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WO2007014650A1 - Verfahren zur verminderung der stickoxid- und partikelemissionen einer verbrennungskraftmaschine und entsprechende abgasnachbehandlungseinheit - Google Patents

Verfahren zur verminderung der stickoxid- und partikelemissionen einer verbrennungskraftmaschine und entsprechende abgasnachbehandlungseinheit Download PDF

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WO2007014650A1
WO2007014650A1 PCT/EP2006/007197 EP2006007197W WO2007014650A1 WO 2007014650 A1 WO2007014650 A1 WO 2007014650A1 EP 2006007197 W EP2006007197 W EP 2006007197W WO 2007014650 A1 WO2007014650 A1 WO 2007014650A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
reducing agent
exhaust gas
particle separator
aftertreatment unit
nitrogen
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2006/007197
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English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf BRÜCK
Ulf Klein
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vitesco Technologies Lohmar Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Emitec Gesellschaft fuer Emissionstechnologie mbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Definitions

  • the present invention is an exhaust gas aftertreatment unit for the simultaneous reduction of nitrogen oxide and particulate emissions of an internal combustion engine, and a corresponding method.
  • the exhaust aftertreatment unit and the corresponding method can be used in particular in mobile applications such as in motor vehicles.
  • the unwanted substances are nitrogen oxides (NO x ) and particulate emissions. Due to the operation of the internal combustion engines with hydrocarbons, these particles contain carbon. Especially with very small and / or average particle diameters, the effect of the particulate matter particle emissions on organisms is unclear, but a harmful effect, in particular of the respirable particles, appears possible. Due to the design of modern internal combustion engines, however, the proportion of nitrogen oxides and particles is regularly coupled together. This means that a reduction in the proportion of nitrogen oxide often results, as a side effect, in an increase in the corresponding particle fraction of the exhaust gas.
  • the present invention is based on the object to propose a method for reducing both the nitrogen oxide and the particulate fraction in the exhaust gas of internal combustion engines and a corresponding exhaust aftertreatment unit.
  • This object is achieved by a Abgasnach- treatment unit with the features of claim 1 and a method with The features of claim 8.
  • Advantageous developments are the subject of the respective dependent claims.
  • An exhaust gas aftertreatment unit according to the invention can be flowed through in a flow direction and comprises the following components one behind the other in the flow direction:
  • Each of the three components 1.1), 1.2) and 1.3) may comprise a honeycomb body.
  • honeycomb bodies which comprise at least one at least partially structured metallic layer, which are constructed in such a way that cavities can be formed at least for a fluid, are particularly preferred.
  • the honeycomb bodies can also have, at least partially, at least partially walls permeable to a fluid, which walls are formed, for example, of porous ceramic or a corresponding porous metallic material.
  • At least the catalysts 1.1) and 1.2) have a corresponding catalytically active coating or a coating comprising a catalytically active substance.
  • the coating may comprise washcoat.
  • a reducing agent feed is formed between the oxidation catalyst and the SCR catalyst.
  • nitrogen-containing reducing agents are regularly used.
  • Particularly preferred in this case is the use of ammonia (NH 3 ) as a reducing agent.
  • the SCR catalytic converter or the exhaust gas aftertreatment unit can be designed such that the so-called “almost SCR reaction” takes place, which is the case in particular when the temperature of the SCR catalytic converter regularly does not exceed about 200.degree a reaction of nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) with ammonia (NH 3 ) to form molecular nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O):
  • the oxidation catalyst 1.1) is designed so that not a complete conversion of nitrogen monoxide is catalyzed in nitrogen dioxide. Furthermore, it is also possible to direct at least a portion of the exhaust gas flow around the oxidation catalyst in dependence on the applied nitrogen monoxide and nitrogen dioxide concentration, so as to enter the SCR catalyst 1.2) as optimally as possible a mixture of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide to carry out the " If, for example, the end temperature of the SCR catalyst 1.2) is above 200 ° C., and thus instead of the "fast SCR reaction", other SCR reactions increasingly take place, for example the conversion of nitrogen monoxide with ammonia to molecular nitrogen and water: 4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4N2 + 6 H2O
  • a bypass of the oxidation catalyst can also take place in order to obtain the best possible mixture of nitrogen monoxide and nitrogen dioxide in the SCR catalyst 1.2).
