BE882636R - Procede de traitement catalytique des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne a deux temps - Google Patents

Procede de traitement catalytique des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne a deux temps

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BE882636R
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Engelhard Min & Chem
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Description


  Procédé de traitement catalytique des gaz d'échappement d'un

  
moteur à combustion interne a deux temps.

  
La présente invention concerne des procédés et appareils se prêtant à l'oxydation de gaz contenant des particules solides au moyen de catalyseurs du type monolithique

  
 <EMI ID=1.1> 

  
dans les gaz traités.

  
L'invention a pour objet un système catalytique comprenant au moins deux segments monolithiques dont le premier segment comprend des passages de gaz dont la section est sensiblement supérieure à celle des passages du segment d'aval. Le système se prête bien à l'oxydation catalytique de gaz qui contiennent des particules et comprennent des constituants oxydables, par exemple un ou plusieurs hydrocarbures ou leurs produits d'oxydation intermédiaires tels que le monoxyde de carbone ou des composés organiques oxygénés.

  
Aux fins de l'invention, par "particules", il convient d'entendre tant des gouttelettes liquides ou aérosols que des particules solides, de même que des mélanges de particules solides et liquides et par "particulaire" l'état de division des liquides et solides. Dans les gaz d'échappement

  
des moteurs à combustion interne, les particules liquides peuvent être formées par du combustible liquide non brûlé

  
ou partiellement brûlé et/ou par de l'huile lubrifiante pénétrant dans le courant des gaz d'échappement. Les particules solides peuvent provenir du processus de combustion

  
ou de l'intérieur du moteur et/ou du système d'échappement. Les solides peuvent provenir également du catalyseur luimême en raison de la carbonisation des particules liquides venant au contact du catalyseur. Sauf évidence contraire, par solides ou particules solides, il convient donc d'entendre également les particules liquides. Les particules

  
du gaz admis peuvent être d'un calibre tel qu'elles tendent

  
à colmater les passages de gaz les plus fins du catalyseur d'aval, en particulier lorsqu'elles sont solides, sauf que

  
le contact avec le premier catalyseur monolithique plus grossier sert à diminuer le calibre des particules.

  
Les gaz traités peuvent contenir une quantité suffisante

  
de constituants oxydables pour que le système catalytique serve de source d'énergie primaire, ou bien les constituants oxydables peuvent être contenus en quantités plus faibles dans les gaz, comme dans le cas des gaz d'échappement qui pourraient polluer l'atmosphère, le système catalytique convenant alors comme épurateur de gaz. Dans le dernier cas, les gaz admis peuvent être, par exemple, les gaz d'échappement à concentrations relativement élevées en monoxyde de carbone et hydrocarbures qui sont épurés catalytiquement pour atténuer la pollution atmosphérique. Le segment catalytique monolithique d'amont dans lequel

  
les passages de gaz sont les plus gros peut recevoir et traiter les gaz contenant des particules solides sans subir d'effets défavorables tels qu'un colmatage. Les particules peuvent être brûlées au moins partiellement ou rendues mécaniquement plus fines en conséquence du traitement dans le catalyseur monolithique d'amont et se prêtent alors mieux à la poursuite du traitement dans le catalyseur monolithique d'aval sans effets défavorables exagérés sur celui-ci. De plus, lorsqu'il est désirable de limiter l'importance de la combustion et donc de l'élévation de température dans le système catalytique, les passages plus gros réduisent la surface spécifique accessible dans le premier segment, de sorte que celui-ci fait progresser la combustion quelque peu moins et fonctionne donc à une température relativement plus basse.

   Un refroidissement intermédiaire est applicable pour faire baisser la température au second stade.

  
Suivant un aspect, l'invention concerne des procédés et appareils catalytiques se prêtant à l'épuration

  
de gaz tels que les gaz d'échappement de moteurs à combustion interne ou d'autres gaz usés en vue d'une réduction de la pollution atmosphérique. Dans une forme de réalisation plus particulière, l'invention concerne l'épuration des gaz et spécialement des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne à deux temps qui ont des concentrations rela-tivement élevées en hydrocarbures et en monoxyde de carbone.

  
Les combustibles tels que le gaz naturel,de même que les gaz d'échappement oxydables des véhicules automobiles ordinaires,sont en général relativement exempts de particules, au moins de dimension sensible, qui comprennent des constituants oxydables. Néanmoins, les combustibles peuvent/également provenir d'une autre source donnant naissance à différentes quantités de particules gênantes dispersées dans les gaz. Une séparation adéquate de ces particules avant l'oxydation des gaz peut être économiquement ou techniquement impossible, mais ces particules peuvent nuire gravement aux systèmes d'oxydation catalytique.

   Ces derniers, spécialement lorsqu'ils comprennent un métal du groupe du platine comme constituant favorisant l'oxydation, manifestent une activité catalytique efficace et durable et sont avantageusement agencés dans une position essentiellement fixe par rapport aux gaz qui sont oxydés

  
au contact du catalyseur. Il est fréquent que ces catalyseurs soient utilisés longtemps, sans remplacement ni régénération, du fait qu'ils ont subi un traitement évitant

  
 <EMI ID=2.1> 

  
conviennent particulièrement bien sont ceux présentés sous forme de corps monolithiques comportant un nombre élevé de passages de gaz relativement fins traversant le corps catalytique. Cette configuration expose une surface spécifique relativement importante pour un volume déterminé

  
et procure donc une grande surface sur laquelle la composition catalytique peut être répartie en vue d'une amélioration de la capacité du catalyseur à traiter une plus grande quantité de gaz par unité de temps. De plus, les passages de gaz induisent une perte de charge relativement plus faible que celle induite, par exemple, par un lit serré de particules catalytiques.

  
Il convient de noter que dans les catalyseurs monolithiques, la surface spécifique de contact et l'efficacité du système d'oxydation augmentent à mesure que les passages de gaz sont plus fins et que leur nombre augmente par unité de surface de la section. Toutefois, à mesure que les passages de gaz deviennent plus fins, ils sont plus sensibles à des inconvénients tels que le colmatage par des constituants du gaz admis ou par des produits d'oxydation. Ces difficultés peuvent s'accroître si les gaz admis comprennent des constituants qui accentuent le colmatage du catalyseur monolithique. De tels gaz particulièrement gênants sont ceux contenant des particules solides dispersées qui, malgré leurs dimensions relativement faibles ou leur légèreté permettant leur entraînement, ne peuvent

  
être extraites des gaz sans inconvénients techniques ou économiques. Ces particules peuvent avoir une dimension suffisante pour tendre à colmater les passages de gaz dans les catalyseurs monolithiques qui oxydent les gaz et ainsi à augmenter la perte de charge et faire baisser la surface spécifique offerte au contact avec les gaz. Ces inconvénients sont graves parce que l'une des raisons qu'il

  
y a d'utiliser un catalyseur monolithique tient aux avantages offerts par la grande surface spécifique et la faible perte de charge. Suivant l'invention, on évite les inconvénients dus au colmatage en utilisant, en succession, des catalyseurs monolithiques dont le premier comporte des passages de gaz relativement gros évitant le colmatage et réduisant simultanément la dimension des particules solides et/ou liquides à la faveur de la réaction chimique, comme l'oxydation, et/ou de l'attrition mécanique. Par conséquent, les avantages offerts par la grande surface géométrique du catalyseur monolithique et donc par sa grande efficacité subsistent lors de l'utilisation d'un catalyseur monolithique d'aval dans lequel les passages de gaz sont plus fins.

  
Le traitement catalytique des gaz d'échappement de différentes origines, par exemple de moteurs à combustion interne, peut être difficile également du fait que le catalyseur peut atteindre des températures trop élevées qui lui

  
sont nuisibles à cause de la température élevée des gaz d'échappement qui sont traités et des réactions exothermiques

  
qui ont lieu. Ces difficultés s'accentuent lorsque les gaz d'échappement ont une concentration relativement élevée en monoxyde de carbone et en hydrocarbures en présence d'oxygène moléculaire. 

  
Les moteurs à combustion* interne émettent des gaz de différentes natures qui contiennent souvent des composés nuisibles qui pollueraient l'atmosphère en s'y répandant. La réduction au minimum de ces agents qui polluent l'atmosphère a retenu l'attention depuis de nombreuses années et il est devenu de plus en plus important de mettre au point des dispositifs permettant de réduire les dégagements d'agents polluants. Certains modes de fonctionnement des moteurs conduisant à des dégagements de quantités relativement importantes d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone rendent spécialement difficile d'abaisser efficacement les dégagements de ces agents qui polluent l'atmosphère.

   Des exemples de moteurs à combustion interne qui débitent normalement de grandes quantités d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone sont les moteurs à deux temps qui actionnent fréquemment les motocycles, les traîneaux automobiles, les scies à chaîne et

  
 <EMI ID=3.1> 

  
gaz peuvent également comprendre des particules solides et/ou liquides qui peuvent tendre à colmater les petits passages de gaz dans les catalyseurs monolithiques et tel peut être le cas des gaz d'échappement des moteurs à essence et moteurs diesel.

  
On estime que les gaz d'échappement des motocycles représentent à peu près 0,9% de l'ensemble des hydrocarbures

  
et 0,6 % de l'ensemble du monoxyde de carbone répandus par les moteurs annuellement aux Etats-Unis d'Amérique. Toutefois, en raison de l'utilisation saisonnière

  
des motocycles et de leur plus grande fréquence dans les grandes villes, l'effet de leurs gaz d'échappement

  
sur la qualité de l'air dans certaines régions et à certains moments de l'année peut être sensiblement plus important. Par exemple, un moteur à deux temps de motocycle peut fréquemment dégager environ 6,2 à 11,2 g d'hydrocarbures et environ

  
 <EMI ID=4.1> 

  
gements d'hydrocarbures et de monoxyde de carbone de ces moteurs peuvent même représenter 10 à 20 fois ceux d'automobiles ordinaires équipées d'un échappement catalytique. Les gaz d'échappement d'un moteur à deux temps :,de motocycle fonctionnant avec un rapport air: combustible de 12,8:1 peuvent comprendre, en volume, environ 5% de monoxyde 'de carbone, 1,7% d'hydrogène
(qu'on estime au tiers de la quantité de monoxyde de carbone), 3% d'oxygène et 2.000 ppm d'hydrocarbures et peuvent se trouver

  
 <EMI ID=5.1> 

  
Des techniques de traitement des constituants indésirables des gaz d'échapement sont connues, mais leur application

  
au traitement des gaz contenant des quantités relativement importantes de monoxyde de carbone et d'hydrocarbures reste difficile. De plus, les gaz d'échappement, par exemple des moteurs à deux temps et des moteurs diesel, peuvent contenir de la fumée,qui peut être formée par des particules de noir de carbone, de l'aérosol blanc ou de la cendre d'huile lorsqu'un lubrifiant ou un autre constituant huileux dont le point d'ébullition est supérieur à celui de l'essence est consommé avec celle-ci ou comme combustible. L'aérosol blanc ou fumée blanche pourrait

  
se déposer sur le catalyseur et, avec les particules de noir

  
de carbone, le colmater. La cendre d'huile pourrait aussi

  
colmater le catalyseur et contribuer à l'empoisonner. La tendance des moteurs deux temps à former des dépôts est fréquemment observable après une certaine durée de service. Non

  
seulement le colmatage du système d'échappement peut nuire au

  
bon fonctionnement du moteur et du catalyseur, mais de plus

  
la perte de charge peut s'accentuer et accroître la production d'agents polluants dans le moteur.

