Brevet FR3133768A1 — publié le 20230929

La présente invention concerne un catalyseur pour l’oxydation d’ammoniac (108) dans un flux de gaz (F), comprenant : un support poreux (S) ; un matériau catalyseur d’oxydation (10), déposé sur le support poreux ; remarquable en ce que le matériau catalyseur d’oxydation comprend de la zircone yttriée stabilisée à l'oxyde d'yttrium, YSZ, et du cuivre imprégné sur ledit YSZ. L’invention concerne également un procédé de traitement de gaz d’échappement d’un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion d’ammoniac fonctionnant avec une richesse d’air inférieure ou égale à 1, comprenant l’utilisation d’un système de traitement du flux de gaz (102), comprenant un catalyseur amont (104) comprenant un matériau catalyseur (106) déposé sur le support poreux et configuré pour stocker des oxydes d’azote et/ou l’ammoniac ou réduire les oxydes d’azote dans le flux de gaz, et le catalyseur d’oxydation d’ammoniac selon l’invention, disposé en aval du catalyseur amont. Figure 2 CATALYSEUR D’OXYDATION D’AMMONIAC À FORTE CONCENTRATION La présente invention concerne le domaine des catalyseurs de véhicules automobiles. L’invention concerne notamment les catalyseurs destinés au traitement de l’ammoniac issu de véhicules automobiles ayant un moteur à combustion à base d’ammoniac. La recherche sur les moteurs à combustion d’ammoniac ( NH 3 ) dans le domaine automobile est très récente et très peu de recherches ont été réalisées sur les systèmes de dépollution associés à ce type de motorisation, notamment à très fortes concentrations d’ammoniac (quelques milliers voire dizaines de milliers de ppm) potentiellement associées à l’oxyde d’azote ( NO x ). Il existe toutefois des solutions de traitement de l’ammoniac sur les systèmes de dépollution des véhicules automobiles comprenant des motorisations Diesel, et notamment depuis la norme Euro 6. En effet, les systèmes de dépollution de tels véhicules comprennent un catalyseur d’oxydation d’ammoniac appelé ASC (acronyme de l’expression anglaise « Ammonia Slip Catalyst »), ce dernier étant usuellement agencé en aval d’un catalyseur SCR (acronyme de l’expression anglaise « Selective Catalytic Reduction »). Dans cette configuration, le catalyseur SCR utilise un gaz réducteur tel que l’ammoniac qui provient de la décomposition d’une solution aqueuse d’urée (CO(NH 2 ) 2 ) injectée en amont du catalyseur SCR dans la ligne d’échappement du véhicule automobile. À cet effet, le catalyseur d’oxydation d’ammoniac ASC peut traiter les fuites de NH 3 issues du catalyseur SCR, ces fuites ont généralement une concentration de quelques centaines de ppm. Cependant, les solutions de traitement de l’ammoniac de l’état de l’art sont adaptées à la combustion de carburants fossiles comme le Diesel suivant un mélange pauvre, i.e. environ 10% d’oxygène ( O 2 ). De plus, de telles solutions comprennent une faible sélectivité en diazote ( N 2 ) qui est bien souvent associée à une forte production d’oxydes nitreux ( N 2 O ). En effet, il est à noter que l’oxyde nitreux ( N 2 O ) est un gaz à effet de serre avec un fort potentiel de réchauffement à 100 ans : « 298 CO 2 -eq », i.e. le N 2 O contribue 298 fois plus au réchauffement climatique qu'une même masse de CO 2 émise en même temps pendant les 100 ans qui suivent l’émission. Le document de brevet publié FR 3 077 507 A1 divulgue un catalyseur pour le traitement de l’ammoniac issu de la réduction sélective des oxydes d’azote ( NO x ) réalisée par un catalyseur SCR et permettant la réduction de la formation de produits parasites de type monoxyde d’azote ( NO ), dioxyde d’azote ( NO 2 ) et oxyde nitreux ( N 2 O ). Toutefois, la solution décrite dans le document ne correspond pas au traitement des gaz d’échappement ayant une forte concentration d’ammoniac ( NH 3 ) et/ou des oxydes d’azote ( NO x ), i.e. quelques dizaines de milliers de ppm de NH 3 et/ou de NO x . Dans ce