  • a bypass of the oxidation catalyst can be carried out in an advantageous manner. This regulation of the bypass can be independent of the position of the Pismeabscheiders 1.3) relative to the SCR catalyst 1.2) and also without that a Piserabscheider 1.3) is formed.
  • the reducing agent supply comprises reducing agent precursor supply means and means for converting the reducing agent precursor into the reducing agent.
  • the reducing agent comprises in particular a nitrogen-containing compound, more preferably ammonia.
  • the reducing agent precursor is a substance which splits off the reducing agent or which can be converted into the reducing agent.
  • Particularly preferred here is the use of urea as a reducing agent precursor.
  • the urea can be introduced in particular in the form of an aqueous urea solution or as a solid by feed.
  • the means for converting the reducing agent precursor into the reducing agent may comprise means for thermolysis and / or hydrolysis of the reducing agent precursor.
  • urea is used as the reducing agent precursor
  • a thermolysis of urea ((NH 2 ) 2 CO) can be used here. to ammonia (NH 3 ) and isocyanic acid (HCNO) take place.
  • HCNO isocyanic acid
  • Thermolysis and hydrolysis can in particular also take place in a single component, for example a honeycomb body provided with a hydrolysis catalyst coating.
  • means for regeneration of the particle separator are formed.
  • the regeneration of the particle separator is understood in particular to mean the reaction of the carbon-containing particles into carbon monoxide (CO) and / or carbon dioxide (CO 2 ).
  • the means for regenerating the particle separator can comprise, for example, an oxidation catalyst, before which hydrocarbons are introduced into the exhaust gas flow, for example by a superstoichiometric filling of at least one cylinder of the internal combustion engine.
  • the oxidation catalyst which may also be applied in the form of a correspondingly formed coating on a honeycomb body, the exothermic reaction and oxidation of the hydrocarbons takes place. As a result, the exhaust gas heats up, so that the downstream particle separator 1.3) is heated.
  • the particle separator 1.3 may comprise means for regeneration, by means of which a surface sliding discharge for promoting the oxidation of the carbon particles can be formed.
  • the particle separator can have a corresponding coating which lowers the temperature from which oxidation of the carbon takes place.
  • the above-mentioned different means for regeneration of the particle separator can also be advantageously combined with one another.
  • the means for regenerating the particle separator comprise means for generating a plasma.
  • a non-thermal plasma in particular a non-thermal surface sliding discharge.
  • This is understood to mean, in particular, an electrical gas discharge burning in contact with a generally electrically insulating or only weakly conductive surface for the purpose of producing a non-thermal plasma while largely avoiding gas heating.
  • This surface sliding discharge can be operated continuously or discontinuously, in particular depending on the loading state of the particle separator.
  • the electrodes and / or the operation of the plasma reference is made to DE 100 57 862 C1, the disclosure content of which is hereby included in the disclosure content of the present invention.
  • the particle separator comprises a closed particle filter.
  • a closed particulate filter a par- understood in which a plurality of channels are formed and in which the exhaust gas must flow through at least one wall between these channels.
  • the particle separator comprises means for the electrostatic precipitation of particles.
  • electrodes may be formed which have a DC voltage or a low-frequency AC voltage, preferably in the range of frequencies of less than 120 Hz, preferably less than 90 Hz, more preferably even less than 10 Hz.
  • a DC voltage or a low-frequency AC voltage preferably in the range of frequencies of less than 120 Hz, preferably less than 90 Hz, more preferably even less than 10 Hz.
  • a method for reducing the nitrogen oxide and particulate emissions of an internal combustion engine comprising the following steps: 8.1) oxidation of at least nitrogen monoxide (NO), 8.2) selective catalytic reduction of nitrogen oxides (NO x ) and subsequently 8.3 ) Deposition of at least a portion of the particles in the exhaust gas.
