DE10252734A1 - Purifying I.C. engine exhaust gases involves introducing solid reductant into exhaust gas channel - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgasen einer Brennkraftmaschine.The invention relates to a method and a device for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine.
Zur Minderung von Stickoxiden (NOX-Minderung) in sauerstoffreichen Abgasen wird die sogenannte selektive katalytische Reduktion eingesetzt, die sich insbesondere zur Minderung des NOX-Gehaltes in sauerstoffreichen Abgasen von Kraftwerken bestens bewährt hat. Hierbei wird typischerweise gasförmiges Ammoniak als Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingebracht und mit den Stickstoffoxiden selektiv zu Stickstoff und Wasser umgesetzt.To reduce nitrogen oxides (NO x reduction) in oxygen-rich exhaust gases, the so-called selective catalytic reduction is used, which has proven particularly effective for reducing the NO x content in oxygen-rich exhaust gases from power plants. Typically, gaseous ammonia is introduced into the exhaust gas stream as a reducing agent and selectively converted to nitrogen and water with the nitrogen oxides.
Bei Anwendung des Verfahrens im Fahrzeugbereich sollte jedoch das Mitführen von toxischem Ammoniakgas im Fahrzeug vermieden werden. Aus diesem Grunde werden derzeit verschiedene Substanzen erprobt, die ungiftig sind und erst im Bedarfsfall NH3 freisetzen.When using the method in the vehicle area, however, carrying toxic ammonia gas in the vehicle should be avoided. For this reason, various substances are currently being tested that are non-toxic and only release NH 3 when necessary.
Ein bekanntes Verfahren sieht die Einspeisung von wäßriger Harnstofflösung in das Motorabgas vor, wobei erst durch Thermolyse und anschließende katalysierte Hydrolyse des Harnstoff das Reduktionsmittel Ammoniak freigesetzt wird. Dieses Verfahren steht im Bereich der Nutzfahrzeuge unmittelbar vor einem Serieneinsatz. Dabei ist jedoch zu beachten, daß Harnstoff/Wassersysteme mit zahlreichen Nachteilen behaftet sind.A known method sees the Feeding of aqueous urea solution into the engine exhaust, before being catalyzed by thermolysis and subsequent Hydrolysis of the urea released the reducing agent ammonia becomes. This procedure is directly applicable to commercial vehicles before a series application. However, it should be noted that urea / water systems have numerous disadvantages.
Neben der Lösungsmittelproblematik (Gewicht und Volumen des Wassers) und den verfahrenstechnischen Schwierigkeiten einer kontrolliert dynamischen Dosierung dieses Reduktionsmittels in Aerosolform ist bei diesem Verfahren auf die mögliche Entstehung von unerwünschten Nebenprodukten, wie bspw. stickstoffhaltige Oligemere, und auf die Bildung des Zwischenproduktes Isacyansäure (HNCO) hinzuweisen. Insbesondere bei Abgastemperaturen unterhalb einer Temperatur von 150° C ist somit eine Dosierung nicht empfehlenswert, was den Einsatzbereich des gesamten SCR-Systems (SCR: selective catalytic reduction) erheblich einschränkt. Darüber hinaus steht dem Einsatz wäßriger Harnstofflösungen deren ungünstiger Gefrierpunkt entgegen.In addition to the problem of solvents (weight and volume of water) and procedural difficulties a controlled dynamic dosage of this reducing agent in aerosol form is possible with this process of unwanted By-products, such as nitrogenous oligomers, and on the Indicate formation of the intermediate product isacyanoic acid (HNCO). In particular at exhaust gas temperatures below a temperature of 150 ° C a dosage is not recommended, which is the application of the entire SCR system (SCR: selective catalytic reduction) significantly restricted. Furthermore stands for the use of aqueous urea solutions unfavorable Freezing point towards.
