Brevet FR3035596A1 — publié le 20161104

Installation et procédé de dénitrification catalytique de fumées La présente invention concerne une installation de dénitrification catalytique de fumées, destinée préférentiellement mais non exclusivement à être implantée sur un navire. Elle concerne également un procédé de dénitrification catalytique correspondant. Les navires, par exemple les ferries, les paquebots ou les navires marchants, utilisent usuellement des moteurs diesels destinés à assurer leur propulsion. Le fuel utilisé par ces moteurs contient du soufre de sorte que la combustion réalisée dans les moteurs produit des oxydes de soufre et des oxydes d'azote. Les fumées d'échappement correspondantes sont à traiter car les émissions naturelles d'oxyde d'azote, c'est-à-dire avant traitement, sont comprises usuellement entre 8 et 18 grammes d'oxyde d'azote par kilowattheure du moteur, alors que la réglementation demande, d'une manière simplifiée, moins de 2,5 grammes d'oxyde d'azote par kilowattheure. La dénitrification catalytique, couramment appelée dénitrification SCR (acronyme de l'expression anglaise « Selectiv Catalytic Reduction »), est un moyen reconnu pour atteindre les émissions souhaitée. Toutefois, dans un navire, la place disponible est extrêmement réduite. Il est difficile d'y loger, à la fois, un réacteur de dénitrification, contenant un catalyseur structuré, et ses équipements annexes tels que le système d'injection d'un agent réducteur dans les fumées à traiter et le conduit de by-pass du réacteur, ce conduit de by-pass étant par exemple nécessaire en cas d'encrassement trop important du catalyseur. Une contrainte supplémentaire est apportée par les pertes de charge maximales supportables qui sont dictées par le moteur, sauf à recourir à un ventilateur de tirage qui, lui aussi, prend de la place et consomme de l'énergie. De plus, les fumées à traiter contiennent des poussières qui, au fur et à mesure de leur accumulation sur le catalyseur, colmatent progressivement ce dernier. Il est donc connu de devoir décolmater le catalyseur régulièrement. Dans les installations de l'art antérieur, ce décolmatage est réalisé soit par des buses de soufflage, soit par des cornets acoustiques : sous l'action de ces buses ou de ces cornets, les poussières accumulées sur la surface libre amont du catalyseur structuré, c'est-à-dire sa surface par laquelle les fumées entrent dans le catalyseur, sont séparées du catalyseur et ainsi remises en suspension en amont du catalyseur. Toutefois, ces poussières remises en suspension sont réentraînées par le flux de fumées traversant en permanence le catalyseur : une partie de ces poussières peut donc se redéposer en surface du catalyseur et le reste des poussières passe à travers le catalyseur, à l'intérieur duquel ces poussières peuvent se déposer voire, pire, se fixer par collage au coeur du catalyseur. 3035596 2 Le but de la présente invention est de proposer une installation de dénitrification catalytique, qui assure un décolmatage efficace de son catalyseur, tout en présentant un encombrement minimal. A cet effet, l'invention a pour objet une installation de dénitrification catalytique de 5 fumées, comprenant : - un réacteur de dénitrification contenant un catalyseur structuré à travers lequel des fumées à traiter passent pour être dénitrifiées, et - un conduit de by-pass, qui est pourvu d'au moins un registre, et par lequel les fumées à traiter contournent le réacteur de dénitrification sans passer par le catalyseur 10 lorsque le ou les registres sont ouverts, caractérisée en ce que le conduit de by-pass est accolé au réacteur de dénitrification, en y étant raccordé, en amont du catalyseur, par une ouverture d'entrée, et en ce que l'installation comporte en outre des moyens de décolmatage du catalyseur, adaptés pour projeter un fluide, à la fois, tangentiellement à la surface libre amont du 15 catalyseur, pour en retirer des poussières, et vers l'ouverture d'entrée du conduit de by- pass pour évacuer les poussières par ce conduit de by-pass conjointement avec au moins une partie des fumées à traiter. L'invention a également pour objet un procédé de dénitrification catalytique de fumées, lequel procédé inclut une phase de dénitrification, dans laquelle des fumées à 20 traiter passent en totalité à travers un catalyseur structuré d'un réacteur de dénitrification, caractérisé en ce que le procédé inclut en outre, en alternance avec la phase de dénitrification, une phase de décolmatage du catalyseur, dans laquelle : - au moins une partie des fumées à traiter contourne le réacteur de dénitrification sans passer par le catalyseur, via un conduit de by-pass accolé au réacteur de 25 dénitrification en y étant raccordé, en amont du catalyseur, par une ouverture d'entrée, et - un fluide est projeté, à la fois, tangentiellement à la surface libre amont du catalyseur, pour en retirer des poussières, et vers l'ouverture d'entrée du conduit de by-pass pour évacuer les poussières par ce conduit de by-pass conjointement avec ladite au moins une partie des fumées. 