FR2465875A1 - Reacteur catalytique - Google Patents

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Edward Rigby Middleton
Bernard Edvard Enga
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Johnson Matthey PLC
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Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE UN MOTEUR A COMBUSTION ET UN PROCEDE POUR REDUIRE LA PRESENTE MATIERE POLLUANTE DANS LES GAZ D'ECHAPPEMENT. LE MOTEUR A COMBUSTION COMPREND UN APPAREIL POUR REDUIRE LA PRESENCE DE MATIERES POLLUANTES, CE MOTEUR COMPRENANT AU MOINS UN ORIFICE D'EVACUATION, L'APPAREIL COMPRENANT UNE CHAMBRE, UN DISPOSITIF POUR REFROIDIR LA CHAMBRE ET DES CATALYSEURS 1, 2, 8 ET 9 DISPOSES DANS CETTE CHAMBRE, CES CATALYSEURS ETANT CONSTITUES PAR UN SUBSTRAT, UNE COUCHE D'OXYDE DE METAL REFRACTAIRE APPLIQUEE SUR LA SURFACE DU SUBSTRAT ET UNE MATIERE CATALYTIQUE APPLIQUEE SUR CETTE COUCHE D'OXYDE DE METAL REFRACTAIRE, LA CHAMBRE COMPRENANT EGALEMENT UNE ENTREE 10, 11 EN COMMUNICATION AVEC L'ORIFICE D'EVACUATION DU MOTEUR ET LE GAZ D'ECHAPPEMENT PASSE D'ABORD AU TRAVERS DU CATALYSEUR 1, 2, 8 ET 9 AVANT DE SORTIR PAR LE TUYAU D'ECHAPPEMENT.

Description

La présente invention concerne la purification de gaz et en particulier des gaz perdus.
La présente invention consiste en particulier à au moins réduire la quantité de matièrespdluantes tdJes te/monoxyde de carbone et la fumée dans les gaz émis par les moteurs à combustion.
Les gaz provenant des moteurs à combustion souvent contiennent des particules finement divisées d'hydrocarbureset/ou de carbone ou autre matière solide qui sortent sous forme de fumée. La fumée d'un moteur Diesel par exemple se compose de particules solides/liquides, des agrégats à chaine solide où des particules sphériques ayant un diamètre entre 100 et 800 2 se lient ensemble des sulfates liquides, deslydrocarbures liquides et des hydrocarbures gazeux. Les particules solides/liquides comprennent généralement les particules de carbone sur lesquelles sont adsorbés des hydrocarbures liquides et des agrégats à chaîne solide sont généralement cOe?o%éS de composés organiques à poids moléculaire élevé/des sulfates inorganiques.
Trois types différents de fumées sont habituellement observés qui sortent des tuyaux d'échappement d'un moteur
Diesel. Ces fumées sont la "fumée blanche'l, la fumée noire" et la fumée bleue". La fumée blanche est obtenue lorsque le moteur d'abord démarre et résulte de la condensation de la vapeur d'eau sur les particules se trouvant dans les gaz d'échappement de sorte qu'un léger brouillard est forme. La fumée noire est produite lorsque le moteur s'est échauffé et contientdes proportions relativement élevées de particules de carbone. Dans la fumée bleue il y a un peu de carbone mais également une proportion relativement élevée de composés organiques gazeux telS que les aldéhydes.
Dans la description ci-après, les particules mentionnées ci-dessus seront décrites comme "particules formant la fumée". Environ 90% de ces particules formant la fumée ont des dimensions maximum de moins d'un micron ce qui est dans les limites desdimensiors des particules respirables et la dimension maximum des 10% restant de ces particules formant la fumée a des dimensions inférieures à quatre microns.
D'autres constituants indésirables présents dans les gaz d'échappement sont les gaz nocifs tels que le monoxyde de carbone et les hydrocarbures. Dans la description, le mot "matière polluantes" doit être compris comme désignant les particules formant la fumée et le gaz nocif.