  
La présence de quantités relativement importantes de monoxyde de.carbone et d'hydrocarbures dans les gaz d'échappement normaux, notamment des moteurs, peut exercer une sollicitation thermique importante sur les systèmes pour l'épuration

  
oxydante des gaz d'échappement. Par exemple, l'élévation de température adiabatique pendant la combustion catalytique de

  
1% en volume de monoxyde de carbone dans les gaz d'échappement

  
est fréquemment d'environ 85 à 90[deg.]C. La concentration en monoxyde de carbone dans les gaz d'échappement d'un moteur à deux temps

  
 <EMI ID=6.1> 

  
de combustion fonctionnent souvent avec un mélange riche, de sorte que leurs gaz d'échappement contiennent en général davantage d'hydrocarbures, par exemple jusqu'à environ 1% en volume sinon plus. De plus, les moteurs peuvent avoir des ratés d'allumage, auquel cas ils émettent des quantités sensibles d'oxygène et  d'hydrocarbures, la concentration en ces derniers dans les gaz d'échappement pouvant atteindre environ 2% ou davantage. Des hydrocarbures et de l'oxygène sont également contenus dans les gaz d'échappement lors du balayage des cylindres au cours duquel une partie de l'air et du mélange de combustible et d&#65533;huile lubrifiante passe de la soupape d'admission à la soupape d'échappement sans combustion sensible- L'élévation de température  adiabatique pendant la combustion catalytique de 1.000 ppm

  
 <EMI ID=7.1> 

  
100[deg.]C. De plus, lorsque la consommation de combustible est élevée, par exemple lorsque le moteur fonctionne sous charge importante et/ou à grande vitesse, le volume des gaz d'échappement à

  
traiter peut faire monter la température du catalyseur, par exemple à cause de la capacité de refroidissement naturellement limitée du catalyseur. Par conséquent, la contrainte thermique que subissent les catalyseurs épurant les gaz d'échappement des moteurs à deux temps peut être importante, surtout lorsque

  
la consommation de combustible est élevée et que le mcteur a des ratés d'allumage complets ou partiels-et pourrait théoriquement excéder la température supérieure de bon fonctionnement du catalyseur dont le support pourrait même fondre.

  
Les gaz d'échappement d'un cylindre de moteur à combustion interne sont émis par pulsations, en l'occurrence pen-

  
 <EMI ID=8.1> 

  
prennent généralement un système d'échappement distinct pour chacun de leurs cylindres- Par conséquent, l'écoulement pulsé est généralement plus accentué que lorsque les gaz d'échappement sont combinés comme dans un moteur d'automobile à plusieurs cylindres. Cet écoulement pulsé peut avoir un effet défavorable sur la monture d'un catalyseur d'épuration et peut même soumettre celui-ci à des contraintes. De plus, les moteurs à deux temps tendent généralement à l'inversion temporaire de la direction d'écoulement des gaz d'échappement. Par conséquent, les gaz d'échappement ayant subi la combustion catalytique peuvent être aspirés à nouveau dans le catalyseur, accentuant ainsi l'effet de pulsation et la contrainte thermique du catalyseur.

  
 <EMI ID=9.1> 

  
un appareil catalytique et un procédé de traitement des gaz d'échappement au moyen de plusieurs éléments catalytiques dis- <EMI ID=10.1> 

  
est catalytiquement plus actif que le groupe d'éléments catalytiques le précédant et des zones de refroidissement sont interposées entre les groupes d'éléments catalytiques. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.440.817 décrit un système de traitement catalytique des gaz d'échappement, suivant lequel un corps catalytique assez petit est monté à proximité étroite du moteur et un corps catalytique assez gros est logé plus à l'aval du premier. Une conduite de dérivation à débit-réglable est prévue à l'amont du premier corps catalytique pour qu'une fraction suffisante des gaz d'échappement contourne ce premier corps catalytique afin que celui-ci n'atteigne pas des températures dangereusement élevées.

  
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.785.781 décrit un système catalytique monolithique pour la conversion des

  
 <EMI ID=11.1> 

  
au contact des gaz comporte des passages de gaz relativement fins et est suivi d'un, corps monolithique dont les passages de gaz sont plus gros. Ce motif se répète et la fonction du corps catalytique d'aval,dont les passages sont relativement plus gros, est d'établir des conditions favorables pour l'écoulement du gaz, par exemple par turbulence, afin de favoriser le traitement des gaz dans les passages de gaz relativement fins. Aucune indication n'est donnée à propos de gaz contenant des particules d'une dimension telle qu'elles puissent colmater les passages de gaz relativement fins du premier corps catalytique et la difficulté n'est pas envisagée pour le système de ce brevet.

  
Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.896.616 décrit un procédé et un appareil de traitement des gaz d'échappement contenant du monoxyde de carbone, des hydrocarbures et des oxydes d'azote, à l'aide d'un premier convertisseur cataly- <EMI ID=12.1> 

  
fonctionne en milieu oxydant au démarrage pour le chauffage

  
du second convertisseur catalytique. Ensuite, le premier convertisseur catalytique fonctionne en milieu réducteur en raison d'un apport de combustible aux gaz d'échappement entrant dans le premier convertisseur catalytique en vue de la réduction des oxydes d'azote , tandis que le second convertisseur catalytique. oxyde les constituants combustibles contenus dans les gaz d'échappement. Ces brevets offrent ainsi l'illustration de systèmes de traitement catalytique des .gaz d'échappement dans deux lits catalytiques ou davantage. 

  
L'invention a pour objet des procédés et appareils catalytiques pour l'oxydation de gaz contenant des particules solides, par exemple les gaz décrits ci-dessus et spécialement les gaz servant de sources d'énergie primaires et les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. Les gaz oxydables subissent un traitement catalytique en présence d'oxygène moléculaire à l'aide d'un catalyseur monolithique d'oxydation approprié,dont le premier segment catalytique comporte

  
des passages de gaz suffisamment gros pour le traitement des

  
gaz admis sans colmatage gênant des passages et dont un second segment catalytique monolithique d'aval comporte des passages

  
de gaz plus fins qui pourraient être colmatés par les parti- 

  
cules des gaz admis si le premier corps monolithique n'existait pas. Le premier corps catalytique sert apparemment à faire baisser la dimension des particules soit par conversion chimique, soit par effet mécanique et cela dans une mesure suffisante pour que les particules n'aient pas de pouvoir de colmatage ni d'autres effets défavorables sur le corps monolithique dont les passages de gaz sont plus fins. L'invention

  
est applicable aussi sans que soient atteintes des températures exagérément élevées qui pourraient être nuisibles pour le cata-lyseur dans un grand intervalle de débits volumiques et de conditions de travail de la source des gaz, par exemple le moteur à combustion interne dans le cas du traitement des gaz d'échappement de celui-ci pour la lutte contre la pollution atmosphérique. Les procédés catalytiques de l'invention établissent rapidement les températures convenant pour l'activation du catalyseur après le démarrage du moteur et assurent

  
un ajustement rapide aux modifications des conditions de service de la source de gaz. De plus, l'invention fait baisser la teneur en constituants nuisibles des gaz sans effets défavorables exagérés sur le fonctionnement de la source, par exemple le moteur à combustion interne, par exemple à cause d'une contre-pression trop élevée ou pour une autre raison.

  
Les procédés et appareils de l'invention conviennent particulièrement pour le traitement des gaz d'échappement des moteurs diesel et moteurs à deux temps alimentés au moins pour partie en essence et qui entretiennent un flux pulsé de gaz d'échappement. Ces gaz d'échappement peuvent contenir des particules de noir de carbone, de l'aérosol blanc, des cendres d'huile, etc. et les ratés d'allumage, de même que le bala&#65533;yage des cylindres peuvent produire des gaz d'échappement contenant de grandes quantités de combustibles non brûlés et d'oxygène.

  
Dans les différents systèmes de l'invention, la face d'admission d'un corps catalytique monolithique d'aval comportant des passages de gaz sensiblement plus fins que ceux du corps catalytique d'amont peut être très proche ou au contact de la face de sortie du corps catalytique d'amont. Le premier corps catalytique, par exemple d'un système de traitement des gaz d'échappement d'un moteur ou de gaz brûlés ayant une autre origine,peut être agencé de façon que les gaz ne subissent aucun traitement catalytique entre leur source et le premier catalyseur conforme à l'invention. Le corps catalytique d'aval se trouve donc, de préférence, dans la même zone de traitement catalytique que le premier corps catalytique. En variante,

  
le corps catalytique d'aval (dont les passages sont fins) peut se trouver dans une zone catalytique distincte de celle contenant le premier corps catalytique (dont les passages sont gros). En outre, dans les différentes formes de réalisation où de l'oxygène existe déjà dans les gaz, il est préférable qu'il n'y ait sensiblement pas d'admission d'oxygène libre, lequel peut se présenter sous forme d'air, dans les gaz avant qu'ils viennent en contact avec le corps catalytique monolithique dont les passages sont les plus gros. En effet, cette addition peut être évitée, par exemple, jusqu'au moment où

  
les gaz quittent la zone contenant le premier corps catalytique dont les passages sont relativement gros et peut même être inutile ou indésirable en un endroit quelconque du système.

  
Suivant une forme de réalisation de l'invention pour éviter la pollution par des constituants de gaz qui contiennent des particules et, par exemple, du monoxyde de carbone

  
et des hydrocarbures, outre de l'oxygène libre, on fait passer ces gaz, de préférence sans apport sensible d'oxygène libre supplémentaire, dans une première zone catalytique contenant un catalyseur d'oxydation monolithique dans lequel l'oxydation est suffisante pour élever la température des gaz, mais insuffisante pour établir des températures qui seraient nuisibles pour le catalyseur. les gaz quittant le premier catalyseur contiennent encore des constituants combustibles, par exemple du monoxyde de carbone et des hydrocarbures,et sont refroidis, puis amenés dans une zone catalytique d'aval contenant un catalyseur d'oxydation monolithique qui poursuit l'oxydation des constituants combustibles restants.

  
Fréquemment, il suffit d'une première zone catalytique ou d'une première zone catalytique et d'une seconde dans les systèmes de l'invention. Toutefois, spécialement pour le traitement des gaz d'échappement relativement riches en monoxyde de carbone et en hydrocarbures, des zones catalytiques supplémentaires, qui contiennent de préférence des catalyseurs monolithiques, peuvent être mises en service pour éviter qu'il soit nécessaire d'achever sensiblement les oxydations et d'élever exagérément la température dans la première zone catalytique tout en assurant appauvrissement global convenable

  
des constituants indésirables des gaz. Les gaz passant aux différentes zones catalytiques d'aval, au cas où il en existe plus d'une,sont de préférence refroidis avant l'admission dans la zone catalytique immédiatement suivante. La déperdition thermique est suffisante pendant le refroidissement du gaz au sortir d'une zone catalytique précédente pour que la combustion dans la zone catalytique suivante n'établisse pas des températures nuisibles pour le catalyseur, mais la température ne peut baisser au point que les gaz contenant des quantités sensibles de constituants combustibles soient refroidis au-dessous de la température d'activation du catalyseur qui doit favoriser l'oxydation de ces constituants combustibles dans la zone catalytique suivante.

