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DE10228643A1 - Verfahren zur Reinigung von Abgas einer Verbrennungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Reinigung von Abgas einer Verbrennungsanlage Download PDF

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DE10228643A1
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exhaust gas
particles
particle size
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incinerator
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DE10228643A
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English (en)
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Erich Dr. Hums
Stephan Liebsch
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Original Assignee
Siemens Corp
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abgas (A) einer Verbrennungsanlage (2) von im Abgas enthaltenen Partikeln (3). Bei dem Verfahren wird die Partikelgrößenverteilung (f) der in dem Abgas (A) enthaltenen Partikel (3) gezielt eingestellt, um ein möglichst gutes Reinigungsergebnis zu erzielen. Das Verfahren ist besonders geeignet zum Reinigen eines Abgases (A) einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise eines stationären oder mobilen Dieselmotors. Das Verfahren ist in bevorzugter Ausgestaltung kombinierbar mit der Entstickung des Abgases (A) in einem SCR-Prozess unter Eindüsung eines Reduktionsmittels (R) in den Abgaskanal (7) der Verbrennungsanlage (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung von Abgas einer Verbrennungsanlage von im Abgas enthaltenen Partikeln.
  • Unter einer Verbrennungsanlage sollen hierbei sowohl Brennkraftmaschinen, d.h. stationäre und instationäre Verbrennungsmotoren, als auch Brennkammern enthaltende Anlagen zur Erzeugung von elektrischer Energie oder von Fernwärme aus einem Verbrennungsprozess verstanden werden. Insbesondere soll unter einer Verbrennungsanlage ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs, beispielsweise ein Diesel-Personenkraftwagen oder -Lastkraftwagen, oder auch ein stationärer Dieselmotor verstanden werden. Die Anwendung soll auch auf Ottomotoren mit Partikelemission ausgedehnt sein.
  • Bei der Verbrennung eines Kraftstoffs oder eines Brennstoffs in einer Verbrennungsanlage in einer stationären oder mobilen Anwendung, insbesondere in einem Fahrzeug-Motor, fällt ein Abgas an, das u.a. Stickoxide und Rußpartikel enthält. Diese Abgasbestandteile sind insbesondere bei der Verbrennung von Diesel in einem stationären oder mobilen Dieselmotor zu verzeichnen. Sowohl die Stickoxide als auch die Rußpartikel stellen umweltbelastende Stoffe dar und sollen daher aus dem Abgas weitgehend entfernt werden. Beispielsweise treten bei modernen Dieselmotoren im Kraftfahrzeugbereich im Abgas heutzutage äußerst feine Rußpartikel auf, die krebserzeugend wirken können. Dabei wird konventioneller Weise die Anordnung eines Partikelfilters angestrebt, wie sie beispielsweise aus der DE 100 20 170 C1 zu entnehmen ist.
  • Im Hinblick auf die Reduzierung der im Abgas enthaltenen Stickoxide hat sich das sogenannte SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) bewährt. Bei diesem Verfahren wird dem Abgas ein Reduktionsmittel vor dem Eintritt in den SCR- Katalysator beigemischt. Im SCR-Katalysator erfolgt dann die Reduktion der Stickoxide zu Wasser und Stickstoff. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise beschrieben in der WO 99/55445 . Danach ist vorgesehen, dass in das Abgas eine wässrige Harnstofflösung eingedüst wird. Diese muss anschließend noch zu Ammoniak umgesetzt werden, welches als eigentliches Reduktionsmittel in dem katalytischen Prozess fungiert.
  • Die Anordnung eines Partikelfilters zusammen mit einem SCR-Katalysator ist beispielsweise in der CH 689 687 A5 beschrieben. Es werden dabei die beiden Systeme der Partikelfilterung und der Stickoxidreduzierung in Strömungsrichtung des Abgases nacheinander angeordnet und jeweils unabhängig voneinander betrieben. Dies erfordert einen relativ großen Einbauraum.