30 Ainsi, l'invention utilise au mieux l'espace disponible pour dénitrifier des fumées, dans le sens où, comme le conduit de by-pass est accolé au réacteur de dénitrification, voire présente avantageusement une section rectangulaire accolée à la section, elle aussi rectangulaire, du réacteur de dénitrification, l'installation conforme à l'invention est particulièrement compacte, en maximisant donc la section utile du catalyseur pour un volume donné. Il en résulte une perte de charge minimale à travers cette installation, ce qui est un critère essentiel de fonctionnement. De plus, en évacuant dans le conduit de 3035596 3 by-pass les poussières résultant du décolmatage du catalyseur, on évite que ces poussières soient réintroduites dans le catalyseur et donc qu'elles s'y déposent à coeur et/ou s'y fixent par collage. L'efficacité de ce décolmatage est donc très bonne, ce qui est particulièrement appréciable dans le cas où les canaux du catalyseur sont resserrés, 5 c'est-à-dire à faible dimension transversale. L'invention s'applique avantageusement à la dénitrification catalytique des fumées d'échappement de moteurs diesels d'un navire. Toutefois, cette application n'est pas limitative de l'invention dans le sens où cette dernière peut être appliquée à tout réacteur de dénitrification catalytique. 10 Suivant des caractéristiques additionnelles avantageuses de l'installation et/ou du procédé conformes à l'invention, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la surface libre amont du catalyseur et l'ouverture d'entrée du conduit de by-pass sont en regard l'une de l'autre suivant une direction tangentielle à cette surface ; 15 - les moyens de décolmatage comprennent au moins une buse de soufflage du fluide, alimentée avec le fluide sous pression ; - la ou chaque buse est aplatie de manière à souffler le fluide sous forme d'une lame en éventail ; - le ou l'un des registres est agencé dans l'ouverture d'entrée du conduit de by- 20 pass de manière à canaliser les fumées à traiter dans le catalyseur lorsque ce registre est fermé ; - le catalyseur est agencé, dans le réacteur de dénitrification, en un ou plusieurs étages présentant, perpendiculairement à la direction de passage des fumées à traiter dans le catalyseur, une section sensiblement rectangulaire, et le conduit de by-pass est 25 réalisé sous forme d'une gaine, qui présente, perpendiculairement à la direction de passage des fumées à traiter dans le conduit de by-pass, une section sensiblement rectangulaire et qui est accolée à l'un des côtés du réacteur de dénitrification ; - la phase de décolmatage dure entre 20 secondes et 2 minutes ; - la phase de décolmatage est répétée à une fréquence comprise entre une fois 30 par heure et une fois par jour ; - le procédé défini plus haut est mis en oeuvre par une installation telle que définie plus haut. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels les 35 figures 1 et 2 sont des coupes schématiques d'une installation conforme à l'invention, 3035596 4 montrant respectivement deux configurations de fonctionnement différentes aux fins de la mise en oeuvre d'un procédé conforme à l'invention. Sur les figures 1 et 2 est représentée une installation 10 de dénitrification catalytique de fumées à traiter 1, telles que des fumées d'échappement ou, plus 5 généralement, des fumées contenant des oxydes d'azote. L'installation 10 comprend un réacteur de dénitrification catalytique 12 qui contient un catalyseur structuré 14, typiquement à canaux à l'intérieur desquels un flux gazeux à traiter peut s'écouler, à savoir vers le haut sur les figures. En pratique, le catalyseur 14 est agencé dans le réacteur 12 en un seul étage ou en plusieurs étages successivement 10 traversés par le flux gazeux à traiter, par exemple en deux étages 14.1 et 14.2 comme sur les figures. L'installation 10 comporte également un conduit de by-pass 16 contournant le catalyseur 14. Lorsque l'installation 10 est dans une configuration dite de dénitrification, montrée 15 sur la figure 1, les fumées à traiter 1 ne passent pas par le conduit de by-pass 16 mais sont envoyées en totalité à travers le catalyseur 14 pour être dénitrifiées. A cette fin, de manière connue en soi et non représentée sur les figures, un agent réducteur, par exemple de l'urée ou de l'ammoniac, est introduit dans les fumées à traiter 1 en amont du réacteur 12 pour réagir, dans le catalyseur 14, avec les oxydes d'azote contenus dans les 20 fumées. Lorsque l'installation 10 est dans une configuration dite de décolmatage de son catalyseur 14, montrée à la figure 2, au moins une partie, voire l'essentiel des fumées à traiter 1 ne passe plus par le catalyseur 14, mais emprunte le conduit de by-pass 16 pour contourner le réacteur de dénitrification 12. 