Des weiteren ist zu beachten, daß die eutektische Temperatur in einem Stoffsystem Harnstoff/Wasser bei etwa –11,5° C liegt. Um den Anforderungen an die Wintertauglichkeit eines Betriebsstoffes in einem Kraftfahrzeug zu entsprechen, ist deshalb gegebenenfalls eine Zusatzheizung erforderlich. Auch die Dauerhaltbarkeit der Harnstofflösung könnte sich als problematisch erweisen.It should also be noted that the eutectic Temperature in a urea / water system is around –11.5 ° C. To meet the requirements for the winter suitability of a fuel Corresponding in a motor vehicle is therefore necessary additional heating required. The durability of the urea solution could also increase turn out to be problematic.
Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Reduktionsmittel-Erzeugung umfaßt den Einsatz von Ammoniak-Generatoren. Diese werden zwar außerhalb der Abgasleitung doch im Fahrzeug selbst, d. h. on board, eingesetzt. Dabei können von ihrer Handhabbarkeit unbedenkliche stickstoffhaltige Feststoffe, wie bspw. Ammoniumcarbamat, verwendet werden, die bei einem Erhitzen NH3 freisetzen und somit den NH3-SCR-Prozeß in seiner einfachsten Art ermöglichen.Another known method for producing reducing agents comprises the use of ammonia generators. These are used outside the exhaust pipe in the vehicle itself, ie on board. Safe to handle because of their manageability, nitrogen-containing solids, such as ammonium carbamate, which release NH 3 when heated and thus enable the NH 3 SCR process in its simplest manner.
Der Bauraum dieser Reaktoren, die außerdem in druckfester Form ausgeführt werden müssen, ist allerdings verhältnismäßig groß, was bei dem eingeschränkten Platzangebot in Personenkraftwagen zu erheblichen Schwierigkeiten führt. Ein weiteres Problem bei diesen Systemen stellt der mangelnde Wärmeübergang von der Reaktorbeheizung auf den Feststoff dar. Außerdem kann es durch Abkühlung nach dem Betrieb zu Rückreaktion und auch zu unerwünschten Nebenreaktionen kommen, wodurch die Zuleitungen in dem Abgasstrang verstopfen können. Das Verhältnis von mitgeführtem Reduktionsmittel zu Bauraum ist als ähnlich ungünstig einzustufen wie bei der Verwendung von wäßriger Harnstofflösung.The installation space of these reactors, the Moreover executed in pressure-resistant form Need to become, However, what is relatively large the restricted Space in passenger cars to considerable difficulties leads. Another problem with these systems is the lack of heat transfer from the reactor heating to the solid. In addition, it can be cooled by the operation to reverse reaction and also undesirable Side reactions occur, causing the supply lines in the exhaust line can clog. The relationship of carried Reducing agent to installation space is to be classified as similarly unfavorable as for the Use of aqueous urea solution.
Aus der Druckschrift
Demgegenüber sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, daß das Reduktionsmittel in fester Form eingebracht wird.In contrast, the method according to the invention provides before that Reductant is introduced in solid form.
Die direkte Einbringung des Reduktionsmittels in fester Form in den Abgaskanal bzw. den Abgasstrang bringt zahlreiche Vorteile, insbesondere im Vergleich zu der Dosierung von Harnstoff-Lösungen, mit sich, wie bspw. die Reduzierung des mitzuführenden Reduktionsmittelvorrats, die Wintertauglichkeit und die uneingeschränkte Lagerfähigkeit eines Feststoffes. Eine druckfeste Auslegung, zusätzliche Heizmaßnahmen zur Reduktionsmittelaufbereitung sowie Rückreaktionen, die zum Verstopfen des Dosiersystems führen können, entfallen im Gegensatz zu den NH3-Reaktoren.The direct introduction of the reducing agent in solid form into the exhaust duct or exhaust line brings numerous advantages, in particular in comparison to the metering of urea solutions, such as, for example, the reduction of the reducing agent supply to be carried, the winter suitability and the unrestricted storage stability of a solid , In contrast to the NH 3 reactors, there is no pressure-resistant design, additional heating measures for reducing agent preparation and back reactions that can lead to the dosing system becoming blocked.
