WO2007034100A1 - Dispositif de traitement du methane contenu dans les gaz d'echappement emis par un moteur diesel et procede associe. - Google Patents

Dispositif de traitement du methane contenu dans les gaz d'echappement emis par un moteur diesel et procede associe. Download PDF

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WO2007034100A1
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exhaust gas
temperature
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Xavier Jeandel
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Definitions

  • the present invention relates to a methane treatment device contained in the exhaust gas emitted by a diesel engine. It also relates to a methane treatment process contained in the exhaust gas emitted by such an engine.
  • the hydrocarbons contained in the exhaust gases emitted by a diesel engine are treated by catalytic oxidation carried out at a catalytic system comprising platinum and / or palladium.
  • the degradation by catalytic oxidation of methane requires a temperature of the exhaust gas close to 500 ° C.
  • a temperature of the exhaust gas close to 500 ° C.
  • such a temperature is rarely reached by the exhaust gas, or is never even reached in the conditions of driving in an urban environment.
  • the object of the invention is therefore to propose a device making it possible to treat the methane emitted by the exhaust gases of diesel engines in order to effectively and significantly reduce the quantity of methane released into the air, irrespective of the traffic conditions for vehicles equipped with a diesel engine, in an urban environment or on a motorway, and irrespective of the chosen mode of combustion, whether for conventional combustion or for homogeneous combustion.
  • the device for treating the methane contained in the exhaust gases emitted by a diesel engine, especially under conditions of urban traffic comprises a first means adapted to trap and store, by adsorption in a porous solid material. methane, a second means for the thermal desorption of methane stored in the first means, and a third means for the elimination of methane.
  • the device according to the invention is therefore specific to the treatment of methane, which is not degraded current pollution control systems and that is found in the exhaust gas emitted downstream of the catalytic system.
  • This device also has the advantage of being able to be disposed downstream of the catalytic system, thus modifying little the associated industrial process. It can obviously be installed on new vehicle manufacturing lines, but also on vehicles already in circulation.
  • the present invention also relates to a method of removing methane contained in the exhaust gas emitted by a diesel engine downstream of a catalytic system.
  • this method comprises the following steps:
  • FIG. 1 represents a schematic view of an exhaust gas exhaust line emitted by a diesel engine, this exhaust line being provided with a device according to FIG. the invention, according to a particular embodiment.
  • the methane treatment device comprises a first means adapted to trap and store, by adsorption in a porous solid material.
  • the porous solid material used in the context of the present invention belongs to the family of microporous materials and consists of microcavities, or pores, distributed in a solid phase.
  • the porous solid material of the methane treatment device has a pore size of between 0.4 and 1.6 nm, advantageously between 0.8 and 1.2 nm, and preferably of the order of 1 nm. This particular choice of pore size has a major advantage in that it optimizes the storage capacity of the methane molecules in the porous solid material.
  • the porous solid material may be chosen from zeolites, compounds which are frequently used in the field of catalysis and petrochemistry.
  • the zeolites are microporous crystalline aluminosilicates of the general formula AlO 2 M, n SiO 2, in which M represents an alkali metal or an alkaline earth metal, n being an integer, n l 1.
  • zeolites have the property of separating low condensable gases, such as methane, because of their polarizability properties and dipole or quadrupole electric moment. Because of their well-organized crystalline structure and pore orientation, the zeolites also serve as a molecular sieve for the separation of methane from other molecules of the exhaust gases from the catalytic system, including unburnt heavy hydrocarbons.
  • zeolites having a pore size of between 0.85 and 0.95 nm.
  • activated carbons it is possible to use a porous solid material consisting of activated carbons for the device according to the invention.
  • activated carbons often used for the purification of air, have a very large internal surface and a microporous structure giving them a high adsorption capacity. They therefore have a large capacity for storage of methane, particularly at low temperatures.
  • a porosity of the order of 0.7 will more preferably be chosen for activated carbons used for producing the porous solid material of the device according to the invention.
  • the porous solid material may be a nanomaterial.
  • Nanomaterials are materials made from elements whose particle size can vary between 1 and 100 nm, allowing them to acquire particular properties. Such materials are in particular increasingly studied in the fields of catalysis and filtration.
  • a nanomaterial having a pore size of the order of twice the diameter of the methane molecules, ie of the order of 1 nm, will preferably be chosen.
  • the use of a nanomaterial also makes it possible to dope this material with a catalyst.