25 Comme représenté schématiquement sur les figures 1 et 2, le conduit de by-pass 16 est accolé au réacteur 12. En agençant ainsi de manière jointive le réacteur 12 et le conduit de by-pass 16, l'encombrement global de la partie correspondante de l'installation 10 est minimisé. Autrement dit, pour un volume d'agencement ou un encombrement donné, cet aspect de l'installation 10 assure une perte de charge minimale. Pour favoriser 30 davantage cet aspect, le conduit de by-pass 16 est avantageusement réalisé sous forme d'une gaine 18, qui présente, perpendiculairement à la direction de passage des fumées dans cette gaine, une section rectangulaire et qui est accolée à l'un des côtés rectilignes de la partie du réacteur 12 dans laquelle sont agencés le ou les étages 14.1 et 14.2 du catalyseur 14, ce ou ces étages présentant, perpendiculairement à la direction de 35 passage des fumées dans le catalyseur, une section également rectangulaire. 3035596 5 Le conduit de by-pass 16 est raccordé au réacteur 12, d'une part, en amont du catalyseur 14 par une ouverture d'entrée 20 et, d'autre part, en aval du catalyseur par une ouverture de sortie 22. Le conduit de by-pass 16, en particulier sa gaine 18, s'étend ainsi intégralement de l'ouverture d'entrée 20 à l'ouverture de sortie 22. Afin de sélectivement 5 autoriser ou empêcher les fumées 1 de passer par le conduit de by-pass 16, ce dernier est équipé d'au moins un registre conçu pour passer d'une position fermée, qu'il occupe lorsque l'installation 10 est dans la configuration de dénitrification de la figure 1 et dans laquelle le registre obture totalement, à des fuites près, le conduit de by-pass 16, et une position ouverte, que le registre occupe lorsque l'installation 10 est dans la configuration 10 de décolmatage de la figure 2 et dans laquelle le registre laisse les fumées 1 s'écouler librement dans le conduit de by-pass 16, de l'ouverture de l'entrée 20 jusqu'à l'ouverture de sortie 22. Dans la forme de réalisation préférentielle montrée sur les figures, deux tels registres sont prévus, qui sont respectivement référencés 24 et 26 et qui sont respectivement agencés dans l'ouverture d'entrée 20 et dans l'ouverture de sortie 22 : 15 dans la configuration de dénitrification de l'installation 10, les registre 24 et 26, alors en position fermée, canalisent ainsi les fumées 1 dans la partie du réacteur 12 où sont agencées les étages 14.1 et 14.2, autrement dit canalisent les fumées directement vis-à-vis du catalyseur 14. A titre de variante non représentée, un seul registre est prévu. Dans la mesure où les fumées à traiter 1 contiennent systématiquement des 20 poussières P au sens large du terme, telles que par exemple des suies ou des cendres, ces fumées tendent à progressivement encrasser le catalyseur au fur-et-à-mesure qu'elles sont envoyées au travers de ce dernier, notamment en s'accumulant à la surface libre amont 14A de ce catalyseur, c'est-à-dire sa surface libre par laquelle les fumées 1 entrent à l'intérieur du catalyseur. Sur la figure 1, cette accumulation des poussières P est 25 schématisée par une couche, d'épaisseur volontairement exagérée, recouvrant la surface libre 14A de l'étage de catalyseur amont 14.1. Pour neutraliser la perte de charge à travers le catalyseur 14, résultant de cette accumulation des poussières P, il est nécessaire de procéder régulièrement à un décolmatage du catalyseur, visant à dégager tout ou partie des poussières P de sa 30 surface libre amont 14A. Pour ce faire, l'installation 10 comprend une ou, en pratique, plusieurs buses de soufflage 30 qui, comme représenté schématiquement sur les figures 1 et 2, débouchent dans le réacteur 12 en amont du catalyseur 14, plus précisément sensiblement au niveau de la surface libre amont 14A de ce catalyseur. Les buses 30 sont alimentées, par des moyens ad hoc, non représentés, incluant par exemple des 35 électrovannes, avec un fluide 2 sous pression, tel que l'air ou de la vapeur d'eau, et sont conçues pour projeter ce fluide dans le réacteur 12, tangentiellement