Die thermische Energie zur Aufbereitung wird durch das Abgas selbst aufgebracht, die in Anbetracht der sehr geringen Reduktionsmittelmenge keinen Einfluß auf die gesamte energetische Bilanz des Systems hat. Demzufolge ist lediglich der Bedarf für die Einbringung und gleichmäßige Verteilung in den Abgasstrang zu berücksichtigen. Ammoniakabspaltende Substanzen, die hierzu eingesetzt werden können, sind Feststoffe, wie z.B. Harnstoff und auch Ammoniumcarbonat, -carbamat, Cyanursäure usw..The thermal energy for processing is applied by the exhaust gas itself, which in view of the very small amount of reducing agent has no influence on the overall energetic Of the system. As a result, only the need for the contribution and even distribution to be considered in the exhaust system. Ammonia-releasing substances that can be used for this are Solids such as Urea and also ammonium carbonate, carbamate, cyanuric acid etc..
Das Reduktionsmittel wird vorzugsweise als ein Pulver in den Abgaskanal eingeblasen. Dabei kann es vorgesehen sein, daß das Reduktionsmittel zunächst in Form von Prills bzw. Pellets vorliegt, diese Prills zunächst zu dem Pulver zerkleinert werden und das Reaktionsmittel in Pulverform dann in den Abgaskanal eingeblasen wird.The reducing agent is preferred blown into the exhaust duct as a powder. It can be provided be that Reducing agent first is in the form of prills or pellets, these prills initially the powder and the reactant in powder form is then blown into the exhaust duct.
Die nachfolgend aufgeführte Tabelle verdeutlicht die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber bekannten Verfahren.The table below illustrates the advantages of the method according to the invention over known ones Method.
Die Einbringung des Reduktionsmittels in fester Form hat somit gegenüber bekannten Varianten zahlreiche entscheidende Vorteile.The introduction of the reducing agent in solid form has thus opposite known variants numerous decisive advantages.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Reinigen des Abgases einer Brennkraftmaschine weist eine Einblaseinrichtung zum Einblasen von Reduktionsmittel in Pulverform in den Abgaskanal auf.The cleaning device according to the invention the exhaust gas of an internal combustion engine has an injection device for blowing reducing agent in powder form into the exhaust duct on.
Diese Vorrichtung ermöglicht die Realisierung eines zuverlässigen Dosierkonzeptes. Somit ist eine mechanisch zuverlässige und energetisch kostengünstige Einbringung des festen Reduktionsmittels möglich.This device enables Realization of a reliable Dosierkonzeptes. Thus is a mechanically reliable and energetically inexpensive Introduction of the solid reducing agent possible.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung ein Behältnis zur Aufnahme des Reduktionsmittels auf. In diesem Fall dient vorteilhafterweise eine Fördereinrichtung, bspw. eine Dosierschnecke, zum Transportieren des Reduktionsmittels von dem Behältnis zu der Einblaseinrichtung.The device preferably has a container to absorb the reducing agent. In this case, advantageously a conveyor, For example, a dosing screw for transporting the reducing agent from the container to the blowing device.
In Ausgestaltung der Erfindung ist außerdem eine Zerkleinerungseinrichtung zum Zerkleinern des Reduktionsmittels vor dem Einblasen in den Abgaskanal vorgesehen. Als Zerkleinerungseinrichtung dient bspw. eine Schlitzscheibe. In diesem Fall kann die Fördereinrichtung bereits eine erste Zerkleinerung des Reduktionsmittels bewirken.In an embodiment of the invention Moreover a comminution device for comminuting the reducing agent provided before blowing into the exhaust duct. As a shredding device serves, for example, a slotted disc. In this case, the conveyor already bring about a first comminution of the reducing agent.