  • the second means for the thermal desorption of methane stored at the level of the porous solid material is to achieve an increase in the temperature of the exhaust gas to a temperature value equal to or greater than the methane desorption temperature.
  • the temperature for which the release of the methane molecules stored in the porous solid material is called the methane desorption temperature.
  • the porous solid material of the first means of the device according to the invention can again adsorb and store the methane of the exhaust gas.
  • the third means for the removal of methane particles released by thermal desorption may or may not implement a catalyst.
  • the third means comprises a catalyst
  • a catalytic oxidation of the methane is carried out, the temperature conditions being sufficient for the reaction to take place.
  • CH 4 + 2O 2 ⁇ CO 2 + 2H 2 O occurs (temperature above 500 0 C).
  • a catalyst based on platinum, palladium or a combination of the two metals it is possible to use a catalyst based on platinum, palladium or a combination of the two metals.
  • this catalyst is deposited by impregnation of the porous solid material of the first means of the device according to the invention.
  • Such a configuration makes it possible to produce a unitary device in which the first, second and third means are assembled, the adsorption, desorption and methane elimination reactions occurring in situ at the level of the porous solid material.
  • the third means consists of a support impregnated with the catalyst, said support being independent of the first and second means of the device of the invention and disposed downstream of the second means for the thermal desorption of stored methane in the first way.
  • a particular embodiment of such a support distinct from the first and second means is constituted by the third variant explained below.
  • the third means comprises an NO x nitrogen oxide trap comprising said catalyst.
  • NO x traps contain platinum and / or palladium.
  • the device according to the invention can advantageously use an already installed equipment, the NOx trap, for the establishment of the third means. We realize thus a significant saving in quantity of precious metal and in impregnation operation.
  • the third means when the third means does not include a catalyst, it is placed under special conditions allowing the third means to achieve the conditions of flammability of methane and cause its combustion in volume.
  • the combustion volume of the methane can be initiated by the spark of a candle.
  • the present invention also relates to a method of removing methane contained in the exhaust gas emitted by a diesel engine downstream of a catalytic system.
  • this process comprises the following steps: a first step of trapping and storage, by adsorption in a porous solid material, of methane,
  • the porous solid material used as part of the process according to the invention has a pore size of between 0.4 and 1.6 nm, advantageously between 0.8 and 1.2 nm, and preferably of the order of 1 nm, and / or a thickness of material separating two pores about the size of the pores.
  • the materials that may constitute the porous solid material it is advantageously possible to choose from a nanomaterial, a material made of activated carbons and a zeolite of general formula AlO 2 M, nSiO 2 , where M represents an alkali metal or alkaline earth metal and n is an integer, n ⁇ l.
  • the second thermal desorption step of the process according to the invention is carried out by raising the temperature of the exhaust gases to a temperature value equal to or greater than the methane desorption temperature.
  • This second methane recovery step thermal desorption, must be implemented according to different factors. Among these factors, mention may be made of the quantity of methane stored in the porous solid material. In particular, when this amount of methane stored has reached the maximum storage capacity of said porous solid material, it becomes necessary to trigger the second methane purge step by thermal desorption.
  • Such information as to the storage capacity of the methane may be provided by the vehicle calculator in particular by means of a methane emission estimator. Thus, from a predetermined table of methane emission according to the engine speed and torque, the calculator can be used to evaluate the flow of methane emitted at each moment.
  • the second thermal desorption step it is also possible to take into account the values of certain parameters, such as temperature, oxygen and methane concentrations, when these are favorable to combustion. in volume of methane, but also the temperature of the exhaust gas. Indeed, it is necessary to anticipate the hypothesis according to which the temperature of these exhaust gases approaches the desorption temperature value T des ⁇ rp of methane and would cause the desorption of methane. It is therefore possible to implement the second stage of thermal desorption of methane, when the temperature of the exhaust gas reaches a given set temperature, for example 0.7 ⁇ T of ⁇
  • the reformate is constituted by the gas mixture obtained by reforming, that is to say by the catalytic conversion of a hydrocarbon.
  • the hydrocarbon being the gas oil
  • the reformate comprises nitrogen, hydrogen and carbon monoxide as their major constituents, their respective proportion depending on the reforming technology used.
  • This third stage of removal of the desorbed methane can be achieved by the implementation of means to achieve the conditions of flammability of methane and cause its combustion in volume.