  
Suivant un aspect de l'invention, les gaz oxydables contenant des particules, par exemple un combustible primaire ou les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, subissent un traitement catalytique par contact avec un catalyseur sous forme d'au deux corps monolithiques unitaires adjacents successifs. Chacun des corps unitaires comporte plusieurs passages ou canaux ménagés dans un support monobloc et accessibles à l'écoulement des gaz, qui peuvent ainsi parvenir sans entrave de l'entrée à une sortie distincte. Le premier corps catalytique dans le Gens d'écoulement des gaz comporte des passages d'une section suffisamment grande pour faciliter l'entrée de la plupart, sinon de la totalité, des particules telles que les particules de noir de carbone, la fumée blanche, etc..

   Les particules solides, spécialement lorsqu'elles sont suffisamment friables, peuvent perdre en dimension par contact avec le premier corps catalytique monolithique, par exemple avec l'extrémité des parois délimitant les passages de gaz. Cette diminution de dimension facilite la pénétration d'au moins certaines des particules solides dans les passages relativement gros du premier corps catalytique monolithique. Les particules solides et liquides des gaz avancent dans les passages du premier catalyseur monolithique et subissent ainsi une réduction des dimensions et

  
il en est spécialement ainsi des constituants oxydables solides des gaz qui peuvent même être consumés entièrement. De plus, les solides peuvent subir une réduction mécanique de leurs dimensions par contact avec les parois délimitant les passages. En conséquence d'un ou plusieurs des effets ci-dessus, les

  
gaz peuvent traverser de part en part même le catalyseur monolithique comprenant des passages de gaz relativement fins sans que se forment, sur les parois des corps catalytiques, des dé-

  
 <EMI ID=13.1> 

  
gaz et colmater les passages.

  
La combustion dans le premier corps catalytique tend à faire s'échauffer les gaz le traversant et ainsi à réduire la tendance des particules de noir de carbone et de l'aérosol de fumée blanche, notamment, à former des dépôts sur les parois du catalyseur. Les gaz chauffés passent du premier corps catalytique à un second qui lui est adjacent, en aval, et qui peut être en contact physique avec le premier corps catalytique ou s'en trouver séparé, par exemple d'une distance n'ex-

  
 <EMI ID=14.1>  par unité de surface, un plus grand nombre de canaux plus fins que le premier corps catalytique, afin d'exposer davantage de surface active pour favoriser la combustion catalytique des gaz en cours de traitement. D'autres corps catalytiques successifs peuvent être disposés à l'aval ou même à l'amont du corps catalytique d'aval comportant les passages plus fins et peuvent comprendre, par unité de surface en section, un nombre sensiblement identique ou bien plus grand ou plus petit de passages que le corps catalytique d'aval. Ces catalyseurs supplémentaires peuvent se trouver dans la même zone de traitement des gaz ou dans une autre que le premier corps catalytique ou le second.

   La plus grande surface active du corps catalytique d'aval et des autres corps catalytiques éventuels comportant des passages de gaz relativement fins augmente la conversion chimique des gaz par unité de volume. Par conséquent, le volume de catalyseur peut être plus petit que si les passages avaient le même calibre que dans le premier corps catalytique et la contre-pression induite par le catalyseur diminue parce que la formation de dépôts gênants est entravée. Le premier corps catalytique, qui peut être chauffé rapidement jusqu'à sa température d'activité, sert à élever la température des gaz traversant le corps catalytique suivant et à accélérer l'établissement des températures auxquelles l'oxydation catalytique est favorisée dans ce dernier corps catalytique.

   En cours de service, la partie la plus froide du catalyseur est généralement la partie d'amont,où les gaz ont leur premier contact avec le catalyseur. Comme le corps catalytique d'aval comporte des passages de gaz plus fins en un plus grand nombre par unité de surface, les températures atteintes sous l'effet de la combustion exothermique sont suffisamment élevées pour que le rayonnement calorifique atteignant le premier corps catalytique y accentue la combustion catalytique. Le système catalytique comprenant le premier corps catalytique et le corps catalytique d'aval qui diffèrent par le nombre des passages de gaz peut être utilisé dans le procédé de l'invention où au moins deux zones catalytiques sont mises en service ou, dans tout autre procédé catalytique pour Le traitement de gaz des types décrits.

  
Les procédés et appareil de l'invention conviennent particulièrement pour le traitement de gaz contenant, par exemple, au moins environ 2% en volume de monoxyde de carbone et au moins environ 0,05% en volume d'hydrocarbures (à exprimer

  
 <EMI ID=15.1> 

  
gène libre, de l'hydrogène et des diluants inertes, comme l'azote, ainsi que les produits de combustion complète qui sont le dioxyde de carbone et l'eau. De l'oxygène libre est généralement contenu dans les gaz d'échappement des moteurs en raison d'un ou plusieurs ratés d'allumage ou d'une autre combustion incomplète dans le moteur, du processus normal de balayage et de l'alimentation au moyen d'un mélange pauvre, c'est-à-dire d'un mélange de combustible et d'air contenant un excès stoechiométrique d'air. Souvent, les gaz d'échappement des moteurs à deux temps contiennent, en moyenne, sur base volumique, environ 2 à 8% de monoxyde de carbone, environ 1 à 2,7% d'hydrogène, environ 0,05 à 0,8% d'hydrocarbures et environ 0,5 à 5% d'oxygène libre, dans les conditions normales de fonctionnement. Lors d'un raté d'allumage, au démarrage

  
et sous charge importante, les quantités de constituants combustibles dans les gaz d'échappement peuvent être sensiblement plus élevées. Par exemple, après un raté d'allumage, les gaz d'échappement peuvent contenir jusqu'à environ 2% en volume 

  
ou davantage d'hydrocarbures.

  
L'invention est applicable non seulement à la conver-sion des agents polluants des gaz usés, mais également à l'oxydation de différents gaz tant organiques qu'inorganiques contenant des particules solides et/ou liquides gênantes. Ces gaz sont souvent principalement hydrocarbonés et contiennent davantage de constituants oxydants que les gaz brûlés, par exemple au moins environ 5 à 10% en volume et jusqu'à 100%

  
en volume de ces constituants. Parmi ces gaz, il convient de citer principalement, les gaz combustibles formés en majeure partie, par exemple, de méthane ou d'autres hydrocarbures à l'état gazeux au moins lorsqu'ils traversent les catalyseurs de l'invention. Ces combustibles primaires peuvent, au moins en majeure partie, n'avoir subi aucune combustion préalable

  
et sont donc non brûlés. Les systèmes sont applicables, par exemple, comme sources de chaleur rayonnantes, comme moyens de produire de l'énergie cinétique directement ou indirectement, par exemple en système' plus ou moins adiabatique, ou comme appareils de chauffage à convection ou conduction tels que les échangeurs de chaleur et chaudières. Des exemples d'un certain nombre de ces systèmes sont donnés dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.846.979; 3.914.090;
3.928.961 et 3.982.879.

  
Les gaz oxydables utilisés conformément à l'invention contiennent en suspension des particules solides gênantes qui s'y trouvent entraînées. Pour une proportion au moins sensible, ces particules sont suffisamment grosses pour tendre à colmater le catalyseur monolithique d'aval dont les passages de gaz sont plus fins. Pour la plupart, sinon en totalité, ces particules ont une dimension leur permettant d'entrer dans les passages du premier catalyseur monolithique dont les passages de gaz sont relativement gros ou ayant pour effet qu'après le contact avec le premier corps catalytique, les particules soient rompues (surtout si elles sont friables), en particules plus fines qui peuvent alors pénétrer dans les passages.

   Par exemple, bien que les particules du courant gazeux peuvent avoir une dimension de l'ordre du dixième de micron, les gaz d'échappement peuvent également contenir, en un nombre sensible, des particules d'environ
300 à 1.000 microns sinon davantage.

  
Des catalyseurs monolithiques comprenant jusqu'à 64

  
 <EMI ID=16.1> 

  
chappement des automobiles et de tels catalyseurs monolithi-

  
 <EMI ID=17.1> 

  
Des catalyseurs monolithiques,spécialement en métal, comptant
192 passages par cm2 ou davantage pourraient même être fabriqués. Des catalyseurs monolithiques comprenant au moins

  
 <EMI ID=18.1> 

  
les gaz d'échappement des automobiles. La section ouverte

  
 <EMI ID=19.1> 

  
viron 0,00859 cm<2> par passage,dont chacun est un canal carré de 927 microns de côté. La longueur du côté d'un passage de gaz dans un catalyseur monolithique à 64- passages par cm<2> serait d'environ 1.135 microns et dans un catalyseur monoli-

  
 <EMI ID=20.1> 

  
crons. Il est ainsi apparent que lorsque des catalyseurs monolithiques du type décrit sont utilisés pour traiter des gaz contenant des particules, celles-ci peuvent avoir, au moins pour partie, une dimension telle qu'elles ne pénètrent pas dans les passages ou, si elles sont suffisamment abondantes, conduisent à des difficultés de fonctionnement. Le système de l'invention permet d'éviter ces inconvénients.

  
Les particules peuvent être organiques et/ou inorganiques. Au moins la partie organique de certaines des particules solides semble subir une oxydation partielle ou totale dans le premier catalyseur monolithique à gros passages. L'im-portance de cette combustion et/ou de l'attrition mécanique au contact du premier catalyseur suffit pour que les plus grosses particules perdent assez en dimension pour pouvoir pénétrer dans les passages plus fins du catalyseur monolithique d'aval sans provoquer de difficultés de fonctionnement chimique 'ou physique. Il est difficile sinon impossible d'exprimer numériquement cette réduction de dimension parce que les particules peuvent subir une nouvelle réduction de dimension dans le catalyseur monolithique d'aval.

   Par conséquent, les dimensions des particules solides dans les gaz admis et les gaz sortants ne sont pas nécessairement représentatives de la diminution des dimensions dans le premier catalyseur. La quantité des particules relativement grosses des gaz admis qui pourraient sinon susciter des inconvénients dans le catalyseur monolithique d'aval dont les passages sont fins peut être relativement faible tout en provoquant du colmatage et d'autres difficultés, au moins après un long service, lorsque le système catalytique monolithique de l'invention n'est pas utilisé. Pratiquement toute quantité de particules solides d'un calibre suffisant peut provoquer des difficultés si les gaz sont d'abord amenés au catalyseur monolithique dont les passages sont fins.

  
Suivant l'invention, les oxydations qui ont lieu dans une zone catalytique déterminée, indépendamment du fait qu'elle est la première ou une zone d'aval, sont habituellement insuffisantes pour établir des températures qui seraient dangereuses pour le catalyseur. Les températures atteintes dans une zone catalytique dépendent, au moins pour partie, de la température des gaz entrant dans la zone catalytique et de l'élévation de température sous l'effet des combustions qui ont lieu. Les facteurs qui influencent les réactions de combustion et l'élévation de température qui en découle sont notamment la quantité des constituants combustibles dans les gaz, la quantité d'oxygène libre disponible pour la combustion, la vitesse spatiale des gaz dans le catalyseur et le degré d'activité catalytique par unité de surface du catalyseur.