  • Aus der EP 1 096 116 A2 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur kombinierten katalytischen NOx-Reduktion und Schalldämpfung von Abgas im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine offenbart. Bei dem Verfahren wird in das von der Brennkraftmaschine kommende, ggf. schon durch einen Voroxidationskatalysator hindurchgeleitete Abgas zunächst Harnstoff in fester oder gelöster Form eingedüst, dann dieses solchermaßen dotierte Abgas durch einen als Verdampfer, Strömungsmischer, Hydrolyse- und NOx-Reduktionskatalysator fungierenden Harnstoff-Zersetzungskatalysator hindurchgeleitet und anschließend dem Schalldämpfer zugeführt. Dabei wird dieses in dem Schalldämpfer kanalisiert mittels eines Abgaseintrittsrohres durch eine vordere Einströmkammer hindurch – und in eine hintere Einströmkammer eingeleitet und dort schalldämpfungsmäßig und strömungsmäßig beruhigt. Anschließend wird das Abgas verteilt auf mehrere NOx-Reduktionskatalysator-Module durch diese hindurch – und in die vordere Ausströmkammer rückgeleitet und dort wiederum schalldämpfungsmäßig und strömungsmäßig beruhigt. Partikelemissionen aus der Brennkraftmaschine werden bei diesem Reinigungsverfahren des Abgases aus der Brennkraftmaschine nicht berücksichtigt.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirksame Abgasreinigung von Abgas einer Verbrennungsanlage zu ermöglichen, bei der im Abgas enthaltene Partikel besonders effizient aus dem Abgas entfernt werden.
  • Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Reinigen eines Abgases einer Verbrennungsanlage von im Abgas enthaltenen Partikeln, bei dem die Partikelgrößenverteilung gezielt eingestellt wird.
  • Mit der Erfindung wird ein völlig neuer Weg beschritten, die Partikelemission aus Abgasen von Verbrennungsanlagen hoch effizient zu reduzieren. Zwar ist die Partikelemission bei den heutigen Dieselmotoren schon relativ gering, die allerdings immer wieder in der Diskussion befindliche Mutagenität von Dieselpartikeln, ob von angelagerten Kohlenwasserstoffen oder vielleicht auch von Partikeln bestimmter Größe direkt hervorgerufen, wird den gesetzlich festgelegten Partikelemissions-Grenzwert für den Dieselmotor noch weiter sinken lassen. Eine wirkungsvolle Partikelreduktion ist daher bei den zu erwartenden Grenzwerten für eine aktive und leistungsfähige Abgasreinigung von essentieller Bedeutung.
  • Mit der Erfindung wird nun erstmals die gezielte Einstellung der Partikelgrößenverteilung der aus dem Abgas emittierten Partikel im Hinblick auf eine Adaption und Steigerung der Reinigungseffizienz berücksichtigt. Es konnte nämlich überraschenderweise ein Zusammenhang zwischen der Partikelgrößenverteilung in dem von der Verbrennungsanlage emittierten Abgas und der Reinigungseffizienz von den im Abgas enthaltenen Partikeln gefunden werden. Die Reinigung des Abgases kann dabei durch üblicherweise abgasseitig der Verbrennungsanlage nachgeschaltete Reinigungseinrichtungen erfolgen. Durch die gezielte Einstellung der Partikelgrößenverteilung ist eine Adaption an eine jeweilige abgasseitig nachgeschaltete im Wesentlichen konventionelle Reinigungseinrichtung, z.B. ein Filtersystem oder ein katalytisch arbeitendes System möglich.
  • Auf die Wahl der Reinigungseinrichtung ist man dabei nicht festgelegt.
  • Vorteilhafterweise können durch diese Konfektionierung der Partikelgrößenverteilung weitaus höhere Reinigungsgrade im Vergleich zu üblichen Reinigungsverfahren erreicht werden, da diese den qualitativen Einfluss der Partikelgrößenverteilung auf die Abbaueffizienz bisher nicht berücksichtigt haben. Dabei kann die Partikelgrößenverteilung vorteilhafterweise so eingestellt werden, dass maximale Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas erreicht wird.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung werden die Partikel in einer der Verbrennungsanlage nachgeschalteten Katalysatoreinheit oxidiert.