  • This third stage of elimination of the desorbed methane can also be carried out by catalytic oxidation in the presence of platinum and / or palladium.
  • the catalyst may be deposited by impregnation of the porous solid material, for in situ treatment, or deposited on a support disposed downstream of the porous solid material. This support may advantageously consist of a NO x nitrogen oxide trap.
  • a real advantage can be realized in the removal of methane desorbed by catalytic oxidation of the latter at a NO x trap, which is added to the precious metal economy and impregnation stage already mentioned .
  • the device according to the invention when the device according to the invention is disposed upstream of the NO x trap, the fact of proceeding to the second stage of desorption of methane allows the NO x trap to be enriched in hydrocarbons and thus to optimize the subsequent treatment of NO x .
  • FIG. 1 This particular configuration implementing an NO x trap is illustrated in Figure 1 attached.
  • Figure 1 there is shown schematically an exhaust line of the exhaust gas emitted by a diesel engine equipping a vehicle.
  • This exhaust line 1 is equipped with different exhaust after-treatment devices emitted by the engine 2.
  • the catalyzed particulate filter 3 which is arranged downstream of the engine 2 and which makes it possible to treat the soot particles. Downstream of the catalyzed particle filter 3 is the methane treatment device 4 according to the present invention, which comprises the porous solid material. The presence of a catalyzed particle filter 3 makes it possible to avoid rapid saturation of the device 4 by hydrocarbons other than methane. Thus, only the methane will be trapped at the device 4.
  • a nitrogen oxide trap NO x 5 Downstream of this same device 4 is a nitrogen oxide trap NO x 5, intended to treat the various nitrogen oxides present in the exhaust gas.
  • This exhaust line 1 comprises, upstream of the methane treatment device 4, a temperature sensor 6, for example a thermocouple, which transmits the exhaust gas temperature, as measured in FIG. the output of the catalyzed particle filter 3 to a computer 7 of the vehicle.
  • a temperature sensor 6 for example a thermocouple
  • the computer 7 of the vehicle controls, via a reformer computer 8, a reformate injection upstream of the device 4, to reach a temperature greater than or equal to the temperature desorption of methane, or even 500 0 C.
  • the reforming stage 9 is supplied with air by means of an air pump 10 and diesel fuel from the high pressure ramp of the engine 2, the flow rate of the diesel fuel being regulated by means of a flow meter 11.
  • ⁇ back 12 prevents the exhaust gas from rising in the reforming stage 9.
  • the reformate injection is done by means of an injection pipe 13 located upstream of the catalyzed particle filter 3.
  • the platinum and / or the palladium present in the catalyzed particle filter 3 oxide (nt) then the hydrogen and the reformate carbon monoxide, thus causing the raising of the temperature of the exhaust gas.
  • this temperature reaches the desorption temperature of the methane, the methane stored in the device 4 is desorbed.
  • this temperature reaches a value of the order of 500 ° C., the platinum and / or palladium contained in the NO x trap trap (s) the desorbed methane.
  • the richness reached in the exhaust line 1 is of the order of 1.05, a blowdown of the NO x trap 5 is carried out.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de traitement du méthane contenu dans les gaz d'échappement émis par un moteur diesel, notamment dans des conditions de circulation urbaine ainsi qu'un procédé de traitement associé . Ce dispositif comprend un premier moyen adapté à piéger et à stocker, par adsorption dans un matériau solide poreux, le méthane, un second moyen permettant la désorption thermique du méthane stocké dans le premier moyen, et un troisième moyen permettant l'élimination du méthane .

Description

La présente invention concerne un dispositif de traitement du méthane contenu dans les gaz d'échappement émis par un moteur diesel. Elle concerne également un procédé de traitement du méthane contenu dans les gaz d'échappement émis par un tel moteur.
A l'heure actuelle, les hydrocarbures contenus dans les gaz d'échappement émis par un moteur diesel sont traités par oxydation catalytique réalisée au niveau d'un système catalytique comprenant du platine et/ou du palladium.
Si ce traitement par oxydation catalytique s'avère efficace pour la dégradation des hydrocarbures lourds, il ne permet pas l'élimination du méthane contenu dans les gaz d'échappement, ce méthane se retrouvant donc en aval du système catalytique mentionné ci-dessus.