L'oxydation catalytique des particules de carbone se produit à environ 400 C alors que la température normale de combustion de ces particules est 700 à 8000C. Pour les particules d'hydrocarbures, l'oxydation catalytique se produira à des températures de 2000C. L'effet d'un catalyseur sur la température à laquelle l'oxydation catalytique des particules entraînées dans le gaz d'échappement d'un moteur Diesel se produit a été étudié. Un certain nombre d'échantillons de catalyseurs ont été préparés. Les catalyseurs comprenaient un substrat fabrique à partir d'un fil en acier inoxydable 310 de 0,25 mm laminé en un ruban de 0,10 mm d'épaisseur, une couche d'alumine et une couche d'un ou plusieurs métaux du groupe platine sous une charge de 2,46 mg/g d'alumine.Une partie du fil revêtu était découpée d'un catalyseur et chauffée graduellement en augmentant la température ensemble avec la matière granulaire, collectée du courant de gaz d'évacuation d'un moteur Diesel dans une cuvette d'échantillonnage d'un colorimètre de balayage différentiel (DSC) dans une atmosphère à 1% d'argon. Des échantillons de l'atmosphère au-dessus de la cuvette d'échantillonnage ont été prélevés via un tube capillaire chauffé dans un spectromètre de masse. Quatre nombres de masse ont été trouvés: monoxyde de carbone (44), de l'argon doublement chargé (20) , de l'oxygène (32) et de l'eau (18) où l'azote et le monoxyde de carbone (28). La température à laquelle le point différentiel du DSC indiquait un maximum a été prise comme température à laquelle la combustion des particules se produisait.Cette température peut être désignée température "d'Slumage". Les résultats sont donnés ci-dessous:
Charge d'alumine Métaux catalytiques Température d'alll- < g/g de fil) ~~~~~~~~~~~~~~~~~~ mage (OC) 0,33 5,7% Rh 94,3% Pt 235 0,28 67 % Pt 33 % Pd 207 0,30 Pd 265 0,28 Pt 220
La température d'alumage des particules du courant de gaz d'échappement d'un moteur Diesel, 207-2650C, est considérablement plus basse que la température de combustion qui a lieu lorsqu'aucun catalyseur n'est présent.Etant donné
à que la présence d'un catalyseur permet l'oxydation des particules formant la fumée en un gaz d'avoir lieu à une température plus basse que la température normale à laquelle la combustion se produit, peu ou pas de chauffage du gaz d'échappement provenant d'un moteur à combustion ne devrait être nécessaire lorsqu'on désire effectuer l'oxydation catalytique des particules formant la fumée dans le gaz.
Par exemple, un moteur Diesel fonctionne à environ 400 0C à puissance moyenne ou à pleine puissance de sorte qu' aucun préchauffage du gaz d'échappement sortant du moteur
Diesel ne serait nécessaire avant de faire passer ce gaz d'échappement au-dessus d'un catalyseur pour éliminer les particules formant la fumée du gaz par oxydation catalytique à condition que le catalyseur soit très près du moteur. Les moteurs à combustion interne sont souvent utilisés dans des endroits où il existe des conditions rigoureuses pour leur utilisation par exemple dans des mines. Les moteurs Diesel qui doivent être utilisés dans une mine NCB sont modifiés pour s'adapter aux conditions réglant l'utilisation des moteurs Diesel dans des mines.
Le moteur est entouré par une enceinte d'eau de sorte que la température de toute partie extérieure du moteur venant en contact avec l'atmosphère soit inférieure à 1200C.
Le gaz d'échappement du moteur passe ai travers d'un conditionneur à eau et d'un dispositif antbretow de ftamme avant d'être finalement émis dans l'atmosphère. Le conditionneur à eau peut être un conteneur d'eau au travers duquel on fait barbotter le gaz ou l'eau pour être pulvérisé dans le courant de gaz d'échappement. Toute chambre contenant un catalyseur, pour traiter le gaz d'échappement, devra s'adapter auxréglementations mais toujours maintenir la température du gaz d'échappement élevée pour permettre l'élimination par catalyse des matières polluantes.
Il est un but de la présente invention d'au moins réduire la quantité de fumée se trouvant dans le gaz d'échappement en mettant en oeuvre une oxydation catalytique des particules formant la fumée dans le gaz.
Il est un autre but de l'invention de réduire la quantité de gaz nocif et des particules présentes dans le gaz d'échappement d'un moteur à combustion.
Un autre but de l'invention est de réaliser un moteur Diesel modifié ou un moteur à combustion foncUonnant à l'essence de sorte qu'une quantité considérablement réduite de gaz nocif et de particules soit obtenue.
Selon un premier but de l'invention, un moteur à combustion qui émet de quantités réduites de matières polluantes et qui est entouré par une enceinte d'eau comprend une chambre qui est au moins entourée partiellement par l'enceinte d'eau et dans laquelle est disposé le catalyseur comprenant un substrat qui est au moins partiellement recouvert par une couche d'oxyde de métal réfractaire sur lequel est déposée la matière catalytique, la chambre étant en prolongement avec les orifices d'évacuation du cylindre de sorte que le gaz d'échappement expulsé au travers des orifices d'évacuation passe au travers de la chambre et des conduits d'évacuation dans l'atmosphère externe.
Selon un second aspect de l'invention, un procédé pour la réduction de la pollution par le gaz d'échappement d'un moteur à combustion consiste à faire passer le gaz d'échappement depuis le cylindre du moteur dans une chambre qui est au moins partiellement entourée par une enceinte d'eau et qui contient un catalyseur de sorte qu'au moins une partie du gaz nocif et des particules subisse une oxydation catalytique.
