Étude de la faisabilité d'un procédé d’adsorption gaz-solide pour le traitement des NOx et CO en présence d'eau : application aux émissions de moteurs diesel en espaces confinés

Study of the feasibility of a gas-solid adsorption process for the treatment of NOx and CO in the presence of water : Application to diesel engines emissions in confined spaces

• Auteur / Autrice : Florine Delachaux
• Direction : Cécile Vallières, Hubert Monnier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés, des produits et des molécules
• Date : Soutenance le 19/12/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire réactions et génie des procédés
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Cécile Vallières, Hubert Monnier, Igor Bezverkhyy, Isabelle Polaert, Michel Thomas, Vanessa Fierro, Laurence Muhr
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Igor Bezverkhyy, Isabelle Polaert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effets de la température

Adsorption

Zéolites

Absorption et adsorption

Oxydes d'azote

Mots clés libres

Diesel

Adsorption

Zéolithes

Fronts de percée

Co-adsorption

Vapeur d’eau

Température

Diesel

Adsorption

Zeolites

Breakthrough curves

Co-adsorption

Water vapor

Temperature

Résumé

Depuis 2012, les gaz d’échappement diesel sont considérés comme cancérigènes, ce qui représente un risque pour les travailleurs quotidiennement exposés à ces fumées. Cette étude s’intéresse plus particulièrement aux oxydes d’azotes (NOx) et au monoxyde de carbone (CO) présents dans l’échappement diesel. Actuellement, des solutions catalytiques permettent de réduire la concentration de sortie de ces composés mais elles ne sont pas viables pour les véhicules non routiers fonctionnant de façon discontinue et pour solutionner la problématique du « cold start ». La thèse s’est alors orientée vers l’adsorption sur des zéolithes. Dans un premier temps, sept zéolithes ont été choisies et l’étude de l’adsorption des corps purs en dynamique a montré qu’elles étaient peu efficaces dans la capture de NO et de CO mais qu’elles avaient de bonnes capacités d’adsorption vis à vis de NO2. L’étude plus poussée sur trois d’entre elles, Na Y, NH4 Y et H Y, a montré qu’en présence d’O2 et/ou de vapeur d’eau dans le flux gazeux, des réactions chimiques se produisent, conduisant notamment à la formation de NO2 et/ou de NO qui doivent alors être également adsorbé. Le rôle de la température d’adsorption a également été étudié sur la zéolithe Na Y. Son influence est importante à la fois sur la capacité d’adsorption et sur les cinétiques des réactions chimiques. Les capacités de rétention maximales des NOx sur la zéolithe Na Y sont obtenues à 30°C en présence d’O2 dans le flux gazeux et en absence totale d’eau. Afin d’améliorer la capture de NO et CO, il est possible d’estimer les capacités d’adsorption d’autres zéolithes en utilisant la modélisation moléculaire par Density Functional Theory (DFT) afin de calculer les chaleurs isostériques d’adsorption

Since 2012, diesel exhaust gases are considered to be carcinogenic, which is a risk to workers who are exposed to these fumes on a daily basis. This study focuses on nitrogen oxides (NOx) and carbon monoxide (CO) present in the diesel exhaust. Currently, catalytic solutions can reduce the outlet concentration of these compounds, but they are not viable for non road vehicles operating intermittently and to solve the problem of “cold start”. The thesis was then focuses on adsorption on zeolites. As a first step, seven zeolites were selected and the study of the adsorption of pure components in dynamics showed that they were ineffective in the uptake of NO and CO but they had good adsorption capacities for NO2. The further study on three of them, Na Y, NH4 Y and H Y, showed that in the presence of O2 and/or water vapor in the gaseous stream, chemical reactions occur, leading in particular to the formation of NO2 and/or NO which must then also be adsorbed. The role of adsorption temperature has also been studied on zeolite Na Y. Its influence is important on the adsorption capacity and on the kinetics of the chemical reactions. The maximum retention capacities of NOx on zeolite Na Y are obtained in presence of O2 in the gaseous mixture and in absence of water. In order to improve the uptake of NO and CO, it is possible to estimate the adsorption capacities of other zeolites by using molecular modeling by Density Functional Theory (DFT) to calculate the isosteric heats of adsorption