur F 181 H/D (DEGUSSA), 1 0 Catalyseur ESCAT 28 (ENGELHARD), ces trois catalyseurs comprenant une phase active à base de platine sur support charbon actif; Catalyseur F 272 HG/D (DEGUSSA), Catalyseur 0702 PT 50500020 (ENGELHARD), Catalyseur EC 389 (PRO-CATALYSE), ces trois catalyseurs comprenant une phase active à base de platine sur 1 5 support d'alumine neutre; Catalyseur CK 306 (AKZO), ce catalyseur comprenant une phase active à base de platine sur support d'alumine acide. Selon une forme d'exécution particulièrement avantageuse, le lit de catalyseur est contenu dans une cartouche interchangeable afin de faciliter le remplacement d'un lit usé par un lit frais, s'il y a lieu. Il est à remarquer que, lors de la mise en oeuvre du procédé selon l'invention, le catalyseur est susceptible de remplir, en alternance, deux fonctions distinctes au cours de séquences successives: Lorsque le catalyseur est à une température inférieure au domaine de température dans lequel il est efficace pour réaliser l'oxydation complète des substances organiques en eau et dioxyde de carbone, ces substances sont adsorbées sur le support du catalyseur ou le catalyseur lui-même. Lorsque le catalyseur est porté à une température comprise dans le domaine o il est efficace pour oxyder les substances organiques, il remplit cette fonction et, en outre, il se produit, s'il y a lieu, une régénération du support, ou du catalyseur lui-même, chargé par adsorption de ces substances lors d'une séquence de fonctionnement à température inférieure au domaine d'efficacité catalytique. Ainsi, quelle que soit la température du catalyseur, les substances à éliminer sont constamment retenues dans le catalyseur ou converties en composés inodores et non- toxiques, et il n'y a donc pas de temps mort dans le fonctionnement du catalyseur, contrairement au cas de l'utilisation du dispositif décrit dans le brevet français No 84 01777. On va maintenant décrire plus en détail le dispositif selon l'invention, conformément à des formes d'exécution particulières non-limitatives, illustrées au dessin annexé dans lequel: La fig 1 est une vue schématique, en coupe verticale, d'une première forme d'exécution du dispositif selon l'invention; la fig 2 est une vue schématique, en coupe verticale, d'une deuxième forme d'exécution du dispositif; et la fig 3 est une vue schématique, en coupe verticale, d'une troisième forme d'exécution du dispositif. Le dispositif représenté à la fig 1 comprend une enceinte fermée 1 contenant un appareil de cuisson d'aliments au moyen d'un bain d'huile végétale 2 Cet appareil peut être un appareil connu du type dit "friteuse" dans lequel, selon la forme d'exécution représentée à la fig 1, le bain d'huile 2 est chauffé à la température de cuisson au moyen d'un élément chauffant, tel qu'un élément à résistance électrique, comprenant un serpentin de chauffage 3, immergé dans le bain d'huile 2 Une porte (non-représentée) permet d'introduire dans l'enceinte un panier contenant les aliments à cuire, tels que des pommes de terre ou des filets de poisson, ce panier étant immergé dans le bain d'huile pendant la cuisson des aliments, et de retirer ce panier lorsque la cuisson est terminée L'huile de cuisson peut être constituée par toute huile végétale appropriée, par exemple de l'huile de palme, de l'huile de tournesol, de l'huile d'arachide, de l'huile de soja, ou un mélange de telles huiles. Un lit 4 de catalyseur d'oxydation sous forme de particules est disposé dans un boîtier métallique cylindrique 5 Le boîtier 5 est immergé dans le bain d'huile 2 et entouré par le serpentin de chauffage 3 Ainsi, le lit de catalyseur 4 est porté et maintenu à la température du bain d'huile 2 qui est, par exemple, comprise entre 1 i O 150 et 2000 et qui correspond à un domaine dans lequel le catalyseur est efficace Le boîtier 5 renfermant le lit de catalyseur 4 constitue un réacteur catalytique principal. De l'air renfermant des substances organiques génératrices d'odeurs désagréables, telles que l'acroléine, provenant de la décomposition partielle de l'huile du bain 2, est prélevé à l'intérieur de