  • Neben konventionellen Filtereinrichtungen ist besonders die katalytisch unterstützte Oxidation der Partikel im Abgas eine wirkungsvolle Methode, um die Partikel in dem Abgas aus der Verbrennungsanlage abzubauen. Hierzu wird die Katalysatoreinheit mit einem für die Partikel, z.B. Rußpartikel aus einem Dieselmotor, oxidierend wirkenden Oxidationskatalysator ausgestattet. Dies kann ein wabenförmiger Katalysator beispielsweise in Form eines katalytischen Vollextrudats auf Keramikbasis oder mit Aktivkeramik beschichteter Inertwabe, oder beispielsweise auch ein Plattenkatalysator mit einer Aktivkeramik oder ein mit Aktivkeramik beschichtete metallische Tragstruktur sein. Der katalytisch unterstützte Oxidationsprozess zur Entfernung von Partikeln ist besonders vorteilhaft bei dem Konzept der Erfindung anwendbar, da nachgewiesen werden konnte, dass die gezielte Einstellung einer günstigen Partikelgrößenverteilung in Kombination mit dem Oxidationsprozess an einer der Verbrennungsanlage abgasseitig nachgeschalteten Katalysatoreinheit zu besonders hohen Reinigungsgraden im Abgas führt.
  • Hierbei wurde überraschenderweise gefunden, dass beispielsweise der mittlere Durchmesser der Partikel als eine mögliche Kenngröße der Partikelgrößenverteilung einen wesentlichen Einfluss auf die Abbaueffizienz in der Katalysatoreinheit hat. Mit einer gezielten Voreinstellung und entsprechenden Adaption der Partikelgrößenverteilung kann somit die Effizienz der Reinigung im Hinblick auf eine möglichst geringe Partikelemission optimiert werden.
  • Die Partikel aus dem Verbrennungsprozess eines Diesel- oder Ottomotors sind beispielsweise Agglomerate mit einer Anzahl von direkten Rußkernen, die mit löslichen organischen Verbindungen (Kohlenwasserstoffe) ummantelt sind. Der Oxidationsprozess soll im Produktkanal möglichst nur zur Bildung von Wasser und Kohlendioxid aus der Oxidation des Partikels führen. Zu große Agglomerate haben ein ungünstiges Oberflächen zu Volumenverhältnis und können in der Regel nicht vollständig in der Katalysatoreinheit umgesetzt werden. Agglomerate mit zu kleinem Durchmesser sind ungünstig im Hinblick auf den Abbau in einem Oxidationsprozess, wenn sie den Stofftransport zur Katalysatoroberfläche verschlechtern. Daher ist im Optimum stets ein mittlerer Partikeldurchmesser der Partikel im Rohabgas zu erwarten und auch aufzufinden, bei dem maximale Reduzierung der Partikelanzahl erreicht wird.
  • In bevorzugter Ausgestaltung wird ein die Partikelgrößenverteilung beeinflussender Parameter der Verbrennungsanlage gezielt so eingestellt, dass eine günstige Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas erreicht wird.
  • Beispielsweise kann im Falle eines Dieselmotors der Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung bezogen auf die Stellung des Kolbens (Kurbelwinkel) als ein solcher Parameter herangezogen werden. Eine Änderung der Winkelstellung definiert damit die Stellung des Kolbens und damit auch den Einspritzzeitpunkt für den Kraftstoff. Hierbei hat sich gezeigt, dass anlagenseitige Maßnahmen, d.h. motorseitige Adaption, alleine nicht in der Lage ist, die gewünschte Verringerung der Partikelanzahl herbeizuführen. Allerdings hat sich gezeigt, dass gerade die vorteilhafte Kombination der anlagenseitig einstellbaren und entsprechend konfektionierten Partikelgrößenverteilung mit einer nachgeschalteten Reinigungseinrichtung, z.B. ein Oxidationskatalysator, ein Potenzial von etwa 70% bis 80% Verminderung der Partikelgesamtemission gegenüber dem Rohabgas der Abgasnorm EURO 3 zusätzlich ausschöpfen kann.
  • Je nach Verbrennungsanlage können daher auch andere die Partikelgrößenverteilung beeinflussende Parameter auf einfache Weise angegeben und deren Einfluss quantitativ untersucht werden. Dabei ist ggf. auch eine Schar von Parametern zu berücksichtigen, die bei der gezielten Einstellung der Partikelgrößenverteilung zu berücksichtigen und in ihrer Gesamtheit zu optimieren sind.
