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FR3030618A1 - Procede de gestion d'un catalyseur d'oxydation de methane et systeme de post-traitement des gaz d'echappement pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procede de gestion d'un catalyseur d'oxydation de methane et systeme de post-traitement des gaz d'echappement pour sa mise en oeuvre Download PDF

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methane
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Markus Gloeckle
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Procédé de gestion d'un catalyseur d'oxydation de méthane (13) installé dans un système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (10). Procédé caractérisé en ce que pour augmenter l'activité du catalyseur d'oxydation de méthane (13) on l'expose à une composition de gaz agissant de façon réactive sur le catalyseur d'oxydation de méthane.

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un procédé de gestion d'un catalyseur d'oxydation de méthane installé dans le système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion in- terne. L'invention se rapporte également à un système de post-traitement des gaz d'échappement mettant en oeuvre un tel procédé. Etat de la technique On connait des moteurs à combustion interne (encore appelés moteurs thermiques) qui fonctionnent avec un gaz contenant du méthane, par exemple du gaz naturel ou du méthane ou encore un mélange de gaz et d'un autre carburant par exemple du gasoil. Les moteurs à gaz pur dérivent souvent des moteurs à essence ou des moteurs diesel et en général l'allumage allogène pour allumer le mélange gaz / air se fait avec des bougies d'allumage. Dans de tels moteurs à gaz / diesel, le moteur dérive en principe d'un moteur diesel qui convient à la fois pour un fonctionnement en moteur diesel pur ou un fonctionnement mixte avec du gasoil et du gaz. Une part de la capacité calorifique du gasoil est alors assurée par celle du gaz.
L'allumage de l'ensemble du carburant c'est-à-dire du mélange air / ga- soil-gaz se fait par l'intermédiaire de la partie gasoil. Des taux de substitution du gasoil par le gaz vont jusqu'à 70%. Toutes les propositions qui reposent en général en partie sur la combustion du gaz contenant du méthane créent une difficulté à cause des fortes émissions de méthane par le moteur fonctionnant à l'état brut. Avant tout pour des raisons de protection climatique, il faut réduire les émissions de méthane dans le cadre du post-traitement des gaz d'échappement. On connait pour cela des catalyseurs d'oxydation de méthane (encore appelés catalyseur MOC) qui oxydent le méthane contenu dans les gaz d'échappement grâce à une formulation riche en palladium. Pour cela on peut utiliser des compositions qui ont un rapport pondéral de palladium (Pd) par rapport au platine (Pt) allant jusqu'à par exemple 7 :1 voire plus. D'autres catalyseurs d'oxydation de méthane appliquent des compositions de palladium seul, comme par exemple Pd/oxyde d'aluminium. De façon générale, avec de telles com- positions, ce n'est qu'au-dessus de 400°C que l'on constate une certaine transformation du méthane. Pour l'oxydation totale, il faut souvent des températures très largement supérieures à 500°C. De façon connue, les catalyseurs d'oxydation de mé- thane, notamment les catalyseurs d'oxydation de méthane, riches en palladium sont extrêmement sensibles au soufre et ils sont déjà prêts après un temps de fonctionnement très court. Mais ils présentent une détérioration très notable de leur action d'oxydation pour les gaz contenant du soufre ou du gasoil. Même en l'absence de soufre dans les gaz d'échappement maigres, des catalyseurs riches en palladium et notam- ment des compositions utilisant le palladium seul, montrent une diminution très sensible de leur activité d'oxydation du méthane (voir par exemple M. Lyubovsky, M. et Pfefferle, L. ; Catalysis Today 47 (1999) ; pages 29-44). Il est également connu que les catalyseurs riches en pal- ladium ont un comportement oscillant (voir R.Schwidernoch ; Thèse Université de Heidelberg 2005). Le document DE 11 2011 104 327 T5 concerne un sys- tème de gaz d'échappement équipé d'un catalyseur d'oxydation diesel. En amont de ce catalyseur d'oxydation, un injecteur de carburant per- met d'injecter des salves de carburant directement dans la conduite des gaz d'échappement. Le contact des hydrocarbures injectés avec la couche d'oxyde du catalyseur d'oxydation diesel réalise un effet de régénération. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un procédé de gestion d'un catalyseur d'oxydation de méthane installé dans un système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, ce procédé étant caractérisé en ce que pour augmenter l'activité du catalyseur d'oxydation de méthane, on l'expose à une composition de gaz agissant de façon réactive sur le catalyseur d'oxydation de méthane. En d'autres termes, selon l'invention on expose le catalyseur d'oxydation de méthane à une composition de gaz à effet de réactivation du catalyseur d'oxydation de méthane. Cela permet d'augmenter l'activité du catalyseur. Ce moyen diminue la détérioration de la perte d'activité d'oxydation d'un catalyseur d'oxydation de méthane pendant son temps de fonctionnement ou évite totalement une telle perte d'activité. Cela garantit que même pour un temps de fonctionnement prolongé, le catalyseur d'oxydation de méthane conserve une activité d'oxydation de méthane suffisante ce qui garantit un post-traitement optimum des gaz d'échappement vis-à-vis de l'oxydation du