BE1006164A3 - Dispositif de catalyseur pour la reduction des oxydes d'azote. - Google Patents

Dispositif de catalyseur pour la reduction des oxydes d'azote. Download PDF

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Abstract

Dans un dispositif de catalyseur pour la réduction des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement, ceux-ci se présentent dans une large gamme de températures. Pour obtenir une élimination suffisamment efficace des oxydes d'azote dans cette gamme de températures et permettre l'adaptation à chaque domaine de températures des gaz d'échappement, au moins deux lits de catalyseurs (7, 8) constitués de matériaux catalytiques différents sont disposés l'un derrière l'autre dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement, afin de réduire les oxydes d'azote. Les différents matériaux catalytiques présentent leur efficacité catalytique la plus marquée dans des domaines partiels, voisins mais différents, de la gamme de températures des gaz d'échappement.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Dispositif de catalyseur pour la réduction des oxydes d'azote. 



   La présente invention concerne un dispositif de catalyseur pour la réduction des oxydes d'azote dans un gaz d'échappement qui se présente dans une large gamme de températures. 



   Dans les moteurs à combustion interne servant à la production de courant, la vitesse de rotation est généralement constante, si bien que le débit volumique des gaz d'échappement subit peu de variations. Toutefois la température des gaz d'échappement varie en fonction de la charge du moteur et, par conséquent, aussi la teneur en   Nos. la   gamme des températures des gaz d'échappement est comprise, par exemple, entre   290 C   et   460 C.   



   La   revue"Staub-Reinhaltung   der Luft"49 (1989), pages 37 à 43, contient une description de différents matériaux servant de catalyseur, qui peuvent être utilisés à des températures élevées des gaz d'échappement, tout comme à des températures plus faibles de ces gaz. 



   D'autres matériaux pouvant servir de catalyseur sont décrits dans le document DE 35 05 648 C2 et EP 0 168 811 Bl. 



   Dans l'état actuel de la technique, on s'est basé sur le fait qu'un seul matériau est utilisé comme catalyseur pour couvrir toute la gamme des températures 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 des gaz d'échappement. Ceci est difficilement réalisable en pratique. 



   La présente invention a pour objet de proposer un dispositif de catalyseur du type précité, qui présente une efficacité d'élimination des oxydes d'azote suffisante dans une large gamme de températures des gaz d'échappement et qui peut être adaptée à chaque gamme des températures des gaz d'échappement. 



   Conformément à la présente invention, ce résultat est atteint du fait qu'au moins deux lits de catalyseurs constitués de matériaux catalytiques différents sont disposés l'un après l'autre dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement afin de réduire les oxydes d'azote et du fait que les différents matériaux servant de catalyseurs présentent leur effet catalytique le plus marqué dans des domaines partiels, voisins mais différents de la gamme de températures des gaz d'échappement. 



   Du fait qu'il existe au moins deux matériaux différents servant de catalyseurs dans le courant des gaz d'échappement, ceux-ci peuvent être choisis en vue d'obtenir une efficacité optimale dans un domaine partiel de la gamme des températures des gaz d'échappement du moteur. Le dispositif de catalyseur peut donc être adapté facilement à la caractéristique du courant des gaz d'échappement de chaque moteur. Si une quantité plus élevée d'oxydes d'azote doit être réduite à des températures plus élevées plutôt qu'à des températures plus faibles des gaz d'échappement, le lit de catalyseur qui est surtout efficace aux températures les plus élevées peut être disposé alors de manière appropriée. 



   L'élimination requise des oxydes d'azote peut donc être assurée en totalité dans toute la gamme des températures des gaz d'échappement sans qu'il ne faille prévoir à cet effet un seul matériau servant de 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 catalyseur et conçu spécialement pour chaque gamme de températures des gaz d'échappement. Il peut suffire de prévoir deux lits de catalyseurs dont l'un est efficace à des températures plus faibles et l'autre aux températures plus élevées de la gamme de températures des gaz d'échappement. On peut prévoir, toutefois, aussi des lits de catalyseurs supplémentaires pour les gammes de températures moyennes en les réalisant au moyen de matériaux catalytiques choisis de manière appropriée. 



   Des modes de réalisation avantageux de la présente invention font l'objet des revendications secondaires et de la description ci-après d'un exemple de réalisation. Les figures représentent respectivement :
La figure 1, un dispositif de catalyseur vu en coupe et
La figure 2, un diagramme des températures des gaz d'échappement. 



   Un dispositif de catalyseur présente une entrée 1 pour un courant de gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne. Le boîtier 2 contient, disposés l'un derrière l'autre dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement, un filtre pour particules de suie 3, un tampon contre les pointes de température 4, un dispositif à une tuyère 5 pour l'ammoniac, un mélangeur d'écoulement 6, un premier lit de catalyseur Denox 7, un deuxième lit de catalyseur Denox 8 et un lit de catalyseur d'oxydation 9. On trouve ensuite une sortie 10. 



   Le filtre de particules de suie 3 élimine les particules de suie des gaz d'échappement. La combustion dans le filtre des particules de suie accumulées provoque des pointes de température. Celles-ci sont égalisées dans le tampon des pointes de température 4 afin de ne pas endommager les éléments situés en aval. 