  • a nitrogen-containing reducing agent is supplied and / or generated, in particular ammonia.
  • a reducing agent precursor is fed and converted into reducing agent.
  • a reducing agent precursor is understood here to mean a compound which can split off reducing agents and / or which can be converted into reducing agents.
  • a possible reducing agent precursor for the re reducing agent ammonia is, for example, urea.
  • the particle separator comprises a closed particle filter.
  • the deposited particles are at least partially set.
  • An at least partial conversion is understood to mean, in particular, an at least partial oxidation of the carbon contained in the particles.
  • a regenerable particle separator is preferably used. In this case, the particles deposited on the particle separator are reacted, for example as explained above.
  • Particularly preferred in this case is a process control, in which the reaction of the .P sie and thus also the regeneration of the Pelleabscheiders is plasma assisted.
  • the reaction of the particles or the regeneration of the particle separator can take place by way of a non-thermal surface lubricant discharge as explained above.
  • Such an electrostatic deposition or even a deposition based on a low-frequency AC voltage can be combined in a particularly advantageous manner with a so-called open particle filter or particle, which is designed so that the exhaust gas does not have to flow through a wall between two channels, but Rather, if appropriate, without being able to flow through a wall through the particle separator.
  • FIG. 1 shows specific ⁇ matically an exhaust gas treatment unit of the invention 1.
  • This comprises an oxidation catalyst 2, an SCR catalyst 3, and a particle separator 4.
  • the exhaust after-treatment unit 1 can be flowed through by the exhaust gas 5 of an internal combustion engine not shown in a flow direction. 6
  • the oxidation catalytic converter 2, the SCR catalytic converter 3 and the particle separator 4 are formed one behind the other in the flow direction 6.
  • a reducing agent supply 7 is formed between oxidation catalyst 2 and SCR catalyst 3.
  • This comprises feed means 8 for supplying a reducing agent precursor and means 9 for converting the reducing agent precursor into the reducing agent.
  • the means 9 for converting the reducing agent precursor to reducing agent comprise in particular a hydrolysis catalyst on which a reducing agent precursor urea is thermally and / or hydrolyzed to ammonia as a reducing agent.
  • a barrier catalyst 10 is formed downstream of the SCR catalyst 3. In this, possibly by the SCR catalyst 3 penetrating reducing agent is reacted.
  • the barrier catalyst 10 has an oxidation catalyst coating that effects oxidation of the reductant.
  • the oxidation catalyst 2, the SCR catalyst 3, the means for converting the reducing agent precursor to the reducing agent 9, the barrier catalyst 10 and / or the particle separator 4 may advantageously comprise honeycomb bodies which have walls separated by walls for an exhaust gas flow through channels.
  • the honeycomb bodies can in particular be constructed of metallic layers which are at least partially structured so that the layers limit channels.
  • a bypass 11 is formed, by means of which the exhaust gas 5 can at least partially flow around the oxidation catalyst 2.
  • There are flow ⁇ conducting means 12 are formed by means of controlling the amount of exhaust gas which flows through the by pass ⁇ 11, and / or can be regulated.
  • the flow-guiding means 12 may be a movable flap.
  • the proportion of the exhaust gas 5 flowing through the bypass is controlled depending on the temperature of the SCR catalyst 3.
  • the bypass flow is adjusted in each case so that an optimal ratio of the content of nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ) is present before the SCR catalyst, so that the SCR reactions taking place at this SCR catalyst temperature as described above are as optimal as possible - Have ratio, so that as complete as possible implementation of the nitrogen oxides in the exhaust gas 5 takes place at the SCR catalyst 3.
  • the particle separator 4 has means 13 for the electrostatic or low-frequency separation of particles from the exhaust gas 5. In the figure, these are symbolized by corresponding voltage connections.
  • electrostatic precipitation which is initiated by the means 13 for the electrostatic deposition of particles, particles can be deposited and agglomerated.