méthane. Selon une caractéristique particulièrement avantageuse, le procédé selon l'invention s'applique à un système de post-traitement des gaz d'échappement de moteurs à combustion interne qui produisent principalement des gaz d'échappement maigres et qui brûlent au moins une partie du méthane, c'est-à-dire notamment les moteurs à gaz ou les moteurs diesel / gaz. Précisément, de tels moteurs ou machines à combustion produisent en général de fortes émissions du méthane par le moteur et qu'il faut réduire dans le système de post-traitement des gaz d'échappement. Le mode de fonctionnement en machine avec un excé- dent d'air, c'est-à-dire pour À>1 (Mode maigre) ne permet pas en général un fonctionnement optimum du catalyseur d'oxydation de méthane car en général on n'atteint pas les températures élevées nécessaires à l'oxydation du méthane. C'est pourquoi il est particulièrement avantageux d'agir contre une telle désactivation négative du catalyseur d'oxydation de méthane. Le procédé selon l'invention le permet en ce qu'il expose le catalyseur d'oxydation de méthane à une composition de gaz à effet de réactivation. D'une manière particulièrement avantageuse, le cataly- seur d'oxydation de méthane est exposé périodiquement à la composi- tion de gaz à effet réactivant. Cela permet notamment de prévoir qu'à partir d'une certaine durée d'un mode de fonctionnement maigre du catalyseur d'oxydation de méthane, et pour une certaine durée, notamment pendant une durée brève encore décrite ci-après de manière plus détaillée, on l'expose à la composition du gaz de réaction. L'expression « périodique » signifie que la composition gazeuse à effet de réaction est répétée de façon préférentielle régulièrement dans la mesure où la composition de gaz à effet de réactivation est générée après chaque phase de mode de fonctionnement maigre ou chaque fois après une durée définie d'une phase de fonctionnement maigre du moteur à combustion in- terne. La durée du mode de fonctionnement maigre, régulier du moteur à combustion interne avant la réactivation selon l'invention du catalyseur d'oxydation de méthane peut être variable. La réactivation du catalyseur d'oxydation de méthane selon le procédé de l'invention se fait de manière régulière mais aussi à la demande.
La composition de gaz à effet de réactivation agit notam- ment par effet réducteur ou oxydant sur la composition ou le matériau du catalyseur d'oxydation de méthane. Cela permet de réduire au moins partiellement, par exemple l'oxyde de palladium présent dans le catalyseur, pour revenir au palladium métallique, ce qui permet d'augmenter de manière significative l'activité d'oxydation du catalyseur d'oxydation. Pendant la durée de fonctionnement du catalyseur d'oxydation de méthane ainsi équipé, notamment en mode maigre du moteur à combustion interne, il se développe de l'oxyde de palladium. Cet oxyde de palladium peut se trouver à la surface des particules de métal noble correspondantes d'un catalyseur d'oxydation de méthane ou aussi dans la matière brute du palladium du catalyseur d'oxydation de méthane. Ce développement d'oxyde de palladium est inversé par la composition de gaz générée notamment de façon périodique et qui agit de manière réactive dans la conduite des gaz d'échappement.
Selon un premier développement de principe du procédé de l'invention, la composition de gaz à effet réactif est générée par un mode de fonctionnement en mode riche du moteur à combustion interne et dans ce développement du procédé de l'invention, la composition du gaz a un effet réducteur. Le mode riche est exécuté de préférence pendant une courte durée et de manière périodique, répétée. Par exemple, après un mode de fonctionnement maigre du moteur à combustion interne et qui peut durer des minutes ou des heures, on expose le catalyseur d'oxydation de méthane pendant quelques secondes à une composition de gaz d'échappement riche, fonctionnant globalement en réducteur ; cette composition des gaz d'échappement est obtenue dans le moteur par un mode de fonctionnement riche, bref. Le mode de fonctionnement riche, peut être appliqué par exemple pour une durée d'environ 5 à 60 secondes. Le mode de fonctionnement riche dans le moteur peut être effectué notamment dans le cadre d'une accumula- tion de durées de mode riche par la commutation mode riche / mode maigre et par exemple le mode riche sera maintenu pour environ 10 secondes pour commuter de nouveau sur une durée également limitée à quelques secondes du mode de fonctionnement maigre. Cette commutation mode maigre / mode riche sera exécutée quelquefois de sorte que la somme par exemple la durée de temps de protection de mode riche, accumulée, pourra atteindre jusqu'à 60 secondes. Ce mode de fonctionnement a l'avantage que les émissions polluantes (notamment des hydrocarbures et du monoxyde de carbone) ne sont pas très importantes en aval du catalyseur et/ou que les températures ne sont pas trop éle- vées. Le mode de fonctionnement riche à l'intérieur du moteur peut s'obtenir par exemple par une post-injection tardive avec du gasoil comme moyen interne au moteur. Selon un autre développement de principe du procédé de l'invention, on injecte la composition de gaz à effet réactivant par l'injection de carburant dans le système de post-traitement des gaz d'échappement, c'est-à-dire directement dans la conduite des gaz d'échappement. En particulier, le carburant est injecté en amont du catalyseur d'oxydation de méthane et cette injection se fait directement en amont du catalyseur d'oxydation de méthane ou encore plus en amont.