l'enceinte 1 par au moins un orifice 6 et il est mis en circulation au moyen d'une pompe 7, en passant successivement à travers un filtre mécanique 8, puis un filtre électrostatique 9, dans lesquels les particules liquides ou solides de substance organiques en suspension dans le courant d'air à purifier sont arrêtées, et il passe ensuite dans un conduit 10 qui débouche à la partie inférieure du lit de catalyseur 4. Un conduit d'amenée d'air 18 débouchant dans le corps de la pompe de circulation 7, permet de prélever de l'air frais à l'extérieur de l'enceinte 1 et de le mélanger à l'air à purifier avant le passage de celui-ci dans le conduit 10. Ainsi, le courant d'air à purifier, mélangé avec une certaine quantité d'air frais, passe de bas en haut à travers le lit de catalyseur 4, qui est maintenu à une température à laquelle le catalyseur agit efficacement en oxydant complètement les substances organiques indésirables contenues dans l'air à purifier, en les transformant intégralement en composés inodores et inoffensifs, c'est-à-dire essentiellement en eau et gaz carbonique. L'air purifié est en partie recyclé à l'intérieur de l'enceinte 1, au moyen d'un premier conduit de sortie 11 du boîtier 5, le reste de l'air purifié étant envoyé à l'extérieur de l'enceinte 1, à travers un deuxième conduit de sortie 12, puis un tube horizontal 13, contenant un deuxième lit de catalyseur 14 et entouré d'un manchon chauffant , et sortant finalement par un conduit d'évacuation 16 terminé par un évent 17 Le tube 13, le lit de catalyseur 14 et le manchon chauffant 15, constituent un réacteur auxiliaire permettant d'oxyder les fractions de matières organiques indésirables ayant éventuellement échappé à l'oxydation, ou incomplètement oxydées, dans le réacteur catalytique principal (ce qui peut arriver au cours de certaines phases de fonctionnement du dispositif, notamment lors de sa mise en route). 1 5 On obtient ainsi un double résultat favorable, à savoir, d'une part, la régénération en continu de l'atmosphère à l'intérieur de l'enceinte de cuisson 1, ce qui permet une notable amélioration des propriétés organoleptiques des aliments soumis à la cuisson, et, d'autre part, l'élimination complète de toute émanation nauséabonde et toxique à l'extérieur de l'enceinte 1. Des organes (non-représentés) de commande et de régulation de l'appareil de cuisson et du dispositif de purification selon l'invention, logés, pour l'essentiel, dans un compartiment 19 attenant à l'enceinte 1, permettent notamment de régler le chauffage du bain de cuisson 2, le fonctionnement de la pompe de circulation 7 et du filtre électrostatique 9, ainsi que l'ouverture et la fermeture de vannes d'obturation (non- représentées) des conduits de sortie 11 et 12 du réacteur catalytique principal, de même que celles d'une vanne d'obturation (également non- représentée) du conduit 18 d'amenée d'air frais Il est ainsi possible de combiner la commande et la régulation de l'appareil de cuisson avec celles du dispositif de purification de l'air, en réglant notamment les proportions du volume d'air purifié recyclé dans l'enceinte, par rapport à celui du volume d'air purifié évacué à l'extérieur de celle- ci. Le dispositif représenté à la fig 2 est analogue à celui de la fig 1 avec, pour seule différence, le fait que le réacteur catalytique principal constitué par le boîtier 5 contenant le lit de catalyseur 4, n'est pas chauffé par immersion dans le bain d'huile 2, mais est disposé à l'extérieur de ce dernier et est muni de son propre moyen de chauffage direct du lit de catalyseur, à savoir un manchon chauffant 20 Un élément 3 ' sert uniquement au chauffage du bain d'huile 2. 