Préparation, caractérisation et activité de matériaux pour la réduction des NOx par l'ammoniac ; Association au catalyseur de stockage-réduction

Preparation, characterization and activity of materials for the NOx reduction by ammonia; Association to the catalyst of storage-reduction

• Auteur / Autrice : Sébastien Berland
• Direction : Daniel Duprez, Fabien Can
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie organique, minérale, industrielle
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Moteurs diesel

Sol-gel, Procédé

Fourier, Spectroscopie par transformée de

Ammoniac

Oxydes d'azote

Résumé

Ce travail porte sur la dépollution des gaz d'échappement automobile et plus particulièrement sur la combinaison de deux procédés de réduction des NOx : les systèmes NSR (NOx Storage-Reduction) et SCR (Selective Catalytic Reduction). En condition de fonctionnement, les catalyseurs NSR sont susceptibles d'émettre de l'ammoniac, qui est aussi un bon réducteur des NOx. L'ajout d'un matériau acide et actif en SCR-NH3 sur un second lit catalytique en aval, permet d'utiliser cet ammoniac pour augmenter la réduction globale des NOx. Le catalyseur NSR choisi est du type Pt-Ba/Al qui, lors du fonctionnement du système (alternance de phases oxydantes de stockage des NOx et pulses courts réducteurs), conduit à une sélectivité en ammoniac élevée lorsque H2 est utilisé comme réducteur. Pour le second lit catalytique, trois types de matériau ont été étudiés : matériaux industriels, WO3/Ce-Zr de composition Ce-Zr variable, et des matériaux synthétisés au laboratoire (voie sol-gel) : à partir d’une base alumine, les incorporations successives de Ce, Ti, et Si ont permis de formuler des matériaux actifs, améliorés par ajout de tungstène. Les matériaux ont été caractérisés par différentes techniques : DRX, BET, mesures d’acidité (stockage NH3, adsorption de pyridine), de réductibilité (RTP-H2, CSO), test de réactivité (NH3+NOx, NH3 + O2),. . . L'association des deux procédés (NSR + SCR) a montré que sur les matériaux de SCR-NH3, les NOx sont réduits selon deux réactions : la ''fast SCR-NH3'' (à 200, 300 et 400°C), et ''standard SCR-NH3'' (à 200°C). De plus, une partie de l'ammoniac peut aussi réagir avec O2 pour donner N2 (300-400°C) et le stockage de NH3 à 400°C reste insuffisant.

This work deals with clean exhaust motor and more particularly on the combination of two processes for NOx reduction systems: NSR (NOx Storage-Reduction) and SCR (Selective Catalytic Reduction). In operating conditions, the NSR catalysts are likely to emit ammonia, which is also a good reducer of NOx. The addition of an acidic and active SCR-NH3 material on a second catalytic bed downstream, can use this ammonia to increase the overall reduction of NOx. The chosen NSR catalyst is type of Pt-Ba/Al which, in the functioning of the system (alternating oxidizing phases of NOx storage and short pulses of reducers) led to high selectivity in ammonia when H2 is used as a reducing agent. For the second catalytic bed, three types of material have been studied: industrial materials, WO3/Ce-Zr of Ce-Zr variable composition and materials synthesized in the laboratory (sol-gel route): from an alumina base, successive incorporations of Ce, Ti, and Si have been formulated active materials, improved by addition of tungsten. The materials have been characterized by different techniques: XRD, BET, measures of acidity (NH3, pyridine adsorption storage), of reducibility (RTP-H2, OSC), test of reactivity (NH3+ NOx, NH3 + O2),. . . The association of two processes (NSR + SCR) showed that on materials of SCR-NH3, NOx are reduced according to two reactions: the ''fast SCR-NH3''(200, 300 and 400°C), and ''standard SCR-NH3''(at 200°C). Furthermore, a part of ammonia may also react with O2 to give N2 (300-400°C) and the storage of NH3 at 400°C remains insufficient.