Brevet FR3125535A1 — publié le 20230127

La présente invention a pour objet une composition aqueuse comprenant : - au moins un agent réducteur des oxydes d’azote et/ou au moins un précurseur d’un tel agent, - au moins un tensioactif, et - au moins un additif anti-mousse choisi parmi les copolymères comprenant un squelette polydiméthylsiloxane avec un nombre moyen d’unités diméthylsiloxane compris dans la gamme de 150 à 300, greffé par des chaines polyoxyalkylène. La présente invention a également pour objet l’utilisation d’une telle composition pour le traitement des gaz d'échappement à la sortie des moteurs à combustion interne, ainsi qu’un procédé de traitement des gaz d'échappement issus d’un moteur à combustion interne mettant en œuvre cette composition. Composition aqueuse pour le traitement des gaz d’échappement à propriétés anti-mousse améliorées La présente invention concerne une composition pour le traitement des gaz d'échappement à la sortie des moteurs thermiques embarqués ou stationnaires, que les moteurs soient des moteurs pour véhicules lourds tels que les poids lourds, les véhicules de transport, les véhicules non routiers dits « Off Road » tels que les engins agricoles, les bateaux, ou des moteurs pour véhicules légers et/ou utilitaires ou encore des moteurs pour des applications industrielles stationnaires. Elle concerne également l’utilisation d’une telle composition dans tout dispositif de traitement des gaz d'échappement, ainsi qu’un procédé de traitement des gaz d'échappement mettant en œuvre cette composition. ETAT DE L'ART ANTERIEUR Les normes européennes en matière de pollution émises par les moteurs thermiques, notamment ceux alimentés par des carburants de type gazole, en particulier les normes applicables aux véhicules poids lourds, ont conduit les constructeurs de moteurs à mettre en place des systèmes de post-traitement des gaz d'échappement. Ces systèmes incluent les technologies SCR (Selective Catalytic Reduction ou réducteur catalytique sélectif en français), EGR (Exhaust Gas Recirculation ou recirculation de gaz d'échappement en français), DOC (Diesel Oxydation Catalyst ou catalyseur d’oxydation en français), FAP (filtres à particules) et SCRF® (un SCR combiné avec un FAP). Ces différents systèmes de post-traitement 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. Pour répondre aux normes, en particulier européennes (normes Euro IV et suivantes pour les poids lourds et Euro 6 pour les véhicules légers), la plupart des constructeurs européens de véhicules automobiles ont opté pour le post-traitement SCR à l'échappement de leurs moteurs. Ce post-traitement agit exclusivement sur la diminution des oxydes d'azote présents dans les gaz. Un autre avantage de cette technique est qu'elle permet, par des réglages optimisés du moteur, une réduction sensible de la consommation du carburant, en particulier par rapport à d'autres systèmes de post-traitement comme les pièges à NOx. Le post-traitement SCR consiste à réduire les oxydes d'azote NO et NO 2 (couramment dénommés NOx) sur un dispositif catalytique qui permet de les mettre en contact avec un agent réducteur. Ce dispositif contient un catalyseur comprenant un support généralement à base de zéolithes échangées au fer ou au cuivre. Ce catalyseur favorise la réduction des NOx en azote, par réaction avec l’agent réducteur. Un agent réducteur classique est par exemple l’ammoniac (NH 3 ). Pour introduire de l'ammoniac gazeux dans le système de traitement des gaz d'échappement, il est connu de le produire directement dans la conduite acheminant ces gaz au système SCR en vaporisant une solution aqueuse d’un précurseur de cet agent réducteur tel que par exemple l'urée. La solution d’urée, injectée à une température moyenne d’échappement généralement de 150 à 400°C, libère de l’ammoniac grâce à des réactions successives de thermolyse et d’hydrolyse. D’autres composés précurseurs de l’ammoniac peuvent être employés dans des conditions similaires. Un injecteur est usuellement employé pour introduire la solution aqueuse d’urée dans la conduite acheminant les gaz d’échappement au catalyseur SCR, en amont de celui-ci. Un mixer ou mélangeur, installé entre cet injecteur et le catalyseur SCR, peut être utilisé pour améliorer la vaporisation du spray de solution aqueuse d’urée dans le flux de gaz d’échappement. Un exemple de mixer est décrit dans le document SAE 2015-01-1020 (« Advanced Close Coupled SCR Compact Mixer Architecture », Michelin J. et al.). Deux exemples classiques, mais non limitatifs, de configuration de la ligne de post-traitement SCR sont décrits ci-après. La première, dite configuration « underfloor » ou « sous-plancher », consiste à placer le dispositif de post-traitement SCR en aval du moteur, sous le plancher du véhicule (généralement à plus de 50 cm à 1 m de la sortie de la chambre de combustion). Elle présente l’avantage de pouvoir installer le dispositif de post-traitement dans une zone ou beaucoup d’espace est disponible et ainsi le placer dans des conditions de géométrie plus favorables à une vaporisation de la solution aqueuse d’urée. Une autre configuration dite « close-coupled », consiste à placer le dispositif de post-traitement SCR à proximité immédiate du moteur (généralement à moins de 50 cm de la sortie de la chambre de combustion). Par rapport à la configuration dite « underfloor », cette configuration présente l’avantage de bénéficier de températures plus élevées dans le catalyseur SCR, améliorant son amorçage et son efficacité. En revanche, son inconvénient est que l’espace disponible est plus réduit qu’en configuration « underfloor », ce qui implique que l’injecteur de solution aqueuse d’urée soit placé plus près du mixer et du catalyseur SCR. Cette configuration peut conduire à une moins bonne vaporisation de la solution aqueuse d’urée. Les documents SAE 2014-01-1522 (« Control of a Combined SCR on Filter and Under-Floor SCR System for Low Emission Passenger Cars”, Balland J. et al.) et SAE 2015-01-0994 (“Next Generation All in One Close-Coupled Urea-SCR System”, Kojima H. et al.), ou encore WO2014060987A1 décrivent ces deux types de configuration. Dans certaines configurations d'installation du dispositif SCR et de l'injection de précurseur d’ammoniac, en particulier dans le cas de l'injection d'urée, les constructeurs ont constaté l'apparition de dépôts dans les conduites d'échappement situées entre l’injecteur et le dispositif SCR. Ces dépôts peuvent être suffisamment importants pour provoquer une obturation partielle voire totale du conduit d'échappement liée à la contre pression à l’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 températures. Ces dépôts, selon les analyses qui ont été faites dans la publication technique SAE 2016-01-2327, sont de nature variable selon la température à laquelle ils ont été formés. Ainsi, aux températures inférieures à 250-300°C, ils sont constitués majoritairement d’urée cristallisée, et sont constitués majoritairement d'acide cyanurique au-delà de 300°C. L’acide cyanurique peut se sublimer et produire à nouveau de l'ammoniac gazeux. Toutefois, cette réaction ne peut se produire qu'à très haute température, supérieure à 450°C. Une telle température est rarement atteinte à cet endroit dans les conduites d'échappement. On a constaté notamment que ces dépôts étaient présents dans les conduites présentant des coudes du fait du manque de place dans le véhicule, et lorsque la distance séparant l'injection d'urée et le premier coude est trop courte, comme dans les configurations « close-coupled » décrites précédemment. L'hypothèse formulée est que dans ce type de configuration, une partie des gouttes d'urée n'a pas le temps de se vaporiser et de se décomposer totalement en ammoniaque gazeux. Les gouttes d'urée se déposent sur la paroi du conduit qui est à une température trop basse 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. Par ailleurs, on a également constaté qu'en fonction de la configuration de la ligne SCR et de la température, l'urée était susceptible de cristalliser dans la ligne, avec pour conséquence une obstruction de la ligne (voir document SAE 2017-26-0132 (« A Study on the Factors Affecting the Formation of Urea Crystals and Its Mitigation for SCR After-Treatment Systems », Jain A. et al.). La demande WO2008/125745 décrit une solution aqueuse comprenant un composé susceptible de libérer de l'ammoniac gazeux au-dessus de 200°C et au moins un additif polyfonctionnel dont la HLB varie de 7 à 17 pour limiter la formation des dépôts à base d'acide cyanurique dans un dispositif de post-traitement des gaz d'échappement, notamment de type SCR. Les additifs polyfonctionnels mis en œuvre sont notamment des éthers d'alcools gras polyalcoxylés et des esters d'alcools gras polyalcoxylés. La demande EP2337625 décrit un mélange de tensioactifs permettant de réduire le diamètre des gouttelettes d'une solution aqueuse d'urée, et ainsi favoriser sa