1 i O Le dispositif représenté à la fig 3 est, lui aussi, analogue à celui de la fig 1, tout en présentant, par rapport à celui-ci, la même différence que celle qui vient d'être mentionnée dans le cas du dispositif de la fig 2, à savoir le fait que le réacteur catalytique principal est également muni de son propre moyen de chauffage distinct de l'élément chauffant 3 ' du bain d'huile. Plus précisément, dans le dispositif de la fig 3, le réacteur catalytique principal est constitué par un compartiment cylindrique ' disposé verticalement à l'intérieur de l'enceinte de cuisson 1, mais à l'extérieur de bain d'huile 2, et dont l'intérieur est divisé en deux parties à savoir une partie inférieure contenant le lit de catlyseur 4, et une partie supérieure dans laquelle est disposé un élément chauffant 21, constitué, par exemple, par une résistance électrique. L'air à purifier est introduit par un conduit 10 ' débouchant à l'extrémité supérieure du compartiment 5 ' et il entre donc en contact avec l'élément chauffant 21 avant de traverser, de haut en bas, le lit de catalyseur 4. Le chauffage du lit de catalyseur 4 est donc effectué grâce à la chaleur apportée par le courant d'air à purifier Avantageusement, la partie supérieure du compartiment 5 ', dans laquelle est placé l'élément chauffant 21, est garnie d'un remplissage, tel qu'un treillis à grosses mailles en un matériau ayant une conductivité thermique élevée, par exemple un métal comme le cuivre nickelé, ou encore d'un remplissage par des billes ou des anneaux de Raschig en un tel 1 O matériau, afin d'améliorer la répartition de la chaleur dans le courant d'air à purifier avant sa mise en contact avec le catalyseur. Un conduit de sortie 10 " sortant de l'extrémité inférieure du réacteur catalytique principal permet de recycler, dans l'enceinte 1, une partie de l'air purifié, en passant à travers un compartiment de refroidissement 22 du type "caloduc" connu en soi (compartiment garni de tubes 25 qui renferment un fluide tel que le méthanol, une partie de la longueur de chaque tube étant placée dans le courant de gaz à refroidir, en l'occurrence l'air purifié chaud sortant du réacteur catalytique, alors que le reste du tube est placé dans un courant de liquide ou de gaz froid). Comme représenté à la fig 3, le refroidissement des tubes du compartiment de refroidissement 22 est assuré par un courant d'air prélevé à l'extérieur de l'enceinte 1 (par un orifice non-représenté) mis en circulation par des ailettes d'une turbine 23 coaxiale avec la turbine d'entraînement 24 du courant d'air à purifier. L'air purifié et refroidi, recyclé dans l'enceinte 1, sort du compartiment de refroidissement 22 par un orifice 26. Un conduit d'évacuation 10 "' permet d'évacuer, par un évent 17 ', la fraction éventuelle de l'air purifié dans le réacteur catalytique principal non-recyclée dans l'enceinte 1, en passant à travers un réacteur secondaire (non-représenté) analogue à celui du dispositif de la fig 1. Il est à noter que l'on pourrait apporter des modifications aux formes d'exécution particulières qui viennent d'être décrites, sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, dans le cas des formes d'exécution illustrées aux figures 2 et 3, les réacteurs principaux respectifs 5 et 5 ', ainsi que les réacteurs secondaires pourraient être placés à l'extérieur de l'enceinte 1. Exemple: On utilise un dispositif de purification d'air correspondant à la forme d'exécution représentée à la fig 3 pour traiter l'atmosphère à l'intérieur d'une enceinte contenant un bain d'huile végétale faisant partie d'une friteuse du type professionnel. Le catalyseur d'oxydation utilisé est celui qui est commercialisé sous la dénomination DEOXO 0702 PT 5050 0020 (fabriqué par la société ENGELHARD) Il est constitué par une phase active à base de platine sur support d'alumine neutre, la teneur en platine étant de 0,5 % en poids, et il se présente sous forme de bâtonnets cylindriques ayant un diamètre de 3 mm et une longueur de 4 mm Le lit de catalyseur 4 contenu dans le compartiment 5 ' a un diamètre de 54 mm et une hauteur de 47 mm et sa masse totale est d'environ 70 g. La résistance de chauffage 21 a une puissance de 750 Watts et elle est noyée dans un garnissage de treillis en acier inoxydable du type connu sous la dénomination "Tiss-metal Multichnit" (fabriqué par la société MULTICHNIT) Un capteur de température (non-représenté à la fig 3), placé dans la partie supérieure du compartiment 5 ' au voisinage de la résistance électrique 21, permet de régler à 10 C près la