contexte, il est devenu nécessaire de développer, pour le domaine automobile, une nouvelle composition catalytique destinée au traitement de l’ammoniac ayant une concentration élevée. La présente invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de proposer un système de catalyseur capable d’oxyder l’ammoniac ( NH 3 ) ayant une forte concentration, préférentiellement en diazote ( N 2 ) et sans l’oxyde nitreux ( N 2 O ) ou en quantité très limitée de celui-ci qui soit inférieure à 2% des émissions. À cet effet, l’invention a pour objet un catalyseur pour l’oxydation d’ammoniac dans un flux de gaz, comprenant : un support poreux ; un matériau catalyseur d’oxydation, déposé sur le support poreux ; remarquable en ce que le matériau catalyseur d’oxydation comprend de la zircone yttriée stabilisée à l'oxyde d'yttrium, YSZ, et du cuivre imprégné sur ledit YSZ. Préférentiellement, le matériau catalyseur d’oxydation est dépourvu des métaux issus du groupe du platine, dit MGP ou PGM (acronyme de l’expression anglaise « Platinum Group Metals »), incluant notamment, les métaux suivants : Ruthénium ( Ru ) Rhodium ( Rh ) Palladium ( Pd ) Osmium ( Os ) Iridium ( Ir ) Platine ( Pt ) et Rhénium ( Re ). Selon un mode de réalisation, le cuivre est dans une quantité de 1% à 10%, préférentiellement de 3 à 5%, en poids du matériau catalyseur d’oxydation. Selon un mode de réalisation, le support poreux est réalisé dans un matériau sélectionné parmi un groupe constitué de carbure de silicium, cordiérite, alumine et titanate d’aluminium et toute combinaison. Selon un mode de réalisation, le catalyseur comprend, en outre, un matériau catalyseur de réduction, déposé sur le support poreux et apte à réduire les oxydes d’azote au contact d’ammoniac. Selon un mode de réalisation, le matériau catalyseur d’oxydation présente un gradient de concentration décroissant suivant une direction principale d’écoulement du flux de gaz. Selon un mode de réalisation, le catalyseur comprend, en outre, un dispositif de chauffage, préférentiellement à résistance électrique, configuré pour amener le matériau catalyseur d’oxydation à une température supérieure ou égale à 200°C. L’invention a également pour objet un système de traitement d’un flux de gaz, comprenant : un catalyseur amont comprenant un support poreux et un matériau catalyseur déposé sur le support poreux et configuré pour stocker des oxydes d’azote ( NO x ) et/ou l’ammoniac ( NH 3 ) ou réduire les oxydes d’azote dans le flux de gaz ; et un catalyseur pour l’oxydation d’ammoniac selon l’invention, disposé en aval du catalyseur amont. Selon un mode de réalisation, le matériau catalyseur du catalyseur amont comprend du fer et/ou du cuivre déposé sur une phase de zéolithe, ou ledit matériau catalyseur comprend de l’oxyde de baryum déposé sur de l’alumine. L’invention a également pour objet un véhicule automobile comprenant un moteur à combustion d’ammoniac et un système de traitement d’un flux de gaz d’échappement dudit moteur à combustion, remarquable en ce que ledit système de traitement d’un flux de gaz est selon l’invention. L’invention a aussi pour objet un procédé de traitement de gaz d’échappement d’un moteur à combustion d’ammoniac, comprenant l’utilisation d’un système de traitement d’un flux de gaz, remarquable en ce que ledit système de traitement d’un flux de gaz est selon l’invention, et en ce que le moteur à combustion d’ammoniac fonctionne avec une richesse d’air inférieure ou égale à 1. La richesse d’air indique la valeur de proportion entre l'air et le carburant du mélange admis dans une chambre de combustion. En effet, la qualité de la combustion peut dépendre de ladite proportion. Préférentiellement, la concentration de l’ammoniac dans le flux de gaz d’échappement est supérieure à 500 ppm. Avantageusement, le véhicule automobile comprenant le système de traitement d’un flux de gaz d’échappement selon l’invention est capable