  • Dabei kann vorzugsweise für einen jeweiligen Betriebszustand der Verbrennungsanlage die Einstellung entsprechend angepasst werden. Ein Betriebszustand der Verbrennungsanlage kann beispielsweise im Falle eines Dieselmotors durch die Motordrehzahl, die Einspritzmenge, den Ladedruck oder die Ladelufttemperatur charakterisiert werden. Für einen jeweiligen Betriebszustand ist eine im Hinblick auf die Entfernung der Partikel aus dem Rohabgas vorteilhafte Partikelgrößenverteilung auffindbar, welche über entsprechende motorseitige Adaption, d.h. Einstellung eines oder mehrerer die Partikelgrößenverteilung beeinflussender Parameter des Motors vorzunehmen ist. Diese Information kann für einen bestimmten Typ von Motor in einem alle in der Praxis zu erwartenden Betriebszustände umfassenden Kennfeld hinterlegt werden. Bei einem Wechsel eines Betriebszustands kann somit motorseitig durch Anpassung der kritischen Parameter die Partikelgrößenverteilung jeweils konfektioniert werden, um das gewünschte Reinigungsergebnis über alle Betriebszustände zu erzielen.
  • Bevorzugt wird neben der Partikelminderung des Abgases zusätzlich eine Schalldämpfung durchgeführt. Hierzu ist eine Schalldämpfungseinrichtung in Strömungsrichtung des Abgases der Verbrennungsanlage nachgeschaltet. In vorteilhafter Ausgestaltung wird hierbei die Katalysatoreinheit in der Schalldämpfungseinrichtung untergebracht, so dass eine kombinierte katalytische Partikelreduktion aus dem Abgas und eine Schalldämpfung für die Verbrennungsanlage erreicht ist.
  • In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden im Abgas enthaltene Stickoxide in einem Entstickungskatalysator nach dem Verfahren der Selektiven Katalytischen Reduktion reduziert, wobei ein Reduktionsmittel in das Abgas eingebracht wird.
  • Neben besonders wirksamer Partikelreduktion aus dem Abgas ist durch die Kombination mit dem SCR-Verfahren zusätzlich auch eine Entfernung der Stickoxide aus dem Abgas ermöglicht. Die Katalysatoreinrichtung ist sofern notwendig aus zwei unterschiedlichen Katalysatortypen aufgebaut, dem Hydrolyse- und dem SCR-Katalysator. Der Hydrolysekatalysator hat dabei die Aufgabe, aus dem in wässriger Lösung zudosierten Harnstoff Ammoniak zu erzeugen. Im eigentlichen NOx-Reduktionsteil, dem SCR-Katalysator, wird dann mit Hilfe des Ammoniaks das Stickoxid in Stickstoff und Wasser umgewandelt. Zusätzlich wirkt der SCR-Katalysator auch als Oxidationskatalysator für Kohlenwasserstoffe. Dies hat den besonderen Vorteil, dass zur Verringerung u.a. des Kohlenwasserstoffanteils (SOF: Soluble Organic Fraction) des im Abgas die Katalysatoreinheit nicht eigens einen Oxidationskatalysator benötigt, da bereits der SCR-Katalysator die Oxidation der Partikel katalytisch unterstützt.
  • Vorteilhafterweise kann mit der Konfektionierung der Partikelgrößenverteilung in Kombination mit einer SCR-Einrichtung zur Entfernung von Stickoxiden unter Eindüsung eines Redukti onsmittels in den Abgaskanal eine besonders günstige Ausnutzung des NOx- und Partikel-Reduktionspotentials erfolgen.
  • Wie bereits ausgeführt, ist die NOx-Minderung auch mit einer Abgasrückführung realisierbar.
  • Wie bereits oben dargelegt, kann das Verfahren bevorzugt bei einer als Dieselmotor ausgestalteten Verbrennungsanlage eingesetzt werden. Bei einem Dieselmotor handelt es sich dabei um eine Antriebsquelle z.B. in einem Kraftfahrzeug wie einem Pkw, oder Nutzfahrzeug wie einem Lastkraftwagen, einem Omnibus, Gabelstapler oder Off-Road-Fahrzeug, oder Schienenfahrzeug, oder Wasserfahrzeug, oder landwirtschaftlichem Fahrzeug wie Traktor, Mähdrescher, oder militärischem Fahrzeug wie Ketten- oder Radpanzer, oder Notstromaggregat, Blockheizkraftwerk oder einer sonstigen Kraftwerksanlage. Ebenso kann das Verfahren auch für Ottomotoren mit Partikelemissionen angewandt werden.