En effet, la dégradation par oxydation catalytique du méthane requiert une température de gaz d'échappement proche de 5000C. Or, une telle température est rarement atteinte par les gaz d'échappement, voire n'est même jamais atteinte dans les conditions de roulage en milieu urbain.
Par ailleurs, les recherches actuelles portant sur la combustion homogène du gazole indiquent que, parmi les gaz d'échappement générés par cette combustion homogène, on retrouve une proportion massique particulièrement importante de méthane, comprise entre 10 et 20% de la masse totale des hydrocarbures émis.
Or, parmi les actions engagées dans le domaine de la lutte pour préserver et même améliorer l'environnement, la dépollution de l'air constitue une action majeure. En particulier, pour ce qui concerne les motorisations diesel, l'élimination du méthane des gaz d'échappement émis par les moteurs diesel, devient un objectif prioritaire, qui sera probablement encadré par des normes futures de plus en plus strictes dans le domaine .
Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif permettant de traiter le méthane émis par les gaz d'échappement des moteurs diesel pour diminuer de manière efficace et significative la quantité de méthane relâchée dans l'air et ce, quel que soit les conditions de circulation des véhicules équipés d'une motorisation diesel, en milieu urbain ou sur autoroute, et indépendamment du mode de combustion retenu, qu'il s'agisse de la combustion conventionnelle ou de la combustion homogène.
Selon l'invention, le dispositif de traitement du méthane contenu dans les gaz d'échappement émis par un moteur diesel, notamment dans des conditions de circulation urbaine, comprend un premier moyen adapté à piéger et à stocker, par adsorption dans un matériau solide poreux, le méthane, un second moyen permettant la désorption thermique du méthane stocké dans le premier moyen, et un troisième moyen permettant l'élimination du méthane .
Le dispositif selon l'invention est donc spécifique du traitement du méthane, qui n'est pas dégradé pas les systèmes de dépollution actuels et que l'on retrouve donc dans les gaz d'échappement émis en aval du système catalytique. Ce dispositif présente en outre l'avantage de pouvoir être disposé en aval du système catalytique, modifiant donc peu le processus industriel associé. Il peut bien évidemment être installé sur des lignes de fabrications de véhicules neufs, mais également sur des véhicules déjà mis en circulation.
La présente invention concerne également un procédé d'élimination du méthane contenu dans les gaz d'échappement émis par un moteur diesel en aval d'un système catalytique.
Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes suivantes :
-une première étape de piégeage et de stockage, par adsorption dans un matériau solide poreux, du méthane,
-une seconde étape de récupération, par désorption thermique, du méthane stocké lors de la première étape,
-une troisième étape d'élimination du méthane désorbé.
D'autres avantages et particularités de la présente invention résulteront de la description détaillée qui va suivre. Dans cette description détaillée, une réalisation particulière de l'invention, faite en référence à la figure 1 annexée, est donnée à titre d'exemple non limitatif. Cette figure 1 représente une vue schématique d'une ligne d'échappement de gaz d'échappement émis par un moteur diesel, cette ligne d'échappement étant munie d'un dispositif conforme à l'invention, selon une configuration particulière de réalisation .
Le dispositif de traitement du méthane selon l'invention comprend un premier moyen adapté à piéger et à stocker, par adsorption dans un matériau solide poreux.
Le matériau solide poreux mis en œuvre dans le cadre de la présente invention appartient à la famille des matériaux microporeux et est constitué de microcavités, ou pores, répartis dans une phase solide. Selon une version avantageuse de l'invention, le matériau solide poreux du dispositif de traitement du méthane présente une taille de pores comprise entre 0,4 et 1,6 nm, avantageusement entre 0,8 et 1,2 nm, et de préférence de l'ordre de 1 nm. Ce choix particulier de taille de pores présente un avantage majeur dans le sens où il permet d'optimiser au mieux la capacité de stockage des molécules de méthane dans le matériau solide poreux. En effet, pour de telles valeurs de taille de pores, et en particulier pour une taille d'environ 1 nm qui correspond à peu près au double du diamètre de la molécule de méthane, les forces mises en jeu dans le cadre du mécanisme d' adsorption sont favorisées par le phénomène de confinement qui permet aux surfaces en regard l'une de l'autre d'exercer conjointement une attraction sur les espèces présentes.