De préférence le moteur est un moteur Diesel.
Selon un autre aspect de la présente invention, le catalyseur utilisé pour la purification des gaz d'échap pement d'un moteur Diesel comprend: (a) un substrat (b) une couche de fond adhésive en oxyde de métal
réfractaire disposée sur la surface du substrat, et (c) un métal catalytique choisi dans le groupe comprenant
Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Fe, Co, Ni, V, Cr, Mo, W, Y, Ce
et des alliages et des composés intermétalliques
contenant au moins 20% en poids d'un ou plusieurs
de ces métaux disposés sur la surface de ou au
travers de la couche de fond en oxyde de métal ré
fractaire.
La couche de fond en oxyde de métal réfractaire de préférence, contient sous forme de son oxyde un ou plusieurs des éléments du groupe comprenant Mg, Ca , Sr,
Ba, Sc, Y , les lanthanides, Ti, Zr, Hf, Th, V, Cr, Mn, Co,
Ni, B, Al, Si et Sn.
Une matière préférée pour la couche de fond est
A1203 et les hydrates d'alumine mais des oxydes stabilisateurs tels que BaO et les oxydes favorisant l'activité catalytique tels que Ti021 Zr02, HfO2, ThO2, Cr203 et NiO peuvent également être présents.
Le substrat du catalyseur peut être un monolithe céramique ou métallique, un corps unitaire comprenant des passages passant à travers de celui-ci où le substrat peut être d'un modèle tel qu'il provoque une turbulence dans le courant de gaz d'échappement. Une structure réalisée à partir de fils tissés ou à structure de mailles peut être utilisée comme substrat de sorte que le courant de gaz d'échappement au travers du catalyseur devient turbulent. Les métaux ou alliages utilisés pour la fabrication d'un substrat sont,de préférence, résistants à l'oxydation et doivent être thermiquement stables jusqu'à au moins 6000C.
Des alliages de métaux non précieux sont des alliages de nickel et de chrome ayant une teneur globale de Ni plus Cr supérieure à 20% en poids et les alliages de fer comprenant au moins un des éléments chrome (3-40 )% en poids, aluminium (1-10) % en poids, cobalt (trace à 5) % en poids, nickel (trace à 72)% en-poids et carbone (trace à 0,5) % en poids. De tels substrats sont décrits dans la publicat,ion de l'Allemagne de l'Ouest 2450664.
D'autres exemples d'alliages de métaux non précieux capables de résister aux conditions rigoureuses requises sont les alliages de fer-aluminium-chrome qui peuvent également contenir de l'yttrium. Ces derniers alliages peuvent contenir 0,5-12% en poids Al, 0,1-3% en poids Y, 0,20% en poiX Cr et le complément Fe. Ces métaux sont décrits dans le brevet US No. 3298826. Un autre domaine d'alliages du type Fe-Cr-Al-Y contient 0,5 à 4% en poids Al, 0,5 à 3% en poids Y, 20,0 à 95% en poids Cr et le complément est
Fe et ces alliages sont décrits dans le brevet US No.3027252.
Selon une autre possibilité les alliages de métaux non précieux peuvent être moins résistants à la corrosion, par exemple les aciers doux, mais ils comprennent une composition de revêtement protecteur recouvrant la surface du substrat comme il est décrit dans la publication du Royaume
Uni No. 2 013 517A.
Lorsque du fil est utilisé comme substrat, son épaisseur se situe de préférence entre 0,025 mm et 0,50mm et encore mieux entre 0,0254mm et 0,305 mm de diamètre.
Un premier mode de réalisation de la présente invention sera décrit en rapport avec la figure 1. La paroi externe 7 d'une chambre de catalyseur comprend les ouvertures 10 et 11 qui sont adjacentes et continues avec les orifices d'évacuation des cylindres du moteur et-une sortie 12 adjacente au conduit d'évacuation 11. Les catalyseurs 1, 2, 8 et 9 sont positionnés comme il est montré. La chambre de catalyse comprend une paroi interne 5,et deux parois externes 6 et 7 avec une couche d'air entre les parois 5 et 6 et les espaces entre 6 et 7 sont remplis par de l'eau en circulation. L'eau est fournie par l'enceinte d'eau entourant le moteur. Le courant de gaz d'échappement est généralement indiqué par les flèches F1, F2, F3, F4, F5 et F6.Le courant de gaz d'échappement provenant des cylindres passe au travers des orifices d'évacuation et pénètre par les ouvertures 10 et 11 dans la chambre et vient en contact avec les catalyseurs 1 ou 2 et ensuite le catalyseur 8 et éventuellement le catalyseur 9 avant de passer par l'ouverture d'évacuation 12 dans le tuyau d'échap pement.