Ce développement de principe du procédé est avantageux surtout dans les systèmes de moteurs à combustion interne qui ne sont pas conçus pour les contraintes de température propres à un mode de fonctionnement riche. Cela concerne par exemple les moteurs à gaz dérivés des moteurs diesel. Dans de tels moteurs ou moteurs à combustion interne, un mode de fonctionnement riche, bref pourrait le cas échéant se tra- duire par une sollicitation excessive, notamment des contraintes de température, appliquées aux composants du moteur, par exemple au turbocompresseur. Pour éviter les dommages des composants du moteur par des températures trop élevées, il est avantageux de produire la composition de gaz à effet réactivant du catalyseur d'oxydation de métal par l'injection de carburant dans le système de post-traitement des gaz d'échappement. Pour la mise en oeuvre du procédé, pour ce développe- ment du procédé, il faut un ou plusieurs injecteurs de carburant dans la conduite des gaz d'échappement.
Pour générer une composition de gaz à effet réactif, il suffit en général que l'injection du carburant dans la conduite des gaz d'échappement se fasse seulement à un intervalle très bref après le fonctionnement en mode maigre du moteur à combustion interne.
Quelques millisecondes pour la durée d'injection de carburant peuvent être suffisantes, par exemple une durée comprise entre 20 et 500 ms. Si, par exemple, la fréquence d'injection est de l'ordre d'environ 1 Hz ou moins, la durée d'injection de carburant de quelques secondes est avantageuse. L'injection de carburant selon le procédé de l'invention se fait de préférence dans les phases dans lesquelles la température des gaz d'échappement est supérieure à environ 350°C. Ce moyen a l'avantage que pour de telles températures relativement élevées garantissent que le carburant à injecter sera totalement vaporisé et ne produira pas un encrassement local du catalyseur.
L'injection de carburant directement dans la conduite des gaz d'échappement se fait avantageusement selon un procédé en plusieurs étapes ; tout d'abord on réduit le débit massique d'oxygène des gaz d'échappement par des moyens appliqués au moteur avant d'injecter le carburant dans le système de post-traitement des gaz d'échappement. Ces moyens propres au moteur pour réduire le débit massique d'oxygène peuvent consister par exemple à étrangler l'alimentation en carburant ou à réduire le coefficient Lambda. Pour brûler l'oxygène résiduel contenu dans les gaz d'échappement, on dose alors suffisamment le carburant en amont du catalyseur d'oxydation de méthane pour avoir une composition nette, réductrice des gaz d'échappement dans la région du catalyseur d'oxydation de méthane. Selon un autre développement du procédé de l'invention, on génère la composition des gaz d'échappement à effet de réactivation également par l'injection de carburant dans le système de post- traitement des gaz d'échappement. L'injection du carburant dans la conduite des gaz d'échappement se fait toutefois pour atteindre les températures de 700°C ou plus, voire des températures supérieures à 800°C. Ces températures élevées sont maintenues de préférence pendant quelques minutes, par exemple entre 2 et 10 minutes. A de telles températures élevées auxquelles le catalyseur d'oxydation de méthane est par exemple exposé pendant quelques minutes, l'oxyde de palladium qui s'est développé pendant le fonctionnement en mode maigre dans le catalyseur d'oxydation de méthane est décomposé en partie en palladium métallique, ce qui augmente alors de nouveau de façon significa- tive l'activité d'oxydation du catalyseur d'oxydation de méthane. De façon préférentielle dans ce développement, on dose suffisamment de carburant en amont du catalyseur d'oxydation de méthane pour que toujours jusqu'à des conditions maigres résultant de la combustion d'une partie du carburant résiduel dans le catalyseur d'oxydation de méthane, on arrive à des températures supérieures à 700°C ou supérieures à 800°C. Il s'agit alors toujours de conditions de modes maigres qui ont globalement un effet oxydant si bien le catalyseur d'oxydation du méthane peut de nouveau fonctionner dans son état de catalyseur d'activation. Ces températures élevées sont mainte- nues pendant quelques minutes dans le catalyseur d'oxydation de mé- thane, par exemple pour une durée comprise entre 1 et 10 minutes. Il est particulièrement avantageux dans ce développement du procédé que les températures très élevées dans le catalyseur d'oxydation de méthane évacuent une grande partie du soufre accumulé le cas échéant dans le catalyseur d'oxydation de méthane sous la forme d'oxydes de soufre. Cet effet permet également un effet de régénération du catalyseur d'oxydation de méthane. Selon un développement du procédé, par l'injection de carburant dans la conduite des gaz