  
Par exemple, les facteurs qui influencent le degré de combustion dans une zone catalytique sont indiqués à titre d'illustration avec référence à la première zone catalytique, mais il est évident que les zones catalytiques d'aval peuvent fonctionner essentiellement suivant le mode propre à l'invention. Par exemple, une condition de fonctionnement du moteur qui peut se présenter est le ralenti au cours duquel le volume des gaz d'échappement est relativement faible. Le débit volumique relativement faible peut permettre un refroidissement sensible des gaz d'échappement avant qu'ils atteignent le catalyseur de la première zone, mais ce refroidissement n'est pas suffisant pour amener le catalyseur au-dessous de la température à laquelle il est actif pour l'oxydation.

   Du fait que la vitesse spatiale dans le catalyseur est plus faible, une fraction importante des constituants combustibles des gaz d'échappement peut réagir, mais comme la quantité de gaz traités est assez faible et que la déperdition thermique du catalyseur est sensible, l'échauffement est insuffisant pour mener à des températures qui nuiraient au catalyseur. Lorsque le régime du moteur est élevé, le débit volumique des gaz d'échappement est beaucoup plus grand qu'au ralenti et le refroidissement entre le moteur et la première zone catalytique est généralement moindre.

   La vitesse spatiale dans le catalyseur est aussi beaucoup plus grande de sorte que ce dernier ne peut induire une combustion proportionnellement plus importante, c'est-à-dire que la quantité de catalyseur est insuffisante pour une combustion complète des constituants combustibles traversant le catalyseur- De plus, le supplément des gaz traversant le catalyseur sans participer aux combustions dans la zone catalytique absorbe la chaleur qui est dégagée par l'oxydation dans cette zone.

  
Dès lors, la température de la première zone catalytique reste inférieure à celles qui nuiraient au catalyseur. Lors d'un raté d'allumage et lors du temps de balayage du cylindre, les concentrations en constituants combustibles et spécialement en hydrocarbures, de même qu'en oxygène, passant dans le catalyseur augmentent, mais du fait que la température des gaz passant dans la zone catalytique est plus basse et que la quantité de catalyseur est insuffisante pour la conversion complète des constituants combustibles, les températures atteintes dans la zone catalytique ne sont pas nuisibles pour le catalyseur.

  
Souvent, les combustions, par exemple dans un moteur

  
à combustion interne, sont effectuées avec un mélange presque stoechiométrique d'air et de combustible en vue d'une combustion théoriquement complète en dioxyde de carbone et en

  
eau, ou avec un mélange riche en combustible. L'absence d'une quantité suffisante d'oxygène libre pour une combustion complète des constituants combustibles des gaz d'échappement

  
peut favoriser le maintien d'un échauffement convenable dans

  
la zone catalytique. Pour améliorer la combustion du monoxyde de carbone et des hydrocarbures des gaz d'échappement ou des autres substances oxydables qui pourraient être utilisées suivant l'invention, des gaz contenant de l'oxygène peuvent être admis dans le système, par exemple après la première zone catalytique. En règle générale, la quantité d'oxygène libre disponible est suffisante pendant le traitement des gaz.conformément à l'invention pour assurer une combustion sensiblement complète, sur base stoechiométrique, des constituants combustibles en dioxyde de carbone et en eau et,avantageusement, la quantité d'oxygène libre en excès sur celle nécessaire pour

  
une combustion stoechiométriquement complète est d'au moins environ 0,6% en volume et plus généralement d'environ 0,6 à 3% en volume ou davantage. Les gaz, après avoir été traités conformément à l'invention, contiennent souvent moins d'environ 0,02 et de préférence moins d'environ 0,005% en volume de monoxyde de carbone et moins d'environ 0,010 et de préférence moins d'environ 0,002% en volume d'hydrocarbures.

  
Du fait qu'un refroidissement sensible des gaz d'échappement au sortir de la zone de combustion a lieu avant qu'ils atteignent le système catalytique de l'invention, spécialement lors du démarrage à froid d'un moteur, le premier catalyseur est, de préférence, agencé assez près de la zone de combustion pour que les gaz de combustion soient suffisamment chauds lorsqu'ils atteignent le premier catalyseur pour que ce dernier, lorsqu'il est froid, soit chauffé rapidement à sa température d'activité catalytique. En règle générale, pour le traitement des gaz de combustion, la première zone catalytique est disposée de façon que les gaz venant au contact du catalyseur se trouvent à une température de plus

  
 <EMI ID=21.1> 

  
les conditions de fonctionnement prévisibles de la zone de combustion. Des moyens supplémentaires permettant d'amener le catalyseur à une température suffisante dans la première zone catalytique pour que son activité soit appropriée, comme un chauffage électrique, ou la mise à feu et la combustion thermique d'un supplément de combustible à l'amont de la première zone catalytique notamment, sont applicables, mais il n'en est généralement pas ainsi parce qu'il en résulterait une trop grande complication du système de traitement des gaz. Lorsqu'il a atteint une température suffisante pour maintenir son activité, le catalyseur de la première zone catalytique favorise l'oxydation des constituants combustibles des gaz

  
en eau et en oxydes de carbone et spécialement en dioxyde de carbone.

  
L'importance de l'oxydation dans la première zone catalytique est insuffisante, dans de nombreuses conditions

  
de service possibles, pour atteindre des températures qui nuiraient au catalyseur. Lorsque le système comprend plus d'une zone catalytique, la première peut servir à favoriser une combustion d'environ 5 à 75% et de préférence d'environ

  
15 à 50% en volume des constituants combustibles, par exemple du monoxyde de carbone, de l'hydrogène et des hydrocarbures notamment, que contiennent les gaz. Une zone catalytique est par définition une partie du système dans laquelle un catalyseur est utilisé pour favoriser l'oxydation d'au moins un constituant du flux gazeux. La zone peut contenir un ou plusieurs corps catalytiques et au cas où elle en contient plus d'un, ceux-ci peuvent être en contact physique mutuel

  
ou se trouver à une certaine distance les uns des autres. Lorsqu'un réactif, par exemple de l'oxygène, un combustible ou une autre substance réactive, doit être ajouté au courant gazeux entre les catalyseurs, le point d'admission définit des zones catalytiques distinctes, à savoir l'une à l'amont et l'autre

  
à l'aval du point d'admission. De même, lorsque le courant gazeux subit une modification notable de température, par

  
 <EMI ID=22.1> 

  
la zone catalytique à l'amont et celle à l'aval de l'endroit

  
où a lieu la différence de température sont considérées comme étant des zones catalytiques différentes, indépendamment du fait que la modification de température, par exemple le refroidissement, résulte d'un échange de chaleur direct ou indirect.

  
L'élévation de température des gaz dans la première zone catalytique en raison de l'oxydation est souvent d'au moins environ 50[deg.]C, mais insuffisante pour établir, dans la pre-mière zone catalytique, des températures qui nuiraient au catalyseur. Souvent, pour le traitement de gaz d'échappement ou gaz usés, l'élévation de température est inférieure à environ 500[deg.]C et est fréquemment, par exemple, de 50 à 300[deg.]C.

  
En règle générale, la température maximale des gaz quittant la première zone catalytique est inférieure à environ .800[deg.]0, par exemple d'environ 400 à 800[deg.]C et de préférence d'environ
450 à 650[deg.]C. Lorsque le système comprend plus d'une zone

  
 <EMI ID=23.1> 

  
catalytique sont inférieures à celles qui pourraient nuire au catalyseur parce que la quantité de catalyseur dans,, la

  
 <EMI ID=24.1> 

  
complète des constituants combustibles des gaz et éventuellement parce que la quantité d'oxygène est insuffisante pour un( telle combustion complète. Avantageusement, le catalyseur de la première zone occupe un volume relativement petit, ce qui facilite son échauffement jusqu'à sa température d'activité lors de la mise en service.

  
Des systèmes catalytiques permettant de brûler les matières oxydables utilisées comme sources d'énergie primaire! sont connus et sont applicables aux fins de l'invention. Des exemples de systèmes de chauffage par rayonnement sont donnés dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.441.359 et
3.191.659- La combustion catalytique en vue d'un échange de chaleur indirect est décrite dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3.914.090 et 3.982.879 et le brevet des EtatsUnis d'Amérique n[deg.] 3.928.961 décrit l'exploitation d'une et de plusieurs zones de combustion catalytique pour oxyder en substance adiabatiquement des combustibles carbonés en vue de

  
 <EMI ID=25.1> 

  
lés avec une quantité stoechiométrique d'air, ont d'habitude une température de flamme adiabatique d'au moins environ  <EMI ID=26.1>  ces derniers systèmes peuvent être normalement d'environ 925 à 1.760[deg.]C et de préférence d'environ 1.100 à l.ô50[deg.]C. Lorsque les gaz alimentant les différents systèmes conformes à l'invention sont des substances oxydables contenant des particules solides, le premier catalyseur venant au contact du gaz dans la première zone catalytique doit être un catalyseur monolithique dont les passages sont relativement gros et le ou les catalyseurs d'aval doivent comprendre un nombre plus important de passages plus fins, comme décrit ci-dessus.

  
Pendant le fonctionnement des différents systèmes de l'invention, la température du catalyseur dans la première zone catalytique est de préférence maintenue à une valeur suffisamment élevée pour que la formation éventuelle de dépôts sur le catalyseur reste négligeable. Par exemple, pour le traitement de gaz d'échappement d'un moteur à deux temps qui contiennent des particules de carbone et de l'aérosol blanc, la température du catalyseur doit être, ,en service, de plus d'environ 300[deg.]C et de préférence de plus d'environ 500[deg.]C pour que la formation des dépôts se réduise jusqu'au minimum. Pendant le fonctionnement du moteur, les gaz d'échappement peuvent venir en écoulement pulsé au contact du catalyseur et des gaz de combustion catalytique chauds peuvent même rentrer dans la première zone catalytique par aspiration.

   Des températures convenables peuvent être entretenus dans la zone catalytique entre les impulsions intermittentes par une combustion catalytique plus complète des constituants combustibles subsistant dans les gaz de combustion chauds qui peuvent rentrer dans le catalyseur par aspiration.

  
Lorsque le système comprend plus d'une zone catalytique, les gaz quittant la première zone catalytique contiennent généralement des constituants combustibles, par exemple du monoxyde de carbone et des hydrocarbures non brûlés, au moins dans la plupart des conditions de service. La quantité relative de constituants non brûlés dans l'effluent de la première zone catalytique peut dépendre du débit volumique des gaz. Par exemple, dans un certain intervalle de conditions de travail, les gaz quittant la première zone catalytique peuvent contenir du monoxyde de carbone et le plus souvent des hydrocarbures,  par exemple au moins environ 0,1 et souvent environ 1 à 4% en volume de monoxyde de carbone et au moins environ 0,02 et plus souvent environ 0,02 à 0,8% en volume d'hydrocarbures.

