Produits d’un procédé de combustion, les gaz d’échappement de moteurs thermiques contiennent les polluants atmosphériques que sont les des oxydes d'azote (NOx):
- monoxyde d'azote NO
- dioxyde d'azote NO2
Il est bien connu que ces molécules sont toxiques, posant des problèmes de santé prégnants (e.g. concernant le système respiratoire des humains), et qu’elles ont des effets néfastes pour l’environnement (e.g. contribuant au phénomène de pluies acides).
La dépollution des gaz d’échappement de moteurs à combustion est possible notamment par le biais d’une Réduction Catalytique Sélective (SCR). [0]
Il s’agit de provoquer des réactions chimiques propres à recombiner (avec des composés azotés) les molécules constituant les gaz indésirables que sont les NOx , pour l’obtention de composés aussi inoffensifs que de l’azote (N2) et de l’eau (H2O) ordinairement contenus dans l’air (humide). [1]
L'urée CO(NH2)2 en solution aqueuse constitue un composé azoté largement utilisé pour la Réduction Catalytique Sélective (SCR) des oxydes d’azote (NOx) contenus dans les gaz d’échappement de moteurs industriels.
Un alliage précieux e.g. tungstène W ou vanadium V sur un support à base d'oxyde de Titane TiO2 sert souvent de catalyseur pour des réactions chimiques qui se produisent en général à des températures comprises entre 250 °C et 520 °C.
La dépollution des gaz d’échappement de moteurs à combustion peut alors être réalisée au moyen de cassettes métalliques dont les parties internes, poreuses, permettent la circulation de leur mélange avec le composé azoté.
Un module de Réduction Catalytique Sélective (SCR) - requérant une alimentation continue en urée, avec un dosage géré au moyen d'un automate et de capteurs - peut ainsi compléter les dispositifs d’atténuation du bruit d’une ligne d’échappement que sont des silencieux réactifs (i.e. dont le principe de fonctionnement est basé sur des changements de la géométrie des parties internes avec des chambres) ou dissipatifs (i.e. dont l’efficacité est liée à la présence de matériaux poreux absorbant les sons).
S’il s’agit en général d’un sous-ensemble bien distinct, le module de Réduction Catalytique Sélective (SCR) peut, dans certains cas, être combiné avec un silencieux pour l’obtention d’un ensemble offrant cumulant les fonctionnalités de limitation des émissions de composés polluants et de bruit.
Le dimensionnement de tels composants d’une ligne d’échappement de moteurs à combustion industriels (y compris pour des groupes électrogènes) doit faire l’objet d’une étude globale, en considérant le cumul :
- en terme d’acoustique: de la perte d’insertion de chaque composant (pour les silencieux, suivant leur conception: aux fréquences graves et/ou médium et/ou aigues ; pour le dispositif de Réduction Catalytique Sélective SCR : seulement en haute fréquence)
- en terme d’aérodynamique: de la perte de pression totale de chaque composant (il n’est pas rare qu’elle soit du même ordre de grandeur)
- en terme d’arrangement général: de l’encombrement de chaque composant (il n’est pas rare qu’il soit du même ordre de grandeur, et que la pièce dédiée au mélange entre le composé azoté et les gaz d’échappement - en amont du réacteur - doive être combinée avec un silencieux primaire dans une perspective de compacité)
L’expérience compte pour proposer dans tous les contextes une solution optimisée pour des équipements performants et construits pour durer, pour la dépollution des gaz à l’échappement de moteurs à combustion industriels avec un procédé de Réduction Catalytique Sélective (SCR) des oxydes d’azote (NOx) comme pour l’atténuation du bruit.
[0] acronyme anglais Selective Catalytic Reduction
[1] le principe de la dépollution des gaz d’échappement de moteurs à combustion au moyen d’un procédé de Réduction Catalytique Sélective (SCR) est basé sur les équations chimiques typiques suivantes :
2 NO + 2 Nacfq + 1/2 O2 → 2 N2 + 3 H2O
NO2 + 2 Nacfq + 1/2 O2 → 3/2 N2 + 3 H2O
NO + NO2 + 2 Nacfq → 2 N2 + 3 H2O