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EP-4051890-B1 - ENGINE WITH LOW PARTICLES EMISSION

EP4051890B1EP 4051890 B1EP4051890 B1EP 4051890B1EP-4051890-B1

Inventors

  • RAVIX, JEAN-PIERRE

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20201028

Claims (11)

  1. An engine (1) for a ship propelled by a very large turbo diesel engine, notably an engine with power between 1 MW and 100 MW, comprising an intake manifold (2) a catalytic device (10) implementing the mixing of a catalyst precursor which comprises an organometallic compound, notably a methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl component, with a fuel oxidizer, and in that the catalytic device (10) being arranged upstream of a compression device, which is disposed upstream of the intake manifold (2), so that this compression device increases the pressure of the mixture comprising the fuel oxidizer and the catalyst precursor to a value greater than or equal to 2 bar, or even greater than or equal to 4 bar, this pressure value being measured at its entry into the intake manifold (2), characterized in that the engine : - is a turbocharged engine comprising a turboblower (9), the compression device being the turboblower (9), and the catalytic device (10) is positioned upstream of the turboblower (9) so that said mixture comprising the fuel oxidizer and the catalyst precursor is conducted from the outlet of the catalytic device (10) to the turboblower (9), where it undergoes an increase in pressure, then from the turboblower (9) to the intake manifold (2); - comprises an intercooler heat exchanger (8) disposed between the turboblower (9) and the intake manifold (2) to cool the mixture comprising the fuel oxidizer and the catalyst precursor to a temperature value less than or equal to 50°C, or even less than or equal to 40°C; - is configured to use a quantity of catalyst between 5 and 50 decagrams per ton of fuel, corresponding to a quantity of 20 to 200 decagrams of catalyst precursor per ton of fuel.
  2. The engine (1) for a ship according to the preceding claim, characterized in that the catalytic device (10) comprises a medium comprising cellulose fibers and/or woven fibers, such as some cottons, onto which the catalyst precursor is injected in liquid form and is evaporated and mixed with a fuel oxidizer in contact with said medium.
  3. The engine (1) for a ship according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytic device (10) comprises a tank of liquid catalyst precursor and is configured for the at least partial evaporation of said catalyst precursor in the fuel oxidizer.
  4. The engine (1) for a ship according to the preceding claim, characterized in that the liquid catalyst precursor comprises an organometallic compound or methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl concentration greater than or equal to 90% of the total weight of the catalyst precursor.
  5. The engine (1) for a ship according to one of the preceding claims, characterized in that it is an engine with power between 1 MW and 100 MW.
  6. The engine (1) for a ship according to one of the preceding claims, further comprising an exhaust manifold (4) and at least one catalytic device (10') configured to ensure injection of a liquid catalyst precursor composed of an organometallic, notably a methyl cyclopentadienyl manganese tricarbonyl component, downstream of the combustion chamber (3), said catalytic device (10') comprising an injection means by compression, notably by compressed air or by water, at least configured to ensure projection in the form of droplets of the liquid catalyst precursor and its mixing with exhaust gases comprised in the exhaust manifold (4).
  7. The engine (1) for a ship according to the preceding claim, wherein the catalytic device (10') configured to ensure the injection of a liquid catalyst precursor downstream of the combustion chamber (3) is configured to produce droplets having a dimension of the order of 10 to 500 µm, notably 20 to 100 µm.
  8. The engine (1) for a ship according to claim 6 or 7, wherein the catalytic device (10') configured to ensure injection of a liquid catalyst precursor downstream of the combustion chamber (3) is configured so as to inject the catalyst precursor at a zone of the exhaust manifold (4) having a temperature of the order of 450 to 600°C, notably of the order of 550 to 600°C, for example about 580°C.
  9. The engine (1) for a ship according to one of claims 6 to 8, wherein the catalytic device (10') configured to ensure injection of a liquid catalyst precursor downstream of the combustion chamber (3) comprises a cooling device for the injection means capable of ensuring cooling of the injection means by means of a fluid identical to the fluid injected into the exhaust manifold (4), namely notably compressed air or water.
  10. The engine (1) for a ship according to one of claims 1 to 5, further comprising an exhaust manifold (4), the catalytic device (10, 10') comprising: • a first sub-unit of the catalytic device (10') comprising an injection means by compression configured to ensure projection in the form of droplets of a catalyst precursor composed of an organometallic, notably a methyl cyclopentadienyl manganese tricarbonyl component, downstream of the combustion chamber (3) and its mixing with exhaust gases comprised in the exhaust manifold (4); and • a second sub-unit of the catalytic device (10), implementing the mixing of the catalyst precursor with the oxidizer in gaseous form and arranged upstream of the compression device so that this compression device increases the pressure of the mixture comprising the oxidizer and the catalyst precursor to a value greater than or equal to 2 bars, or even greater than or equal to 4 bars, this pressure value being measured at its entry into the intake manifold (2).
  11. A method of reducing emissions of particles from a ship engine (1), propelled by a very large turbo diesel engine, notably an engine with power between 1 MW and 100 MW, characterized in that it comprises implementing the following steps: - mixing of a catalyst precursor which comprises an organometallic compound, notably a methyl cyclopentadienyl manganese tricarbonyl component, with an oxidizer by a catalytic device (10) so as to use a quantity of catalyst between 5 and 50 decagrams per ton of fuel, corresponding to a quantity of 20 to 200 decagrams of catalyst precursor per ton of fuel, then - increasing the pressure of said mixture by a compression device, to a pressure value greater than or equal to 2 bars, or even greater than or equal to 4 bars and cooling the mixture comprising the oxidizer and the catalyst precursor to a temperature value less than or equal to 50°C, or even less than or equal to 40°C, then - injection of said mixture under pressure into an intake manifold (2) for a combustion chamber of an engine (1).