Pour augmenter également la capacité de stockage du méthane dans le matériau solide poreux, on pourra le choisir de telle sorte que l'épaisseur de matière séparant deux pores du dit matériau soit de l'ordre de la taille des pores. La combinaison de ces deux paramètres, à savoir taille des pores et épaisseur de matière entre ceux-ci telles que définies ci-dessus, constitue donc une optimisation de structure pour le matériau solide poreux. Selon une première version de l'invention, le matériau solide poreux peut être choisi parmi les zéolites, composés qui sont fréquemment utilisés dans le domaine de la catalyse et de la pétrochimie.
Les zéolites sont des aluminosilicates cristallins microporeux de formule générale Alθ2M,nSiθ2, dans laquelle M représente un métal alcalin ou un métal alcalino-terreux, n étant un nombre entier, n≥l .
Ces zéolites possèdent la propriété de séparer les gaz peu condensables, comme le méthane, du fait de leurs propriétés de polarisabilité et de moment électrique dipolaire ou quadripolaire . Du fait de leur structure cristalline qui présente une taille et une orientation de pores bien organisée, les zéolites servent également de tamis moléculaire permettant la séparation du méthane des autres molécules des gaz d'échappement issus du système catalytique, et notamment des hydrocarbures lourds imbrûlés.
Parmi la gamme étendue de taille de pores que peuvent présenter les zéolithes, on peut avantageusement mettre en œuvre des zéolithes présentant une taille de pores comprise entre 0,85 et 0,95 nm.
Selon une seconde version de l'invention, on peut utiliser un matériau solide poreux constitué de charbons actifs pour le dispositif selon l'invention. En effet, les charbons actifs, souvent utilisés pour la purification de l'air, présentent une très grande surface interne et une structure microporeuse leur conférant une grande capacité d' adsorption . Ils présentent donc une grande capacité de stockage de méthane, en particulier à basses températures.
Une porosité de l'ordre de 0,7 sera plus préférentiellement choisie pour des charbons actifs utilisés pour la réalisation du matériau solide poreux du dispositif selon l'invention.
On retiendra de préférence des charbons actifs présentant une taille de pores n'excédant pas 1,6 nm. Plus préférentiellement , on optera pour une taille de pores de l'ordre de 0,8 nm. Selon une troisième version de l'invention, le matériau solide poreux peut être un nanomatériau .
Les nanomatériaux sont des matériaux réalisés à partir d'éléments dont la taille de particules peut varier entre 1 et 100 nm, leur permettant d'acquérir des propriétés particulières. De tels matériaux sont en particulier de plus en plus étudiés dans les domaines de la catalyse et de la filtration.
Pour la réalisation du matériau solide poreux, on choisira de préférence un nanomatériau présentant une taille de pores de l'ordre du double du diamètre des molécules de méthane, soit de l'ordre de 1 nm.
Outre le fait de conférer une porosité contrôlée et régulière au matériau solide poreux, l'utilisation d'un nanomatériau permet également de doper ce matériau par un catalyseur. Ainsi, comme on le verra plus loin, on peut envisager la dégradation et donc l'élimination in situ du méthane, au niveau du matériau solide poreux, lorsque la température des gaz d'échappement atteint une valeur de l'ordre de 5000C. Le second moyen permettant la désorption thermique du méthane stocké au niveau du matériau solide poreux consiste à réaliser une élévation de la température des gaz d'échappement jusqu'à une valeur de température égale ou supérieure à la température de désorption du méthane.
On appelle température de désorption du méthane, la température pour laquelle se produit la libération des molécules de méthane stockées dans le matériau solide poreux . Après la désorption thermique du méthane, le matériau solide poreux du premier moyen du dispositif selon l'invention peut de nouveau adsorber et stocker le méthane des gaz d'échappement.
Le troisième moyen permettant l'élimination des particules de méthane libérées par désorption thermique peut, ou non, mettre en œuvre un catalyseur.
Dans le premier cas, lorsque le troisième moyen comprend un catalyseur, on réalise une oxydation catalytique du méthane, les conditions de température étant suffisantes pour que la réaction
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O se produise (température supérieure à 5000C). On peut notamment utiliser un catalyseur à base de platine, de palladium, ou une combinaison des deux métaux .
Selon une première variante de l'invention, ce catalyseur est déposé par imprégnation du matériau solide poreux du premier moyen du dispositif selon l'invention.
Une telle configuration permet de réaliser un dispositif unitaire au sein duquel sont rassemblés les premier, second et troisième moyens, les réactions d ' adsorption, de désorption puis d'élimination du méthane se produisant in situ, au niveau du matériau solide poreux .
