PIREP Procédé innovant de traitement des suies produites par les moteurs Diesel Réunion d’avancement du Projet 17 mars 2009 - Nancy Personnes impliquées dans le projet Partenaires du projet Permanents Anne Giroir-Fendler Antoinette Boréave Barbara D’Anna Christian George Corinne Ferronato Eric Puzenat François Gaillard Laurence Retailleau-Mével Philippe Vernoux Non permanents Michel Guth Leonardo Lizarraga Linda Mazri Clermont-Ferrand Nancy Montbelliard Grenoble

Débitmètres Gaz (CAST) Alimentation Général Analyse Gaz Acquisition Supervision Analyse Particules Générateur De Suies (CAST) 2 PC d’Analyses Lignes Gaz Analyseur de NOx Débitmètres Gaz (CAST) Débitmètres Gaz Additionnels SMPS DMA-CPC Réacteurs µGC Onduleur GC-FID

Rappel sur le fonctionnement d’un mini-CAST Suies générées: CAST (Combustion Aérosol STandard) Propane et air Air : 0 à 20 ln/min N2:7,5 ln/min Air : 1,32 à 1,55 ln/min C3H8 : 0,06 ln/min + N2 : 0 à 0,33 ln/min Le CAST est alimenté avec les contrôleurs de débit interne pour : Gaz de dilution (Air) : P = 3 bar Quench Gaz (N2) : P = 3 bar Le débit des 3 autres Gaz est régulé par des débitmètres massiques

Les différents points de fonctionnement du CAST PF Air [ln/h] (dilution) N2 [ln/h] (Quench) C3H8 [ln/h] (Fuel) N2 [ln/h] (Mixing) Air [ln/h] (Oxidation) 1 1200 450 3,6 93 2 3 92,4 6 91,2 4 9 90 5 12 88,2 15 85,2 7 18 81,6 8 19,2 79,2 Excès d’O2 stoechiométrie Pauvre en O2

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

P1 : Pression de la flamme ΔP : perte de charge

Évolution des gaz de combustion avec la perte de charge CO / ppm C2H4 / ppm CO2 / ppm 20 mBar 120 mBar 165 mBar 64 mBar

Données SMPS DP0 20 mBar DP1 64 mBar DP2 120 mBar DP3 165 mBar DP4 90 nm 80 nm DP0 20 mBar DP1 64 mBar DP2 120 mBar 80 nm 80 nm 70 nm DP3 165 mBar DP4 220 mBar DP5 322 mBar Augmentation de la perte de charge : décalage vers PF plus élevé (combustion incomplète)

Mesures AMS en parallèle des particules émises du CAST  en mode « simulation du chargement d’un FAP » Point de fonctionnement 1 (PF1) DP0 initial DP1 = 64 mbar DP2 = 120 mbar DP3 = 165 mbar DP4 = 221-240 mbar DP5 = 322 + mbar 5 DP : (simulation réalisée par la fermeture progressive d’une vanne boisseau)

PF1-DP0

HAP

PF1-DP1

PF1-DP2

HAP

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 http://cfpub.epa.gov/ncea/iris/compare_results.cfm?RequestTimeout=180#WOE

(RPF, Relative Potency Factor)

PF1-DP3

PF1-DP4

PF1-DP5

PF1 Organiques P0 P2 P3 P5

PF1 HAP P0 P2 P5

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

PF1 : influence de la perte de charge Modification du CAST : élimination des fuites 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 O2 10 % CO 5000 ppmv CO2 10 % NOx 500 ppm HC (C3H6, C3H8) 2000 ppm

ΔP0 initial

ΔP0 initial

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

Stabilité jusqu’à 1 Bar

PF1 : Chargement d’un 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 H2O O2 10 % CO 5000 ppmv CO2 10 % NOx 500 ppm HC (C3H6, C3H8) 2000 ppm

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

702°C 710°C 675°C 750°C 645°C

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 s’accompagne d’émissions importantes de particules (distribution bimodale, 20-30 nm et 80-90 nm) Maximum de rejet à 700°C (sommet du pic de TPO)

PF1 : Chargement d’un FAP RT -> 750°C avec PETITE colonne DMA (SMPS) Mini-FAP IBIDEN en SiC (1 pouce sur 2 pouces) FAP non enduit Débit total : 20 L/min Gaz additionnel Sans H2O O2 10 % CO 5000 ppmv CO2 10 % NOx 500 ppm Pas d’HC

Régénération sous air 440 mBar 750°C Essai cycle thermique Chargement du FAP Jusqu’à 750°C Arrêt Particule Air seul

440 mBar Chargement du FAP Jusqu’à 750°C

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

Chargement du FAP Jusqu’à 750°C

Chargement du FAP Jusqu’à 750°C NO, NOx / ppm NO2 / ppm

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

Essai cycle thermique ΔP / Bar Charge du FAP

Essai cycle thermique ΔP / Bar

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

Essai cycle thermique ΔP / Bar

ΔP / Bar Régénération sous air Régénération

Régénération sous air ΔP / Bar

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

Perspectives Phase gaz et organiques avec perte de charge ? Emissions de petites particules pendant charge et régénération : campagne AIS (avec LamP) Charge à l’isotherme: 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 ?