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PIREP Procédé innovant de traitement des suies produites par les moteurs Diesel Réunion davancement du Projet 17 mars 2009 - Nancy Permanents Anne Giroir-Fendler.

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1 PIREP Procédé innovant de traitement des suies produites par les moteurs Diesel Réunion davancement du Projet 17 mars Nancy Permanents Anne Giroir-Fendler Antoinette Boréave Barbara DAnna Christian George Corinne Ferronato Eric Puzenat François Gaillard Laurence Retailleau-Mével Philippe Vernoux Personnes impliquées dans le projet Non permanents Michel Guth Leonardo Lizarraga Linda Mazri Partenaires du projet Clermont-Ferrand Nancy MontbelliardGrenoble

2 2 Analyse Particules Analyse Gaz AcquisitionSupervisionAcquisitionSupervision AlimentationGénéralAlimentationGénéral Générateur De Suies (CAST)Générateur (CAST) Débitmètres Gaz (CAST) Débitmètres Gaz Additionnels OnduleurOnduleur SMPSDMA-CPCSMPSDMA-CPC GC-FIDGC-FID µGCµGC Analyseur de NOx Lignes Gaz PC dAnalyses RéacteursRéacteurs

3 Rappel sur le fonctionnement dun mini-CAST Suies générées: CAST (Combustion Aérosol STandard) Propane et air Air : 0 à 20 ln/min N 2 :7,5 ln/min C 3 H 8 : 0,06 ln/min + N 2 : 0 à 0,33 ln/min Air : 1,32 à 1,55 ln/min

4 Les différents points de fonctionnement du CAST PF Air [ln/h] (dilution) N 2 [ln/h] (Quench) C 3 H 8 [ln/h] (Fuel) N 2 [ln/h] (Mixing) Air [ln/h] (Oxidation) , ,6392, ,6691, , ,61288, ,61585, ,61881, ,619,279,2 stoechiométrie Excès dO 2 Pauvre en O 2

5 PF1 à différentes pressions en mode « simulation du chargement dun FAP » Débit total : 20 L/min Pas de gaz additionnel Sans H2O Perte de charge simulée par une vanne boisseau

6 P 1 : Pression de la flamme ΔP : perte de charge

7 Évolution des gaz de combustion avec la perte de charge CO / ppm CO 2 / ppm C 2 H 4 / ppm 20 mBar 64 mBar 120 mBar165 mBar

8 90 nm P0 20 mBar P1 64 mBar P2 120 mBar 80 nm P3 165 mBar 80 nm P4 220 mBar 80 nm P5 322 mBar 70 nm Données SMPS Augmentation de la perte de charge : décalage vers PF plus élevé (combustion incomplète)

9 Mesures AMS en parallèle des particules émises du CAST en mode « simulation du chargement dun FAP » (simulation réalisée par la fermeture progressive dune vanne boisseau) Point de fonctionnement 1 (PF1) P0 initial P1 = 64 mbar P2 = 120 mbar P3 = 165 mbar P4 = mbar P5 = mbar 5 P :

10 PF1- P0

11 HAP

12 PF1- P1

13 PF1- P2

14 HAP

15

16

17 IRIS : Integrated Risk Information System B2, Probable human carcinogen - based on sufficient evidence of carcinogenicity in animals D, Not classifiable as to human carcinogenicity WOE, Weight of Evidence

18

19 (RPF, Relative Potency Factor)

20 PF1- P3

21 PF1- P4

22 PF1- P5

23 Organiques P0 P2 P3 P5 PF1

24 P0 P2 P5 HAP PF1

25 Conclusions partielles Une augmentation de la perte de charge entraîne une combustion incomplète (CO, HC dans phase gaz, HAP sur particules de suie), une diminution de la taille des particules. Fuites dans CAST décelées

26 PF1 : Stabilité SANS eau PF1 : Stabilité AVEC eau PF1 : influence de la perte de charge Débit total : 20 L/min Gaz additionnel Avec et sans H2O Perte de charge simulée par une vanne boisseau Modification du CAST : élimination des fuites O 2 10 % CO 5000 ppmv CO 2 10 % NOx 500 ppm HC (C 3 H 6, C 3 H 8 ) 2000 ppm

27 ΔP0 initial

28

29 Pas de modification de la taille des particules Baisse de la concentration en particules

30 Stabilité jusquà 1 Bar

31 PF1 : Chargement dun FAP RT -> 750°C Mini-FAP IBIDEN en SiC (1 pouce sur 2 pouces) FAP non enduit Débit total : 20 L/min Gaz additionnel Sans H 2 O O 2 10 % CO 5000 ppmv CO 2 10 % NOx 500 ppm HC (C 3 H 6, C 3 H 8 ) 2000 ppm

32 2°C/min 4°C/min Pb sur raccordement TC 0,8 Bar 640°C

33 645°C 702°C 710°C 675°C 750°C

34 Charge du FAP SiC Ibiden à 800 mBar Proche de 100% à T<640°C La combustion des suies démarre à 640°C (perte de charge stabilisée, en bon accord avec suie collectée (TPO)) La combustion saccompagne démissions importantes de particules (distribution bimodale, nm et nm) Maximum de rejet à 700°C (sommet du pic de TPO)

35 PF1 : Chargement dun FAP RT -> 750°C avec PETITE colonne DMA (SMPS) Débit total : 20 L/min Gaz additionnel Sans H 2 O O 2 10 % CO 5000 ppmv CO 2 10 % NOx 500 ppm Pas dHC Mini-FAP IBIDEN en SiC (1 pouce sur 2 pouces) FAP non enduit

36 440 mBar 750°C Chargement du FAP Jusquà 750°C Essai cycle thermique Arrêt Particule Air seul Régénération sous air

37 Chargement du FAP Jusquà 750°C 440 mBar

38 Chargement du FAP Jusquà 750°C 608°C 360°C A nouveau: émission de particules à haute température

39 Chargement du FAP Jusquà 750°C

40 Chargement du FAP Jusquà 750°C NO 2 / ppm NO, NOx / ppm

41 Essai cycle thermique ΔP / Bar Charge du FAP PV=nRT combustion

42 Essai cycle thermique Charge du FAP ΔP / Bar

43 Essai cycle thermique

44 ΔP / Bar combustion Émissions de particules Distribution bimodale Essai cycle thermique

45 Essai cycle thermique ΔP / Bar

46 Régénération sous air ΔP / Bar Régénération

47 ΔP / Bar Régénération sous air

48

49

50 Conclusions Banc de mesure opérationnel (CAST, µGC, SMPS, AMS) La charge du FAP (perte de charge) ne modifie pas la distribution en taille mais le nombre de particules. Composition phase gaz et organique ? Le FAP émet des particules dès le début de la combustion: distribution bimodale 20 nm et 80 nm et particules < 4nm

51 Perspectives Phase gaz et organiques avec perte de charge ? Emissions de petites particules pendant charge et régénération : campagne AIS (avec LamP) Charge à lisotherme: 300, 400, 500°C ? Quelle ΔP max (300 mBar) ? Charge FAP enduit catalyseur, critères de comparaison : durée charge, émission de particules et CO, conversions HC et NOx, rapport NO/NOx Régénération: suivi des émissions de particules, quelle Temp ?


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