d'échappement, on atteint des tem- pératures de 700°C ou plus établissant des conditions de mode maigre, nettes (conditions oxydantes). Selon un autre développement du procédé dans le cadre fixé ci-dessus, par un mode riche interne au moteur ou par l'injection de carburant dans la conduite des gaz d'échappement, on établit des conditions nettement réductrices, suffisantes pour réactiver le catalyseur d'oxydation de méthane à des températures en général nettement inférieures, suffisantes, comprises entre environ 350°C et 500°C. Le carburant dosé directement dans la conduite des gaz d'échappement est par exemple le même carburant que celui utilisé pour le fonctionnement du moteur à combustion interne. Dans le cas de moteurs à gaz, pur il s'agit par exemple de gaz naturel. Toutefois, de manière particulièrement préférentielle, au moins une partie de carburant liquide est injectée dans la conduite des gaz d'échappement dans le cadre du procédé de l'invention, par exemple du gasoil ou de l'essence ou un mélange d'un carburant liquide et d'un carburant à l'état gazeux. Cela s'applique également à des moteurs à gaz pur. Cette solution a l'avantage que par l'injection d'au moins une fraction de carburant à l'état liquide, la facilité de réaction de ce mélange de carburant est en général supérieure à celle du gaz pur car le méthane contenu dans ce gaz est en général très peu réactif. Dans le cas d'un moteur à gaz pur conçu pour injecter du gasoil dans la chambre de combustion pour assurer l'allumage, on peut par exemple également injecter ce gasoil dans la conduite des gaz d'échappement et mettre en oeuvre le procédé de l'invention.
En variante, on peut également utiliser de l'essence. Dans le cas des moteurs à gaz pur dans lesquels il n'est pas prévu d'injecter du carburant liquide pour le fonctionnement du moteur à combustion interne, on prévoit un réservoir supplémentaire contenant du carburant liquide qui sera dosé dans la conduite des gaz d'échappement dans le cadre du procédé de l'invention, c'est-à-dire par exemple un réservoir d'essence ou de gasoil associé au système de post-traitement des gaz d'échappement. Dans les moteurs mixtes ou les moteurs à gaz avec allumage avec du gasoil, on utilise de préférence du gasoil pour l'injection de carburant en aval du moteur dans la conduite des gaz d'échappement. L'utilisation de gasoil à cet effet est particuliè- rement avantageuse sur un plan général car la température d'allumage du gasoil dans le catalyseur d'oxydation de méthane se situe à environ 300°C et température qui est ainsi significativement inférieure à la température d'allumage du catalyseur d'oxydation de méthane pour un fonctionnement avec du méthane (cette température se situe entre envi- ron 450 et550°C). L'invention a également pour objet un système de post- traitement des gaz d'échappement pour un moteur à combustion interne, ce système ayant au moins un catalyseur d'oxydation de mé- thane. Selon l'invention, on injecte du carburant en amont de ce catalyseur d'oxydation de méthane. Ce système convient tout particulièrement pour la mise en oeuvre du procédé décrit ci-dessus avec de brèves injections périodiques de carburant dans la conduite des gaz d'échappement du catalyseur d'oxydation de méthane pour une compo- sition de gaz à effet de réactivation produisant la régénération ou l'augmentation de l'activité du catalyseur d'oxydation de méthane. Cela permet de remédier à une détérioration de l'activité du catalyseur d'oxydation de méthane. Comme catalyseur d'oxydation de méthane on utilise de préférence un catalyseur dont le palladium constitue le composant principal de la composition. Cette composition aura par exemple une partie massique de palladium qui domine et une partie subordonnée de platine et/ou de rhodium. Comme matériau de support du catalyseur d'oxydation de méthane on utilise d'une manière particulièrement avan- tageuse une céramique, par exemple de l'oxyde d'aluminium ou des oxydes mixtes comme par exemple du titanate de baryum. Le catalyseur d'oxydation de méthane peut également avoir une composition avec seulement du palladium. Selon un développement particulièrement préférentiel, le catalyseur d'oxydation de méthane contient au moins un matériau ac- cumulant de l'oxygène, notamment de l'oxyde de zirconium et/ou de l'oxyde de lantane et/ou un céroxyde et/ou un oxyde de praséodyme et/ou un oxyde de néodyme ou des mélanges de ceux-ci. Le matériau accumulant l'oxygène correspond notamment à des oxydes de zirco- nium et/ou des oxydes de lantane et/ou des céroxydes et/ou des oxydes de praséodymes et/ou des oxydes de néodymes ou leurs mélanges. L'accumulation d'oxygène dans le catalyseur d'oxydation de méthane grâce à de tels matériaux réduit ou évite le passage d'hydrocarbures sur le catalyseur d'oxydation de méthane. Ainsi, l'utilisation d'un tel