EP1725322A1 - Dispositif de generation d ammoniac et vehicule comportant u n tel dispositif - Google Patents

Dispositif de generation d ammoniac et vehicule comportant u n tel dispositif

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EP1725322A1
EP1725322A1 EP05739478A EP05739478A EP1725322A1 EP 1725322 A1 EP1725322 A1 EP 1725322A1 EP 05739478 A EP05739478 A EP 05739478A EP 05739478 A EP05739478 A EP 05739478A EP 1725322 A1 EP1725322 A1 EP 1725322A1
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EP
European Patent Office
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ammonia
compound
compounds
mixture
structural configuration
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05739478A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Emmanuel Boudard
Stéphanie Schneider
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PSA Automobiles SA
Original Assignee
Peugeot Citroen Automobiles SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Peugeot Citroen Automobiles SA filed Critical Peugeot Citroen Automobiles SA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/90Injecting reactants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Ammonia generation device and vehicle comprising such a device
  • the invention relates to a device for generating ammonia, in particular for the treatment of exhaust gases from internal combustion engines.
  • the invention also relates to a vehicle comprising such a device.
  • the invention relates more particularly to an ammonia generation device comprising a reservoir containing a compound or a mixture of compounds releasing ammonia by. thermolysis, and heating means.
  • Such a device is known in particular from document DE 197 20 209.
  • This device comprises a reservoir containing a compound or a mixture of compounds releasing ammonia by thermolysis.
  • One of the preferred compounds is ammonium carbamate.
  • the device also includes heating means made up of a heating coil surrounding the tank. The heating coil is connected to the coolant circuit of an internal combustion engine. The coolant therefore heats the tank and the compound or compounds contained therein thus release ammonia. Subsequently, ammonia is used for the treatment of nitrogen oxides contained in the engine exhaust gases.
  • An object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks of the prior art noted above.
  • the ammonia generation device is essentially characterized in that the compound or the mixture of compounds is contained at least partly in a material having a gas permeable structural configuration.
  • the invention may include one or more of the following characteristics: the thermal conductivity of the material having a structural configuration gas permeable is greater than or equal to 8 W / (K * m).
  • the material having a gas-permeable structural configuration is chemically inert to the starting compounds and to the compounds released by thermolysis of the starting compounds
  • the heating means comprise a system for heat exchange with a fluid
  • the heating means comprise means for heating by Joule effect
  • the tank is hermetic and has controlled ammonia release means
  • the material having a gas-permeable structural configuration includes graphite, the graphite is natural expanded graphite, recompressed with the compound or mixture of starting compounds.
  • Another object of the invention is to provide a vehicle comprising an internal combustion engine, an exhaust system and an exhaust gas treatment system characterized in that it comprises an ammonia generation device according to the invention.
  • the device according to the invention shown in the figure comprises a hermetic reservoir 1 comprising release means 5 controlled by the ammonia, such as a valve.
  • the reservoir 1 contains within it a porous material 3 and a compound or a mixture of compounds releasing ammonia by thermolysis.
  • porous material is meant a material having a structural configuration permeable to gases.
  • the compound or mixture of compounds is contained at least partially in the porous material.
  • the compound or compounds are used in powder form.
  • thermolysis for example, ammonium carbamate, ammonium bicarbonate and iron (II) triamine sulphate.
  • ammonium carbamate is used which has a relatively low decomposition temperature.
  • carbon dioxide and ammonia are obtained.
  • the porous material 3 at least partially hosting the compound or the mixture of compounds releasing ammonia is preferably chemically inert to the hosted and released compounds.
  • the thermal conductivity of the material 3 is higher than that of the compound or of the mixture of hosted compounds.
  • the thermal conductivity of the porous material 3 is greater than or equal to 8 W / (K * m).
  • a suitable material 3 is for example graphite. It can be expanded and re-primed around the ammonia-releasing compound (s). Other materials 3 can also be used, such as for example silicon carbide, aluminum or copper.
  • the porosity of the material can come in different forms: it can be obtained by sintering with controlled porosity, but open cell foams, structures based on filaments or channels may also be appropriate.
  • the device also includes heating means 2, 4.
  • the heating means 2, 4 are in contact with at least part of the external face of the external wall of the tank 1.
  • the device can include different types of heating means 2 , 4. In the embodiment shown in the figure, it is equipped with a heat exchange system 2 with a fluid and with at least one means of heating by Joule effect 4, such as an electrical resistance.
  • the heat exchange system 2 with a fluid is for example in contact with at least part of a face of the tank 1, for example the lower face (cf. figure).
  • the joule effect heating means 4 are for example placed on at least part of a wall of the tank 1, for example a side wall (see figure).
  • the heat exchange system 2 with a fluid is supplied by a heated fluid brought into contact with a heat source such as a motor.
  • Fluids likely to be suitable are for example the engine coolant or diesel.
  • the joule effect heating means 4 can be supplied by a single system or separated into several modules supplied separately according to the remaining quantity of product to be decomposed by thermolysis. Heating by joule effect 4 allows instant heating but depends on an additional energy source. On the other hand, heating by heat exchange 2 with a hot fluid does not depend on an additional energy source, but takes advantage of the thermal energy produced during the operation of the engine.
  • the combination of these two types of heating 2, 4 makes it possible to generate ammonia throughout the operation of the engine with an optimized energy balance.
  • the joule 4 heating means heat the tank 1 and thus allow generation of ammonia as soon as the engine starts.
  • the fluid reaches the temperature necessary for the generation of ammonia, the joule 4 heating can be switched off.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de génération d'ammoniac, notamment pour le traitement des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comprenant un réservoir (1) contenant un composé ou un mélange de composés de départ libérant de l'ammoniac par thermolyse, des moyens de chauffage (2, 4) caractérisé en ce que le composé ou le mélange de composés de départ est contenu au moins en partie dans un matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz.