vaporisation et la transformation de l'urée en ammoniac gazeux dans un système SCR. La solution proposée consiste en un mélange d'alcools gras polyalcoxylés, avec des degrés d'alcoxylation contrôlés. La demande EP2488283 décrit des additifs pour solution d'urée, du type alcools gras polyalcoxylés particuliers. Ces additifs sont également destinés à favoriser une réduction de la formation des dépôts issus de la décomposition de l'urée dans les systèmes SCR. Le brevet US 5,453,257 enseigne la réduction de la teneur en oxydes d'azote dans les effluents de combustion d'un carburant carboné par l'introduction dans lesdits effluents d'une émulsion d'un composé réducteur des oxydes d'azote et d'un composé hydrocarboné présentant une température d'ébullition inférieure à celle de l'agent réducteur des oxydes d'azote. Toutefois, il a été constaté que les solutions aqueuses de précurseur d'ammoniac contenant des tensioactifs ont tendance à mousser. Ce moussage se produit notamment lors du transport et de la manutention de la solution, par exemple lors de son déchargement dans les cuves de stockage, puis lorsque la composition est introduite depuis une cuve de stockage dans le réservoir d’un véhicule, ce qui complique l’opération de remplissage du réservoir et peut entraîner son débordement. L’utilisation courante de pistolets lors de la distribution de la composition favorise également son moussage. En outre, le moussage de la composition lorsqu’il se produit au moment de son injection dans le système de traitement des gaz d'échappement du véhicule peut entraîner l’introduction d'une quantité plus ou moins importante d’air dans ledit système. Ce phénomène perturbe le contrôle de la quantité de solution injectée et affecte l’efficacité du système de traitement. Une solution à ce problème consiste à ajouter un ou plusieurs agents anti-mousse à la solution aqueuse. Mais de tels additifs représentent souvent une efficacité qui diminue au cours du temps de stockage de la composition avant son utilisation, d’autant plus vite lorsque la composition est stockée à des températures relativement élevées, supérieures à 30°C voire à 35 ou 40 °C. Dans de telles conditions de stockage, la composition ne peut généralement pas être conservée plus de quelques mois (en moyenne 5 mois), ce qui s’avère très contraignant. Il subsiste donc le besoin de pouvoir formuler des compositions pour le traitement des gaz d'échappement sous forme de solutions aqueuses à base d'un agent réducteur des NOx, par exemple d'ammoniac, ou d'un précurseur d’un tel agent réducteur, comme l'urée, qui présentent des propriétés optimisées. On attend de cette composition qu'elle soit capable d'éviter ou de réduire les dépôts lors de l'utilisation sur une ligne SCR, tout en évitant les problèmes de moussage. On attend également de cette composition qu'elle soit stable dans le temps, c’est-à-dire qu’elle conserve ses propriétés sur des périodes longues de stockage, y compris à température élevée. La Demanderesse a constaté que cet objectif était atteint en ajoutant à la composition aqueuse au moins un additif particulier constitué d’un ou plusieurs copolymères constitués de polydiméthylsiloxanes greffés tels que définis ci-après. La présente invention a ainsi pour objet une composition aqueuse comprenant : - au moins un agent réducteur des oxydes d’azote NOx et/ou au moins un précurseur d’un tel agent, - au moins un tensioactif, et - au moins un additif anti-mousse choisi parmi les copolymères comprenant un squelette polydiméthylsiloxane avec un nombre moyen d’unités diméthylsiloxane compris dans la gamme de 150 à 300, greffé par des chaines polyoxyalkylène. La présente invention a également pour objet l’utilisation d’une telle composition pour le traitement des gaz d'échappement à la sortie des moteurs à combustion interne embarqués ou stationnaires, plus particulièrement pour le traitement des gaz d'échappement dans un dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote. Le moteur peut être en particulier choisi parmi les moteurs Diesel, les moteurs à allumage commandé (incluant les moteurs essence et les moteurs GNV ou gaz naturel pour véhicules), et les moteurs à carburation mixte notamment gazole-gaz. De préférence, le moteur est un moteur Diesel. La présente invention s’applique à tout type de moteur susceptible d’émettre des oxydes d’azote, incluant les moteurs embarqués et les moteurs stationnaires. L’invention s’applique, entre autres, tant à des