   Les gaz quittant la première zone catalytique peuvent être refroidis, par exemple, par passage dans une zone de refroidissement qui fait communiquer la première zone catalytique avec une seconde. Ce refroidissement sert à faire baisser la température des

  
gaz au point que la combustion se poursuive dans la seconde

  
zone catalytique sans y établir des températures trop élevées qui pourraient être nuisibles pour le catalyseur qui s'y trouve.

  
Le refroidissement des gaz d'échappement peut être effectué principalement par échange de chaleur indirect avec le milieu extérieur et par rayonnement- Par conséquent,, l'allure et l'importance du refroidissement dépendent du débit des gaz dans la zone de refroidissement, de la température des gaz, des la température du milieu ambiant et de la surface d'échange de la zone de refroidissement. Un refroidissement exercé sur

  
les gaz d'échappement de la première zone catalytique peut être réalisé par mélange avec des gaz plus froids, par exemple de l'air. Une addition d'air permet aussi d'assurer que la quantité d'oxygène libre est suffisante pour une combustion complète du monoxyde de carbone et des hydrocarbures des gaz d'échappement. Avantageusement, l'addition d'air est effectuée entre la première zone catalytique et la seconde. 

  
De façon générale, le refroidissement entre la première. zone catalytique et la seconde n'est pas important au point que le second catalyseur ne se maintienne pas à une température ou au voisinage d'une température suffisante pour l'amorçage et l'entretien de la combustion catalytique. Le refroidissement des gaz entre la première zone catalytique et la seconde est souvent, surtout lorsque la vitesse du moteur est faible, d'au

  
 <EMI ID=27.1> 

  
même d'environ 150 à 350[deg.]0. et les gaz d'échappement entrant dans la seconde zone catalytique sont généralement refroidis jusqu'à une température d'environ 300 à 600[deg.]C et de préférence

  
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catalyseur offre, avec avantage, une surface spécifique et une activité suffisantes pour la réduction désirée de la teneur en différents constituants oxydables des gaz traités dans la plupart des conditions de service prévisibles de la source des gaz. De manière générale, une combustion suffisante des différents constituants combustibles a lieu dans la première zone catalytique et les gaz quittant celle-ci sont suffisamment refroidis pour que la combustion dans la seconde zone catalytique

  
ne mène pas à des températures qui nuiraient au catalyseur, même si les constituants combustibles sont abondants. Lorsque le débit des gaz est faible, le volume des constituants combustibles dans l'effluent de la première zone catalytique peut être plus faible que lorsque le débit des gaz traités est élevé. Ainsi, l'élévation de température des gaz passant par la seconde zone catalytique peut varier beaucoup avec les conditions de fonctionnement du moteur. De manière générale, l'élévation de température des gaz passant dans la seconde zone catalytique

  
 <EMI ID=29.1>  50[deg.]C et pour les gaz brûlés souvent d'environ 25 à 250[deg.]C et

  
de préférence d'environ 50 à 200[deg.]C. Les températures maximales des gaz brûlés dans la seconde zone catalytique sont généralement inférieures à environ 900[deg.]C et souvent d'environ 400 à 900[deg.]C. Le catalyseur de la seconde zone catalytique est de préférence maintenu à une température d'au moins environ 450[deg.]C et de préférence d'au moins environ 550[deg.]C pour réduire au minimum le dépôt de constituants indésirables sur les surfaces catalytiques et pour assurer la combustion catalytique.

  
En conformité avec un aspect de l'invention suivant lequel plus d'une zone catalytique d'aval est mise en service, la seconde zone catalytique contient généralement une quantité de catalyseur insuffisante pour assurer une oxydation tellement importante que la température atteinte puisse nuire au catalyseur. Sous d'autres rapports, comme la' température maximale des gaz des zones catalytiques après la seconde, le fonctionnement est le même que dans le cas où les gaz sont relâchés du système au sortir de la seconde zone catalytique. Cette seconde zone catalytique est de préférence suivie d'une zone de refroidissement dans laquelle les gaz sont refroidis avant d'atteindre le catalyseur d'une zone catalytique ultérieure.

   Ce refroidissement peut être effectué sensiblement comme entre la première zone catalytique et la seconde, mais l'importance du refroidissement peut souvent être quelque peu plus faible, par exemple d'environ 100 à 300[deg.]C, pour faciliter le maintien de la température du catalyseur d'aval à une valeur suffisamment élevée dans les différentes conditions de fonctionnement qui seraient à

  
prévoir de manière à réduire au minimum la formation des dépôts sur les surfaces catalytiques et à maintenir le catalyseur à une température ou au voisinage d'une température à laquelle il est efficace. 

  
Suivant un autre aspect de l'invention , le traitement catalytique des gaz émis par un moteur ou une autre source permet aussi de réduire leur teneur en oxydes d'azote. Les gaz d'échappement contenant des oxydes d'azote ainsi qu'une quantité d'oxygène stoechiométriquement insuffisante pour la combustion complète du monoxyde de carbone et des hydrocarbures peuvent favoriser la réduction des oxydes d'azote dans la première zone catalytique. Le catalyseur utilisé, surtout dans la première zone catalytique, peut avoir de l'activité pour favoriser l'oxydation, de même que la réduction des oxydes d'azote. Les oxydations peuvent apporter la chaleur consommée par les réductions.

   De manière générale, lors du fonctionnement d'une zone de combustion alimentée avec un mélange riche ou quasi-stoechiométrique, la production des oxydes d'azote est relativement minime pendant la combustion dans la zone. Par exemple, un moteur à deux temps peut produire environ 0 à 0,05 g d'oxydes d'azote par kilomètre.

  
Les catalyseurs qui conviennent pour le traitement des gaz conformément à l'invention sont du type monolithique. Ces catalyseurs peuvent comprendre un ou plusieurs constituants métalliques et spécialement un métal du groupe du platine comme promoteur catalytique combiné à un support d'oxyde réfractaire à haute surface spécifique qui peut être déposé sur le squelette monolithique ou le constituer. Suivant la nature des constituants métalliques promoteurs catalytiquement actifs contenus dans les catalyseurs et suivant les conditions d'utilisation, les catalyseurs peuvent favoriser simultanément les oxydations et les réductions. Par conséquent, les catalyseurs permettent de faire progresser l'oxydation des hydrocarbures

  
et du monoxyde de carbone tout en favorisant la réduction des oxydes d'azote en composés moins nuisibles, comme le dioxyde de carbone, l'azote et l'eau. 

  
Le constituant métallique promoteur catalytiquement actif des catalyseurs peut comprendre un ou plusieurs métaux à l'état élémentaire ou combiné, par exemple d'alliage, de sel, d'oxyde, etc. Ces métaux sont généralement des métaux lourds ou de transition des groupes III à VIII et d'un numéro atomique d'au moins environ 45. Ces métaux sont, par exemple, ceux du groupe du fer, comme le nickel et le cobalt, ceux des groupes VB et VIB, comme le vanadium, le chrome, le molybdène et le tungstène, outre le cuivre, le manganèse, le rhénium et leurs combinaisons. Il est hautement préférable que les catalyseurs comprennent un ou plusieurs métaux du groupe du platine. Les métaux utiles du groupe du platine sont, par exemple, le platine, le ruthénium, le palladium et le rhodium, et les mélanges ou alliages de ces métaux, par exemple le platine-palladium

  
ou le platine-rhodium conviennent comme constituants métalliques du groupe du platine pour les catalyseurs.

  
La quantité de métal promoteur est généralement une fraction mineure du catalyseur mixte, sur la base du poids  cumulé du métal promoteur et du support d'oxyde réfractaire à  haute surface spécifique, mais est suffisante pour l'effet de promotion catalytique pendant le service du catalyseur. Ces quantités dépendent de la nature du métal et de l'application envisagée pour le catalyseur mais sont généralement d'au moins environ 0,01%, sur la base du poids cumulé du métal promoteur et du support à haute surface spécifique. Ces quantités peuvent

  
 <EMI ID=30.1> 

  
rence d'environ 1 à 20%. Dans le cas des métaux non précieux, les quantités sont fréquemment d'au moins environ 2%. Dans le cas des métaux du groupe du platine, les quantités n'excèdent pas appréciablement environ 5%, sur.la base du poids du métal promoteur et du support à haute surface spécifique. Par exem-

  
 <EMI ID=31.1>  d'environ 0,05 à 2%. Lorsque le constituant métallique du groupe du platine comprend plus d'un de ces métaux, il peut, par exemple, comprendre une quantité majeure de platine et une quantité mineure d'un ou plusieurs des autres métaux du groupe du platine, comme le palladium, le rhodium et le ruthénium.

  
Par exemple, ce constituant du catalyseur peut comprendre environ 55 à 95% en poids de platine et environ 45 à 5% en poids

  
de palladium ou de rhodium, sur la base de l'ensemble de ces métaux. Les quantités de métaux catalytiquement promoteurs précieux ou non sont exprimées en métaux, indépendamment de

  
la forme sous laquelle ils se présentent.

  
Des catalyseurs qui peuvent être particulièrement utiles dans les systèmes au moyen desquels il est désiré d'effectuer simultanément des oxydations et des réductions, par exemple la réduction des oxydes d'azote pendant l'oxydation du monoxyde de carbone et des hydrocarbures que peut contenir le système de réaction, comprennent un métal du groupe du platine et un ou plusieurs constituants métalliques non précieux à choisir parmi ceux indiqués ci-dessus et en particulier un métal du groupe du fer, comme le nickel, par exemple sous la forme des oxydes comme l'oxyde de nickel.

   La quantité de métal du groupe du platine en présence peut, comme déjà indiqué, être, par exemple,d'environ 0,01 à 4% et de préférence d'environ 0,05 à 1,5 ou 2%, alors que la quantité de métal non précieux est fréquemment beaucoup supérieure à la quantité de métal du groupe du platine, par exemple d'au moins environ 2 à 20%. Ces quantités sont exprimées à nouveau sur la base des poids cumulés de métal promoteur et de support à haute surface spécifique.

  
Les catalyseurs monolithiques peuvent porter en surface un dépôt d'alumine qui les protège contre l'empoisonnement par divers agents, comme le plomb, le zinc, d'autres métaux,

  
le soufre, le phosphore, etc. Souvent, l'alumine appliquée en  <EMI ID=32.1> 

  
promoteur et du. support à haute surface spécifique, cette

  
 <EMI ID=33.1> 

  
d'effet défavorable sur le catalyseur. L'alumine appliqt surface contient de l'alumine catalytiquement active ou i alumine hydratée qui en est le précurseur comme constitua essentiel. Cette alumine active a une surface spécifique vée, par exemple d'au moins environ 2&#65533; m <2> /g et de préférE

  
 <EMI ID=34.1> 

  
que. L'alumine appliquée en surface peut être une alumi:
calcinée ou activée ou une alumine hydratée qui peut êti

  
 <EMI ID=35.1> 

  
températures élevées, par exemple une alumine hydratée : 

  
 <EMI ID=36.1> 

  
 <EMI ID=37.1> 

  
 <EMI ID=38.1> 

  
terres rares tels que l'oxyde de cérium, outre de la si]

  
 <EMI ID=39.1> 

  
des constituant le dépôt superficiel. Plus avantageuse!