Selon une seconde variante de l'invention, le troisième moyen est constitué par un support imprégné du catalyseur, ledit support étant indépendant des premier et second moyens du dispositif de l'invention et disposé en aval du second moyen permettant la désorption thermique du méthane stocké dans le premier moyen.
Une réalisation particulière d'un tel support distinct des premier et second moyens est constituée par la troisième variante explicitée ci-après.
Selon cette troisième variante de l'invention, le troisième moyen comprend un piège à oxydes d'azote NOx comprenant ledit catalyseur. En effet, de manière classique, les pièges NOx contiennent du platine et/ou du palladium. Ainsi, lorsque les véhicules sont équipés d'un tel piège NOx, le dispositif selon l'invention peut avantageusement utiliser un équipement déjà installé, le piège à NOx, pour la mise en place du troisième moyen. On réalise ainsi une économie non négligeable en quantité de métal précieux et en opération d'imprégnation.
Dans le second cas, lorsque le troisième moyen ne comprend pas de catalyseur, on se place dans des conditions particulières permettant au troisième moyen d'atteindre les conditions d' inflammabilité du méthane et de provoquer sa combustion en volume.
Différents paramètres, tels que la température, les concentrations en oxygène et en méthane..., seront à déterminer pour permettre le démarrage puis l'entretien de la combustion en volume du méthane.
A titre d'exemple, la combustion en volume du méthane pourra être initiée par l'étincelle d'une bougie.
La présente invention concerne également un procédé d'élimination du méthane contenu dans les gaz d'échappement émis par un moteur diesel en aval d'un système catalytique.
Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes suivantes : -une première étape de piégeage et de stockage, par adsorption dans un matériau solide poreux, du méthane,
-une seconde étape de récupération, par désorption thermique, du méthane stocké lors de la première étape,
-une troisième étape d'élimination du méthane désorbé .
Comme indiqué précédemment, le matériau solide poreux mis en œuvre dans le cadre du procédé selon l'invention présente une taille de pores comprise entre 0,4 et 1,6 nm, avantageusement entre 0,8 et 1,2 nm, et de préférence de l'ordre de 1 nm et/ou une épaisseur de matière séparant deux pores de l'ordre de la taille des pores.
Parmi les matières susceptibles de constituer le matériau solide poreux, on peut avantageusement choisir parmi un nanomatériau, un matériau réalisé en charbons actifs et une zéolite de formule générale AlO2M, nSiO2, où M représente un métal alcalin ou alcalino-terreux et n est un nombre entier, n≥l .
La seconde étape de désorption thermique du procédé selon l'invention est mise en œuvre par une élévation de la température des gaz d'échappement jusqu'à une valeur de température égale ou supérieure à la température de désorption du méthane.
Cette seconde étape de récupération du méthane, par désorption thermique, doit pouvoir être mise en œuvre en fonction de différents facteurs. Parmi ces facteurs, on peut citer celui relatif à la quantité de méthane stockée dans le matériau solide poreux. En particulier, lorsque cette quantité de méthane stockée a atteint la capacité maximale de stockage du dit matériau solide poreux, il devient nécessaire de déclencher la seconde étape de purge du méthane par désorption thermique. Une telle information quant à la capacité de stockage du méthane peut être notamment fournie par le calculateur du véhicule au moyen d'un estimateur d'émission de méthane. Ainsi, à partir d'une table prédéterminée d'émission de méthane en fonction du régime et du couple moteur, le calculateur permet d'évaluer le débit de méthane émis à chaque instant.
Parmi les autres facteurs devant déclencher la seconde étape de désorption thermique, on peut également prendre en compte les valeurs de certains paramètres, tels que la température, les concentrations en oxygène et en méthane..., lorsque celles-ci sont favorables à la combustion en volume du méthane, mais également la température des gaz d'échappement. En effet, il faut anticiper l'hypothèse selon laquelle la température de ces gaz d'échappement s'approcherait de la valeur de température de désorption Tdesθrp du méthane et provoquerait la désorption du méthane. On peut en conséquence prévoir de mettre en œuvre la seconde étape de désorption thermique du méthane, lorsque la température des gaz d'échappement atteint une température de consigne donnée, par exemple 0,7xTdesθrp-
Pour obtenir l'élévation de la température des gaz d'échappement jusqu'à une valeur de température égale ou supérieure à la température de désorption du méthane requise pour la mise en œuvre de la seconde étape de désorption thermique du procédé selon l'invention, on peut procéder au moins de quatre façons différentes :
-par un contrôle moteur, en modifiant le mode de combustion du moteur sans changer de point de fonctionnement du moteur en régime et en couple ;
-par des résistances électriques mises dans la ligne des gaz d'échappement, soit disposées en amont du dispositif selon l'invention, soit disposées au sein même du premier moyen adapter à piéger et à stocker le méthane ;
-par un brûleur de gazole disposé en amont du dispositif selon l'invention ; -par oxydation exothermique de H2 et CO contenus dans un reformat injecté en amont du système catalytique.