Le substrat peut être un monolithe ou une structure en treilli. Si un substrat filamentaire est utilisé une unité pour chaque catalyseur peut être utilisée ou un certain nombre de petites unités reliées ensemble.
Un second mode de réalisation sera décrit en rapport avec la figure 2. La chambre de catalyse comprend des ouvertures 10 et 11 adjacentes et continues avec des orifices d'évacuation des cylindres et une sortie 12 adjacente au tuyau d'échappement 13. Entre la paroi interne 25 et la paroi externe 27 de la chambre de catalyse, l'eau provenant de l'enceinte d'eau de refroidissement du moteur circule. Une chambre interne 24 contenant deux catalyseurs 1 et 2 est disposée dans la chambre de catalyse comme il est montré dans la figure 2 de sorte que le gaz d'échappement en pénétrant dans la chambre de catalyse doit passer au travers d'une chambre interne 24 et vient en contact avec le catalyseur avant de quitter la chambre et de pénétrer dans le tuyau d'échappement.Une partie de la chambre interne 29 est perforée par des orifices ou fentes pour permettre au gaz d'échappement se trouvant dans celle-ci de passer depuis la chambre interne dans la chambre de catalyse et de là vers le tuyau d'échappement.
Le gaz d'échappement pénétrant dans la chambre de catalyse par l'ouverture 10 passe au travers de la chambre comme il est indiqué par les flèches F21, F231 F25, F271 F28 et
F31 alors que le gaz pénétrant par l'autre ouverture Il au travers de la chambre comme il est représenté par les flèches F22 F24, F26' F29' F30 et F31
Le support peut être un monolithe ou fabriqué à partir de fil métallique. Les deux catalyseurs sont disposés dans la chambre de catalyse ,comme il est montré dans la figure 2,de sorte qu'approximativement la même quantitéde courant de gaz d'échappement passe au travers de chaque catalyseur, le gaz d'échappement provenant d'un cylindre passant au travers d'un catalyseur.
Un autre mode de réalisation est décrit dans la figure 3 où un ou plusieurs catalyseurs sont utilisés avec des bobines facultatives. La chambre de catalyse comprend des ouvertures 50 et 51 adjacentes et continues avec adjacente les orifice d'évacuation des cylindres et une sortie 52/au tuyau d'échappement 53. Les catalyseurs 41 , 42 et 43 comprenant un support, une couche de fond et un métal catalytique sont disposés de sorte que le gaz d'échappement en pénétrant dans la chambre de catalyse soit obligé de passer au travers des interstices d'au moins un catalyseur avant de quitter la chambre et de pénétrer dans le tuyau d'échappement.Le gaz d'échappement passe au travers de la chambre comme il est indiqué par les flèches F41,
F42' F43, F441 F451 F46 F471 F48, F49, 50 51 F521 F531 F541 F55 et F56. Le gaz d'échappement pénètre dans la chambre de catalyse au travers d'un arrangement en manchon 45 qui est disposé dans la chambre et dévié par une bobine 47 avant de passer à travers du catalyseur.
Dans ce mode de réalisation le substrat pour le catalyseur est de préférence en fil tissé qui peut être unitaire ou en pièce. Des pièces, par exemple, en forme de pet-denonne sont normalement reliées ensemble avant d'être disposées dans la chambre. Des disques annulaires 48 peuvent être utilisés pour fixer le catalyseur aux parois de la chambre. Au centre des catalyseurs, il existe une unité 45 d'écartement qui porte des catalyseurs et les bobines et forme un tube de sortie au travers duquel le gaz d'échappement passe pour pénétrer dans le tuyau d'échappement. Les bobines ne sont pas essentielles et un seul catalyseur peut être utilisé.
La figure 4 décrit une forme d'unité d'écartement où une série de 5 baresrigides 100-500 s'étendant sur la longueur de la chambre sont utilisées.Ces barres sont maintenues en position spatiale relative fixe l'une par rapport à l'autre, maintenant par conséquent le catalyseur sur support rigidement en place dans la chambre, en utilisant des plaques d'écartement 600. Les plaques d'écartement par paires relient trois des cinq barres et sont habituellement à angle droit l'une par rapport à l'autre étant donc disposées le long d'un diamètre du tube de sorte cylindrique central. Deux ou davantage de paires de plaques d'écartement peuvent être utilisées et elles sont habituellement positionnées à des intervalles réguliers sur la longueur de la chambre.Selon une autre possibilité, les plaques d'écartement peuvent être utilisées au lieu des tiges de telle façon qu'elles seraient continues au travers de la longueur de la chambre comme on peut le voir dans la figure 5. Les tiges et les plaques d'écartement doivent être réalisées en une matière résistante à l'oxydation jusqu'à au moins 8000C.