Description

Dispositif de génération d'ammoniac et véhicule comportant un tel dispositif
L'invention se rapporte à un dispositif de génération d'ammoniac, notamment pour le traitement des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne. L'invention se rapporte également à un véhicule comportant un tel dispositif .
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif de génération d'ammoniac comprenant un réservoir contenant un composé ou un mélange de composés libérant de l'ammoniac par . thermolyse , et des moyens de chauffage.
Un tel dispositif est connu notamment du document DE 197 20 209. Ce dispositif comporte un réservoir contenant un composé ou un mélange de composés libérant de l'ammoniac par thermolyse. Un des composés préférés est le carbamate d'ammonium. Le dispositif comporte également des moyens de chauffage constitués d'un serpentin réchauffeur entourant le réservoir. Le serpentin réchauffeur est relié au circuit de liquide de refroidissement d'un moteur à combustion interne. Le liquide de refroidissement chauffe donc le réservoir et le ou les composés contenus à l'intérieur libèrent ainsi de l'ammoniac. Par la suite, l'ammoniac est utilisé pour le traitement des oxydes d'azote contenu dans les gaz d'échappement du moteur.
Un inconvénient de cette solution apparaît lors du démarrage à froid du moteur. Du fait que le liquide de refroidissement est chauffé par l'énergie thermique du moteur, il y a toujours un certain intervalle de temps pendant lequel le liquide de refroidissement n'a pas encore atteint la température minimale pour déclencher la thermolyse qui libère l'ammoniac. Par conséquent, les oxydes d'azotes générés lors de la combustion ne peuvent pas être traités et sont rejetés dans l'environnement.
De plus, la chaleur transmise par le système de chauffage n'est pas répartie de façon homogène vers le centre du réservoir. Par conséquent, les molécules de carbamate d'ammonium qui se trouvent proche de la paroi extérieure du réservoir se décomposent en premier ce qui peut créer des interstices entre la paroi extérieure chaude et les molécules de carbamate d'ammonium restantes. La chaîne de transfert thermique est donc au moins partiellement interrompue ce qui mène à une thermolyse incomplète. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus.
A cette fin, le dispositif de génération d'ammoniac selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisé en ce que le composé ou le mélange de composés est contenu au moins en partie dans un matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz. Par ailleurs, l'invention peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : la conductivité thermique du matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz est supérieure ou égale à 8 W/ (K*m) . le matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz est chimiquement inerte aux composés de départ et aux composés libérés par thermolyse des composés de départ, les moyens de chauffage comprennent un système d'échange thermique avec un fluide, les moyens de chauffage comprennent des moyens de chauffage par effet joule, le réservoir est hermétique et comporte des moyens de libération commandés de l'ammoniac, le matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz comprend du graphite, le graphite est du graphite naturel expansé, recomprimé avec le composé ou le mélange de composés de départ.
Un autre but de l'invention est de proposer un véhicule comprenant un moteur à combustion interne, un système d'échappement et un système de traitement des gaz d'échappement caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de génération d'ammoniac selon l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus.
D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci- après, faite en référence à la figure unique représentant une vue en coupe schématique d'un dispositif de génération d'ammoniac selon l' invention .
Le dispositif selon l'invention représenté à la figure comprend un réservoir 1 hermétique comportant des moyens de libération 5 commandés de l'ammoniac, tels qu'une vanne. Le réservoir 1 contient en son sein un matériau 3 poreux et un composé ou un mélange de composés libérant de l'ammoniac par thermolyse. On entend par matériau poreux un matériau ayant une configuration structurelle perméable aux gaz. Le composé ou le mélange de composés est contenu au moins partiellement dans le matériau 3 poreux. Avantageusement le ou les composés sont utilisés sous forme de poudre.
Des composés libérant de l'ammoniac par thermolyse appropriés sont par exemple le carbamate d'ammonium, bicarbonate d'ammonium et le tri-amine-sulfate de fer (II) . De préférence, on utilise du carbamate d'ammonium qui a une température de décomposition relativement basse. Lors de la thermolyse du carbamate d'ammonium on obtient du dioxyde de carbone et de l'ammoniac.