Nous allons ci-après décrire plus en détail les conditions liées à cette oxydation exothermique qui permet d'élever la température des gaz d'échappement à une température supérieure ou égale à Tdesθrp du méthane.
Le reformat est constitué par le mélange de gaz obtenu par reformage, c'est-à-dire par la transformation catalytique d'un hydrocarbure.
Dans notre cas, l'hydrocarbure étant le gazole, le reformat comprend comme constituants majoritaires, l'azote, l'hydrogène et le monoxyde de carbone, leur proportion respective dépendant de la technologie de reformage mise en oeuvre.
Par l'injection d'un tel reformat au niveau du système catalytique, qui est situé en amont du dispositif selon l'invention et qui comprend du platine et/ou du palladium, on réalise l'oxydation exothermique de l'hydrogène et du monoxyde de carbone, conformément aux réactions suivantes : H2 + V2 O2 → H2O ΔH1 = 121 kJ/g
CO + V2 O2 → CO2 ΔH1 = 10 kJ/g
Cette oxydation exothermique provoque donc l'élévation de la température des gaz d'échappement. On pourrait également envisager l'injection de ce reformat au niveau d'un piège à NOx ou encore du filtre à particules catalysé, sous réserve que l'un ou l'autre de ces éléments soit effectivement disposé en amont du dispositif selon l'invention.
Après récupération, par désorption thermique, du méthane, on met en œuvre une troisième étape consistant à éliminer le méthane désorbé.
Cette troisième étape d'élimination du méthane désorbé peut être réalisée par la mise en œuvre de moyens permettant d'atteindre les conditions d' inflammabilité du méthane et de provoquer sa combustion en volume.
Cette troisième étape d'élimination du méthane désorbé peut également être réalisée par oxydation catalytique, en présence de platine et/ou de palladium. Comme on l'a vu précédemment, le catalyseur peut être déposé par imprégnation du matériau solide poreux, pour un traitement in situ, ou déposé sur un support disposé en aval du matériau solide poreux. Ce support peut avantageusement être constitué par un piège à oxydes d'azote NOx.
On peut tirer un réel avantage à procéder à l'élimination du méthane désorbé par oxydation catalytique de ce dernier au niveau d'un piège à NOx, qui se rajoute à l'économie de métal précieux et d'étape d'imprégnation déjà mentionnée.
En effet, lorsque le dispositif selon l'invention est disposé en amont du piège à NOx, le fait de procéder à la seconde étape de désorption du méthane permet d'enrichir en hydrocarbures le piège à NOx et donc d'optimiser le traitement ultérieur des NOx.
Cette configuration particulière mettant en œuvre un piège à NOx est illustrée à la figure 1 annexée. Sur cette figure 1, on a schématiquement représenté une ligne d'échappement des gaz d'échappement émis par un moteur diesel équipant un véhicule.
Cette ligne d'échappement 1 est équipée de différents dispositifs de post-traitement des gaz d'échappement émis par le moteur 2.
Parmi ces différents dispositifs, on peut citer le filtre à particules catalysé 3 qui est disposé en aval du moteur 2 et qui permet de traiter les particules de suie . En aval du filtre à particules catalysé 3, est disposé le dispositif de traitement du méthane 4 conforme à la présente invention, qui comprend le matériau solide poreux. La présence d'un filtre à particules catalysé 3 permet d'éviter une saturation rapide du dispositif 4 par des hydrocarbures autres que le méthane. Ainsi, seul le méthane sera piégé au niveau du dispositif 4.
En aval de ce même dispositif 4 se trouve un piège à oxydes d'azote NOx 5, destiné à traiter les différents oxydes d'azote présents dans les gaz d'échappement.