  
 <EMI ID=40.1> 

  
des solides. Si d'autres constituants sont ajoutés au  seur après l'alumine appliquée en surface, il est préfé:
qu'ils soient sensiblement exempts de constituants méta:
promoteurs catalytiquement actifs, par exemple de métau groupe du platine et autres promoteurs ayant une activi lytique sensiblement supérieure à celle de l'allmine ap; en surface. 

  
.2

  
 <EMI ID=41.1> 

  
 <EMI ID=42.1> 

  
 <EMI ID=43.1> 

  
res. Ces oxydes sont, par exemple, la silice, et des oxydes 

  
i

  
 <EMI ID=44.1> 

  
 <EMI ID=45.1> 

  
phes ou cristallins, et des combinaisons d'alumine avec de 

  
 <EMI ID=46.1> 

  
etc. De préférence, le support est formé en proportion majeure par de l'alumine et spécialement des alumines Y ou activées, comme l'alumine Y ou ? . Les constituants du support qui se trouvent en mélange avec le constituant métallique promoteur catalytiquement actif dans les catalyseurs de l'invention sont souvent qualifiés de catalytiquement actif s, mais leur activité est faible en comparaison de celle des constituants métalliques promoteurs catalytiquement actifs. Les supports à haute surface spécifique constituent la fraction majeure, sur la base du poids cumulé du support et du métal promoteur catalytiquement actif, et la surface spécifique du support est habituellement d'au

  
 <EMI ID=47.1> 

  
telle qu'elle est déterminée suivant Brunauer, Emmett et Teller.

  
Les corps catalytiques de l'invention comprennent un véhicule monolithique qui peut être catalytiquement assez inerte en comparaison du support à haute surface spécifique éventuellement appliqué par-dessus. Lorsqu'il en est ainsi, le véhicule a généralement une surface spécifique beaucoup plus faible que celle de ce support qu'il porte. Ainsi, le véhicule peut avoir une surface spécifique totale de moins d'environ 5 à

  
10 m<2>/g et souvent de moins d'environ 1 m<2>/g, telle qu'elle

  
peut se déterminer suivant Brunauer, Emmett et Teller. La matière éventuellement présente comme support à haute surface spécifique est généralement répartie en revêtement sur la majeure partie ou l'ensemble de la surface des passages de gaz du véhicule et habituellement est contenue dans les catalyseurs en quantité mineure par rapport au poids du véhicule relativement inerte, par exemple d'environ 5 à 25% et de préférence

  
 <EMI ID=48.1> 

  
Les véhicules monolithiques des catalyseurs de l'invention peuvent être faits d'une ou plusieurs matières diverses, mais sont de préférence formés principalement d'un ou plusieurs oxydes réfractaires ou d'autres matières céramiques ou. métalliques. Les véhicules préférés sont formés de cordiérite, de cordiérite et d'alumine-a, de nitrure de silicium, de mullite au zircon, de spodumène, d'alumine avec de la silice et de la magnésie ou de silicate de zirconium. Des exemples d'autres matières céramiques réfractaires pouvant remplacer les matières préférées dans le véhicule sont la sillimanite, les silicates de magnésium, le zircon, la pétalite, l'alumine-a et les aluminosilicates. Les métaux qui peuvent être utilisés sont, de manière générale, les aciers qui résistent à l'oxydation et à la chaleur.

   Par exemple, différents métaux vendus sous les noms de Kanthal et de Fecralloy, présentés sous forme de tôles ondulées,permettent de confectionner les véhicules métalliques sous forme de rouleaux tubulaires. Bien que le véhicule puisse être fait de céramique vitrifiée, il n'en est de préférence pas ainsi et il peut être en substance entièrement à l'état cristallin et se caractériser par l'absence de toute quantité sensible de phases vitreuses ou amorphes, par exemple du type existant dans les porcelaines. De plus, le véhicule peut avoir une porosité accessible considérable, au contraire des porcelaines sensiblement non poreuses utilisées en électricité, par exemple dans les bougies d'allumage qui ont une porosité accessible relativement faible. Par conséquent, le véhicule peut avoir un volume des pores d'au moins  <EMI ID=49.1> 

  
monolithique peut avoir une surface spécifique excédant environ 10 m<2>/g et, dans ce cas particulier, les métaux promoteurs catalytiquement actifs peuvent être déposés sur le véhicule sans support à haute surface spécifique, bien que ce dernier puisse être présent aussi.

  
Les véhicules monolithiques des catalyseurs de l'invention sont du genre comportant un certain nombre de passages ménagés dans un corps -unique. Ces passages sont accessibles

  
 <EMI ID=50.1> 

  
sage des gaz de l'entrée jusqu'à la sortie, de sorte que ces passages ne sont pas simplement des pores superficiels. Ces passages ont, de manière générale, des dimensions relativement importante en comparaison de celles des pores superficiels, de sorte que les fluides s'écoulant par les passages ne subissent pas de perte de charge excessive: Les véhicules monolithiques sont des corps cohérents macroscopiques dont la section transversale minimale, mesurée perpendiculairement au sens d'écoulement des gaz, est, par exemple, d'au moins environ 2 cm, comme dans un nid d'abeilles, et comportent des passages d'une longueur d'au moins environ 10 mm et de préférence d'au moins environ 20 mm.

  
Il convient de noter qu'aux fins de l'invention, l'expression "section transversale" est abrégée sous la forme

  
 <EMI ID=51.1> 

  
Les passages dans le véhicule monolithique peuvent avoir des parois minces exposant une surface spécifique relativement importante. Ces passages peuvent avoir différentes sections et dimensions. En coupe, ces passages peuvent avoir, par exemple, la forme d'un triangle, d'un trapèze, d'un recta.^_-gle, d'un polygone de plus de 4 côtés, d'un carré, d'une sinusoïde, d'une ellipse ou d'un cercle, de manière que le véhicule présente, en coupe, un motif récurrent permettant la qualification de nid d'abeilles, d'onde ou de réseau. Les faces terminales opposées constituent, respectivement, les orifices d'entrée et de sortie des passages de gaz. Les parois des passages cellulaires ont généralement l'épaisseur nécessaire pour la cohésion suffisante du corps catalytique, laquelle

  
 <EMI ID=52.1> 

  
une telle épaisseur de paroi, les corps peuvent contenir envi-

  
 <EMI ID=53.1> 

  
nent, de préférence, environ 10 à 96.: La section ouverte peut

  
 <EMI ID=54.1> 

  
corps. La dimension du véhicule réfractaire unitaire peut varier dans un certain domaine. Ce véhicule est unitaire ou monolithique en ce sens qu'il est constitué pour une fraction sensible et de préférence majeure, mais plus avantageusement pour la totalité, par une masse cohérente formant squelette.

  
En règle générale, un tel corps peut avoir une section d'au moins environ 10 cm et .de préférence d'au moins environ 13 cm .

  
Conformément à l'invention, le catalyseur monolithique de la première zone catalytique comprend un premier corps catalytique monolithique comportant des passages relativement

  
 <EMI ID=55.1> 

  
les passages d'un corps catalytique monolithique d'aval. Par conséquent, le catalyseur est formé de plusieurs corps catalytiques agencés les uns derrière les autres dans le sens d'écoulement des gaz. Le premier corps catalytique comprend,

  
de préférence, moins d'environ 24 et souvent environ 8 à 16 pas-

  
 <EMI ID=56.1> 

  
peut comprendre au moins environ 24 et fréquemment au moins

  
 <EMI ID=57.1>  des différents passages du corps catalytique d'amont étant toujours sensiblement supérieure à celle des passages du corps catalytique d'aval. Le nombre des passages de gaz dans le corps catalytique d'aval peut être, par exemple, d'environ 48 ou 64- par cm de section. Les divers passages de gaz du corps catalytique d'aval ont de préférence une section ouverte qui n'excède pas environ 70/.et qui est de préférence

  
 <EMI ID=58.1> 

  
sages . du premier corps. Le premier corps catalytique et le corps d'aval peuvent être logés dans des zones catalytiques distinctes, mais sont de préférence adjacents en succession dans la même zone catalytique. Dans ce dernier cas, ces corps catalytiques peuvent se continuer l'un dans l'autre ou être au contact l'un de l'autre ou bien peuvent être séparés, mais pas d'une distance permettant un refroidissement intermédiaire sensible des gaz, parce qu'au cas contraire, le catalyseur d'aval devrait être considéré comme se trouvant dans une zone distincte. Les catalyseurs sont agencés de manière que les gaz traversent d'abord le premier corps catalytique, puis le suivant.

   Le rapport du volume du premier corps catalytique au volume total du premier corps catalytique et du corps catalytique d'aval peut varier beaucoup et souvent, le premier corps catalytique a un volume d'environ 10 à 90% de ce volume total. Pour le traitement de gaz conformément à l'invention, par exemple de gaz d'échappement d'un moteur, les corps catalytiques adjacents en succession sont, de préférence, utilisés au moins dans la première zone catalytique.

  
Les indications données ci-dessus montrent que la relation suivante peut exister entre la section ouverte et le nombre des passages de gaz par unité de surface en section

  
des corps monolithiques. Par exemple, lorsqu'un premier corps

  
 <EMI ID=59.1>  ouverte est d'environ 70% de ce total, la surface ouverte peut être d'environ 9,1 cm . Ainsi, dans un premier corps catalytique dont le nombre des passages est d'environ 8 à

  
 <EMI ID=60.1> 

  
comptant au moins environ 32 à 48 ou 64 passages par cm , la section d'un passage peut être d'environ 0,023 à 0,011 cm2.

  
Il est évident que toute configuration appropriée des passages est applicable à la condition que le catalyseur présente la surface ouverte désirée.

  
Des passages de ces dimensions et d'autres peuvent être utilisés à la condition que la relation entre la section ouverte des plus gros passages du premier corps catalytique

  
et celle des passages plus fins du corps catalytique d'aval évitent le colmatage tout en assurant une bonne conversion. La durabilité du catalyseur exposé aux gaz peut être limitée par le colmatage des passages. Des matières carbonées peuvent atteindre la face frontale du catalyseur et s'y accumuler au point de finalement colmater les passages. Comme déjà indiqué, pour éviter cette difficulté, le système comprend un corps catalytique monolithique percé de gros passages débouchant à sa face d'entrée, outre à l'aval un corps catalvtique monolithique percé de passages plus fins. Dans ces conditions, les particules de matières carbonées sont fragmentées sur la face frontale en plus petites particules qui franchissent les passages plus fins.

  
L'invention est davantage décrite avec référence au dessin annexé dans lequel:
Fig. 1 est une vue schématique d'un appareil conforme à l'invention comprenant deux zones catalytiques; Fig. 2 est une vue schématique d'un appareil conforme à l'invention comprenant deux zones catalytiques et une admis-sion d'air entre la première zone catalytique et La seconde; Fig.. 3 est une vue schématique d'un appareil conforme à l'invention comprenant deux zones catalytiques dont la première contient un premier corps catalytique monolithique et un corps catalytique monolithique d'aval, les passages de gaz du premier corps monolithique étant plus gros que ceux

  
du corps monolithique d'aval.

  
Dans le dessin, le sens d'écoulement des gaz dans les appareils est indiqué par les flèches non numérotées.