Die erfindungsgemäße Verwendung der beschriebenen Vorrichtung sieht deren Einsatz zum Reinigen von Abgasen einer Brennkraftmaschine vor.The use according to the invention of the described The device provides their use for cleaning exhaust gases from an internal combustion engine in front.
Für eine zuverlässige und dauerhaltbare Eindosierung des festen Reduktionsmittels ist es zweckmäßig, den Feststoff in möglichst fein verteilter Form mit hoher Gleichverteilung in den Abgasstrang einzubringen, um einen hohen Wirkungsgrad des Reduktionsmittels sicherzustellen. Dies wird am besten durch eine Einblasung des Reduktionsmittels als feines Pulver erreicht. Zu berücksichtigen ist jedoch, daß Personenkraftwagen im Gegensatz zu Lastkraftwagen über keine externe Pressluftquelle verfügen. Außerdem ist es nicht ratsam, ein von Anfang an fein verteiltes Pulver ständig in einem Vorratsbehälter mitzuführen, da dieses zu Verklumpungen neigt. Des weiteren ist die Schüttdichte und somit die Dosierkonstanz abhängig von dem Füllstand des Vorratsbehälters. Dieser sollte so dimensioniert sein, daß ein Nachfüllen in üblichen Wartungsintervallen möglich ist, d. h. daß dieser etwa 10–15 Kg fassen sollte.For a reliable and permanent dosing of the solid reducing agent it expedient that Solid in as much as possible finely distributed shape with high even distribution in the exhaust system to bring in a high efficiency of the reducing agent sure. This is best done by blowing in the reducing agent achieved as a fine powder. It should be noted, however, that passenger cars are the opposite to trucks over have no external compressed air source. It is also not advisable to use one Always carry finely divided powder in a storage container from the start, because this tends to clump. Furthermore, the bulk density and thus the dosing constancy depends from the level of the storage container. This should be dimensioned so that it can be refilled at normal maintenance intervals possible is, d. H. that this about 10-15 Kg should take.
Runde Prills mit einem Durchmesser von ca. 2mm, wie bspw. ein handelsüblicher Düngemittelharnstoff, sind dagegen unproblematisch zu lagern. Bei diesen findet kein Verklumpen statt, die Schüttdichte ist konstant und die Rieselfähigkeit ist ebenfalls gewährleistet. Daraus folgt, daß die Prills bzw. Pellets reproduzierbar und kontinuierlich dosiert, danach möglichst fein zerkleinert und anschließend in den Abgasstrang eingeblasen werden können.Round prills with a diameter about 2mm, such as a commercially available fertilizer urea, are against it to store without problems. There is no clumping with these, the bulk density is constant and the flowability is also guaranteed. It follows that the Prills or pellets reproducible and continuously dosed, then preferably finely crushed and then can be blown into the exhaust line.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and configurations the invention will become apparent from the description and the accompanying Drawing.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above not only mentioned and the features to be explained below in the specified combination, but also in others Combinations or alone can be used without the frame to leave the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.The invention is based on an embodiment shown schematically in the drawing and is described below Described in detail with reference to the drawing.
In
In dem Behältnis
Die Vorrichtung
Die nachfolgende Tabelle ergibt einen Überblick zu den Anforderungen an ein Feststoffdosiersystem für Personenkraftwagen und die Bearbeitung durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.The following table gives an overview on the requirements for a solid dosing system for passenger cars and processing by the device according to the invention.
Die Tabelle verdeutlicht, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung für einen Einsatz in einem PKW sehr gut geeignet ist.The table shows that the device according to the invention for one Use in a car is very suitable.
In
Bei der dargestellten Vorrichtung
Die Dosierschnecke
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| R016 | Response to examination communication | ||
| R002 | Refusal decision in examination/registration proceedings | ||
| R003 | Refusal decision now final |
Effective date: 20130111 |