  • Bevorzugt wird dabei der Einspritzbeginn des Kraftstoffs über den Kurbelwinkel als ein die Partikelgrößenverteilung beeinflussender Parameter des Dieselmotors eingestellt.
    •
  • Das Verfahren und dessen Vorteile werden nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine Verbrennungsanlage mit nachgeschaltetem Abgasstrang
  • 2 ein Diagramm mit unter unterschiedlichen anlagenseitigen Einstellungen gewonnenen Partikelgrößenverteilungen im Abgas einer Verbrennungsanlage,
  • 3 in einem Diagramm ein Vergleich der Gesamt-Partikelemission im Abgas einer Verbrennungsanlage mit und ohne abgasseitig nachgeschalteter Katalysatorein heit bei den verschiedenen Partikelgrößenverteilungen gemäß 1.
  • 1 zeigt in einer schematischen stark vereinfachten Darstellung eine als Dieselmotor 1 ausgestaltete Verbrennungsanlage 1, in deren Abgasstrang ein Abgasrohr 7 und eine in das Abgasrohr 7 geschalteten Katalysatoreinheit 9 aufweist. In Strömungsrichtung des Abgases A der Katalysatoreinheit 5 nachgeordnet ist eine Messeinrichtung 11 vorgesehen. Im Betrieb des Dieselmotors 1 werden neben Stickoxiden auch Partikel 3 emittiert. Die Partikelgrößenverteilung f der in dem Abgas A aus der Verbrennungsanlage 1 enthaltenen Partikel 3 kann mit der Messeinrichtung 11 bestimmt werden. Die Katalysatoreinheit 5 umfasst einen Entstickungskatalysator 9, der nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion arbeitet. Hierzu ist dem Entstickungskatalysator 9 in Strömungsrichtung des Abgases eine Eindüseinrichtung 10 für ein Reduktionsmittel R vorgeschaltet. Der Entstickungskatalysator 9 ist als Vollextrudat auf Keramikbasis aufgebaut und weist wabenförmige Kanäle auf, durch die das Abgas A strömt, und die aus einem katalytisch aktiven Material bestehen. Im optionalen Betrieb des SCR-Katalysators erfolgt eine Reduzierung der im Abgas A enthaltenen Stickoxide nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion. Hierzu ist das Reduktionsmittel R erforderlich. Als solches wird Ammoniak verwendet. Da dieses sich nur unter Aufwand in einem Kraftfahrzeug bevorraten lässt, wird das Ammoniak während des Betriebs aus einer Harnstofflösung gewonnen. Diese Harnstofflösung wird über eine Eindüsvorrichtung 10 in das Abgas A eingedüst, und zwar in Strömungsrichtung gesehen vor dem Katalysator 9.
  • Ein wesentlicher Gesichtspunkt der in 1 gezeigten Anordnung ist, dass der Katalysator 9 zugleich auch als Oxidationskatalysator ausgebildet ist und zur Umsetzung, d.h. Oxidation, der Partikel 3 im Abgas geeignet ist. Zur Reinigung des Abgases A des Dieselmotors 1 von den im Abgas enthaltenen Partikeln 3 werden diese in der dem Dieselmotor 1 nachge schalteten Katalysatoreinheit 5 oxidiert. Zusätzlich kann optional die Eindüsevorrichtung 10 aktiviert und somit über den oben beschriebenen SCR-Prozess die Stickoxide aus dem Abgas A entfernt werden.