Un autre mode de réalisation sera décrit par rapport avec la figure 3A. La chambre de catalyse comprend des ouvertures 82 et 83 adjacentes et continues avec les orifices d'évacuation des cylindres et une sortie 84 adjacente au tuyau d'échappement. De l'eau provenant de l'enceinte d'eau de refroidissement du moteur circule entre la paroi interne 81 et la paroi externe 80 de la chambre de catalyse. Le catalyseur 85 comprenant un support, une couche de fond et un métal catalytique est disposfi Xque le gaz d'échappement doit passer au travers du catalyseur avant de quitter la chambre. Le catalyseur est disposé dans la chambre en utilisant des plaques d'écartement 86 comme décrit ci-dessus.
Une extrémité des plaques d'écartement 89 est fixée à la paroi de la chambre 81 et un disque ou plaque métallique 90 est fixé à l'autre extrémité des plaques d'écartement pour garantir qu'aucun gaz d'échappement ne puisse quitter la chambre sans passer au travers du catalyseur. Le gaz d'échappement passe dans la chambre par les ouvertures 82 et 83 et ensuite au travers des manchons 87 et 88 et au travers des chambres intermédiaires 92 et 93 dans l'espace interne 91 créé par les plaques d'écartement 86. Le gaz d'échappement alors passe au travers du catalyseur vers l'extérieur et ensuite par la sortie 84.Le courant de gaz d'échappement est indiqué par les flèches F60-F79. Les chambres intermédiaires 92 et 93 comprennent un cylindre creux avec des rebords terminaux faisant partie intégrante avec celui-ci comprenant des orifices disposés sensiblement centralement pour permettre aux plaques d'écartement 86 de passer au travers ,et un manchon, 87 ou 88,est ajusté radialement dans la paroi du cylindre de sorte que le joint soit etanche au gaz.
Le support pour le catalyseur est de préférence du fil à structure à mailles qui peut être réalisé enquatre sections ou trois unités. Si le support est réalisé en sections, par exemple une structure en pet de nonne, celle sont normalement liées ensemble avant que le support ne soit disposé dans la chambre.
Un moteur Diesel du type Perkins 4 236, un moteur
Diesel à faibles émissions, modifié pour être utilisé dans les mines a été utilisé pour- démontrer des résultats obtenus en mettant en oeuvre la présente invention.
Exemple 1
Une chambre de catalyse telle que celle décrite dans 43 premier mode de réalisation de la figure 1 a été adaptée au moteur. Le substrat de catalyseur était un monolithe ayant une densité de cellules de 62 cells/cm2 et réalisé en un alliage ayant la composition suivante
~en poids
Cr 15
Al 4
Y 0,3
Fe complément
Une couche de fond d'alumine stabilisée par de l'oxyde de cérium en une charge de 52,9 mg/dm3 était appli quée. La couche de métal catalytique comprenant Pt et Pd en un rapport de 3:1 était appliquée en une charge de 2,825 g/dm3. La variation de la quantité d'hydrocarbures, de monoxyde de carbone, d'oxydes d'azote et de particules présentes dans le gaz d'échappement avec la charge du moteur Diesel comme pression effective moyenne de frein était mesurée à 1000 tpm et 2200 tpm. Les résultats de ces mesures sont donnés sous forme graphique dans les figures 5-21.Le tableau 1 ci-dessous donne les détails des mesures faites et les figures donnent les résultats
Tableau 1
Matière polluante mesurée dans le Vitesse du mo- Figure gaz d'échappement teur en tpm ~~~~~
Monoxyde de carbone , CO, en ppm 1 000 6 11 1 400 7
li 1 800 8
2 2 200 9
Matière polluante mesurée dans le Vitesse du moteur Figure gaz d'échappement ~~~~~~~~~ en tpm ~~~~~
Hydrocarbures, HC, en ppm 1 000 10
li 1 400 11
1 1 800 12
2 2 200 13
Oxydes d'azote , NOx, en ppm 1 000 14
1 1 400 15
1 1 800 16
2 2 200 17
Particules en g/hr 1 000 18
1 1 400 19
s 1 800 20
2 2 200 21
Les deux courbes montrent la différence entre les matières polluantes présentes dans le gaz d'échappement lorsqu'aucune chambre de catalyse n'est utilisée, (base), représentée dans la figure par
Figure img00110001

et après que le gaz d'échappement soit passé au travers d'une chambre de catalyse représentée dans les figures par
Figure img00110002
Un carburant à haute teneur en soufre avec 0,7% en soufre était le carburant du moteur.
Une autre série de résultats a été obtenue en utilisant le catalyseur adapté au moteur comme il est décrit ci-dessus. Les résultats ont été obtenus avec le moteur fonctionnant à 1 400 tpm pour les figures 36,37, 38,39 et 40 et à 2 200 tpm pour les figures 41, 42, 43,44 et 45.