à la surface libre 3035596 6 amont 14A du catalyseur 14, les jets de fluide correspondants étant schématisés par des flèches 3 sur la figure 2. Les jets de fluide 3 sortant des buses 30 sont prévus pour balayer la surface libre 14A du catalyseur 14 de manière à retirer de cette surface les poussières P, en les 5 entraînant à la fois tangentiellement à cette surface 14A et à l'opposé des buses 30. En pratique, les buses 30 relèvent, en tant que telles, d'une technologie connue. Suivant une forme de réalisation préférentielle, les buses 30 sont aplaties de manière que chaque buse souffle le fluide 2 sous forme d'une lame en éventail. Comme montré sur les figures 1 et 2, les buses 30 ne sont pas alimentées en 10 fluide 2 de manière permanente pendant le fonctionnement de l'installation 10. Ainsi, lorsque l'installation 10 est en configuration de dénitrification de la figure 1, les buses 30 sont inactives de manière à laisser les poussières P s'accumuler principalement sur la surface libre amont 14A du catalyseur 14, sans les remettre en suspension en amont du catalyseur, ce qui ferait courir le risque que ces poussières, en étant réentrainées par les 15 fumées 1 envoyées en permanence dans le réacteur 12, s'introduisent en profondeur dans le catalyseur et se déposent voire se fixent par collage au coeur du catalyseur. Afin de décolmater efficacement le catalyseur 14, une phase spécifique de décolmatage est mise en oeuvre, pendant toute la durée de laquelle l'installation 10 est dans la configuration de décolmatage de la figure 2 et les buses de soufflage 30 produisent les 20 jets de fluide 3 : les poussières P, balayées par ces jets de fluide, sont alors évacuées, conjointement avec au moins une partie des fumées à traiter 1, par le conduit de by-pass 16, évitant ainsi, pour au moins la quasi-totalité de ces poussières, d'entrer en profondeur dans le catalyseur. Pour que cette évacuation des poussières P dans le conduit de by-pass 16 par les jets de fluide 3 soit efficace, on comprend que le fluide projeté par les 25 buses 30 est dirigé vers l'ouverture d'entrée 20 de ce conduit de by-pass. Aussi, suivant un agencement préférentiel, montré sur les figures, la surface libre amont 14A du catalyseur 14 et l'ouverture d'entrée 20 du conduit de by-pass 16 sont en regard l'une de l'autre suivant une direction tangentielle à cette surface 14A, ce qui revient à dire que le débouché des buses de soufflage 30, la surface 14A du catalyseur 14 et l'ouverture 30 d'entrée 20 du conduit de by-pass 16 sont sensiblement alignés. Ceci étant, un léger décalage entre eux, par exemple de quelques centimètres voire de quelques dizaines de centimètres, est acceptable du moment que les jets de fluide 3 sortant des buses de soufflage 30 sont, à la fois, tangentiels à la surface libre 14A du catalyseur et orientés vers l'ouverture d'entrée 20 du conduit de by-pass. 35 Comme montré sur les figures 1 et 2, l'envoi des fumées à traiter 1 vers le réacteur de dénitrification 12 est maintenu aussi bien pendant la phase de décolmatage, que 3035596 7 pendant une phase distincte de la phase de décolmatage, correspondant à une phase de dénitrification de ces fumées, pendant toute la durée de laquelle l'installation 10 est dans la configuration de dénitrification de la figure 1. Ainsi, pendant la phase de décolmatage, une partie, voire la quasi-totalité des fumées à traiter 1 entraîne les poussières P, retirées 5 de la surface libre amont 14A du catalyseur 14 par les jets de fluide 3, à la fois tout le long du conduit de by-pass 16, c'est-à-dire de son ouverture d'entrée 20 jusqu'à son ouverture de sortie 22, puis en aval du catalyseur 14, sans que cette partie des fumées 1 ne soit passée au travers du catalyseur. En aval du catalyseur 14, les fumées qui sont passées par le conduit de by-pass 16, en transportant les poussières P, se mélangent, le cas 10 échéant, avec le reliquat des fumées à traiter 1, ayant traversé le catalyseur 14. On comprend que, pendant la phase de décolmatage, les fumées 1 qui passent par le conduit de by-pass 16 ne sont pas dénitrifiées et sont évacuées du réacteur 12 avec les poussières P qu'elles charrient. A la fin de la phase de décolmatage, l'alimentation des buses de soufflage 30 par le fluide 2 est interrompue et l'installation 10 passe de sa 15 configuration de décolmatage à sa configuration de dénitrification, par fermeture du ou des registres 24 et 26 : la phase de dénitrification est alors mise en oeuvre. Puis, au bout d'un temps prédéterminé, la phase de dénitrification est interrompue au profit d'une répétition de la phase de décolmatage, et ainsi de suite. A titre d'exemple, la fréquence de répétition de la phase de décolmatage est comprise entre une fois par heure et une fois 20 par jour. En pratique, la durée de la phase de décolmatage, préférentiellement comprise entre 20 secondes et 2 minutes, fait que, au regard de la fréquence à laquelle cette phase de décolmatage est alternée avec la phase de dénitrification, la non dénitrification des fumées passant par le conduit de by-pass 16 pendant la phase de décolmatage est sans incidence significative sur les émissions moyennes finales d'oxyde d'azote. 