température du courant d'air sortant du réacteur catalytique. En régime continu, le débit d'air traversant ce réacteur est de 44 I/min (litres par minute) et sa température à la sortie du réacteur catalytique est de 2750 C. L'huile végétale du bain de cuisson 2 est constituée par un mélange d'huiles de palme, de tournesol, d'arachide et de soja, en proportions respectives de 35:35; 15 et 15 parties en poids L'huile de cuisson étant maintenue à une température constante de 1700 C, on effectue une série d'opérations de friture de pommes de terre en procédant de la manière usuelle. On a effectué une série d'opérations de friture, d'une durée totale de heures, en évacuant à l'extérieur de l'enceinte environ 85 % du volume d'air purifié et en y recyclant 15 % de ce volume, tout en amenant dans le courant d'air une quantité d'air frais suffisante, pour compenser l'air évacué, et on a constaté l'absence complète d'odeur désagréable dans la pièce contenant l'appareil, ainsi que l'obtention d'excellentes propriétés organoleptiques des frites. a a REVENDICATIONS 1 Procédé de purification d'air contenant des substances organiques indésirables, sous forme de vapeur ou en suspension, selon lequel on met l'air à purifier en contact avec un catalyseur d'oxydation, de façon à provoquer l'oxydation catalytique des substances organiques qu'il contient, caractérisé par le fait que ledit catalyseur est sous forme d'un lit de particules à travers lequel on fait circuler l'air à purifier. 2 Application du procédé selon la revendication 1, pour purifier l'air dans une enceinte contenant un appareil de cuisson d'aliments au moyen d'un bain d'huile végétale. 3 Application du procédé selon la revendication 1, pour purifier l'air dans un local. 4 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins une enceinte contenant au moins un lit de catalyseur sous forme de particules, des moyens pour faire circuler l'air à purifier à travers le lit de catalyseur et des moyens pour porter et maintenir le catalyseur dans un domaine de température dans lequel il est efficace. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le lit de catalyseur est contenu dans une cartouche interchangeable. 6 Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens pour porter et maintenir le catalyseur dans un domaine de température, o il est efficace, sont constitués par des moyens permettant de chauffer l'air à purifier avant sa mise en contact avec le lit de catalyseur. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que lesdits moyens de chauffage de l'air à purifier comprennent au moins une résistance de chauffage électrique, disposée à l'extérieur du lit de catalyseur et en amont de celui-ci, dans une enceinte parcourue par l'air à purifier. 8 Dispositif selon la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé par le fait que les moyens pour porter et maintenir le catalyseur dans un domaine de température, o il est efficace, sont constitués par des moyens permettant de chauffer le lit de catalyseur lui-même. 9 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour retenir les particules de substances organiques en suspension dans l'air à purifier, avant la mise en contact de ce dernier avec le catalyseur. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé par le fait que lesdits moyens de rétention des particules de substances organiques en suspension comprennent un filtre mécanique et/ou un filtre électrostatique. 11 Dispositif selon l'une des revendications 4 à 10, pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, pour purifier l'air dans une enceinte contenant un appareil de cuisson d'aliments au moyen d'un bain d'huile végétale, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour prélever de l'air frais à l'extérieur de l'enceinte et mélanger l'air ainsi prélevé avec l'air à purifier provenant de l'enceinte, avant son passage à travers le lit de catalyseur, et des moyens pour rejeter l'air purifié à l'extérieur de l'enceinte. 12 Dispositif selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour recycler dans ladite enceinte une partie de l'air purifié.