Exemple 2:
D'autres expériences ont été mises en oeuvre en utilisant une chambre de catalyse comme celle décrite dans le troisième mode de réalisation de la figure 3.
Un substrat à structure à mailles tissées était fabriqué au moyen d'un fil ayant un diamètre de 2,54 pm. Deux catalyseurs ont été préparés . Le substrat pour le catalyseur A était fabriqué au moyen d'un fil d'un alliage ayant la composition suivante
% en poids
Cr 15
% en poids
Al 4
Y 0,3
Fe complément.
La couche de fond d'alumine stabilisée par de l'oxyde de cérium était présente avec une charge de 0,13 g/g de fil de substrat. La couche du métal catalytique comprenant 7,5% Rh, 92,5% Pt était appliquée avec une charge de 2,825 g/dm3. Le catalyseur B comprenait une couche de fond d'alumine avec une charge de 0,2 g/g de fil sur laquelle on a appliqué une couche de métal catalytique de 5,5% Rh, 94,5% Pt avec une charge de 7 g de métal catalytique sur les trois unités de catalyseurs.
Le substrat était fabriqué en acier inoxydable 310 qui a été traité par une composition de revêtement protecteur comme celui décrit dans la publication du Royaume-Uni 2 013 517A.
La variation de la quantité d'hydrocarbures, de monoxyde de carbone, d'oxydes d'azote et de particules présentes dans le gaz d'échappement avec la charge du moteur comme pression effective moyenne de frein était mesurée à 1 400 tpm et 2200 tpm pour le catalyseur A.
Le carburant utilisé dans le moteur était un carburant à forte teneur en soufre contenant 0,7% de soufre.
La variation des particules présentes dans le gaz d'échappement en fonction de la puissance du moteur était mesurée en utilisant un carburant à faible teneur en soufre contenant 0,078 de soufre dans le moteur avec le catalyseur A dans la chambre de catalyse.
En utilisant le catalyseur B , la variation de particules en fonction de la puissance du moteur était mesurée avec le moteur fonctionnant avec des carburants à faible teneur et à teneur élevée en soufre
Les résultats sont donnés sous forme graphique dans les figures 22-35. Le tableau 2 ci-dessous donne les détails des mesures prises.
Tableau 2 Vitesse du Carbu- Figure
Matière pdluante mesurée Catalyseur moteur en rant dans le gaz d'échappement tpm
Hydrocarbures, HC en ppm A 1 400 Forte teneurS 22
Monoxyde de carbone, Coen ppm A 1 400 " 23
Particules en g/hr A 1 400 " 24
Oxydes d'azote en ppm A 1 400 " 25
Hydrocarbures HC en ppm A 2 200 " 26
Monoxyde de carbone CO en ppm A 2 200 " 27
Particules en g/hr A 2 200 " 28
Oxydes d'azote en ppm A 2 200 " 29
Particules en g/hr A 1 400 Faible teneur S 30
Particules en g/hr A 2 200 " 31
B B 1 400 Faible et forte 32
B B 2 200 teneur S 33
B 1 L 400 Forte teneur S 34 B B 2 200 " 35
Les deux courbes dans les figures 22-31 montrent la différence entre les matières polluantes présentes dans le gaz d'échappement lorsqu'aucune chambre de catalyseur n' a été utilisée, (base) et après que le gaz d'échappement sat passé au travers d'une chambre de catalyse.
Figure img00130001
désigne les mesures de base désigne les mesures après que les courants de gaz d'échappement aient passé au travers de la chambre de catalyse.
Dans les figures 32 et 33
Figure img00130002
désigne une mesure de base avec carburant à teneur
élevée en soufre
désigne le carburant à forte teneur en soufre après
catalyse
la désigne/inesure de base avec carburant à faible teneur en soufre
le - désigne icarburant à faible teneur en soufre après
catalyse
Dans les figures 34 et 35
Figure img00130003

désigne la mesure de base -désigne le test préliminaire après catalyse désigne après catalyse durant 7 heures
Figure img00140001

désigne après catalyse durant 50 heures.
Les figures 34 et 35 montrent l'effet du temps sur les propriétés de la catalyse.
La température maximum du rebord de la chambre de catalyse lorsque le moteur fonctionne à une vitesse de 2 200 tpm et une pression effective moyenne de frein de 7,37 bars était de 1030C et sur la paroi externe de la chambre était de 750C.
La contre-pression était négligeable.