catalyseur d'oxydation de méthane est particuliè- rement avantageuse si, selon le procédé de l'invention, on injecte du carburant en amont, notamment directement en amont du catalyseur d'oxydation de méthane dans la conduite des gaz d'échappement et on établit ainsi une composition des gaz d'échappement globalement riche, c'est-à-dire à effet réducteur, appliquée périodiquement au catalyseur d'oxydation de méthane. Selon un autre développement du système de post- traitement des gaz d'échappement de l'invention, le système comporte notamment un réservoir pour du carburant liquide, notamment du ga- soil ou de l'essence. Le réservoir fournit alors le carburant liquide prévu pour l'injection du carburant en aval du moteur dans la conduite des gaz d'échappement selon un développement préférentiel du procédé de l'invention. Un tel réservoir est notamment intéressant dans les sys- lo tèmes de moteurs à gaz pur dans lesquels il n'y a pas d'injection de ga- soil, par exemple dans la chambre de combustion du moteur à combustion interne, pour en assurer l'allumage. Selon un autre développement du système de post- traitement des gaz d'échappement de l'invention, le système comporte 15 une installation d'adsorption de soufre. Cette installation d'adsorption de soufre peut être en amont du catalyseur d'oxydation de méthane. En variante, on peut également intégrer l'installation d'adsorption de soufre dans le catalyseur d'oxydation de méthane. L'installation d'adsorption de soufre fonctionne comme un piège à soufre évitant une détérioration 20 de l'efficacité du catalyseur d'oxydation de méthane contenant du palla- dium, par le soufre contenu dans les gaz d'échappement. L'installation d'adsorption de soufre peut être une installation d'adsorption d'oxydes de soufre, de préférence une installation d'accumulation d'oxydes de soufre. Le matériau pour l'installation d'accumulation d'oxydes de 25 soufre est par exemple fondée sur du magnésium - Spinell d'aluminates. La formulation de l'installation d'adsorption de soufre peut également se fonder sur la composition usuelle d'un catalyseur accumulateur d'oxydes d'azote. Le procédé selon l'invention ainsi que le système de post- 30 traitement des gaz d'échappement convient tout particulièrement pour les moteurs à gaz pur ou pour les moteurs diesel / gaz qui fonctionnent au moins de temps en temps avec un excédent d'air, c'est-à-dire pour À>1, et qui brulent au moins en partie du gaz contenant du méthane ou un mélange de gaz contenant du méthane et par exemple du gasoil 35 (carburant mixte). A côté de moteurs à gaz ou diesel / gaz, ou pouvant fonctionner en mode maigre, le procédé selon l'invention et le système de post-traitement des gaz d'échappement selon l'invention conviennent en principe également pour d'autres moteurs à combustion interne, par exemple pour des habituels moteurs diesel, pour en assurer le post- traitement des gaz d'échappement. L'invention a également pour objet un programme d'ordinateur pour la mise en oeuvre de ce procédé ainsi qu'un support lisible par une machine et contenant le programme d'ordinateur et aussi un appareil de commande électronique pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. L'implémentation du procédé selon l'invention comme programme d'ordinateur ou comme programme de commande a l'avantage de pouvoir réaliser le procédé selon l'invention de manière simple en l'appliquant même à des systèmes existants, par exemple des véhicules automobiles, dans la mesure où le système est équipé des composants correspondants dans le système de post-traitement des gaz d'échappement. Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation de l'invention représen- tés dans les dessins annexés dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique des composants d'un système de post-traitement des gaz d'échappement selon l'invention appliqué à un moteur à combustion interne, la figure 2 est une représentation schématique des composants d'un autre mode de réalisation d'un système de post-traitement des gaz d'échappement selon l'invention, la figure 3 est une représentation schématique des composants d'un autre mode de réalisation d'un système de post-traitement des gaz d'échappement selon l'invention, et la figure 4 est une représentation schématique des composants d'un autre mode de réalisation d'un système de post-traitement des gaz d'échappement selon l'invention. Description d'exemples de réalisation La figure 1 montre schématiquement un dispositif formé de composants d'un système de post-traitement des gaz d'échappement selon l'invention dans la conduite des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne 10. Le moteur à combustion interne 10 est notamment un moteur à gaz susceptible de fonctionner en mode maigre ou un moteur diesel / gaz fonctionnant avec un mélange de gaz et de gasoil.