  • a low-frequency deposition is to be understood here in particular as a deposition, which is based on a low-frequency AC voltage. For example, here channel walls may be formed in the particle separator, which have different electrical potentials on opposite walls.
  • the particle separator has means 14 for generating a plasma, in particular a non-thermal surface lubricant discharge.
  • means for regenerating the particle separator in which regeneration of the particle separator 4, that is to say conversion of the carbon in the separated particles, due to the non-thermal surface sliding discharges, can be realized by means of this plasma.
  • the regeneration of the particle separator 4, that is to say the at least partial reaction of the particles which are deposited on the particle separator 4 can take place continuously or discontinuously.
  • a discontinuous regeneration which operates depending on the loading state or degree of separation of the P
  • the exhaust aftertreatment unit 1 according to the invention as well as the method according to the invention advantageously make it possible to reduce the nitrogen oxide and particle emissions of an internal combustion engine.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Abgasnachbehandlungseinheit (1), die in einer Strömungsrichtung (6) durchströmbar ist, umfassend in Strömungsrichtung (6) hintereinander die folgenden Komponenten: 1.1) einen Oxidationskatalysator (2) zumindest zur Oxidation von Stickstoffmonoxid (NO), 1.2) einen SCR-Katalysator (3) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (NO<SUB>X</SUB>) und 1.3) einen Partikelabscheider (4). Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit (1) ebenso wie das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen in vorteilhafter Weise die Verringerung der Stickoxid- und Partikelemissionen einer Verbrennungskraftmaschine.

Description

Verfahren zur Verminderung der Stickoxid- und Partikelemissionen einer Verbrennungskraftmaschine und entsprechende Abgasnachbehandlungseinheit
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Abgasnachbehandlungseinheit zur gleichzeitigen Verminderung der Stickoxid- und Partikelemissionen einer Verbrennungskraftmaschine, sowie ein entsprechendes Verfahren. Die Abgasnachbehandlungseinheit sowie das entsprechende Verfahren können insbesondere bei mobilen Anwendungen wie beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen.
In zahlreichen Ländern existieren gesetzlich einzuhaltende Grenzwerte für die Anteile bestimmter unerwünschter Substanzen im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen. Unter anderem handelt es sich bei den nicht erwünschten Stoffen auch um Stickoxide (NOx) und Partikel emissionen. Auf Grund des Betriebs der Verbrennungskraftmaschinen mit Kohlenwasserstoffen enthalten diese Partikel Kohlenstoff. Gerade bei sehr kleinen und/oder mittleren Partikeldurchmessern ist der Effekt der Feinstaub genannten Partikelemissionen auf Lebewesen unklar, eine gesundheitsschädliche Wirkung insbesondere der Lungengängigen Partikel erscheint jedoch möglich. Auf Grund der Konzeption der modernen Verbrennungskraftmaschinen ist jedoch der Anteil an Stickoxiden und Partikeln regelmäßig aneinander gekoppelt. Das heißt, dass eine Verringerung des Stickoxidanteils oft quasi als Nebenwirkung eine Erhöhung des entsprechenden Partikelanteils des Abgases zur Folge hat.
Von daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Reduzierung sowohl des Stickoxid- als auch des Partikelanteils im Abgas von Verbrennungskraftmaschinen sowie eine entsprechende Abgasnachbehandlungseinheit vorzuschlagen. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Abgasnachbe- handlungseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit ist in einer Strömungsrich- tung durchströmbar und umfasst in Strömungsrichtung hintereinander die folgenden Komponenten:
1.1) einen Oxidationskatalysator zumindest zur Oxidation von Stickstoffmonoxid (NO),
1.2) einen SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stick- oxiden (NOx) und
1.3) einen Partikelabscheider.