  
Dans les figures, une lumière de sortie du collecteur d'échappement d'un moteur à deux temps est indiquée en 10. Les gaz d'échappement du moteur passent du collecteur d'échappement par la première conduite de raccordement 12 dans la première zone catalytique 14. La première zone catalytique 14 contient le catalyseur 16. Les gaz quittant la première zone catalyti-

  
 <EMI ID=61.1> 

  
dans laquelle ils sont refroidis et parviennent ainsi dans la seconde zone catalytique 20 contenant le catalyseur 22. Les gaz quittant la seconde zone catalytique 20 par la conduite 24 peuvent être relâchés à l'atmosphère, amenés à un pot d'échappement, etc.

  
Comme le montre la Fig. 2, la conduite d'air 26 permet d'ajouter de l'air auxgaz s'écoulant par la zone de refroidissement 18 vers la seconde zone catalytique 20. Le débit d'airadmis à la zone de refroidissement 18 est imposé par l'organe régulateur 28, qui peut être un. papillon, une pompe à débit réglable, etc., commandé par l'organe sensible 30 communiquant avec l'organe 28. L'organe sensible 30 peut se trouver en communication avec au moins un des carburateurs du moteur, de manière à être sensible à la richesse du mélange d'alimentation, avec le système d'allumage ou d'entraînement pour être sensible à la vitesse du moteur et donc au débit des gaz d'échappement,  avec un dispositif thermométrique à l'amont ou à I;avai de la première zone catalytique 14, avec un détenteur de monoxyde de carbone et/ou d'hydrocarbures à l'amont ou à l'aval de la pre-

  
 <EMI ID=62.1> 

  
ou à l'aval de la zone catalytique 14. TJn supplément d'air peut donc être ajouté aux gaz d'achappement en proportions convenant pour le fonctionnement du système d'épuration afin que la quantité d'oxygène soit suffisante pour la combustion des impuretés &#65533;onbustibles des gaz d'échappement et/ou pour un refroidissement suffisant de ces gaz avant qu'ils entrent dans une zone catalytique.

  
Comme le montre la Fig. 3, la première zone catalytique 14 contient deux corps monolithiques 16A et 16B. Le premier corps monolithique 16A occupe l'amont par rapport au sens d'écoulement des gaz dans l'appareil et précède immédiatement le corps monolithique d'aval adjacent 16B. Les différents passages de gaz dans le corps monolithique 16A sont sensible-

  
 <EMI ID=63.1> 

  
reste de l'appareil de la Fig. 3 est identique à celui de la Fig. 1, de sorte que les éléments correspondants portant les mêmes chiffres de référence ne sont pas décrits plus en détail. Suivant une autre forme de réalisation,qui n'est pas illustrée au dessin, le corps monolithique d'amont 16A pourrait se trouver à une petite distance du corps monolithique d'aval 16B
(la distance de séparation étant toutefois insuffisante pour un refroidissement intermédiaire sensible des gaz), tandis que les deux corps restent contenus dans la première zone catalytique 14. Deux corps monolithiques semblables aux corps monolithiques 16A et 16B pourraient être contenus dans la seconde zone catalytique 20 tout comme dans la première zone catalytique 14.

  
L'invention est davantage illustrée par l'exemple sui-vant dans lequel les parties et pourcentages sont donnés sur base volumique sauf indication contraire.

  
On munit une motocyclette Yamaha,équipée d'un mo-

  
 <EMI ID=64.1> 

  
l'une de ses deux conduites d'échappement, d'un appareil de traitement des gaz d'échappement semblable à celui de la

  
 <EMI ID=65.1> 

  
contiennent deux corps monolithiques, comme décrit à propos de la première zone de l'appareil de la Fig. 3. Pour la commodité expérimentale, on n'utilise pas la seconde conduite d'échappement pour les expériences. Les valeurs numériques ci-après sont à peu près doublées de manière à se rapprocher de ce qui serait observé si l'ensemble des gaz d'échappement du moteur était traité. On règle à la main l'apport d'air de façon qu'il soit de 42 litres/minute aux vitesses inférieures à environ 50 km/heure et de 112 litres/minute aux vitesses de plus de 50 km/heure. L'air est injecté dans les gaz d'échappement immédiatement à l'aval de la face arrière du premier catalyseur.

   Le premier catalyseur est disposé à 38 cm à l'aval de la lumière du collecteur d'échappement et comprend deux corps catalytiques monolithiques appliqués bout à bout constituant un volume catalytique total de 181 cm<3> avec une section d'écoulement de gaz de 17,8 cm . Le corps catalytique d'amont a une longueur de 25 mm et comporte 10 passages de gaz par cm<2>, tandis que le corps catalytique adjacent à l'aval

  
2

  
a une longueur de 76 mm et comporte 41 passages par cm . Le catalyseur de la seconde zone est sensiblement identique à celui de la première. La première zone catalytique et la

  
 <EMI ID=66.1> 

  
tuyaux métalliques de type courant. L'effluent de la seconde zone catalytique parvient au pot d'échappement normal de la motocyclette. Le combustible pour la motocyclette est un mélange classique d'huile lubrifiante pour moteur à deux temps avec de l'essence d'un indice d'octane recherche de 91 qui contient environ 0,005 à 0,006 g de plomb par litre et en moyenne environ 300 ppm de soufre, outre moins d'environ

  
1 ppm de phosphore.

  
On illustre l'application du procédé de l'invention

  
à la motocyclette à moteur à deux temps décrite ci-dessus en utilisant un dynamomètre à double châssis de rouleaux pour motocyclettes (modèle Clayton) équipé d'une masse d'inertie de
280 kg. La motocyclette est refroidie au cours des essais

  
par deux ventilateurs de 73 cm disposés de part et d'autre de

  
la roue avant et orientés vers le moteur. Le flux d'air de refroidissement est à peu près égal à celui auquel la motocyclette est exposée à une vitesse de 40 km/heure.

  
On analyse les gaz d'échappement en substance suivant la norme EPA Light Duty Vehicle Emission Test Procédure
(1975-FTP), sauf que seule la moitié des gaz d'échappement

  
subit le traitement et l'analyse. La durée de l'essai est d'environ 31 minutes,dont environ 14 minutes de fonctionnement avec marche et arrêt depuis le ralenti jusqu'à environ 56 km/heu-

  
 <EMI ID=67.1> 

  
cyclette de 80 km/heure. On détermine que les dégagements, par km parcouru, sont de 3,2 g d'hydrocarbures, de 5,5 de monoxyde de carbone et de 0,02 g d'oxydes d'azote. Sans application du procédé de l'invention, ces dégagements, par km parcouru, sont d'environ 11,4 g d'hydrocarbures, de 14 g de monoxyde de carbone et de 0,02 g d'oxydes d'azote. On détermine également les températures maximales du système de traitement des gaz d'échappement pour une vitesse de 90 km/heure et dans des conditions de marche et arrêt au-dessous de 56 km/heure.

  
A environ 90 km/heure, les gaz d'échappement atteignant,le premier catalyseur se trouvent à environ 377[deg.]C et les gaz quittant le premier catalyseur se trouvent à environ 766[deg.]C. Les gaz atteignant le second catalyseur se trouvent à environ 743[deg.]C et les gaz quittant le second catalyseur se trouvent à environ 893[deg.]C. Dans les conditions de marche et arrêt, les gaz d'échappement atteignant le premier catalyseur se trouvent à environ 309[deg.]C et les gaz quittant le premier catalyseur se trouvent à environ 566[deg.]C. Les gaz atteignant le second catalyseur se trouvent à une température d'environ 363[deg.]C et les gaz quittant le second catalyseur se trouvent à environ 588[deg.]C.

  
L'effet des deux corps catalytiques se succédant bout à bout est aussi confirmé par les résultats de l'expérience. Par exemple, les corps monolithiques catalytiques ont chacun un diamètre de 5,48 cm et ont, ensemble, une longueur cumulée de 102 mm. Le diamètre effectif des passages de gaz est d'environ 4,75 cm. Ce catalyseur comprend deux parties. La première est un segment d'une longueur de 25 mm qui est le catalyseur d'entrée. Le véhicule monolithique est un nid d'abeilles Torvex de marque DuPont comportant 10 passages de gaz par cm . Sur les 76 mm restants, le catalyseur est

  
 <EMI ID=68.1> 

  
cm . Le premier corps catalytique offre une section ouverte

  
 <EMI ID=69.1> 

  
ouverte de 0,058 cm2. Le second corps catalytique offre une

  
 <EMI ID=70.1> 

  
diamètre total de la face), chaque passage offrant une section

  
 <EMI ID=71.1> 

  
le second sont adaptés bout à bout de manière que la face de sortie de l'un s'adapte immédiatement à la face d'entrée du suivant. Après 29.000 km de circulation du moteur à deux temps équipé du catalyseur, on ne constate aucun colmatage des passages.

  
On évalue par comparaison avec le catalyseur en deux corps, un catalyseur en un seul corps de la Société American Lava d'un diamètre de 5,48 cm offrant une section ouverte effective

  
 <EMI ID=72.1> 

  
base du diamètre total de la face),avec une surface ouverte totale d'environ 19 cm<2>, chaque passage offrant une section ouverte d'environ 0,019 cm . On observe un colmatage important de la face d'entrée et dans les passages après 7.400 km de circulation du même moteur à deux temps.

  
Bien que les catalyseurs de l'invention aient été décrits dans les exemples spécifiques ci-dessus à propos d'un moteur à deux temps, leur application n'est pas limitée à ce cas particulier. Au contraire, ces catalyseurs peuvent être utilisés avec des moteurs diesel et d'autres moteurs, de même qu'avec d'autres sources de gaz, spécialement qui émettent des paillettes de dépôts carbonés et d'autres solides qui seraient

  
 <EMI ID=73.1> 

  
vention est en outre applicable à d'autres systèmes de combustion, par exemple des combustions catalytiques exploitées comme sources d'énergie primaires. Lorsqu'il en est ainsi, les systèmes catalytiques de l'invention réduisent au minimum le risque de colmatage des corps monolithiques. 

REVENDICATIONS

  
1.- Appareil pour le traitement catalytique de gaz contenant des constituants combustibles, caractérisé en ce qu'il comprend un premier corps catalytique pour brûler partiellement ces gaz en un effluent de combustion catalytique contenant des constituants combustibles résiduels, un corps catalytique d'aval agencé derrière le corps catalytique d'amont pour recevoir les gaz brûlés dans le corps catalytique d'amont et poursuivre la combustion de ces gaz en un effluent de combustion gazeux, ces catalyseurs étant tels que les températures atteintes dans les corps catalytiques sont insuffisantes pour être nuisibles pour les catalyseurs,

   étant entendu que le premier corps catalytique comprend plusieurs passages de gaz comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour qu'ils soient traversés par les gaz et que le corps catalytique d'aval comprend plusieurs passages de gaz comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour qu'ils soient traversés par les gaz, la section ouverte des divers passages de gaz du premier corps catalytique étant sensiblement supérieure à la section ouverte des divers passages de gaz du corps catalytique d'aval.