Pour augmenter la puissance du moteur à combustion interne 10, un turbocompresseur 11 lui est associé. Les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 10 arrivent tout d'abord dans la conduite des gaz d'échappement à travers une installation d'adsorption de soufre 12. En aval de l'installation d'adsorption de soufre 12, un catalyseur d'oxydation de méthane 13 oxyde le méthane contenu dans les gaz d'échappement. L'installation d'adsorption de soufre 12 en amont évite que le rendement de l'oxydation du méthane ne soit pas détérioré par les composants contenant du soufre dans les gaz d'échappement. Le système comporte en outre un catalyseur SCR 16 pour réduire la frac- tion massique des oxydes d'azote contenus dans les gaz d'échappement. L'agent réactif nécessaire à la réaction catalytique dans le catalyseur SCR 16 est par exemple une solution aqueuse d'urée qui est injectée dans la conduite des gaz d'échappement au point de dosage 15 en amont du catalyseur SCR 16. Cet exemple de système de post- traitement des gaz d'échappement comporte en outre un filtre à parti- cules catalytiques 14 installé en amont du catalyseur SCR 16. En amont du catalyseur d'oxydation de méthane 13 et en même temps en amont de l'installation d'adsorption de soufre 13, il y a un injecteur de carburant 17. L'injecteur 17 effectue périodiquement des injections de carburant directement dans la conduite des gaz d'échappement selon le procédé de l'invention. Ces injections de carburant créent dans la région du catalyseur d'oxydation de méthane 103 des conditions de réactivation ou de régénération du catalyseur d'oxydation de méthane 13. En particulier, on réalise une composition de gaz à effet réducteur ou oxydant et qui, en réduisant ou en décompo- sant l'oxyde de palladium qui s'est développé au cours du fonctionnement du catalyseur d'oxydation de méthane 13 rétablit ainsi l'activité oxydante du catalyseur d'oxydation de méthane 13. En variante on n'utilise pas d'injecteur de carburant et on génère la composition de gaz à effet de réactivation dans la région du catalyseur d'oxydation de méthane par des moyens internes au moteur. L'établissement périodique, c'est-à-dire répété d'une composition de gaz à effet de réactivation peut toutefois être fait chaque fois après quelques minutes allant jusqu'à quelques dizaines d'heures d'un mode de fonctionnement maigre. Pour la composition de gaz à effet de réactivation on peut utiliser en particulier une composition de gaz d'échappement nette, réductrice, c'est-à-dire légèrement riche (À<1) tout en étant proche de 1, pour maintenir ainsi le catalyseur d'oxydation de méthane dans un état partiellement réducteur et ainsi activant le cata- lyseur. En général, il suffit d'avoir une composition des gaz d'échappement qui soit riche, nettement réductrice pendant quelques secondes. L'injection de carburant nécessaire à cet effet dans la conduite des gaz d'échappement peut durer par exemple quelques millise- condes par exemple dans la plage comprise entre 20 et 500 ms. La durée du mode de fonctionnement en phase maigre, c'est-à-dire du mode de fonctionnement normal du système peut dépendre du degré de désactivation oxydante du catalyseur d'oxydation de méthane. La durée de la phase maigre est par exemple de l'ordre de quelques minutes jus- qu'à quelques heures. Pour la régénération du catalyseur d'oxydation de méthane par des moyens internes au moteur, c'est-à-dire par un bref fonctionnement en mode riche du moteur à combustion interne, la durée de phase maigre peut avoir le cas échéant une période plus longue. Des périodes brèves qui sont intéressantes, notamment pour la régéné- ration part l'injection de carburant dans la conduite des gaz d'échappement ont en revanche l'avantage que l'efficacité moyenne d'oxydation du méthane du catalyseur d'oxydation de méthane est en fin de compte supérieure à celle de la variante avec les périodes plus longues.