Le matériau 3 poreux hébergeant au moins partiellement le composé ou le mélange de composés libérant de l'ammoniac est de préférence chimiquement inerte aux composés hébergés et libérés. Avantageusement, la conductivité thermique du matériau 3 est supérieure à celle du composé ou du mélange de composés hébergés. Dans un mode de réalisation avantageux, la conductivité thermique du matériau 3 poreux est supérieure ou égale à 8 W/ (K*m) . L'utilisation d'un matériau 3 poreux ayant une conductivité thermique supérieure à celle du ou des composés contenus dans les pores, conduit à une meilleure répartition de la chaleur à l'intérieur du réservoir et donc une libération de l'ammoniac plus homogène, plus rapide et plus complète, comparée aux systèmes connus.
Un matériau 3 approprié est par exemple du graphite. Il peut être expansé et re-co primé autour du ou des composés libérant de l'ammoniac. D'autres matériaux 3 peuvent également être utilisés, comme par exemple du carbure de silicium, de l'aluminium ou du cuivre. La porosité du matériau peut se présenter sous différentes formes : elle peut être obtenue par frittage avec une porosité contrôlée, mais des mousses à cellules ouvertes, des structures à base de filaments ou de canaux peuvent également être appropriées . Le dispositif comporte également des moyens de chauffage 2, 4. Les moyens de chauffage 2, 4 sont en contact avec au moins une partie de la face extérieure de la paroi extérieure du réservoir 1. Le dispositif peut comporter différents types de moyens de chauffage 2, 4. Dans le mode de réalisation représenté à la figure il est équipe d'un système d'échange thermique 2 avec un fluide et d' au moins un moyen de chauffage par effet joule 4, tel qu'une résistance électrique.
Le système d'échange thermique 2 avec un fluide est par exemple en contact avec au moins une partie d'une face du réservoir 1, par exemple la face inférieure (cf. figure) . Les moyens de chauffage par effet joule 4 sont par exemple placés sur au moins une partie d'une paroi du réservoir 1, par exemple une paroi latérale (cf. figure) .
Avantageusement le système d'échange thermique 2 avec un fluide est alimenté par un fluide chauffé mis en contact avec une source de chaleur telle qu'un moteur. Des fluides susceptibles de convenir sont par exemple le liquide de refroidissement du moteur ou du gazole . Les moyens de chauffage par effet joule 4 peuvent être alimentées par un seul système ou séparées en plusieurs modules alimentés séparément en fonction de la quantité restante de produit à décomposer par thermolyse. Le chauffage par effet joule 4 permet un chauffage instantané mais dépend d'une source d'énergie supplémentaire. En revanche, le chauffage par échange thermique 2 avec un fluide chaud ne dépend pas d'une source d'énergie supplémentaire, mais profite de l'énergie thermique produite lors du fonctionnement du moteur .
L'association de ces deux types de chauffage 2, 4 permet de générer de l'ammoniac tout au long du fonctionnement du moteur avec un bilan énergétique optimisé. Lors du démarrage au froid du moteur, quand le fluide chauffé lors du fonctionnement du moteur est encore froid, les moyens de chauffage par effet joule 4 chauffent le réservoir 1 et permettent ainsi une génération d'ammoniac dès le démarrage du moteur. Lorsque le fluide atteint la température nécessaire pour la génération d'ammoniac, le chauffage par effet joule 4 peut être coupé.

Claims

REVEND I CA IONS
1. Dispositif de génération d'ammoniac, notamment pour le traitement des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, comprenant un réservoir (1) contenant un composé ou un mélange de composés de départ libérant de l'ammoniac par thermolyse, des moyens de chauffage (2, 4) caractérisé en ce que le composé ou le mélange de composés de départ est contenu au moins en partie dans un matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz .
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la conductivité thermique du matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz est supérieure ou égale à 8 / (K*m) .
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz est chimiquement inerte aux composés de départ et aux composés libérés par thermolyse des composés de départ.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens de chauffage (2, 4) comprennent un système d'échange thermique (2) avec un fluide .
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que les moyens de chauffage (2, 4) comprennent des moyens de chauffage par effet joule (4) .
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le réservoir (1) est hermétique et comporte des moyens de libération (5) commandés de 1 ' ammoniac .
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le matériau (3) ayant une configuration structurelle perméable aux gaz comprend du graphite .'
8. Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que le graphite est du graphite naturel expansé, recomprimé avec le composé ou le mélange de composés de départ.
9. Véhicule comprenant un moteur à combustion interne, un système d'échappement et un système de traitement des gaz d'échappement caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif de génération d'ammoniac selon l'une quelconque des revendications précédentes .
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