  • Gemäß der Konzeption der Erfindung wird zum Reinigen des Abgases A des Dieselmotors 1 von den im Abgas A enthaltenen Partikeln 3 die Partikelgrößenverteilung f gezielt eingestellt, um ein möglichst gutes Reinigungsergebnis zu erzielen. Es hat sich gezeigt, dass die Partikelgrößenverteilung f signifikant von motorseitig einstellbaren Parametern P abhängt. Im Falle eines Dieselmotors 1 ist beispielsweise der Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkel αkw) ein möglicher Parameter P , der die Partikelgrößenverteilung f beeinflusst. Dieser wird gezielt so eingestellt, dass eine günstige Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas A erreicht wird. Die Einstellung oder Voreinstellung des oder der die Partikelgrößenverteilung f beeinflussenden Parameter P des Dieselmotors 1 erfolgt für einen jeweiligen Betriebszustand des Motors. Somit kann für jeden Betriebszustand eine optimale Adaption des Motors im Hinblick auf eine für den nachgeschalteten Reinigungsprozess günstige Partikelgrößenverteilung f vorgenommen werden. Dabei ist insbesondere eine Adaption an eine jeweilige abgasseitig dem Dieselmotor 1 üblicherweise nachgeschaltete Reinigungseinrichtung für die Partikel möglich. Im vorliegenden Fall erfolgt vorab diese „Konfektionierung" der Partikelgrößenverteilung f im Hinblick auf einen möglichst effizienten Abbau der Partikel 3 durch den Oxidationsprozessen in der Katalysatoreinheit 5.
  • In 2 sind beispielhaft die Messergebnisse der Partikelgrößenverteilung f für verschiedene Einstellungen des Einspritzzeitpunktes (Kurbelwinkel αkw) sowie mit und ohne Zuschaltung der Katalysatoreinheit 5 im Abgasstrang des Dieselmotors 1 gezeigt. Dabei ist exemplarisch der im Motorenbau bekannte Betriebszustand B25 eines Dieselmotors 1 untersucht worden. Auf der x-Achse des in 2 dargestellten Diagramms ist die Partikelgröße der aus dem Dieselmotor 1 emittierten Partikel 3 in Einheiten von Nanometern in logarithmischer Auftragung dargestellt. Auf der y-Achse ist die einer bestimmten Partikelgröße zugeordnete Partikelanzahlkonzentration (Partikel in Anzahl pro cm3) aufgetragen. Die in dem Diagramm als durchgezogene Linie dargestellten Messkurven f1, f2 und f3 entsprechen Partikelgrößenverteilungen f bei unterschiedlichem Einspritzzeitpunkten (Kurbelwinkel αkw), wobei keine Katalysatoreinheit 5 zum Abbau der Partikel 3 aktiviert bzw. im Abgasrohr 7 eingebaut war. Demgegenüber zeigen die als gestrichelte Linie dargestellten Messkurven f1', f2' sowie f3' die entsprechenden Ergebnisse bei zugeschalteter Katalysatoreinheit 5. Bei diesen Messbedingungen wurde das Abgas A von Partikeln 3 infolge der Oxidation der Partikel 3 an der Katalysatoreinheit 5 gereinigt. Dies ist daran zu erkennen, dass die entsprechenden Messkurven f1', f2' und f3' deutlich erniedrigte Partikelanzahlkonzentration zeigen. Ein überraschender Befund dieser Untersuchung war jedoch, dass die Reinigungseffizienz von der jeweils über den Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkel αkw) einstellbaren Partikelgrößenverteilung f abhängt. In vorliegendem Fall wird bei einem Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkel αkw) von 18° das beste Ergebnis erzielt. Wie eine Betrachtung der Messkurven f3 und f3' im Vergleich zu den Messkurven bei einer der anderen Einstellungen des Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkels αkw) zeigt, ist einerseits die Abnahme der Partikelanzahl bei Zuschaltung der Katalysatoreinheit 5 am größten und andererseits zugleich auch eine minimale Anzahl verbleibender nicht abgebauter Partikel 3 im Abgas A erreicht.
  • Daher ist unter den gezeigten Messkurven f1, f2 und f3 die Partikelgrößenverteilung f3 im Hinblick auf einen maximalen Reinigungseffekt am günstigsten eingestellt, zumindest für den betrachteten Betriebszustand B25. Andere Betriebszustände des Dieselmotors 1 können auf diese Weise sehr leicht im Hinblick auf eine günstige Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas A optimiert werden, indem ein die Partikelgrößen verteilung f beeinflussender Parameter P des Motors 1 gezielt eingestellt wird.