25 REVENDICATIONS1.- Installation (10) de dénitrification catalytique de fumées, comprenant : - un réacteur de dénitrification (12) contenant un catalyseur structuré (14) à travers lequel des fumées à traiter (1) passent pour être dénitrifiées, et - un conduit de by-pass (16), qui est pourvu d'au moins un registre (24, 26), et par lequel les fumées à traiter contournent le réacteur de dénitrification sans passer par le catalyseur lorsque le ou les registres sont ouverts, caractérisée en ce que le conduit de by-pass (16) est accolé au réacteur de dénitrification (12), en y étant raccordé, en amont du catalyseur (14), par une ouverture d'entrée (20), et en ce que l'installation (10) comporte en outre des moyens (30) de décolmatage du catalyseur (14), adaptés pour projeter un fluide (2), à la fois, tangentiellement à la surface libre amont (14A) du catalyseur, pour en retirer des poussières (P), et vers l'ouverture d'entrée (20) du conduit de by-pass (16) pour évacuer les poussières par ce conduit de by-pass conjointement avec au moins une partie des fumées à traiter (1). 2.- Installation suivant la revendication 1, caractérisée en ce que la surface libre amont (14A) du catalyseur et l'ouverture d'entrée (20) du conduit de by-pass (16) sont en regard l'une de l'autre suivant une direction tangentielle à cette surface. 3.- Installation suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens de décolmatage comprennent au moins une buse (30) de soufflage du fluide (2), alimentée avec le fluide sous pression. 4.- Installation suivant la revendication 3, caractérisée en ce que la ou chaque buse (30) est aplatie de manière à souffler le fluide (2) sous forme d'une lame en éventail. 5.- Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou l'un des registres (24) est agencé dans l'ouverture d'entrée (20) du conduit de by-pass (16) de manière à canaliser les fumées à traiter (1) dans le catalyseur (14) lorsque ce registre est fermé. 6.- Installation suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le catalyseur (14) est agencé, dans le réacteur de dénitrification (12), en un ou plusieurs étages (14.1, 14.2) présentant, perpendiculairement à la direction 3035596 9 de passage des fumées à traiter (1) dans le catalyseur, une section sensiblement rectangulaire, et en ce que le conduit de by-pass (16) est réalisé sous forme d'une gaine (18), qui présente, perpendiculairement à la direction de passage des fumées à traiter dans le 5 conduit de by-pass, une section sensiblement rectangulaire et qui est accolée à l'un des côtés du réacteur de dénitrification. 7.- Procédé de dénitrification catalytique de fumées, lequel procédé inclut une phase de dénitrification, dans laquelle des fumées à traiter (1) 10 passent en totalité à travers un catalyseur structuré (14) d'un réacteur de dénitrification (12), caractérisé en ce que le procédé inclut en outre, en alternance avec la phase de dénitrification, une phase de décolmatage du catalyseur (14), dans laquelle : - au moins une partie des fumées à traiter (1) contourne le réacteur de 15 dénitrification (12) sans passer par le catalyseur (14), via un conduit de by-pass (16) accolé au réacteur de dénitrification en y étant raccordé, en amont du catalyseur, par une ouverture d'entrée (20), et - un fluide (2) est projeté, à la fois, tangentiellement à la surface libre amont (14A) du catalyseur (14), pour en retirer des poussières (P), et vers l'ouverture d'entrée (20) du 20 conduit de by-pass (16) pour évacuer les poussières par ce conduit de by-pass conjointement avec ladite au moins une partie des fumées. 8.- Procédé suivant la revendication 7, caractérisé en ce que la phase de décolmatage dure entre 20 secondes et 2 minutes. 25 9.- Procédé suivant l'une des revendications 7 ou 8, caractérisé en ce que la phase de décolmatage est répétée à une fréquence comprise entre une fois par heure et une fois par jour. 30 10.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le procédé est mis en oeuvre par une installation (10) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6.