Un dispositif de Réduction Catalytique Sélective (SCR) [0] i.e. un convertisseur catalytique est souvent associé à un silencieux dans une ligne d’échappement d’un moteur alternatif à combustion interne (moteur thermique), en particulier s’il s’agit d’une installation de production d’énergie de forte puissance, avec par conséquent des débits de fumées significatifs.
Car alors, dans une perspective de protection de l'environnement, il est n'est pas seulement nécessaire - pour de tels matériels dont le fonctionnement est basé sur un phénomène de combustion - de réduire le bruit, mais aussi de limiter les émissions des polluants - résultant de la combinaison d'oxygène (O2) d'azote (N2) au moyen d'une réaction chimique d'odydation - que sont les oxydes d'azote (NOx):
- monoxyde d'azote NO
- dioxyde d'azote NO2
A la différence de dispositifs d'oxydation de particules de carbone ( et de monoxyde de carbone (CO) imbrûlés pour l'obtention de dioxyde de carbone (CO2) qui ne nécessite que d'insérer une cartouche, nécessitant pour le silencieux une partie démontable, pour permettre son remplacement éventuel, le catalyseur destiné à l'oxydation d'oxydes d'azote (NOx) est généralement dissocié, constituant un sous-ensemble indépendant (e.g. sous la forme d'un skid).
La Réduction Catalytique Sélective (SCR) est une technique générale de traitement de gaz d’échappement i.e. de produits de combustion tels que le charbon, le pétrole, le gaz.
Un convertisseur catalytique limite le rejet à l’atmosphère d’éléments nocifs tels que les hydrocarbures, le monoxyde de carbone (CO), typiquement à une concentration inférieure à 650 mg/Nm3, et les oxydes d’azote au moyen d’une réaction chimique spécifique.
Pour ce qui concerne les moteurs thermiques industriels - tels que ceux utilisés pour la propulsion des bateaux ou pour la production d'électricité (i.e. groupes électrogènes) -, il s’agit principalement de réduire les émissions d’oxyde d’azote (NOx), typiquement à une concentration inférieure à 250 mg/Nm3 (le taux de réduction est en général de l'ordre de 80 % si ce n'est plus), en opérant une transformation chimique (oxydo-réduction) vers des composés tels que l’azote (N2) et l’eau (H2O). [1]
Le procédé nécessite:
- un agent réducteur azoté: souvent de l'urée CO(NH2)2 en solution aqueuse
- un catalyseur (quand il ne s'agit pas de zéolithe, minéral naturel micoporeux: des métaux précieux e.g. tungstène W ou vanadium V sur un support à base d'oxyde de Titane TiO2 sous la forme d'éléments modulaires i.e. de cassettes)
La meilleure performance requière une réaction chimique à une température - celle des gaz d'échappements chauds - optimale lorsque comprise entre 380 °C et 470 °C, pouvant - lorsque requis - être aussi basse que 250 °C, mais ne devant pas dépasser 520 °C pour ne pas endommager les supports catalytiques métalliques.
Un dispositif de réduction Catalytique Sélective (SCR) i.e. un convertisseur catalytique pour une ligne d'échappement de moteur thermique comporte principalement:
- un réservoir d'urée (parfois: journalier, si un réservoir de grande capacité est prévu par ailleurs, en amont) avec une au moins une pompe associée
- un mélangeur i.e. un conduit dans lequel est effectué le mélange des gaz d'échappement et de l'urée (au moyen d'injecteurs, avec de l'air comprimé)
- un réacteur dans lequel sont installées les cassettes de catalyseur, au travers desquelles passe le mélange gazeux précédemment mentionné
- un coffret électrique avec un automate pour la gestion du dosage d'urée en fonction d'informations reçues de capteurs spécifiques
L'ensemble se présente sous la forme d'une construction métallique, sur un chassis mécano-soudé, se prêtant bien à une réalisation selon le concept "prêt à être raccordé".
Les accessoires sont possiblement:
- en amont:
- joint d'expansion
- éléments de tuyauteries variables pour adaptation à la configuration de l'interface du moteur (coude, collecteur)
- silencieux primaire (réactif)
- en aval:
- silencieux secondaire (réactif/dissipatif)
- éléments de tuyauteries variables selon le contexte (coude, cheminée avec ou sans clapet)
Parmi les aspects techniques nombreux liés à la performance d'un dispositif de Réduction Catalytique Sélective (SCR) i.e. un convertisseur catalytique, les principaux critères de choix sont:
- l'efficacité en termes de taux de réduction et ou de teneur en oxydes d'azote (NOx) e.g. en mg/Nm3
- la perte de pression totale qui doit rester compatible avec un fonctionnement du moteur optimisé: il s'agit de ne pas altérer le rendement d'une installation de production électrique (qu'elle soit avec un fonctionnement continu ou non - effacement de pointes, secours -)
- le coût de la maintenance et la durabilité d'ensemble
ITS commercialise des dispositifs de Réduction Catalytique Sélective (SCR) i.e. des convertisseurs catalytiques pour l'échappement des moteurs industriels qui sont ce qui se fait de mieux en la matière, alors que la limitation de certains polluants (e.g. NOx) dans l'atmosphère est une nécessité de plus en plus prégante au fur et à mesure que croissent, à l'échelle planétaire, d'une part le nombre ainsi que la puissance d'installations de combustion à l'origine de leurs émissions et d'autre part la prise de conscience des enjeux environnementaux afférents.
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[0] acronyme anglais Selective Catalytic Reduction
[1] les principales équations chimiques en jeu sont:
2 NO + 2 NH3 + 1/2 O2 → 2 N2 + 3 H2O
NO2 + 2 NH3 + 1/2 O2 → 3/2 N2 + 3 H2O
NO + NO2 + 2 NH3 → 2 N2 + 3 H2O