   De l'ammoniac est injecté de manière disper- 

 <Desc/Clms Page number 4> 

   sée   dans le courant de gaz d'échappement filtré au moyen d'un dispositif à une tuyère 5. Le courant de gaz d'échappement contenant de l'ammoniac est préparé et homogénéisé dans le mélangeur d'écoulement 6. 



   Le premier lit de catalyseur 7 contient un matériau catalytique dont l'optimum d'efficacité se trouve dans une gamme de températures plus élevées que celles du matériau catalytique du deuxième lit de catalyseur 8. Le matériau catalytique du premier lit de catalyseur 7 est constitué, par exemple, à base de sulfate de fer   Fe     (SO4) 3   ou d'un tamis moléculaire   (zéolite).   Le matériau catalytique du deuxième lit de catalyseur 8 fonctionne, par exemple, avec un mélange d'oxyde de titane (Ti02) et de pentoxyde de vanadium   (V20S)   ou avec un mélange d'oxyde de fer   (FeZ03)   et d'oxyde de chrome   (cor203).   



   La figure 2 reproduit en traits interrompus la charge en    NO   des gaz d'échappement pour un cas d'application à l'entrée 1 en fonction de la température de fonctionnement. On a admis, dans ce cas particulier, que la gamme de températures des gaz d'échappement est située à peu près entre   290 C   et   460 C.   La charge en    NO   du courant de gaz d'échappement augmente depuis la température de   300 C   jusqu'à la température de   450 C   d'une manière pratiquement linéaire en passant de 1000 ppm à plus de 2000 ppm. 



   La ligne en traits mixtes de la figure 2 représente l'efficacité dépendant de la température du matériau catalytique du premier lit de catalyseur 7. 



  On peut constater que l'efficacité de ce matériau catalytique est plus faible dans la gamme de températures 
 EMI4.1 
 inférieures entre 300 C et 400 C que dans la gamme entre 400 C et 460 C. La ligne en pointillés de la figure 2 indique l'efficacité catalytique du matériau catalytique du deuxième lit de catalyseur 8. On peut constater que son efficacité diminue à partir d'environ   400 C.   

 <Desc/Clms Page number 5> 

 



   La ligne continue de la figure 2 indique la teneur en    NO   à la sortie des gaz d'échappement dans la gamme des températures des gaz d'échappement. 
 EMI5.1 
 



  Jusqu'à environ 430 C, la teneur en NOX est inférieure à 100 ppm à la sortie. La teneur en NOX augmente en- suite jusqu'à environ   460 C   pour dépasser légèrement 100 ppm, mais sans atteindre, toutefois, 200 ppm. 



   A des températures comparativement plus faibles jusqu'à environ   400 C,   le    NO   des gaz d'échappement n'est que faiblement transformé dans le lit de catalyseur 7. La transformation a lieu principalement dans le lit de catalyseur 8 selon la formule : 
 EMI5.2 
 
A des températures comparativement plus élevées, la transformation se produit également suivant l'équation précitée, mais principalement dans le lit de catalyseur 7 et non principalement dans le lit de catalyseur 8. Dans le lit de catalyseur 8 réagissent seulement les quantités de NH3 et de NOX qui n'ont pas encore été transformées dans le lit de catalyseur 7. 



   Dans le lit de catalyseur d'oxydation 9, les 
 EMI5.3 
 hydrocarbures sont oxydés et le CO est transformé en CO.

Claims (7)

  1. REVENDICATIONS 1. Dispositif de catalyseur pour la réduction des oxydes d'azote dans les gaz d'échappement qui se présentent dans une large gamme de températures des gaz d'échappement caractérisé en ce qu'au moins deux lits de catalyseur (7,8) constitués de matériaux catalytiques différents sont disposés l'un après l'autre dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement afin de réduire les oxydes d'azote et en ce que les matériaux catalytiques différents présentent leur efficacité catalytique la plus marquée dans différents domaines partiels, voisins mais différents, de la gamme des températures des gaz d'échappement.
  2. 2. Dispositif de catalyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une adduction d'ammoniac est disposée avant le lit de catalyseur antérieur (7) dans la direction d'écoulement des gaz d'échappement.
  3. 3. Dispositif de catalyseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le lit de catalyseur (7) dont l'optimum d'efficacité se trouve dans une gamme de températures plus élevées est disposé avant l'autre lit de catalyseur (8) dans la direction d'écoulement.
  4. 4. Dispositif de catalyseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau catalytique pour le domaine partiel supérieur des températures des gaz d'échappement est constitué à base de sulfate de fer.
  5. 5. Dispositif de catalyseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau catalytique pour le domaine de température <Desc/Clms Page number 7> inférieur est constitué d'un mélange d'oxyde de titane et de pentoxyde de vanadium ou d'oxyde de fer et d'oxyde de chrome.
  6. 6. Dispositif de catalyseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un filtre pour particules de suie (3) avec un tampon pour pointes de température (4) est monté avant le lit de catalyseur antérieur (7) dans la direction d'écoulement.
  7. 7. Dispositif de catalyseur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un lit de catalyseur d'oxydation (9) est disposé derrière le lit de catalyseur postérieur (8) dans la direction d'écoulement.
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