Comment réaliser la dépollution de gaz d’échappement de moteurs à combustion avec un procédé SCR ?

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 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

Quelle réduction du bruit pour les vannes de régulation ?

Lorsqu’il s’agit de limiter l’émission sonore due à une décharge, une réduction du bruit des vannes de régulation peut être obtenue au moyen d’un silencieux approprié, installé en bout de ligne.

De tels silencieux sont généralement constitués d’un diffuseur (en amont) et d’un étage dissipatif (en aval). 

Le diffuseur est un élément perforé, au niveau duquel se produit une variation (dont il est souhaitable qu’elle soit à la baisse) du bruit de turbulence et du bruit de choc, la présence de perforations de petit diamètre occasionnant un pic de la génération de bruit en haute fréquence. En outre, la présence du diffuseur occasionne une perte de pression totale à laquelle il doit être prêté attention (*).

L’étage dissipatif quant à lui est constitué d’un revêtement (de préférence : à haute absorption acoustique), souvent utilisé en tant que garnissage de séparateurs, parfois concentriques (sinon : transverses), permettant une atténuation du bruit dans une bande de fréquence plus ou moins étendue notamment selon les caractéristiques acoustiques du medium poreux et de ses surfaçages éventuels, selon la géométrie de l’étage dissipatif et selon la nature et la vitesse de passage du fluide.

En outre, la présence de l’étage dissipatif occasionne une perte de pression totale (en général moindre comparée à celle du diffuseur) à laquelle il doit être prêté attention (*) et génère un bruit propre dont il est important de s’assurer qu’il est compatible avec l’objectif de réduction du bruit à considérer dans le cadre d’un projet pour lequel la mise en œuvre d’un silencieux est envisagée.

*notamment vis-à-vis des conditions de fonctionnement de la vanne sur la pression aval de laquelle il influe (à la hausse)

Lien pour en savoir plus sur la réduction du bruit des vannes de régulation

Quels sont les principaux paramètres influant sur le bruit des vannes de régulation ?

Les vannes de régulation (a fortiori, lors de l'utilisation dans des conditions de forte chute de pression) peuvent contribuer de manière significative au bruit des installations industrielles et de process, notamment en raison de la génération de bruit aérodynamique en fonction des données de la vanne et des données de process, les principaux paramètres étant les suivants:

  • Pression absolue à l’entrée de la vanne
  • Pression absolue à la sortie de la vanne
  • Facteur de récupération de pression du liquide dans une vanne avec ou sans raccords adjacents
  • Facteur de rapport de pression différentielle d'une vanne de régulation avec sans raccords adjacents, à débit engorgé
  • Coefficient de correction générique de vanne
  • Coefficient de débit (requis)
  • Rapport de puissance acoustique ou Coefficient de correction de vanne pour rendement acoustique
  • Masse moléculaire du fluide véhiculé
  • Température absolue à l’entrée
  • Masse volumique du fluide à l’entrée
  • Rapport des chaleurs spécifiques
  • Débit massique
  • Température absolue à la sortie
  • Masse volumique du fluide à la sortie
  • Nombre de Strouhal
  • Vitesse du son dans les conditions en aval
  • Diamètre de sortie de la vanne
  • Diamètre intérieur de la tuyauterie aval
  • Coefficient de contraction pour la sortie de la vanne ou l'entrée du divergent

Lorsque le coefficient de correction générique de vanne n’est pas une donnée d’entrée explicitement disponible, des paramètres additionnels doivent être pris en compte :

  • Surface d’un chemin d’écoulement unique
  • Périmètre mouillé d’un chemin d’écoulement unique
  • Nombre de chemins d’écoulement indépendants et identiques à travers l’équipement interne

Lorsque les paramètres de l’écoulement ne sont pas des données d’entrée explicitement disponibles, des paramètres additionnels doivent être pris en compte :

  • Facteur de récupération de pression du liquide dans une vanne sans raccords adjacents
  • Diamètre d’entrée de la vanne

Liens pour en savoir plus sur le calcul du bruit des vannes de régulation

Quels sont les principaux fluides dont le débit peut être modifié par une vanne de régulation bruyante?

Une vanne de régulation peut modifier la valeur du débit de nombreux fluides utilisés dans des processus industriels variés:

  • Acétylène
  • Air
  • Ammoniac
  • Argon
  • Benzène
  • Isobutane
  • Butane n
  • Isobutylène
  • Gaz carbonique
  • Monoxyde de carbone
  • Chlore
  • Ethane
  • Ethylène
  • Fluor
  • Fréon 11 (trichloromonofluorométhane)
  • Fréon 12 (dichlorodifluorométhane)
  • Fréon 13 (chlorotrifluorométhane)
  • Fréon 22 (chlorodifluorométhane)
  • Hélium
  • Heptane n
  • Hydrogène
  • Chlorure d’hydrogène
  • Fluorure d’hydrogène
  • Méthane
  • Chlorure de méthyle
  • Gaz naturel
  • Néon
  • Oxyde nitrique
  • Azote
  • Octane
  • Oxygène
  • Pentane
  • Propane
  • Propylène
  • Vapeur saturée
  • Anhydride sulfureux
  • Vapeur surchauffée

Quelle est la définition et quels sont les principaux types de vannes de régulation bruyantes?

Une vanne de régulation est un dispositif actionné mécaniquement qui modifie la valeur du débit de fluide dans un système de commande de processus. Il est constitué d’une vanne (i.e. d’un ensemble constitué d’une enveloppe contenant la pression et renfermant des organes internes) reliée à un actionneur capable de faire varier la position d’un organe de fermeture dans la vanne en réponse à un signal du système de commande.

Les principaux types de vannes de régulation sont les suivants :

  • A soupape, simple siège
    • V-port à 3 V
    • V-port à 4 V
    • V-port à 6 V
    • Clapet profilé (linéaire et à pourcentage égal)
    • A soupape, à cage percée, de 60 trous de même diamètre
    • A soupape, à cage percée, de 120 trous de même diamètre
    • Cage à 4 luminaires
  • A soupape, double siège
    • Clapet V-port
    • Clapet profilé
  • A soupape d’angle
    • Clapet profilé (linéaire et à pourcentage égal)
    • Cage à 4 luminaires
    • Venturi
  • Equipement interne à petit débit
    • Encoche en V
    • Siège plat (course courte)
  • Rotative
    • Obturateur sphérique excentré
    • Obturateur conique excentré
  • Papillon (arbre traversant)
    • Non excentré (70°)
    • Non excentré (60°)
    • Disque dentelé (70°)
  • Papillon (arbre non traversant)
    • A siège décalé (70°)
  • A tournant sphérique
    • A passage intégral (70°)
    • A secteur sphérique

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