Description

La présente invention porte sur un moteur à faible émission de particules, et particulièrement un très grand moteur turbo diesel destiné à la propulsion d'un navire. Elle porte aussi sur un procédé de réduction des émissions de particules d'un tel moteur. Les très grands moteurs turbo diesel destinés à la propulsion d'un navire sont des moteurs à deux temps, dits lents, ou à quatre temps, dits semi rapides. Ces moteurs peuvent générer une puissance de 1 MW à presque 100 MW pour les plus gros. Ils sont consommateurs de combustibles liquides, désignés par le terme générique de « fiouls », incluant les fiouls lourds (FOL ou HFO -Heavy Fuel Oil- en anglais), les fiouls intermédiaires, dénommés par le sigle MDO (pour la désignation anglaise de « Marine Diesel Oil »), et les fiouls légers, dont la viscosité et la teneur en soufre sont faibles, ces fiouls légers étant proches de ceux utilisés à terre pour les applications domestiques. Ces moteurs présentent l'inconvénient d'émettre des composants provenant d'une combustion imparfaite, sous forme de particules appelées aussi « imbrûlés solides », qui contiennent du carbone non oxydé, qu'on qualifie dans le langage courant de suies, et « d'imbrûlés gazeux ». Les premiers consistent en des particules organiques et en particulier des particules ultrafines, de carbone suie, plus souvent dénommées par leur terme anglais de « black carbon », d'une taille allant de quelques nanomètres jusqu'à une dizaine de micromètres. La taille moyenne des particules émises par un tel moteur diesel est de l'ordre de 100 nm. Les composants gazeux provenant des « imbrûlés gazeux » sont quant à eux aussi de différentes natures, incluant le monoxyde de carbone, les hydrocarbures imbrûlés, les hydrocarbures aromatiques polycycliques, les composés organiques volatils, les composés organiques non volatiles non méthaniques. Ces différentes émissions susmentionnées, provenant de la combustion imparfaite des moteurs, sous forme de particules solides ou de composants gazeux, génèrent des effets nombreux et graves sur la santé humaine. Il existe des solutions dans le secteur automobile pour traiter les émissions polluantes de type particules solides, émises par des moteurs de petites tailles. Elles consistent en une approche postcombustion, reposent en particulier sur l'utilisation de filtres. Mais ces solutions de filtration sont difficilement transposables, du fait des facteurs d'échelle et de coûts, sur tous les moteurs existants, notamment les moteurs de navire susmentionnés. Ces solutions présentent de plus l'inconvénient de dégrader le rendement thermodynamique du moteur, ce qui induit une surconsommation. Les documents WO2010098746, WO0151800, EP2511510 et US2005053875 divulguent différents exemples de réalisation de moteurs comprenant des dispositifs catalytiques ou de dispositifs catalytiques pour moteurs, appliqués à différents domaines techniques. En parallèle, une solution de l'état de la technique est décrite dans le document FR2837214 dans un autre domaine, qui préconise d'une part de mélanger des vapeurs catalytiques de type méthyl cyclopentadiényle manganèse tricarbonyle à l'air de combustion d'une chaudière, et d'autre part d'injecter des fines gouttelettes de cet agent catalytique directement dans le combustible, en vue d'obtenir une réduction des oxydes de soufre et d'azote en sortie de la chaudière. Cette solution permet d'obtenir une diminution significative de la pollution générée par la combustion d'une chaudière. Ce document concerne ainsi le domaine particulier des chaudières, et enseigne qu'un catalyseur peut réduire la pollution des émissions, ces émissions visées étant des composants soufrés. Un objet général de l'invention est de proposer une solution permettant d'améliorer les moteurs, plus particulièrement les très gros moteurs diesel de navires, en réduisant les particules nocives émises par ces moteurs. A cet effet, l'invention repose sur un moteur pour navire, comprenant un collecteur d'admission, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif catalytique mettant en œuvre le mélange d'un précurseur de catalyseur qui comprend un composé organométallique, notamment un composant méthyl cyclopentadiényle manganèse tricarbonyle, avec un comburant, et en ce que le dispositif catalytique est agencé en amont d'un dispositif de compression, de sorte que ce dispositif de compression augmente la pression du mélange comprenant le comburant et le précurseur de catalyseur à une valeur supérieure ou égale à 2 bars, voire supérieure ou égale à 4 bars, cette valeur de pression étant mesurée au niveau de son entrée dans le collecteur d'admission. Le moteur pour navire est un moteur turbo comprenant une turbosoufflante, le dispositif de compression étant cette turbosoufflante, et le dispositif catalytique étant positionné en amont de la turbosoufflante de sorte que ledit mélange comprenant le comburant et le précurseur de catalyseur est conduit de la sortie du dispositif catalytique