Die erfmdungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit erlaubt es in vorteilhafter Weise, gleichzeitig den Gehalt an Stickoxiden und den Gehalt an Partikeln im Abgas zu reduzieren. Jede der drei Komponenten 1.1), 1.2) und 1.3) kann einen Wabenkörper umfassen. Hierbei sind beispielsweise keramische Wabenkörper und/oder metallische Wabenkörper einsetzbar. Besonders bevorzugt sind hierbei Wabenkörper die mindestens eine zumindest teilweise strukturierte metallische Lage umfassen, die so aufgebaut sind, dass sich für ein Fluid zumindest durch- strömbare Hohlräume bilden. Die Wabenkörper können zumindest teilweise auch zumindest teilweise für ein Fluid durchströmbare Wände aufweisen, die beispielsweise aus poröser Keramik oder einem entsprechenden porösem metallischen Material ausgebildet sind.
Zumindest die Katalysatoren 1.1) und 1.2) weisen eine entsprechende katalytisch aktive Beschichtung oder eine eine katalytisch aktive Substanz umfassende Be- schichtung auf. Insbesondere kann die Beschichtung Washcoat umfassen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abgasnachbe- handlungseinheit ist zwischen Oxidationskatalysator und SCR-Katalysator eine Reduktionsmittelzufuhr ausgebildet. Bei der selektiven katalytischen Reduktion werden regelmäßig stickstoffhaltige Reduktionsmittel eingesetzt. Insbesondere bevorzugt ist hierbei der Einsatz von Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel. Der SCR-Katalysator bzw. die Abgas- nachbehandlungseinheit kann so ausgebildet werden, dass die so genannte „fast- SCR Reaktion" abläuft. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators regelmäßig etwa 200°C nicht überschreitet. Hierbei erfolgt eine Reaktion von Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) mit Ammoniak (NH3) zu molekularem Stickstoff (N2) und Wasser (H2O):
NO + NO2 + 2 NH3 -> 2 N2 + 3 H2O
Weiterhin laufen hierbei Nebenreaktionen ab, bei denen beispielsweise Stickstoffdioxid mit Ammoniak zu molekularem Stickstoff und Wasser und gegebenenfalls noch Ammoniumnitrat (NH4NO3) umgesetzt wird:
6 NO2 + 8 NH3 -> 7 N2 + 12 H2O;
2 NO2 + 2 NH3 -> N2 + H2O + NH4NO3
Von daher ist in besonders vorteilhafter Weise der Oxidationskatalysator 1.1) so ausgebildet, dass nicht eine gänzliche Umwandlung von Stickstoffmonoxid in Stickstoffdioxid katalysiert wird. Weiterhin ist es auch möglich, zumindest einen Teil des Abgasstroms in Abhängigkeit von der anliegenden Stickstoffmonoxid- und Stickstoffdioxidkonzentration um den Oxidationskatalysator herum zu leiten, um so beim Eintritt in den SCR-Katalysator 1.2) ein möglichst optimales Gemisch von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid zur Durchführung der „fast-SCR- reaction" vorliegen zu haben. Sollte die Endtemperatur des SCR-Katalysators 1.2) beispielsweise oberhalb von 200°C liegen und somit statt der „fast-SCR-reaction" andere SCR-Reaktionen vermehrt ablaufen, also beispielsweise die Umsetzung von Stickstoffmonoxid mit Ammoniak zu molekularem Stickstoff und Wasser: 4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4 N2 + 6 H2O
abläuft, kann ebenfalls ein Bypass des Oxidationskatalysators erfolgen, um ein möglichst optimales Gemisch von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid im SCR-Katalysator 1.2) zu erhalten. Hierzu kann es beispielsweise vorteilhaft sein, die Temperatur des SCR-Katalysators 1.2), sowie gegebenenfalls den Stickoxidoder Stickstoffmonoxid- oder Stickstoffdioxidgehalt direkt vor dem SCR- Katalysator 1.2) zu bestimmen, also beispielsweise zu berechnen oder zu messen. Ausgehend von diesen Daten kann in vorteilhafter Weise ein Bypass des Oxidationskatalysators erfolgen. Diese Regelung des Bypasses kann unabhängig von der Lage des Partikelabscheiders 1.3) relativ zum SCR-Katalysator 1.2) und auch ohne, dass ein Partikelabscheider 1.3) ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfmdungs gemäßen Abgasnachbehandlungseinheit umfasst die Reduktionsmittelzufuhr Zufuhrmittel für einen Reduktionsmittelvorläufer und Mittel zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in das Reduktionsmittel.
