Brevet FR2949822A1 — publié le 20110311

On sait que les moteurs à combustion interne qui sont utilisés pour produire de l'énergie mécanique, notamment dans les automobiles, fonctionnent par combustion au moyen d'air et d'un carburant à base d'hydrocarbures. Les gaz de combustion résultant contiennent principalement de la vapeur d'eau et de l'azote et du dioxyde de carbone entre 12% etl4% puis sont rejetés dans l'atmosphère après passage éventuel dans un convertisseur catalytique destiné à réduire certains rejets nocifs comme l'oxyde de carbone et les carburants imbrulés La présente invention propose un procédé et un dispositif permettant de valoriser le dioxyde de carbone habituellement rejeté à l'atmosphère, en le convertissant en un deuxième carburant additionnel au moteur en utilisant le CO2 qui a été ' généré.par le premier carburant principal limitant ainsi l'apport de carbone fossile pour l'alimentation du moteur . Le procédé consiste à faire fonctionner un moteur à combustion interne au moyen d'air et au moins deux carburants externes, l'un appelé carburant principal étant un carburant usuel à base d'hydrocarbure tel que l'essence, le gas-oil ou du méthane et un autre appelé carburant additionnel étant obtenu à partir des gaz d'échappement issus du moteur Un séparateur de dioxyde de carbone recueille d'une part un premier gaz enrichi en dioxyde de carbone et appauvri en azote et d'autre part un second ' az appauvri en dioxyde de carbone et enrichi en azote et en rejetant le dit second gaz comme a l'ordinaire b) en mélangeant le dit premier gaz avec au-moins un hydrocarbure et en faisant passer le mélange résultant au contact d'un catalyseur de conversion le mélange de dioxyde de carbone et d'hydrocarbure, conduit a un mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène, dans des conditions de température permettant la dite conversion, ce dernier mélange constituant le deuxième carburant additionnel précité qui alimente le moteur. Le séparateur de dioxyde ou carbone est d'un nouveau type à membrane mixte polymère 25 céramique à porosité controlée dont les pores de la céramique sont garnis de polymères de la famille -polyimidiques résistant à une température de 350 °_400°C On pourrait par exemple utiliser un support en aluminosilicate ou en métal ou alliage de métaux poreux capable de résister aux températures élevées de l'ordre de 400 ° C et traités de la façon décrite précédemment. 30 On pourra aussi utiliser ces séparateurs à basse température à la double condition de refroidir le gaz d'échappement à la sortie du moteur, avant admission au séparateur puis de les réchauffer ensuite avant leur passage dans le convertisseur catalytique. Ceci peut être réalisé et spécifiquement a cet endroit en récupérant la chaleur au niveau des pipes d'échappement à travers un `échangeur a contrecourant des gaz chaud sortant du moteur avant entrée dans le séparateur, et le gaz issu du 35 séparateur avant entrée dans le convertisseur. Cet échange peut avoir lieu dans un échangeur de chaleur à paroi de type classique .ce dispositif seul placé a cet endroit permet de maintenir le catalyseur à une température suffisamment élevée sans avoir recours à un chauffage électrique. Cette disposition augmente le rendement énergétique global du moteur en utilisant cette source Les catalyseurs de conversion de l'étape (b) ci-dessus sont des catalyseurs de conversion tel 40 que ceux utilisés actuellement dans les convertisseurs catalytique des véhicules automobile, notamment à base de platine ou de palladium. Les catalyseurs à base de nickel ou autre sont également décrits dans les brevets EP 494 550 du 15 Juin 1994 ou US 6251 30 227 du 26 Juin 2001. La température de conversions est habituellement de l'ordre de 450 à 600° C mais peut varier en plus ou en moins. Dans une forme de réalisation les gaz chauds issus du moteur sont utilisés pour chauffer indirectement la zone de conversion catalytique. Le catalyseur est alors placé d'un premier côté d'une enceinte à double paroi, les gaz chauds passent de l'autre côté de la première paroi, avant de rejoindre le séparateur de CO2. Il convient de noter que les gaz d'échappement à la sortie du moteur renferment, outre CO2 et N2, de la vapeur d'eau et un peu de monoxyde de carbone. Selon le type de séparateur et sa sélectivité, le courant enrichi en dioxyde de carbone issu du séparateur pourra contenir, outre le CO2, et N2 une certaine quantité de vapeur d'eau et de monoxyde de carbone. Cela ne constitue généralement pas un inconvénient et la vapeur d'eau peut même être utile comme réactif dans le convertisseur. L'invention concerne entre autres un dispositif de production d'énergie mécanique comportant un moteur à combustion interne d'hydrocarbure au moyen d'air, le dit moteur produisant de l'énergie mécanique caractérisé en ce qu'il comporte dans l'ordre une conduite d'évacuation de gaz de combustion vers un séparateur de dioxyde de carbone fournissant un courant de gaz de combustion enrichi en dioxyde de carbone, un convertisseur catalytique de dioxyde, de carbone en monoxyde de carbone et hydrogène en mélange avec un hydrocarbure et une conduite de renvoi du mélange de monoxyde de carbone et d'hydrogène à l'alimentation du moteur. L'invention est illustrée à titre par les figures 1 et 2. Sur la figure 1, le moteur est schématiquement représenté par un cercle (1). Il est alimenté par un mélange principal d'hydrocarbure et d'air (2) et par un courant du deuxième carburant additionnel (3). Le gaz d'échappement (9) est envoyé au séparateur de dioxyde de carbone (4). Les gaz appauvris au CO2 sont rejetés à l'atmosphère par la conduite (5) tandis que les gaz enrichis en CO2 (6) sont envoyés au convertisseur catalytique (7). Il reçoit une quantité d'hydrocarbure (8) suffisante pour assurer la conversion au moins partielle de CO2 en CO et hydrogène. Le gaz obtenu, enrichi en CO et hydrogène constitue le deuxième carburant additionnel (3). Le dispositif de la figure (2) est un perfectionnement Il permet notamment d'utiliser une membrane fonctionnant à température relativement basse, ce qui nécessite un refroidissement de gaz d'échappement et leur réchauffage ultérieur. Dans ce cas les gaz d'échappement chauds (9a) passent dans un échangeur à paroi (10) à contre-courant des gaz relativement froids (11) issues du séparateur à membrane (4) et de l'hydrocarbure additionnel (8a). Après refroidissement le gaz refroidis passent par la conduite (9b) dans le dit séparateur à basse température (4) et la conduite (11) puis sont réchauffés dans l'échangeur (10) comme expliqué ci-dessus. Après réchauffage ils sont envoyés par la conduite (12) dans le convertisseur (7). Ils sont ensuite renvoyés au moteur comme carburant additionnel par la conduite (3). En variante l'hydrocarbure additionnel peut être injecté directement dans le convertisseur, par la conduite (8b) dans ce cas la conduite (8a) n'est pas utilisée, ou encore l'hydrocarbure est injecté en partie dans chacune de ces conduites. Bien qu'on ait représenté une alimentation au courant d'hydrocarbure additionnel (8,8a, 8b) au convertisseur (7) distincte de l'alimentation en courant de gaz enrichi en CO2 (6 ou 12) on préfère mélanger intimement ces deux courants avant entrée dans le convertisseur. Cela peut être réalisé avec un mélangeur statique. L'hydrocarbure utilisé peut être de même type que celui alimentant le moteur, ou peut être différant. On préfère les hydrocarbures légers, saturés ou insaturés, par exemple de Cl à C8. De la description qui précède il ressort clairement l'avantage de l'invention, à savoir qu'elle permet de convertir au moins une partie du dioxyde de carbone issu du moteur carburant additionnel pour une même puissance délivrée par le moteur. On pourra donc réduire la quantité de carburant fossile introduite dans le moteur soit par injection directe soit par le carburateur. Les modifications à apporter à un moteur classique sont minimes. Le carburateur ou les injecteurs usuels peuvent être conservés et le courant de gaz combustible additionnel peut être introduit, par exemple, dans la (ou les) conduite(s) d'admission d'air ou de mélange carburé au moteur. Un dispositif de régulation des divers courants, par exemple, un dispositif électronique, permettra d'ajuster les proportions d'air et de carburants nécessaires à une bonne combustion dans le moteur. Le procédé et le dispositif de l'invention sont compatibles avec l'utilisation, maintenant usuelle dans certains véhicules de convertisseurs catalytiques. Ces derniers peuvent avantagesement être placés entre le moteur et le séparateur de CO2 ou encore à la sortie du séparateur, sur 20 la conduite (5) des figures 1 et 2. Revendications1. Procédé permettant de diminuer les rejets du CO2 émis par un moteur, dans l'atmosphère, par conversion d'une partie du CO2 produit en carburant. 2. Procédé selon la revendication 1, mis en oeuvre dans un ordre bien défini comprenant la concentration du CO2 produit par le moteur suivi du passage sur un catalyseur de conversion chauffé à la sortie du moteur avec un hydrocarbure dans un échangeur de calories. 3. Procédé suivant la revendication 2 dans lequel le réacteur de catalyse est directement relié à la sortie des pipes d'échappement du moteur où la 15 température est située entre 450 et 600 degrés centigrades. 4. Procédé suivant les revendications 1 à 3 en ce que le réacteur catalytique est chauffé indirectement par les gaz de sortie de combustion avant le raccordement sur le pot d'échappement. 5. Procédé suivant les revendications de 1 à 4 caractérisé en ce que le mélange de carburants élaborés est gazeux, provient d'un carbone ayant déjà produit de l'énergie et est à base de CO2 converti. 25 6. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, suivant lequel le séparateur de CO2 est en céramique, aluminosilicate ou en alliage de métaux poreux dont les porosités de la surface sont recouvertes d'un film polymère de la famille polyimidique. 30 7. Utilisation du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 sur les moteurs thermiques pour diminuer les rejets de CO2 dans l'atmosphère. 20