Selon un développement du procédé de l'invention, l'injection de carburant se fait pour arriver périodiquement après une période maigre, par injection de carburant dans la conduite des gaz d'échappement, à des températures très élevées dans le catalyseur d'oxydation de méthane 13, c'est-à-dire notamment des températures supérieures à 700°C ou supérieures à 800°C. Ces températures élevées sont de préférence maintenues pendant quelques minutes et l'oxyde de palladium formé dans le catalyseur d'oxydation de méthane 13 est au moins en partie décomposé en palladium métallique ce qui rétablit l'activité d'oxydation du catalyseur d'oxydation de méthane. Dans cette réalisation on dose suffisamment de carburant dans la conduite des gaz d'échappement pour que s'établissent toujours des conditions de mode maigre par la combustion d'une partie de l'oxygène résiduel jusqu'à ce que les températures élevées s'établissent dans le catalyseur d'oxydation de méthane. Pour une injection périodique de carburant pour générer des températures très élevées par des gaz d'échappement maigres, on génère ainsi des conditions oxydantes, nettes dans le catalyseur d'oxydation de méthane qui reprend alors son état de catalyseur activé. La figure 2 montre schématiquement un système ana- logue à celui de la figure 1 avec dans ce développement, une installation d'adsorption de soufre intégrée dans le catalyseur d'oxydation de méthane 23. De façon détaillée, un turbocompresseur 21 est associé au moteur à combustion interne 20. Les gaz d'échappement du moteur à combustion interne 20 passent dans la conduite des gaz d'échappement à travers l'installation de catalyseur 23, combinée, qui correspond à un catalyseur d'oxydation de méthane intégrant une installation d'adsorption de soufre dans une certaine mesure un piège à soufre intégré. Après l'oxydation du méthane, les gaz d'échappement passent sur un filtre catalytique à particules 24 avant d'arriver dans un catalyseur SCR 26. En amont du catalyseur SCR 26 via un point de dosage 25 pour la solution de l'agent de réaction nécessaire au fonctionnement catalytique du catalyseur SCR 26. En amont du catalyseur d'oxydation de méthane 23 avec un piège à soufre intégré, il y a l'installation d'injection 27 pour injecter le carburant.
La réalisation du système de post-traitement des gaz d'échappement avec une installation d'adsorption de soufre 12 (figure 1) ou un catalyseur d'oxydation de méthane 23 avec une installation d'adsorption de soufre, intégrée, (figure 2) présente des avantages particuliers pour le mode de fonctionnement riche, périodique selon l'invention du catalyseur d'oxydation de méthane. Le soufre de l'installation d'adsorption de soufre 12 ou du catalyseur d'oxydation de méthane 23 est tellement solidement combiné pour qu'en cas de brève atmosphère de gaz riches « froids » qui correspond à une température inférieure à 500-550°C, il ne se forme pas de sulfites de palladium per- turbateur. S'il n'y avait pas d'installation d'adsorption de soufre, on pourrait supposer que le catalyseur d'oxydation de méthane a au moins une certaine fraction des oxydes de soufre, liée, par exemple sous la forme de sulfates de palladium et qui devraient être le cas échéant retransformées en sulfites de palladium. Cela constituerait un inconvé- nient du point de vue de l'activité du catalyseur d'oxydation de méthane. L'installation d'adsorption de soufre dans la conduite des gaz d'échappement permet de diminuer la fréquence de la réactivation selon l'invention du catalyseur d'oxydation de méthane car on éviterait une détérioration supplémentaire de l'activité, indépendante de la for- mation d'oxydes de palladium à cause des composants contenant du soufre dans les gaz d'échappement. L'élimination du soufre nécessaire pour régénérer une installation d'adsorption de soufre demande en général beaucoup d'énergie et une température élevée. Dans le système présenté ici, l'élimination du soufre se fait indépendamment de l'enrichissement périodique « froid » selon l'invention. L'enrichissement selon l'invention sert exclusivement à la réactivation non conditionnée par le soufre du catalyseur d'oxydation de méthane.
Selon un autre développement du système de post- traitement des gaz d'échappement, on réunit un filtre à particules muni d'un revêtement et un catalyseur SCR dans un composant sous la forme d'un « catalyseur SCR sur filtre » (encore appelé SCRoF : « SCR sur filtre »). De telles réalisations sont présentées aux figures 3 et 4.
La figure 3 montre un système avec un catalyseur d'oxydation de méthane 33 précédé d'une installation d'adsorption de soufre 32. La figure 4 montre un système dans lequel l'installation d'adsorption de soufre est intégré dans le catalyseur d'oxydation de mé- thane 43. De façon comparable avec les systèmes des figures 1 et 2, le moteur à combustion interne 30, 40 c'est-à-dire notamment un moteur à gaz fonctionnant en régime maigre ou un moteur à gaz / diesel fonctionnant en mode maigre, est équipé d'un turbocompresseur 31, 41. En référence à la figure 3, les gaz d'échappement du mo- teur à combustion interne 30 traversent l'installation d'adsorption de soufre 32 avant d'arriver sur le catalyseur d'oxydation de méthane 33. En aval de ce catalyseur 33 se trouve le composant (SCR sur filtre) 36 qui intègre un catalyseur SCR sur un filtre. En aval du catalyseur SCR sur filtre 36 se trouve un point de dosage 35 pour l'agent réactif à l'état liquide, nécessaire pour la réaction catalytique dans le composant SCR sur filtre 36. En référence à la