  • In 3 ist ein Diagramm dargestellt, welches die Gesamt-Partikelemission in mg/kWh jeweils für die in der 2 gezeigten Messkurven f1, f2, f3 ohne Katalysatoreinheit 5 zeigt, sowie die entsprechenden Messergebnisse f1', f2', f3' bei Zuschaltung der Katalysatoreinheit 5 zum oxidativen Abbau der Partikel 3 im Abgas A (siehe auch 1). Wie bereits aus 2 ersichtlich besteht eine Abhängigkeit des Reinigungsergebnisses von der jeweils eingestellten Partikelgrößenverteilung f. Die günstigste Einstellung wird bei einem Einspritzzeitpunkt (Kurbelwinkel αkw) von 18° erreicht. Dieser führt zu einer Partikelgrößenverteilung f3 im Rohabgas mit im Vergleich zu den anderen Einstellungen geringster Gesamt-Partikelemission in mg/kWh. Mit der Partikelgrößenverteilung f3 wird aber auch das beste Reinigungseffizienz erzielt. Bei Zuschaltung der Katalysatoreinheit 5 zur Oxidation der Partikel 3 in dem Abgas A führt dies zu einer Abnahme ΔPM von etwa 70%, zugleich ist mit dieser Einstellung die geringste Gesamt-Partikelemission von ca. 50 mg/kWh erreicht.
  • Mit der Erfindung wird erstmals zum Reinigen eines Abgases A von in dem Abgas A enthaltenen Partikeln 3 die Partikelgrößenverteilung f berücksichtigt und gezielt im Hinblick auf ein günstiges Reinigungsergebnis eingestellt. Die Einstellung erfolgt dabei vorzugsweise anlagenseitig an der Verbrennungsanlage 1, z.B. motorseitig bei einem Dieselmotor. Von besonderem Vorteil erweist sich diese gemäß der Erfindung erstmals vorgeschlagene Konfektionierung der Partikelgrößenverteilung in einer Kombination mit einer SCR-Einrichtung zur Entfernung von Stickoxiden unter Eindüsung eines Reduktionsmittels in den Abgaskanal der Verbrennungsanlage 1.
  • Im Einzelnen konnte damit gezeigt werden, dass Partikel 3 mit entsprechend konfektionierter, d.h. voreingestellter Partikelgröße besonders vorteilhaft in Verbindung mit einer Kata- lysatoreinheit 5 geeignet sind, um mit einem katalytisch unterstützenden oxidativen Prozess verringert zu werden. Der Einsatz der Katalysatoreinheit 5 bewirkt beispielsweise ca. 70% Reduktion der Gesamt-Partikelemission im Betriebszustand B25 eines Dieselmotors gegenüber der Rohabgasemission der Abgasnorm EURO 3. Die Partikelanzahl wird durch die Katalysatoreinheit 5 sogar um mehr als 85% abgesenkt. Überdies kann durch die motorseitigen Maßnahmen zur Beeinflussung der Partikelgrößenverteilung f ein verringerter Kraftstoffverbrauch erzielt werden. Eine evtl. in Kauf zu nehmende NOx-Entwicklung ist durch alternative weitere Maßnahmen zum SCR-Verfahren, wie Abgasrückführung (AGR) etc. anzupassen, die dabei nicht entscheidend auf die Partikelgrößenverteilung f Einfluss nehmen sollen.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Reinigen eines Abgases (A) einer Verbrennungsanlage (1) von im Abgas (A) enthaltenen Partikeln (3), bei dem die Partikelgrößenverteilung (f) gezielt eingestellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Partikel (3) in einer der Verbrennungsanlage (1) nachgeschalteten Katalysatoreinheit (5) oxidiert werden.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei ein die Partikelgrößenverteilung (f) beeinflussender Parameter (P) der Verbrennungsanlage (1) gezielt so eingestellt wird, dass eine günstige Verringerung der Partikelanzahl aus dem Abgas (A) erreicht wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, wobei für einen jeweiligen Betriebszustand der Verbrennungsanlage (1) die Einstellung angepasst wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Katalysatoreinheit (5) in einer in Strömungsrichtung des Abgases (A) der Verbrennungsanlage (1) nachgeschalteten Schalldämpfungseinrichtung untergebracht wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Abgas (A) enthaltene Stickoxide in einem Entstickungskatalysator (5) nach dem Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion reduziert werden, wobei ein Reduktionsmittel (R) in das Abgas (A) eingebracht wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieses bei einer als Dieselmotor ausgestalteten Verbrennungsanlage (1) eingesetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei des Einspritzzeitpunkts über den Kurbelwinkel (αkw) als ein die Partikelgrößenverteilung (f) beeinflussender Parameter (P) eingestellt wird.
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