Das Reduktionsmittel umfasst insbesondere eine stickstoffhaltige Verbindung, besonders bevorzugt Ammoniak. Der Reduktionsmittelvorläufer stellt einen Stoff dar, der das Reduktionsmittel abspaltet oder der in das Reduktionsmittel umgewandelt werden kann. Besonders bevorzugt ist hierbei der Einsatz von Harnstoff als Reduktionsmittelvorläufer. Der Harnstoff kann insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung oder auch als Feststoff durch Zufuhrmittel eingebracht werden.
Insbesondere können die Mittel zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in das Reduktionsmittel Mittel zur Thermolyse und/oder Hydrolyse des Redukti- onsmittelvorläufers umfassen. Wird als Reduktionsmittelvorläufer Harnstoff eingesetzt, so können hier insbesondere eine Thermolyse von Harnstoff ((NH2)2CO) zu Ammoniak (NH3) und Isocyansäure (HCNO) erfolgen. Bei diesem Beispiel erfolgt bei der Hydrolyse die Umwandlung von Isocyansäure (HCNO) und Was¬ ser zu Ammoniak und Kohlendioxid.
(NH2)2CO -> NH3 + HCNO
HCNO + H2O -> NH3 + CO2
Thermolyse und Hydrolyse können insbesondere auch in einem einzigen Bauteil, beispielsweise einem mit einer Hydrolysekatalysatorbeschichtung versehenen Wabenkörper ablaufen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit sind Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders ausgebildet.
Unter der Regeneration des Partikelabscheiders wird im Rahmen dieser Erfindung insbesondere die Umsetzung der kohlenstoffhaltigen Partikel zu Kohlenmonoxid (CO) und/oder Kohlendioxid (CO2) verstanden. Die Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders können beispielsweise einen Oxidationskatalysator umfassen, vor dem Kohlenwasserstoffe, beispielsweise durch eine überstöchiometrische Befüllung zumindest eines Zylinders der Verbrennungskraftmaschine in den Abgasstrom eingebracht werden. In oder an dem Oxidationskatalysator, der ebenfalls in Form einer entsprechend ausgebildeten Beschichtung auf einem Wabenkörper aufgebracht sein kann, erfolgt die exotherme Umsetzung und Oxidation der Kohlenwasserstoffe. Hierdurch heizt sich das Abgas auf, so dass auch der stromabwärts liegende Partikelabscheider 1.3) aufgeheizt wird. Ab einer bestimmten Grenztemperatur erfolgt bei Vorliegen von Sauerstoff eine Oxidation des Kohlenstoffs in den Partikeln und damit einer Regeneration des Partikelfilters. Eine wei- tere Möglichkeit der Regeneration besteht darin, als Mittel zur Regeneration Heizmittel auszubilden, die den Partikelfilter aufheizbar machen. So kann in be- stimmten Regenerationsintervallen der Partikelfilter über die eben genannte Grenztemperatur aufgeheizt werden, um so die Umsetzung des Kohlenstoffs in Gang zu bringen. Weiterhin kann der Partikelabscheider 1.3) Mittel zur Regeneration umfassen, mittels derer eine Oberflächengleitentladung zur Förderung der Oxidation der Kohlenstoffpartikel gebildet werden kann. Zusätzlich zu allen oben genannten Möglichkeiten der Regeneration kann der Partikelabscheider eine entsprechende Beschichtung aufweisen, die die Temperatur senkt ab der eine Oxidation des Kohlenstoffs abläuft. Die oben angegebenen unterschiedlichen Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders können auch in vorteilhafter Weise mitein- ander kombiniert werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit umfassen die Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders Mittel zur Erzeugung eines Plasmas.
Bevorzugt ist hierbei die Ausbildung eines nichtthermischen Plasmas, insbesondere einer nichtthermischen Oberflächengleitentladung. