Brevet FR2963387A1 — publié le 20120203

PROCÉDÉ ET SYSTEME DE RÉGÉNÉRATION D'UN SYSTÈME DE RÉDUCTION CATALYTIQUE [0001 L'invention se rapporte à un procédé de régénération d'un système de réduction catalytique, et un système de réduction catalytique apte à mettre en oeuvre ledit procédé. [0002 Plus particulièrement, la présente invention concerne les améliorations d'un dispositif de décomposition en ammoniaque pour le traitement de gaz d'échappement, en particulier de gaz d'échappement produits par un moteur à combustion interne. L'invention concerne également un procédé de gestion d'un tel dispositif. [0003 Les véhicules motorisés, en particulier les véhicules ayant un moteur à combustion interne, émettent des gaz d'échappement comprenant des oxydes d'azote (NOX). Il est recherché de limiter l'émission de NOX à l'aide de systèmes de dénitrification (deNOX). Pour les systèmes de dénitrification, une solution de référence sur le marché ayant fait la preuve de son efficacité est l'utilisation d'une source d'ammoniaque (NH3), telle que l'urée aqueuse. L'ammoniaque réagit avec les NOX sur un catalyseur pour former de l'azote N2 inerte et de l'eau H2O. On peut injecter ces fluides à partir de 180°C pour les décomposer dans la ligne d'échappement ou sur la surface du catalyseur. Pour des quantités importantes d'agent réducteur à injecter avec un débit élevé, il peut être avantageux de dépasser 180°C. Ces contraintes réduisent l'efficacité deNOX du catalyseur et augmentent le volume du système SCR. [0004 Il est connu des documents EP-A-1 481 719, US-A-2007 0048204, WO-A-25 98 28070, WO-A-2005 025725 des systèmes de prétraitement de l'urée aqueuse avant injection dans une ligne d'échappement. [0005] Le document US-A-2007 0048204 décrit un procédé amélioré pour la réduction catalytique sélective avec de l'ammoniaque. Le procédé comprend la fourniture d'urée aqueuse, la mise sous pression de l'urée aqueuse tout en 30 maintenant l'urée aqueuse dans un état liquide, la fourniture d'un dispositif chauffant en communication thermique avec l'urée aqueuse sous pression, le chauffage de l'urée aqueuse sous pression grâce au dispositif chauffant, et l'injection de l'urée aqueuse sous pression chauffée dans une ligne (ou flux) d'échappement d'un véhicule. L'urée aqueuse atomise rapidement du fait d'une différence de pression entre l'urée aqueuse sous pression chauffée et le flux d'échappement. [0006] Le document WO-A-98 28070 décrit un procédé pour réduire les émissions de NON dans un moteur à charge stratifiée. Le moteur présente un système d'échappement associé ayant un passage d'échappement qui mène à un réacteur à réduction catalytique sélective (SCR) efficace pour une réduction catalytique sélective des NON. Le procédé comprend le chauffage et la mise sous pression d'une solution aqueuse de réactif azoté réducteur de NON (ou agent réducteur). Puis, la solution chauffée et sous pression est injectée dans un gaz d'échappement à une température d'échappement comprise entre 200°C et 650°C, en amont du réacteur SCR. [000n Il existe des injecteurs de pré-décomposition des réducteurs qui évitent les problèmes susmentionnés, et améliorent la prestation globale des systèmes deNOx SCR. Ces injecteurs comprennent un réacteur dont la paroi interne comprend un revêtement catalytique, réalisant une pré décomposition de l'agent réducteur. [0008] Le document WO-A-2005 025725 décrit un dispositif pour préparer une solution de précurseur réducteur pour la réduction d'oxydes d'azote NON dans le gaz d'échappement d'un moteur à combustion. Le dispositif présente un élément chauffant susceptible d'être commandé et un revêtement (ou surface) catalytique qui vient en contact avec le précurseur réducteur. [0009] Le document FR0856928 décrit une structure particulièrement simplifiée. Le dispositif est un réacteur qui est particulièrement simple et efficace. Le dosage du réducteur n'est pas réalisé avec des vannes en sortie, mais avec une pompe en amont de la chambre de catalyseur (réacteur). La chambre a un gicleur percé en sortie qui se comporte comme un col sonique. Autrement dit, la chambre présente une ouverture de sortie dont les dimensions permettent de contrôler la sortie du gaz. Peu importe la pression du gaz en amont de l'ouverture, le gaz en sortie a toujours la même vitesse. [0010] Toutefois, les dispositifs présentés dans les documents cités précédemment décrivent des réacteurs qui risquent d'être désactivés par la formation de polymères d'urée (des polyamides) qui recouvrent la surface catalytique. Ces polymères d'urée risquent de bloquer l'action catalytique d'hydrolyse pour la décomposition du réducteur. Ce matériel polymérique peut également bloquer la sortie du réacteur. Donc, il faut intégrer dans ces réacteurs un procédé de nettoyage périodique de ces polymères sur la surface catalytique et dans le volume du réacteur. [0011] Il est bien connu de l'homme de l'art, par exemple à partir du document US2007186542, que les injecteurs peuvent être balayés par un passage d'air pour éviter une stagnation d'air dans la préchambre d'injection (réacteur). Cependant, ce système de balayage d'air n'est connu que pour des injecteurs classiques qui fonctionnent avec des températures très basses ( _ 100°C), par exemple directement par un élément électrique chauffant ou par une récupération thermique. Il est également recherché un procédé et/ou un système permettant une fourniture de l'air à moindre coût. [0013] Pour cela, l'invention propose un procédé de régénération d'un système de réduction catalytique pour un véhicule ayant une ligne d'échappement émettant de l'oxyde d'azote NOx, le système comprenant un injecteur en agent réducteur dans ladite ligne d'échappement, l'agent réducteur réalisant la réduction des NOx, l'injecteur comprenant une chambre ayant un revêtement catalytique de décomposition de l'agent réducteur, le procédé comprenant une étape consistant à injecter de l'air dans la chambre, le procédé étant caractérisé en ce que l'air injecté dans la chambre est chauffé à une température supérieure ou égale à 100°C. [0014] Selon une variante, le procédé est caractérisé en ce que l'air injecté dans la chambre est chauffé à une température de 600°C. [0015] Selon une variante, le procédé est caractérisé en ce que l'air est injecté dans la chambre pendant 30 secondes. [0016] Selon une variante, le procédé est caractérisé en ce que l'air est injecté dans la chambre si au moins l'une des conditions suivantes est respectée : - la vitesse du véhicule est supérieure ou égale à 10km/h, - la pression de la chambre est inférieure à la pression d'une source d'air sous pression, ladite source d'air délivrant l'air injecté dans la chambre, - la température du gaz d'échappement est inférieure ou égale à 150°C, - la quantité d'agent réducteur injectée dans la ligne d'échappement est supérieure ou égale à 500g, - l'occurrence d'un mode de régénération d'un filtre à particule du véhicule. [0017] L'invention concerne aussi un système de réduction catalytique caractérisé en ce qu'il est apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention, et en ce que le système comprend un injecteur en agent réducteur dans une ligne d'échappement de véhicule, l'agent réducteur réalisant la réduction des NOx émis par le véhicule, l'injecteur comprenant une chambre ayant un revêtement catalytique de décomposition de l'agent réducteur, et étant parcourue par de l'air sous pression. [0018] Selon une variante, le système est caractérisé en ce qu'il comprend une source d'air sous pression qui est une pompe à air. [0019] Selon une variante, le système est caractérisé en ce que l'injecteur comprend un élément chauffant pour chauffer l'air parcourant la chambre, l'élément chauffant étant situé dans la chambre ou autour de la chambre. [0020] Selon une variante, le système est caractérisé en ce que l'élément chauffant est une résistance électrique ou une bougie interne (12). [0021] Selon une variante, le système est caractérisé en ce qu'il comprend une pompe en agent réducteur, et en ce que le système comprend une entrée de l'air sous pression placée en amont de la chambre et en aval de la pompe en agent réducteur. [0022] Selon une variante, le système est caractérisé en ce qu'il comprend une pompe en agent réducteur, et en ce que le système comprend une entrée de l'air sous pression placée en amont de la chambre et de la pompe en agent réducteur. [0023] L'invention concerne aussi un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un système selon l'invention. [0024] Selon une variante, le véhicule est caractérisé en ce qu'il comprend en outre un turbo compresseur, l'air sous pression provenant du turbo compresseur. [0025] Selon une variante, le véhicule est caractérisé en ce que l'air sous pression est chauffé par les gaz d'échappement circulant dans une ligne d'échappement du véhicule. [0026] Selon une variante, le véhicule est caractérisé en ce que la chambre est fixée à une ligne d'échappement du véhicule, ou est reliée à la ligne d'échappement par une conduite. [0027] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références aux dessins qui montrent : - figure 1, un schéma synoptique d'un exemple de procédé selon l'invention ; - figure 2, un dispositif de décomposition d'un agent réducteur selon un premier mode de réalisation ; - figure 3, un dispositif de décomposition d'un agent réducteur selon un second mode de réalisation. [0028] L'invention concerne des injecteurs catalysés de fluide de dénitrification (deNOx) améliorés. L'invention permet l'amélioration de la prestation de l'injecteur et de sa fiabilité. [0029] Dans ce qui suit le terme agent réducteur désigne un fluide aqueux, ou un fluide de dénitrification (DeNOx). [0030] Pour les injecteurs opérant à basse température ( [0037] Si un moyen 25 détermine que les conditions sont réunies, une information 27 est envoyée au contrôleur 23 afin de déclencher une stratégie de nettoyage de la chambre avec l'air chauffé. [0038] Si un moyen 26 détermine que les conditions ne sont pas réunies, une information 28 est envoyée au contrôleur afin de déclencher une injection de l'agent réducteur (fluide deNOx) dans la chambre. [0039] L'invention concerne également un système de décomposition d'agent réducteur apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'invention. [0040] Les figures 2 et 3 présentent chacune une vue schématique comprenant un mode de réalisation du système de décomposition d'agent réducteur selon l'invention. Par exemple, le système peut réaliser la décomposition d'un réducteur aqueux en ammoniaque. [0041] Le système comprend une chambre 3 ayant un revêtement catalytique de décomposition de l'agent réducteur. La chambre 3 comprend un élément chauffant. L'élément chauffant permet d'augmenter la température de l'agent réducteur présent dans la chambre, et celle de l'air circulant dans la chambre. L'air peut provenir de n'importe quelle source, par exemple la sortie d'un turbo compresseur d'un véhicule ou d'une pompe à air. Un manomètre 9 est associé à la chambre 3 pour mieux gérer la stratégie d'injection de l'agent réducteur dans la chambre 3. Un manomètre 10 permet de mesurer la pression dans la source d'air. [0042] Le système peut comprendre une pompe en agent réducteur 1 permettant d'acheminer l'agent réducteur vers la chambre 3 (l'agent réducteur pouvant être par exemple sous sa forme liquide), c'est-à-dire suivant la direction 2. Une entrée d'air sous pression peut être réalisée à n'importe quelle position en amont de la chambre 3. Dans les exemples présentés en figures 2 et 3, l'entrée d'air est placée en amont de la chambre 3 et en aval de la pompe en agent réducteur 1. Cet exemple n'est pas limitatif. Ainsi, l'entrée d'air peut être située ailleurs dans le système. Par exemple, l'entrée de l'air provenant de la source d'air peut être placée en amont de la pompe 1. [0043] La sortie 5 de la chambre 3 permet à l'agent réducteur d'être injecté sous forme gazeuse dans une ligne d'échappement 11 d'un véhicule. La sortie 5 peut être simplement un filtre ou un trou qui se comporte comme un col sonique pour contrôler passivement la vitesse du gaz sortant de la chambre 3. [0044] L'élément chauffant des matériaux catalytiques (revêtement catalytique) peut être une bougie interne 12. La chambre 3 peut être aussi chauffée par une résistance électrique de chauffage située à l'extérieur ou l'intérieur de la chambre 3. [0045] Le système comprend également des vannes anti-retour 6, 7, 8 permettant la circulation des fluides dans une seule direction. Une vanne anti-retour 6 est positionnée en entrée de la chambre 3. Une vanne anti-retour 7 est également associée à la pompe en agent réducteur 1. Le système comprend aussi une vanne anti-retour 8 pour la fourniture de l'air injecté dans la chambre 3. La vanne antiretour 8 peut être un solénoïde ou une pompe. [0046] L'invention concerne également un véhicule comprenant le système selon l'invention. [0047] Dans le véhicule de l'invention, le système de l'invention peut présenter une configuration architecturelle dans laquelle la source d'air provient d'un compresseur, ou d'un turbo-compresseur du véhicule. En utilisant le compresseur, l'air est déjà sous pression. Ainsi le recours à une pompe à air est évité. [0048] Dans un mode réalisation du véhicule présenté en figure 2, la chambre 3 est intégrée dans une ligne d'échappement 11 du véhicule, et comprend un élément chauffant qui s'étend dans la ligne d'échappement 11. La chambre 3 bénéficie de la chaleur des gaz d'échappement, et peut être chauffée uniquement par les gaz d'échappement. Ainsi il n'est pas nécessaire de chauffer la chambre 3 en continue avec l'élément chauffant. La chambre 3 peut être vissée à l'aide d'un élément de vissage 4 sur la ligne d'échappement 11. [0049] La figure 3 présente un autre mode de réalisation du véhicule de l'invention comprenant un système selon l'invention avec une chambre ayant un revêtement catalytique de décomposition de l'agent réducteur alimenté par de l'air. Dans cet exemple, la chambre 3 est déplacée de la ligne d'échappement 11. Autrement dit la chambre 3 est à distance de la ligne d'échappement 11, et est reliée à la ligne par une conduite. Cette configuration présente un avantage d'implantation et permet de protéger la pompe 1 de la chaleur de la ligne d'échappement 11. La pompe en agent réducteur 1, les vannes anti-retour 6, 7, 8, l'entrée d'air, et la chambre 3 se trouvent intégrées dans la même structure 12 monolithique. Le support catalytique est par exemple du type structure monolithique, mousse, fibres, poudre etc.. Le matériau catalytique pourra typiquement inclure des oxydes de métaux de transition, des métaux précieux, des actinides, des lanthanides, des terre rares, des métalloïdes, des métaux pauvres, des métaux alcaline terreux etc.. La structure 12 peut également ne comprendre qu'un injecteur muni de sa chambre 3. Cette configuration présente des avantages de compacité et de prix global. [0050] Le procédé et le système selon l'invention permettent le nettoyage de la chambre 3, en particulier la disparition des polymères d'agent réducteur. Ainsi, le procédé et le système selon l'invention garantissent le bon fonctionnement de la chambre 3 pour la décomposition de l'agent réducteur en ammoniaque NH3. [0051] Un autre avantage du procédé et du système selon l'invention consiste en ce qu'ils sont utilisables avec tout type d'agent réducteur. [0052] Le passage d'air entre la source d'air et la chambre 3 aide le nettoyage de la conduite (ou ligne) acheminant l'agent réducteur dans la chambre 3. Autrement dit le passage d'air permet d'enlever l'agent réducteur susceptible de rester dans la conduite et qui risque de polymériser quand le véhicule ne roule pas, pouvant alors entraîner une panne de l'injecteur. [0053] Un prix de revient fournisseur (PRF) du système de l'invention a été établi (comprenant l'addition de l'air). Il est globalement moins cher que les injecteurs en agent réducteur (en particulier liquide) classiques, et présente tous les avantages de l'injection en ammoniaque NH3 pur. Le système de l'invention est donc une solution bon marché et efficace. REVENDICATIONS1. Un procédé de régénération d'un système de réduction catalytique pour un véhicule ayant une ligne d'échappement (11) émettant de l'oxyde d'azote NOx, le système comprenant un injecteur en agent réducteur dans ladite ligne d'échappement (11), l'agent réducteur réalisant la réduction des NOx, l'injecteur comprenant une chambre (3) ayant un revêtement catalytique de décomposition de l'agent réducteur, le procédé comprenant une étape consistant à injecter de l'air sous pression dans 10 la chambre (3) , le procédé étant caractérisé en ce que l'air injecté dans la chambre (3) est chauffé à une température supérieure ou égale à 1001. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'air injecté dans la 15 chambre (3) est chauffé à une température de 600t. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'air est injecté dans la chambre (3) pendant 30 secondes. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que l'air est injecté dans la chambre (3) si au moins l'une des conditions suivantes est 20 respectée : - la vitesse du véhicule est supérieure ou égale à 10km/h, - la pression de la chambre (3) est inférieure à la pression d'une source d'air sous pression, ladite source d'air délivrant l'air injecté dans la chambre (3), - la température du gaz d'échappement est inférieure ou égale à 1501, 25 - la quantité d'agent réducteur injectée dans la ligne d'échappement (11) est supérieure ou égale à 500g, - l'occurrence d'un mode de régénération d'un filtre à particule du véhicule. 5. Un système de réduction catalytique caractérisé en ce qu'il est apte à mettre en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 4, et en ce que le système 30 comprend un injecteur en agent réducteur dans une ligne d'échappement (11) devéhicule, l'agent réducteur réalisant la réduction des NOx émis par le véhicule, l'injecteur comprenant une chambre (3) ayant un revêtement catalytique de décomposition de l'agent réducteur, et étant parcourue par de l'air sous pression et chauffé à une température supérieure ou égale à 100t. 6. Le système selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend une source d'air sous pression qui est une pompe à air. 7. Le système selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'injecteur comprend un élément chauffant pour chauffer l'air parcourant la chambre (3), l'élément chauffant étant situé dans la chambre (3) ou autour de la chambre (3). 8. Le système selon l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que l'élément chauffant est une résistance électrique ou une bougie interne (12). 9. Le système selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend une pompe en agent réducteur (1), et en ce que le système comprend une entrée de l'air sous pression placée en amont de la chambre (3) et en aval de la pompe en agent réducteur (1). 10. Le système selon l'une des revendications 5 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend une pompe en agent réducteur (1), et en ce que le système comprend une entrée de l'air sous pression placée en amont de la chambre (3) et de la pompe en agent réducteur (1). 11. Un véhicule caractérisé en ce qu'il comprend un système selon l'une des revendications 5 à 10. 12. Le véhicule selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un turbo compresseur, l'air sous pression provenant du turbo compresseur. 13. Le véhicule selon les revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que l'air sous 25 pression est chauffé par les gaz d'échappement circulant dans une ligne d'échappement (11) du véhicule. 14. Le véhicule selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la chambre (3) est fixée à une ligne d'échappement (11) du véhicule, ou est reliée à la ligne d'échappement (11) par une conduite.