d’oxyder l’ammoniac ( NH 3 ) avec une forte sélectivité en diazote ( N 2 ) et tout en émettant moins de 2% d’oxide nitreux ( N 2 O ). De plus, le catalyseur de l’invention étant dépourvu des métaux issus du groupe du platine qui sont très onéreux, cela permet de diminuer considérablement les coûts de fabrication. est une représentation schématique d’une vue latérale d’un système de traitement d’un flux de gaz selon un premier mode de réalisation de l’invention ; représente une vue latérale schématique du système de traitement d’un flux de gaz selon un deuxième mode de réalisation ; représente une vue latérale schématique du système de traitement d’un flux de gaz selon un troisième mode de réalisation ; est un premier graphique des résultats expérimentaux suivant un premier protocole d’expérimentation ; est un deuxième graphique des résultats expérimentaux suivant un deuxième protocole d’expérimentation. Catalyseur pour l’oxydation d’ammoniac (8 ; 108 ; 208) dans un flux de gaz (F), comprenant : un support poreux (S) ; un matériau catalyseur d’oxydation (10 ; 100), déposé sur le support poreux (S) ; caractérisé en ce que le matériau catalyseur d’oxydation (10 ; 100) comprend de la zircone yttriée stabilisée à l'oxyde d'yttrium, YSZ, et du cuivre imprégné sur ledit YSZ. Catalyseur (8 ; 108 ; 208) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le cuivre est dans une quantité de 1% à 10%, préférentiellement de 3 à 5%, en poids du matériau catalyseur d’oxydation (10 ; 100). Catalyseur (8 ; 108 ; 208) selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le support poreux (S) est réalisé dans un matériau sélectionné parmi un groupe constitué de carbure de silicium, cordiérite, alumine et titanate d’aluminium et toute combinaison. Catalyseur (208) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit catalyseur (208) comprend, en outre, un matériau catalyseur de réduction (106), déposé sur le support poreux (S) et apte à réduire les oxydes d’azote au contact d’ammoniac. Catalyseur (208) selon la revendication 4, caractérisé en ce que le matériau catalyseur d’oxydation (100) présente un gradient de concentration décroissant suivant une direction principale d’écoulement du flux de gaz (F). Catalyseur (108) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit catalyseur (108) comprend, en outre, un dispositif de chauffage (12), préférentiellement à résistance électrique, configuré pour amener le matériau catalyseur d’oxydation (10) à une température supérieure ou égale à 200°C. Système de traitement d’un flux de gaz (2 ; 102 ; 202), comprenant : un catalyseur amont (4 ; 104) comprenant un support poreux (S) et un matériau catalyseur (6 ; 106) déposé sur le support poreux (S) et configuré pour stocker des oxydes d’azote et/ou l’ammoniac ou réduire les oxydes d’azote dans le flux de gaz (F) ; un catalyseur (8 ; 108) suivant l’une des revendications 1 à 6, disposé en aval du catalyseur amont (4 ; 104). Système (2 ; 102) selon la revendication 7, caractérisé en ce que le matériau catalyseur (6 ; 106) du catalyseur amont (4 ; 104) comprend du fer et/ou du cuivre déposé sur une phase de zéolithe, ou ledit matériau catalyseur (6 ; 106) comprend de l’oxyde de baryum déposé sur de l’alumine. Véhicule automobile comprenant un moteur à combustion d’ammoniac et un système de traitement d’un flux de gaz d’échappement (2 ; 102 ; 202) dudit moteur à combustion, caractérisé en ce que ledit système de traitement d’un flux de gaz (2 ; 102 ; 202) est selon l’une des revendications 7 et 8. Procédé de traitement de gaz d’échappement d’un moteur à combustion d’ammoniac, comprenant l’utilisation d’un système de traitement d’un flux de gaz (2 ; 102 ; 202), caractérisé en ce que ledit système de traitement d’un flux de gaz (2 ; 102 ; 202) est selon l’une des revendications 7 et 8, et en ce que le moteur à combustion d’ammoniac fonctionne avec une richesse d’air inférieure ou égale à 1.