Cette ligne d'échappement 1 comprend, en amont du dispositif de traitement du méthane 4, un capteur de température 6, par exemple un thermocouple, qui transmet la température de gaz d'échappement, telle que mesurée à la sortie du filtre à particules catalysé 3, à un calculateur 7 du véhicule.
Lorsqu'une purge du méthane stocké dans le dispositif 4 s'avère nécessaire, le calculateur 7 du véhicule commande, via un calculateur de reformeur 8, une injection de reformat en amont du dispositif 4, pour atteindre une température supérieure ou égale à la température de désorption du méthane, voire de 5000C.
L'étage de reformage 9 est alimenté en air au moyen d'une pompe à air 10 et en gazole à partir de la rampe haute pression du moteur 2, le débit du gazole étant régulé au moyen d'un débitmètre 11. Un clapet anti¬ retour 12 empêche les gaz d'échappement de remonter dans l'étage de reformage 9. L'injection de reformat se fait au moyen d'une pipe d'injection 13 située en amont du filtre à particules catalysé 3. Le platine et/ou le palladium présent (s) dans le filtre à particules catalysé 3 oxyde (nt) alors l'hydrogène et le monoxyde de carbone du reformat, provoquant ainsi l'élévation de la température des gaz d'échappement.
Lorsque cette température atteint la température de désorption du méthane, le méthane stocké dans le dispositif 4 est désorbé. En particulier, si cette température atteint une valeur de l'ordre de 5000C, le platine et/ou le palladium contenu (s) dans le piège à NOx 5 traite (nt) le méthane désorbé . Lorsque la richesse atteinte dans la ligne d'échappement 1 est de l'ordre de 1,05, une purge du piège à NOx 5 est réalisée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (3) de traitement du méthane contenu dans les gaz d'échappement émis par un moteur diesel, notamment dans des conditions de circulation urbaine, ce dispositif comprenant un premier moyen adapté à piéger et à stocker, par adsorption dans un matériau solide poreux, le méthane, un second moyen permettant la désorption thermique du méthane stocké dans le premier moyen, et un troisième moyen permettant l'élimination du méthane caractérisé en ce que le matériau solide poreux est un nanomatériau .
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en que le matériau solide poreux présente une taille de pores de l'ordre de 1 nm.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'épaisseur de matière séparant deux pores du matériau solide poreux est de l'ordre de la taille des pores.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le second moyen permet une élévation de la température des gaz d'échappement jusqu'à une valeur de température égale ou supérieure à la température de désorption du méthane.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le troisième moyen comprend un catalyseur, par exemple un catalyseur de platine et/ou de palladium.
6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit catalyseur est déposé par imprégnation du matériau solide poreux.
7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le troisième moyen comprend un piège à oxydes d'azote NOx (5) comprenant ledit catalyseur .
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le troisième moyen permet d'atteindre les conditions d' inflammabilité du méthane et de provoquer sa combustion en volume, en l'absence de catalyseur.
9. Procédé d'élimination du méthane contenu dans les gaz d'échappement émis par un moteur diesel en aval d'un système catalytique, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
- une première étape de piégeage et de stockage, par adsorption dans un matériau solide poreux qui choisi parmi un nanomatériau, du méthane, - une seconde étape de récupération, par désorption thermique, du méthane stocké lors de la première étape,
- une troisième étape d'élimination du méthane désorbé .
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le matériau solide poreux présente une taille de pores de l'ordre de 1 nm et/ou une épaisseur de matière séparant deux pores de l'ordre de la taille des pores .
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 10, caractérisé en ce que la seconde étape de désorption thermique est mise en œuvre par une élévation de la température des gaz d'échappement jusqu'à une valeur de température égale ou supérieure à la température de désorption du méthane.
12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'élévation de la température des gaz d'échappement est réalisée par oxydation exothermique de H2 et CO contenus dans un reformat injecté en amont du système catalytique.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la troisième étape d'élimination du méthane est réalisée par oxydation catalytique, en présence de Pt et/ou de Pd.
14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le catalyseur est déposé par imprégnation du matériau solide poreux.
15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le catalyseur est déposé dans un support disposé en aval du matériau solide poreux.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le support disposé en aval du matériau solide poreux est constitué par un piège à oxydes d'azote NOx (5) .
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que la troisième étape d'élimination du méthane est réalisée par mise en œuvre de moyens permettant d'atteindre les conditions d' inflammabilité du méthane et de provoquer sa combustion en volume.
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