Le poids des particules présentes dans le gaz d'échappement était mesuré en faisant passer un volume connu de gaz d'échappement au travers d'un tunni de dilution où il a dilué avec un volume donné d'air pour empêcher les matières solides de se déposer avant que les gaz n'aient passé au travers d'un filtre. Le poids des particules permet de calculer une valeur pour les particules en g/hr. Les particules présentes dans le gaz d'échappement ont été analysées davantage pour obtenir le poids thermogravimétrique et le poids des constituants volatils , hydrocarbures, carbone et sulfate. En utilisant la méthode ci-dessus, un certain nombre de filtres ont été obtenus pour l'analyse.
Le poids de sulfate dans les particules a été mesuré par analyse chimique par voie humide des particules. Un autre échantillon a été disposé dans une balance thermogravimétrique où l'échantillon a été chauffé dans une atmosphère inerte jusqu'à une température de 7800C jusqu'à ce que le poids soit resté constant. La perte de poids entre le poids initial et le nouveau poids donne le poids des constituants volatils présents. De l'air a été introduit et on a poursuivi le chauffage jusqu a ce que le poids est de nouveau resté constant. La différence entre ce poidset la valeur pour le poids constant précédent donne la valeur des constituants de carbone présent. Le restant était de la cendre et des matières non-combustibles trique du fer.
Les résultats de l'analyse des particules présentes dans le gaz d'échappement pour un moteur utilisant des carburants à teneur élevée et faible en soufre sont donnés dans les figures 46-49, les figures46 et 47 étant avec un catalyseur A dans la chambre de catalyse et les figures 48 et 49 étant avec un catalyseur B dans la chambre de catalyse.
Le tableau 3 donne les niveaux de sulfates en g/hr pour les particules en utilisant un carburant à faible teneur en soufre et à teneur élevée en soufre dans le moteur.
Le tableau 4 ci-dessous donne les niveaux en sulfate en g/hr dans le gaz d'échappement en utilisant un carburant à teneur élevée en soufre dans 3e moteur avec un catalyseur B dans la chambre de catalyse. Les mesures ont été faites après 7 et 50 heures.
Tableau 3
Figure img00160001
1400 <SEP> trs/min <SEP> Base; <SEP> gasoil <SEP> Catalyseur <SEP> "A" <SEP> Catalyseur <SEP> "B" <SEP> Base <SEP> Conoco <SEP> Catalyseur <SEP> "A" <SEP> Catalyseur <SEP> "B"
<tb> <SEP> carburant <SEP> à <SEP> gasoil <SEP> gasoil <SEP> carburant <SEP> à <SEP> Conoco <SEP> Conoco
<tb> <SEP> forte <SEP> teneur <SEP> carburant <SEP> à <SEP> carburant <SEP> à <SEP> faible <SEP> te- <SEP> carburant <SEP> à <SEP> carburant <SEP> à
<tb> <SEP> en <SEP> soufre <SEP> forte <SEP> teneur <SEP> forte <SEP> teneur <SEP> neur <SEP> en <SEP> sou- <SEP> faible <SEP> teneur <SEP> faible <SEP> teneur
<tb> <SEP> en <SEP> soufre <SEP> en <SEP> soufre <SEP> fre <SEP> en <SEP> soufre <SEP> en <SEP> soufre
<tb> % <SEP> de <SEP> charge <SEP> 2 <SEP> 1,56 <SEP> 1,48 <SEP> 3,60 <SEP> 5,04 <SEP> 2,09 <SEP> Nil
<tb> " <SEP> 50 <SEP> 1,13 <SEP> 4,05 <SEP> 2,64 <SEP> 0,07 <SEP> Nil <SEP> Nil
<tb> " <SEP> 100 <SEP> 1,15 <SEP> 82,39 <SEP> 37,68 <SEP> 0,02 <SEP> 1,15 <SEP> 1,73
<tb> 2 <SEP> 200 <SEP> trs/min <SEP>
<tb> % <SEP> de <SEP> charge <SEP> 2 <SEP> 1,82 <SEP> 68,57 <SEP> 53,28 <SEP> 4,89 <SEP> 7,44 <SEP> 10,1
<tb> " <SEP> 50 <SEP> 1,20 <SEP> 21,53 <SEP> 18.0 <SEP> 1,08 <SEP> 2,64 <SEP> 5,0
<tb> " <SEP> 2 <SEP> 2,40 <SEP> 7,99 <SEP> 5,76 <SEP> 1,73 <SEP> Nil <SEP> 1,44
<tb>
Tableau 4
Figure img00170001
<tb> 1 <SEP> 400 <SEP> trs/min <SEP> Niveau <SEP> Initial <SEP> Après <SEP> 7 <SEP> hrs <SEP> | <SEP> Après <SEP> 50 <SEP> hrs
<tb> <SEP> g/h <SEP> stabilisation <SEP> stabilisatio
<tb> <SEP> g/h <SEP> g/h
<tb> % <SEP> de <SEP> charge <SEP> 2 <SEP> 3,60 <SEP> 0,67 <SEP> 0,6 <SEP>
<tb> <SEP> 50 <SEP> 2,64 <SEP> 1,32
<tb> <SEP> * <SEP> 100 <SEP> 37,68 <SEP> 22,80 <SEP> 9,6
<tb> 2 <SEP> 200 <SEP> trs/min
<tb> % <SEP> de <SEP> charge <SEP> 100 <SEP> 53,28 <SEP> 36,20 <SEP> 55,7
<tb> 50 <SEP> 18,00 <SEP> 21,10 <SEP> 15,10
<tb> <SEP> 2 <SEP> 2 <SEP> 5,76 <SEP> 6,40 <SEP> 2,3
<tb>
Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux moteurs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (20)

Revendications:
1. Moteur à combustion interne comprenant un appareil pour réduire les matères polluantes se trouvant dans les gaz d'échappement émis par le moteur comprenant au moins un orifice de sortie, caractérisé en ce que cet appareil comprend une chambre, un dispositif pour refroidir la chambre et un catalyseur sur support dans la chambre, le catalyseur étant constitué par un substrat, une couche d'un oxyde métal réfractaire appliqué sur au moins une partie de la surface du substrat et une matière catalytique appliquée sur la couche d'oxyde de métal réfractaire, la chambre comprenant également une entrée en communication avec cet orifice de sortie par laquelle le gaz d'échappement émis par le moteur est amené dans la chambre et passe au travers du catalyseur avant le passage à travers d'un système d'échappement jusqu'à l'atmosphère.
2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre comprend un certain nombre d'entrées correspondant au nombre d'orifices de sortie du moteur.
3. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'appareil est disposé adjacent aux orifices de sortie du moteur.
4. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le substrat est réalisé en une matière choisie dans le groupe comprenant les matières céramiques et les matières métalliques.
5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la matière catalytique est un métal ou un alliage métallique ou une composition contenant deux ou plusieurs métaux et/ou oxydes de ces métaux.
6. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le substrat métallique est sous forme d'une matière tissée ou à structure à mailles.
7. Moteur selon la revendication 6r caractérisé en ce que le substrat métallique est sous forme d'un fil.
8. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le substrat métallique induit une turbulence dans les gaz d'échappement quittant cette chambre.
9. Moteur selon l'une quelconque des revendicatons 1 à 8, caractérisé en ce que la couche d'oxyde de métal réfractaire est choisie dans le groupe comprenant : Mg,
Ca, Sr, Ba, Sc, Y , les lanthanides, Ti, Zr, Hf, Th, Ta, V,
Cr, Mn, Co, Ni, B, AI, Si et Sn.
10. Moteur selon la revendication 9, caractérisé en ce que la première couche est en A1203, hydrates d'alumine,
BaO, Ti02, Zr02, Hf02, Th02 ou Cr203.
11. Moteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le substrat est réalisé en un alliage résistant à la corrosion contenant un métal non précieux.
12. Moteur selon la revendication 11, caractérisé en ce que le substrat est réalisé en un alliage contenant du nickel et du chrome ayant une teneur globale en nickel plus chrome supérieure à 20% en poids.
13. Moteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le substrat est réalisé en un alliage de fer comprenant au moins un des éléments : chrome (3 à 40% en poids), aluminium (1 à 10 % en poids), cobalt (trace à 5% en poids), nickel (trace à 72% en ponts) et carbone (trace à 0,5% en poids).
14. Moteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'alliage du métal de base comprend de l'yttrium en une quantité de 0,1 à 3,0 % en poids.
15. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est réalisé en une matière métallique ayant une épaisseur tombant dans l'intervalle de 0,0254 et 0,508 mm.
16. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la matière catalytique est un métal choisi dans le groupe comprenant Ru, Rh,
Pd, Ir, Pt, Fe, Co, Ni, V, Cr, Mo, W, Y, Ce , des alliages contenant au moins un de ces métaux et des composés intermétalliques contenant au moins 20% en poids d'un ou plusieurs de ces métaux.
17. Moteur en combustion selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, fonctionnant selon un cycle de combustion Diesel.
18. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que le dispositif pour refroidir la chambre consiste en une enceinte d'eau.
19. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que cette enceinte d'eau constitue une partie d'une enceinte d'eau recouvrant sensiblement la totalité du moteur.
20. Procédé pour la réduction des matières polluantes dans le gaz d'échappement d'un moteur à combustion caractérise en ce qu'il consiste à faire passer le gaz d'échappement depuwsle cylindre du moteur dans une chambre qui est au moins partiellement entourée par une enceinte d'eau et qui contient un catalyseur de sorte qu'au moins une partie du gaz noxif et des particules subisse l'oxidation catalytique.
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