Claims (1)

  1. 2.- Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section ouverte de chacun des corps catalytiques est d'au moins environ 60% de sa section totale.
    3.- Appareil suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le premier corps catalytique comprend environ 8 à 24 passages de gaz par cm<2> de section.
    4.- Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la section ouverte des divers passages de gaz du <EMI ID=74.1> section ouverte des divers passages de gaz du premier corps catalytique.
    <EMI ID=75.1>
    risé en ce que le premier corps catalytique ne comprend pas plus d'environ 16 passages de gaz par cm <2> de section et
    le corps catalytique d'aval comprend au moins environ
    <EMI ID=76.1>
    <EMI ID=77.1>
    risé en ce que la section ouverte de divers passages de
    <EMI ID=78.1>
    la section ouverte des divers passages de gaz du premier corps catalytique.
    7.- Appareil suivant la revendication 5' ou 6, caractérisé en ce que le premier corps catalytique est séquentiellement adjacent au corps catalytique d'aval et situé dans la même zone de traitement de gaz d'échappement.
    <EMI ID=79.1>
    risé en ce que les passages de gaz des corps catalytiques sont délimités par des parois d'une épaisseur d'environ
    <EMI ID=80.1>
    9.- Appareil pour le traitement catalytique de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne qui comprennent du monoxyde de carbone et des hydrocarbures, caractérisé en ce qu'il comprend un premier corps catalytique pour brûler partiellement les gaz en un effluent de combustion catalytique provenant des constituants combustibles, un corps catalytique d'aval agencé en position adjacente derrière le premier corps catalytique et dans la même zone de traitement de gaz d'échappement que le premier corps catalytique pour recevoir les gaz brûlés dans le premier corps catalytique et produire un effluent de combustion, ces catalyseurs étant tels que les températures attein-tes dans les corps catalytiques sont insuffisantes pour être nuisibles pour les catalyseurs, étant entendu que
    <EMI ID=81.1>
    environ 8 à 32 passages de gaz comportant ur orifice d'admission et un orifice de sortie pour recevoir et émettre les gaz d'échappement et que le corps catalytique
    <EMI ID=82.1>
    sages de gaz comportant un orifice d'admission et un orifice de sortie pour recevoir et émettre des gaz effluents, les passages de gaz tant du premier corps catalytique que du corps catalytique d'aval offrant une section ouverte
    <EMI ID=83.1>
    ils appartiennent, les passages étant délimités par des
    <EMI ID=84.1>
    section ouverte des divers passages de gaz du corps catalytique d'aval étant d'environ 5 à 70% de la section ouverte des divers passages de gaz du premier corps catalytique pour éviter le colmatage des passages de gaz dans les corps catalytiques.
    10.- Appareil suivant la revendication 1 ou 9, caractérisé en ce qu'un autre corps catalytique comportant plusieurs passages de gaz est agencé à l'aval des corps catalytiques précités et des dispositifs de refroidissement de gaz sont agencés dans une position qui est intermédiaire.
    11.- Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce que les dispositifs de refroidissement comprennent des dispositifs pour introduire un gaz contenant de l'oxygène dans un passage d'accès pour les gaz.
    12.- Procédé pour le traitement catalytique de gaz contenant des constituants combustibles et contenant des particules solides en suspension, caractérisé en ce qu'on met ces gaz en contact avec un premier corps catalytique pour brûler partiellement les gaz et former un premier effluent de combustion catalytique contenant des constituants combustibles résiduels, on met les gaz traités dans le premier corps catalytique en contact avec un corps catalytique d'aval agencé derrière le premier corps catalytique pour recevoir les gaz brûlés dans le premier corps catalytique et produire un effluent de combustion, les' catalyseurs étant tels que les températures atteintes dans les corps catalytiques sont insuffisantes pour être nuisibles pour les catalyseurs,
    étant entendu que le premier corps catalytique comprend plusieurs passages de gaz comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour recevoir les gaz et les particules solides et émettre des gaz de combustion et que le corps catalytique d'aval comprend plusieurs passages de gaz comportant un orifice d'entrée et un orifice de sortie pour recevoir les gaz brûlés dans le premier corps catalytique et émettre des gaz effluents, la section ouverte des divers passages de gaz du premier corps catalytique étant sensiblement supérieure à la section ouverte des divers passages de gaz du corps catalytique d'aval pour éviter le colmatage des passages de gaz dans les corps catalytiques,
    les passages de gaz des corps catalytiques d'aval ayant une section suffisamment petite pour que les particules des gaz admis colmatent ces passages si ces gaz avaient été admis d'emblée dans le corps catalytique d'aval.
    13.- Appareil suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la section ouverte de chacun des corps catalytiques est d'au moins environ 60% de sa section totale.
    <EMI ID=85.1> térisé en ce que le premier corps catalytique comprend environ 8 à 24 passages de gaz par cm de section et le corps catalytique d'aval comprend environ 32 à 192 passa-
    <EMI ID=86.1>
    divers passages de gaz du corps catalytique d'aval
    étant d'environ 5 à 70% de la section ouverte des divers passages de gaz du premier corps catalytique.
    15.- Procédé de traitement catalytique des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne qui contiennent des particules solides et qui comprennent au
    moins environ 2% en volume de monoxyde de carbone, au
    moins environ 0,05% en volume d'hydrocarbures et de l'oxygène libre, caractérisé en ce qu'on fait passer les gaz d ' échappement dans une première zone catalytique pour
    brûler partiellement ces gaz et obtenir un 'premier effluent' de combustion catalytique contenant des constituants combustibles, la première zone catalytique contenant une quantité de catalyseur d'oxydation propre à brûler environ
    <EMI ID=87.1>
    d'échappement dans les conditions de cette combustion partielle et cette quantité étant insuffisante pour établir dans la première zone catalytique des températures qui seraient nuisibles pour le catalyseur, la température du premier effluent de combustion catalytique étant supérieure d'environ 50 à 500[deg.]C à la température des gaz d'échappement amenés à la première zone catalytique, étant entendu que le catalyseur de la première zone catalytique comprend un premier corps catalytique comprenant plusieurs passages
    de gaz et un corps catalytique d'aval comprenant plusieurs passages de gaz, la section ouverte des divers passages de gaz du premier corps catalytique étant sensiblement supérieure à la section ouverte des divers passages de gaz du corps catalytique d'aval, on refroidie le premier
    <EMI ID=88.1>
    et on fait passer le premier effluent de combustion catalytique refroidi dans une seconde zone catalytique contenant un catalyseur d'oxydation pour obtenir un second effluent
    de combustion catalytique dont la température est supérieure d'au moins environ 50[deg.]C à la température du premier effluent de combustion catalytique refroidi, mais insuffisante pour établir dans la seconde zone catalytique des températures qui sont nuisibles pour le catalyseur.
    <EMI ID=89.1>
    refroidi d'environ 50 à 400[deg.]C avant d'être amené à la seconde zone catalytique.
    17.- Procédé suivant la revendication 16, caractérisé en ce qu'un supplément d'air est mélangé avec le premier effluent de combustion catalytique avant que celui-ci soit amené à la seconde zone catalytique, en quantité suffisante pour apporter de l'oxygène libre en excès, sur base stoechiométrique,pour la combustion des constituants combustibles du premier effluent de combustion catalytique.
    <EMI ID=90.1>
    caractérisé en ce que le catalytseur d'oxydation comprend un métal du groupe du platine comme constituant métallique ayant une activité catalytique.
    19.- Procédé suivant la revendication 18, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation de la première zone catalytique comprend également un métal du groupe du fer.
    <EMI ID=91.1>
    caractérisé en ce que le premier corps catalytique ne com-prend pas plus d'environ 32 passages de gaz par cm <2> de section et le corps catalytique d'aval comprend environ 32. à 96 passages de gaz par cm<2> de section.
    21.- Procédé suivant la revendication 20, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation utilisé dans la seconde zone catalytique est formé d'au moins deux corps catalytiques agencés en succession et dont chacun comprend des passages de gaz, le premier corps catalytique ne comprenant pas plus d'environ 16 passages de gaz par cm<2> de section et le second corps catalytique comprenant au moins
    <EMI ID=92.1>
    22.- Procédé de traitement catalytique des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne à deux temps qui comprennent des particules solides, suivant lequel on fait passer les gaz d'échappement dans une zone catalytique comprenant un catalyseur d'oxydation pour obtenir.un effluent de combustion catalytique, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation est formé d'au moins deux corps catalytiques unitaires successifs dont chacun comporte plusieurs passages de gaz, le premier corps catalytique comprenant moins d'environ 16 passages de gaz par cm<2> de section et le corps catalytique d'aval comprenant au moins environ 32 passages de gaz par cm de section, la section ouverte des passages du premier corps catalytique et du
    <EMI ID=93.1>
    des corps et la section ouverte des divers passages du gaz du corps catalytique d'aval étant inférieure d'environ 30 à 95% à la section ouverte des divers passages de gaz du premier corps catalytique.
    23.- Procédé suivant la revendication 22, caractérisé en ce que le premier corps catalytique comprend environ
    <EMI ID=94.1> lytique d'aval comprend environ 32 à 192 passages de gaz
    <EMI ID=95.1>
    <EMI ID=96.1>
    d'échappement d'un moteur à combustion interne à deux temps émis en écoulement pulsé, qui contiennent des particules solides et comprennent au moins environ 2% en volume de mono-
    <EMI ID=97.1>
    carbures, caractérisé en ce qu'on fait passer les gaz d'échappement, sans apport sensible d'oxygène libre, dans une première zone catalytique pour brûler partiellement ces gaz et obtenir un premier effluent de combustion catalytique contenant des constituants combustibles, la première zone catalytique contenant une quantité de catalyseur d'oxydation
    <EMI ID=98.1>
    carbone et des hydrocarbures des gaz' d'échappement dans les conditions de cette combustion partielle et à établir dans la première zone catalytique des températures qui ne sont pas nuisibles pour le catalyseur, la température du premier effluent de combustion catalytique étant supérieure d'envi-
    <EMI ID=99.1>
    à la première zone catalytique, étant entendu que le catalyseur est formé d'au moins deux corps catalytiques unitaires adjacents successifs dont chacun comporte des passages de gaz, à savoir un corps catalytique venant le premier au contact des gaz d'échappement qui comprend environ 8 à
    16 passages de gaz par cm<2> de section et un corps cataly-
    <EMI ID=100.1>
    <EMI ID=101.1>
    le premier corps catalytique et dans le corps catalytique d'aval étant d'au moins environ 50% de la section de chacun des. corps et la section ouverte des divers passages de gaz du corps catalytique d'aval étant inférieure d'envi- <EMI ID=102.1>
    de gaz du premier corps catalytique, on refroidit le premier effluent de combustion catalytique d'au moins environ
    <EMI ID=103.1>
    lytique refroidi à une seconde zone catalytique contenant un catalyseur d'oxydation pour obtenir un second effluent de combustion catalytique dont la température est supé-
    <EMI ID=104.1>
    effluent de combustion catalytique refroidi, mais insuffisante pour établir dans la seconde zone catalytique des températures, nuisibles pour le catalyseur.
BE0/200121A 1976-10-07 1980-04-03 Procede de traitement catalytique des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne a deux temps BE882636R (fr)

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