moteurs marins, moteurs de poids lourds, de véhicules de transport, d’engins de chantiers ou d’engins agricoles tels que par exemple des tracteurs, qu’à des moteurs de véhicules légers et utilitaires, ainsi qu’à des moteurs employés dans des applications industrielles stationnaires. Par dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote, on désigne un dispositif connu en soi sous la dénomination dispositif SCR pour « Selective Catalytic Reduction » en anglais. Un tel dispositif comprend un catalyseur de Réduction Catalytique Sélective (également désigné catalyseur SCR). L'invention concerne également un procédé de traitement des gaz d'échappement issus d’un moteur à combustion interne, de préférence un moteur Diesel, équipé d'un dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape d'introduction d'une composition telle que définie ci-dessus dans la conduite qui achemine les gaz d’échappement de la sortie du moteur vers ledit dispositif de réduction catalytique sélective. Dans ce qui suit, on désigne également par ligne d’échappement SCR ou ligne SCR, de manière connue en soi, la conduite qui achemine les gaz d’échappement de la sortie d’un moteur vers un dispositif de réduction catalytique sélective (dispositif SCR). La composition selon l'invention présente de nombreux avantages : elle est utilisable de la même façon et dans les mêmes équipements que les solutions de l'art antérieur. Elle est au moins aussi efficace, voire plus efficace, que les solutions de l'art antérieur, notamment les solutions à base d'urée dans la réduction ou la prévention de la formation de dépôts dans les systèmes SCR, en particulier dans les configurations dites « close-coupled ». Elle n'entraîne pas ou très peu de moussage lors de sa manipulation, son utilisation, son transfert et/ou son transport, par exemple lors des opérations de transvasement ou de remplissage de contenants tels que les bidons, les réservoirs de véhicule, les cuves de stockage ou les cuves de transport. Elle permet notamment d'éviter les débordements lors du remplissage du réservoir de stockage d’un véhicule. Elle permet également de remplir les cuves de stockage et les réservoirs des véhicules plus rapidement, et dans ce dernier cas en limitant les à-coups des pistolets de remplissage. Cette composition permet en outre un contrôle précis de la quantité de composition injectée, et permet notamment d’éviter les erreurs liées à la mise en défaut des capteurs par la mousse. La composition selon l’invention est stable au stockage. Elle présente également des performances antimousses maintenues dans le temps, notamment sur des périodes pouvant aller jusqu’à un an, sur une large gamme de températures de stockage, allant de 5°C à 40°C. D’autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de l’invention apparaîtront encore plus clairement à la lecture de la description et des exemples qui suivent. Dans ce qui va suivre, et à moins d’une autre indication, les bornes d’un domaine de valeurs sont comprises dans ce domaine, notamment dans les expressions « compris entre » et « allant de … à …». Par ailleurs, les expressions « au moins un » et « au moins » utilisées dans la présente description sont respectivement équivalentes aux expressions « un ou plusieurs » et « supérieur ou égal ». Enfin, de manière connue en soi, on désigne par composé ou groupe en C N un composé ou un groupe contenant dans sa structure chimique N atomes de carbone. Composition aqueuse comprenant : - au moins un agent réducteur des oxydes d’azote et/ou au moins un précurseur d’un tel agent, - au moins un tensioactif, et - au moins un additif anti-mousse choisi parmi les copolymères comprenant un squelette polydiméthylsiloxane avec un nombre moyen d’unités diméthylsiloxane compris dans la gamme de 150 à 300, greffé par des chaines polyoxyalkylène. Composition selon la revendication précédente, caractérisée en ce que l'agent réducteur ou le précurseur de l’agent réducteur est choisi dans la liste constituée par l'urée, l'ammoniaque, le formamide, les sels d'ammonium, et les sels de guanidine; et de préférence dans la liste constituée par l'urée et l'ammoniaque ; et plus préférentiellement le précurseur de l’agent réducteur est l’urée. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la composition contient de l’urée, à une teneur allant de 25% à 42% en masse, de préférence de 30% à 40% en masse, plus préférentiellement de 31 à 35% en masse et mieux encore de 32% à 33% en masse, par rapport à la masse totale de la composition ; et plus préférentiellement encore de 32,5 ± 0,7% en masse, par rapport à la masse totale de la composition. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les tensioactifs sont choisis parmi les tensioactifs ioniques, non-ioniques, ou amphotères, solubles dans l’eau ; et de préférence parmi les tensioactifs non ioniques choisis parmi les composés suivants : a) les éthers d’hydrocarbyle et de mono ou de polyalkylène glycol, b) les éthers d’hydrocarbyle et de polyol, c) les esters d’acide gras et de mono ou de polyalkylène glycol, d) les esters d’acide gras et de mono ou de polyglycérol, et e) les mélanges de ces composés. Composition selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le ou les tensioactifs sont choisis parmi les monoéthers d’hydrocarbyle mono- ou poly-alcoxylés de formule (I) : R-(Y) n -OH, dans laquelle : R représente un groupements alkyle, alcényle ou alcynyle en C 3 -C 40 ; de préférence en C 8 -C 30 , encore plus préférentiellement en C 10 -C 24 ; Y est choisi parmi : –(O-CH 2 -CH 2 )-, –(O-CH(CH 3 )-CH 2 )- et –(O-CH 2 -CH 2 -CH 2 )- ; et de préférence –(O-CH 2 -CH 2 )- ; n est un nombre entier allant de 1 à 60, de préférence de 1 à 30, plus préférentiellement de 1 à 20, mieux de de 3 à 15, encore mieux de 5 à 12. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que le ou les tensioactifs sont présents à une teneur totale allant de 5 à 10 000 ppm en masse, de préférence de 50 à 5 000 ppm en masse, plus préférentiellement de 100 à 2 500 ppm en masse, et mieux encore de 200 à 1000 ppm en masse, par rapport à la masse totale de la composition. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le squelette polydiméthylsiloxane desdits copolymères comprend un nombre moyen d’unités diméthylsiloxane compris dans la gamme de 180 à 250. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les chaines polyoxyalkylène desdits copolymères répondent à la formule –(RO) m - avec R désignant un ou plusieurs groupements alkylènes en C1 à C4 et m un nombre compris dans la gamme allant de 10 à 55, de préférence les chaines polyoxyalkylène sont choisies parmi les polyoxyéthylène (EO), les polyoxypropopylènes (PO), et les chaines formées de motifs oxyéthylène et de motifs oxypropylène (EO/PO), et plus préférentiellement encore parmi les chaines formées de motifs oxyéthylène (EO) et de motifs oxypropylène (PO) avec un rapport du nombre moyen d’unités EO sur le nombre moyen d’unités PO de préférence compris dans la gamme allant de 0,2 à 2, plus préférentiellement de 0,3 à 1,3. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le taux de greffage desdits copolymères est compris dans la gamme allant de 0,5% à 5%, de préférence de 1% à 2%. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit copolymère est réticulé. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ou les additif(s) anti-mousse sont présents à une teneur totale allant de 1 à 200 ppm en masse, de préférence de 2 à 100 ppm en masse, plus préférentiellement de 3 à 50 ppm en masse, mieux de 4 à 25 ppm en masse et mieux encore de 5 à 15 ppm en masse, par rapport à la masse totale de la composition. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que sa teneur en eau est comprise dans la gamme allant de 50 à 90 en masse, de préférence de 60 à 80 en masse, et mieux encore de 65 à 70% en masse, par rapport à la masse totale de la composition. Utilisation d’une composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications précédentes pour le traitement des gaz d'échappement à la sortie des moteurs à combustion interne embarqués ou stationnaires. Utilisation d'une composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 12 pour prévenir ou réduire les dépôts dans la conduite qui achemine les gaz d’échappement de la sortie d’un moteur à combustion interne vers un dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote. Procédé de traitement des gaz d'échappement issus d’un moteur à combustion interne équipé d'un dispositif de réduction catalytique sélective des oxydes d’azote, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une étape d'introduction d'une composition telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 12 dans la conduite qui achemine les gaz d’échappement de la sortie du moteur vers ledit dispositif de réduction catalytique sélective. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le moteur à combustion interne est un moteur Diesel.