figure 4, les gaz d'échappement du mo- teur à combustion 40 traversent le catalyseur d'oxydation de méthane 43 intégrant l'installation d'adsorption de soufre. Ensuite les gaz d'échappement traversent le composant "SCR sur filtre" 46 et en amont du filtre SCR 46 on a un point de dosage 45 pour l'agent de réaction à l'état liquide nécessaire à la réaction catalytique dans le composant "SCR sur filtre 46. En amont de l'installation d'adsorption de soufre 32 et en même temps en amont du catalyseur d'oxydation de méthane 33 (figure 3) ou en aval du catalyseur d'oxydation de méthane 43 avec l'installation d'adsorption de soufre intégrée, il y a à chaque fois un injecteur de carburant 37, 47. Ces systèmes conviennent également pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention selon lequel périodiquement après le fonctionnement en mode maigre du moteur à combustion in- terne 30, 40 on injecte du carburant pour créer une composition de gaz au niveau du catalyseur d'oxydation de méthane 33, 43 qui agit dans le sens de la réactivation, sur le catalyseur d'oxydation de méthane 33, 43.30 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 10 Moteur à combustion interne 11 Turbocompresseur 12 Installation d'adsorption de soufre 13 Catalyseur d'oxydation de méthane 14 Filtre catalytique à particules 15 Point de dosage 16 Catalyseur SCR 17 Injecteur de carburant 20 Moteur à combustion interne 21 Turbo-compression 23 Catalyseur d'oxydation de méthane 24 Filtre catalytique à particules 25 Point de dosage 26 Catalyseur SCR 27 Installation d'injection de carburant 30 Moteur à combustion interne 31 Turbo compresseur 32 Installation d'adsorption de soufre 33 Catalyseur d'oxydation de méthane 36 Filtre 40 Moteur à combustion interne 43 Catalyseur d'oxydation de méthane 45 Point de dosage 46 Composant « SCR sur filtre » 47 Injecteur de carburant30

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1°) Procédé de gestion d'un catalyseur d'oxydation de méthane (13 ; 23; 33; 43) installé dans un système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (10 ; 20 ; 30 ; 40), procédé caractérisé en ce que pour augmenter l'activité du catalyseur d'oxydation de méthane (13; 23; 33; 43) on l'expose à une composition de gaz agissant de façon réactive sur le catalyseur d'oxydation de méthane.
  2. 2°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on expose périodiquement le catalyseur d'oxydation de méthane (13; 23 ; 33 ; 43) à la composition de gaz à effet de réactivation.
  3. 3°) Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la composition de gaz est une composition réductrice ou oxydante.
  4. 4°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la composition de gaz à effet de réactivation est obtenue par le fonctionnement en mode riche de façon interne au moteur à combustion interne (10 ; 20; 30 ; 40).
  5. 5°) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' on génère la composition de gaz à action de réactivation par l'injection de carburant dont le système de post-traitement des gaz d'échappement, en injectant le carburant en amont du catalyseur d'oxydation de méthane (13; 23 ; 33 ; 43).
  6. 6°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que selon un procédé à plusieurs étapes on diminue le débit massique d'oxygène des gaz d'échappement par des moyens appliqués dans lemoteur avant d'injecter du carburant dans le système de post-traitement des gaz d'échappement. 70) Procédé selon la revendication 5 ou la revendication 6, caractérisé en ce que par l'injection de carburant dans le système de post-traitement des gaz d'échappement on génère des températures de 700°C ou plus dans la région du catalyseur d'oxydation de méthane (13, 23, 33, 43). 8°) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le carburant injecté est du carburant liquide, notamment du gasoil ou de l'essence ou un mélange d'un carburant à l'état liquide avec un carburant à l'état gazeux. 9°) Système de post-traitement des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne (10, 20, 30, 40) qui comporte au moins un catalyseur d'oxydation de méthane (13, 23, 33, 43), système caractérisé en ce qu'en amont du catalyseur d'oxydation de méthane il y a au moins une installation d'injection de carburant (17, 27, 37, 47). 10°) Système de post-traitement des gaz d'échappement selon la revendication 9, caractérisé en ce que le catalyseur d'oxydation de méthane (13, 23, 33, 43) comporte au moins un matériau accumulant de l'oxygène, notamment de l'oxyde de zirconium et/ou de l'oxyde de Lanthane et/ou un ceroxyd et/ou un oxyde de praséodyme et/ou un oxyde de néodyme ou des mélanges de ceux-ci. 11°) Système de post-traitement des gaz d'échappement selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'è, 20 on associe au système de post-traitement des gaz d'échappement au moins un réservoir de carburant liquide, notamment pour du gasoil ou de l'essence. 12°) Système de post-traitement des gaz d'échappement selon la reven- dication 9, caractérisé en ce que le système de post-traitement des gaz d'échappement comporte une installation d'adsorption de soufre (12; 32), cette installation d'adsorption de soufre étant installée en amont du catalyseur d'oxydation de mé- thane (13 ; 33) ou dans le catalyseur d'oxydation de méthane (23 ; 43). 13°) Programme d'ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l'exécution des étapes du procédé selon l'une quel- conque des revendications 1 à 8 lorsque ce programme est exécuté sur ordinateur.
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