Brevet FR2912932A1 — publié le 20080829

SOLUTION AQUEUSE POUR TRAITEMENT DES GAZ D'ECHAPPEMENT DES MOTEURS DIESEL La présente invention concerne une solution pour le traitement des gaz d'échappement à la sortie des moteurs Diesel embarqués ou stationnaires. Elle concerne également son utilisation dans tout dispositif de traitement de ces gaz d'échappement que les moteurs soient des moteurs poids lourds ou des moteurs pour véhicules légers ou encore des moteurs pour des applications industrielles stationnai- res. Les normes européennes en matière de pollution pour les carburants Diesel, en particulier celles applicables aux véhicules poids lourds, ont permis d'influer sur une diminution effective et significative des émissions nocives pour l'environnement. Tout d'abord avec les phases EURO2 et EURO 3, les paramètres de combustion de ces moteurs pour poids lourds ont été ajustés. La phase euro 4 a conduit les constructeurs de moteurs poids lourds à opter pour les post-traitements des gaz d'échappement, c'est-à-dire les SCR (Selective Catalytic Reducer ou réducteur catalytique sélectif en français), les EGR (Exhaust Gas Recirculation ou recirculation de gaz d'échappement en français) et les FAP (filtres à particules). Ces divers post- traitements peuvent être installés seuls ou en combinaison dans la mesure où ils n'agissent pas toujours sur les mêmes polluants présents dans les gaz d'échappement. La plupart des constructeurs européens de poids lourds ont opté pour le post-traitement SCR à l'échappement de leurs moteurs, ce post-traitement agissant exclusivement sur la diminution des oxydes d'azote présents dans les gaz, un autre avan- tape de cette technique étant qu'elle permet par des réglages optimisés du moteur une réduction sensible de la consommation du carburant. Le post-traitement SCR consiste à réduire les NOx ou oxydes d'azote sur un catalyseur contenant du platine et du palladium, et en présence d'ammoniaque gazeux. Pour introduire de l'ammoniaque gazeux dans l'échappement, il est connu de le produire directement dans la conduite avant le SCR en vaporisant une solution aqueuse d'urée qui, placé à une température moyenne oscillant généralement de 200 à 400 C, se décompose progressivement en ammoniaque gazeux. Dans certaines configurations d'installation du SCR et de l'injection d'urée, les constructeurs ont constaté l'apparition de dépôts dans les conduites d'échappement avant l'entrée du SCR. Ces dépôts peuvent être suffisamment importants pour provoquer une obturation partielle voire totale du conduit d'échappement et créer ainsi des pertes en puissance du moteur. A configuration d'injection constante, la quantité de dépôts formés est plus grande à basses températures qu'à hautes tempé-R.'Dre~ers.26 10 2t3S2-1 O2_222leaed pntdnc-_2 fe,rier 2007 - I,N 2 ratures. Ces dépôts, selon les analyses qui ont été faites, sont constitués majoritaire-ment d'acide cyanurique résultant de la décomposition incomplète de l'urée. Cet acide cyanurique peut se sublimer et produire à nouveau de l'ammoniaque gazeux ; cette réaction ne peut se produire qu'à très haute température, supérieure à 450 C, température rarement atteinte à cet endroit dans les conduites d'échappement En outre, on a constaté que ces dépôts étaient présents dans les conduites présentant des coudes du fait du manque de place dans le véhicule, et dont la distance séparant l'injection d'urée et le premier coude est trop courte. L'hypothèse formulée est que dans ce type de configuration, une partie des gouttes d'urée n'a pas le temps 1 0 de se vaporiser et de se décomposer totalement en ammoniaque gazeux. Elles se déposent sur la paroi du conduit qui est à une température trop froide pour permettre la décomposition complète en ammoniaque gazeux, et elles ne se décomposent que partiellement en formant des dépôts d'acide cyanurique collés à la paroi. Aucun document de l'art antérieur ne mentionne la formation de dépôts hormis 15 certains qui pour éviter de telle formation de dépôts, sans préciser leur nature, proposent de nouvelles structures d'injecteurs pour ces solutions. La présente invention vise donc à trouver une solution aqueuse contenant un composé susceptible de se décomposer en ammoniaque gazeux qui se vaporise facilement à l'injection et qui limite fortement les dépôts d'acide cyanurique sur les 20 parois froides . Il vise en outre l'utilisation de cette solution dans tout dispositif de pulvérisation visant le post-traitement des gaz d'échappement. La présente invention a donc pour objet une solution aqueuse pour le traitement des gaz d'échappement comprenant une partie majeure d'un composant susceptible de libérer de l'ammoniaque gazeux par augmentation de la température et une partie 25 mineure d'au moins un composé tensioactif dont la HLB varie de 7 à 17. Par HLB on entend la balance hydrophile/lipophile du dit additif utilisé. Cette solution aqueuse selon l'invention est particulièrement avantageuse car les gouttelettes de solution étant mieux dispersées du fait de ses caractéristiques de mouillabilité et de tension superficielle améliorée par rapport aux solutions de l'art 30 antérieur, elles se vaporisent et se décomposent plus facilement en ammoniaque gazeux avant d'atteindre la paroi froide . Dans un mode préféré de l'invention, la solution comprend de 15 à 40 % d'au moins un constituant se décomposant en ammoniaque gazeux et plus de 10 ppm, de préférence plus de 100 ppm d'au moins un additif polyfonctionnel. 35 Pour obtenir des efficacités suffisantes, par exemple une diminution de plus de 50% au moins des dépôts, la solution comprend de 100 à 5000 ppm d'au moins un additif polyfonctionnel. R'.Umcet, ^_6 00^_61F2-070 _22-iertedépiü do, 22 févr, , 2UO7 - 2 3 Dans le cadre de la présente invention le dit constituant est choisi parmi l'urée et ses dérivés. Pour obtenir une diminution des dépôts, l'additif polyfonctionnel est choisi de préférence parmi les tensioactifs neutres, ioniques et amphotères solubles dans l'eau. L'additif composé d'au moins un tensioactif neutre est choisi parmi les alcools linéaires alcoxylés et polyalcoxylés, les alkylphénols alcoxylés et polyalcoxylés, les esters d'acide gras polyalcoxylés, les dérivés d'amines et d'amides, les homopolymères et les copolymères d'oxydes d'alkylènes, de préférence d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène, les polyalcools alcoxylés et polyalcoxylés, pris seuls ou en mélange. L'additif composé d'au moins un tensioactif ionique est choisi parmi les alkylamines et les alkylammonium linéaires, les diamines linéaires, les hétérocycles aromatiques ou saturés contenant un ou plusieurs atomes d'azote, les composés cycliques de type imidazole, les étheramines et les étheramides, les oxyamines et éthoxyamines, pris seuls ou en mélange. L'additif composé d'au moins un tensioactif amphotère est choisi parmi les aminoacides et leur dérivés imides ou amides, pris seuls ou en mélange. Dans une forme préférée de l'invention, l'additif est choisi parmi les alcools gras linéaires ou ramifiés polyalcoxylés comprenant des chaînes carbonées de 3 à 40 atomes de carbone et de 5 à 10 motifs alcoxylés et présentant une HLB variant de 10 à 15, et les esters d'acides gras polyalcoxylés comprenant de l à 40 motifs alcoxy par chaîne ester et présentant une HLB variant de 8 à 14. De préférence, les alcools polyalcoxylés ont des groupements éthoxylés et/ou propoxylés. Plus particulièrement, l'additif est choisi parmi les esters d'acides gras polyalcoxylés obtenus à partir d'acides gras de chaîne carbonée de C5 à C24 avec des polyols comprenant de l à 5 OH, et d'au moins un oxyde d'alkylène. On ne sortirait pas du cadre de l'invention, si pour obtenir ces esters on faisait réagir des oxydes d'alkylènes avec des huiles végétales ou animales, par exemple des huiles de colza, de tournesol, de palme, de soja, de pin, de suif. Parmi les esters d'acides gras polyalcoxylés, sont préférés les esters d'acides gras de glycol et/ou de glycérol, polyalcoxylés, ces esters étant plus particulièrement polyéthoxylés et/ou propoxylés. Un autre objet de l'invention est l'utilisation de la solution aqueuse dans tout 35 dispositif de pulvérisation visant le post-traitement des gaz d'échappement, plus particulièrement des dispositifs SCR. Les exemples ci-après sont donnés en vue d'illustrer les caractéristiques de l'invention mais non d'en limiter sa portée. R Iire1, 26300 26302-t 22:-texte kpot doe - __ le.r^er _'nU' -31, 4 EXEMPLE I Le présent exemple vise à montrer l'influence de l'ajout d'un additif et de la concentration de celui-ci sur la diminution des dépôts sur parois froides. Des solutions aqueuses référencées S;, contenant de l'urée à 32,5% dans l'eau et des concentrations croissantes en d'additifs A, B et C, ont été préparées : elles sont décrites dans le tableau I ci-après. A est un dérivé d'amines et d'amides vendu sous le nom de ASA TW122 (Commercialisé par Safic Alcan). B est un alcool gras polyéthoxylé comprenant 7,5 groupements éthoxylés sur 10 une chaîne carbonée de 27 carbones de HLB égal à 13,5. C est un triglycéride polyéthoxylé comprenant 30 motifs éthoxylé pour une HLB de 12. TABLEAU I Solution aqueuse SO Tensioactif A/B/C (ppm) 500 SI 10 50 100 0 S5 S6 S4 S3 S2 1000 5000 15 Ces solutions aqueuses d'urée, additivées ou non sont utilisées sur un moteur au banc représentatif d'une utilisation urbaine (bus ou benne à ordures ménagères) dans des conditions optimisées en température afin de favoriser la production de dépôt. On entend des températures comprises entre 250 et 320 C. 20 Les diminutions de dépôts observées dues à la présence d'additifs sont rassemblées dans le tableau II suivant. TABLEAU II Solution aqueuse SO S3 S4 S5 S6 Diminution (%) des dépôts avec additif B 0 50 75 80 85 Diminution (%) des dépôts avec additif c 0 - 85 - - 25 On constate que on diminue les dépôts de plus de 50 % dés que la teneur en additifs B et C est supérieure ou égale à 100 ppm. EXEMPLE II Le présent exemple décrit l'influence de l'additivation sur la tension superfi-30 cielle des gouttes de la solution aqueuse. Les résultats des tensions superficielles mesurées pour les différentes solutions Si sont donnés en mN/m (milliNewton/mètre) dans le tableau III ci-dessous. R Breset, 763UU _6362-U-U_"-testedrpôt_dn tedep5l do - 22 le,ler 2011" - 3 1 REVENDICATIONS 1. Solution aqueuse pour le traitement des gaz d'échappement caractéri-sée en ce qu'elle comprend une partie majeure d'un constituant susceptible de libérer 5 de l'ammoniaque gazeux au dessus de 200 C et une partie mineure d'au moins un additif polyfonctionnel dont la HLB varie de 7 à 17. 2. Solution selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle comprend de 15 à 40 % d'au moins un constituant se décomposant en ammoniaque gazeux et 10 plus 10 ppm, de préférence plus de 100 ppm d'au moins un additif polyfonctionnel. 3. Solution selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisée en ce qu'elle comprend de 100 à 5000 ppm d'au moins un additif polyfonctionnel. 15 4. Solution selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le dit constituant est choisi parmi l'urée et ses dérivés. 5. Solution selon l'une des revendications l à 4 caractérisée en ce que l'additif polyfonctionnel est choisi parmi les tensioactifs neutres, ioniques et ampho-20 tères solubles dans l'eau. 6. Solution selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que les additifs composés de tensioactifs neutres sont choisis parmi les alcools linéaires alcoxylés et polyalcoxylés, les alkylphénols alcoxylés et polyalcoxylés, les esters 25 d'acide gras polyalcoxylés, les dérivés d'amines et d'amides, les homopolymères et les copolymères d'oxydes d'alkylènes, de préférence d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de propylène, les polyalcools alcoxylés et polyalcoxylés, pris seuls ou en mélange. 7. Solution selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisée en ce que les 30 additifs composés de tensioactifs ioniques sont choisis parmi les alkylamines et les alkylammonium linéaires, les diamines linéaires, les hétérocycles aromatiques ou saturés contenant un ou plusieurs atomes d'azote, les composés cycliques de type imidazole, les étheramines et les étheramides, les oxyamines et éthoxyamines, pris seuls ou en mélange. 8. Solution selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisée en ce que les additifs composés de tensioactifs amphotères sont choisis parmi les aminoacides et leur dérivés imides ou amides. pris seuls ou en mélange. R Bre, el> 263110,26382-070222-iextedepbi.Jnc - 22 Rcner 200' - b F 7 9. Solution selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisée en ce que les additifs sont choisis parmi les alcools gras linéaires ou ramifiés polyalcoxylés comprenant des chaînes carbonées de 3 à 40 atomes de carbone et de 5 à 10 motifs alcoxylés et présentant une HLB variant de 10 à 15, et les esters d'acides gras poly- alcoxylés comprenant de 1 à 40 motifs alcoxylés par chaîne ester et présentant une HLB variant de 8 à 14. 10. Solution selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisée en ce que les alcools polyalcoxylés ont des groupements éthoxylés et/ou propoxylés. 11. Solution selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisée en ce que les esters d'acides gras polyalcoxylés sont obtenus à partir d'acides gras de chaîne carbonée de C5 à C24 avec des polyols comprenant de 1 à 5 OH, et d'au moins un oxyde d'alkylène. 12. Solution selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisée en ce que les esters d'acides gras polyalcoxylés sont des esters d'acides gras de glycol et/ou de glycérol, polyalcoxylés. 20 13. Solution selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisée en ce que les esters d'acides gras polyalcoxylés sont des esters d'acides gras polyéthoxylés et/ou propoxylés. 14. Utilisation de la solution aqueuse selon l'une des revendications 1 à 25 13 dans tout dispositif de pulvérisation visant le post-traitement des gaz d'échappement, plus particulièrement des dispositifs SCR. 15 R 'Br, 2670026782-R70222-iemedëpt Joc - 22 fzcrier 200' - 8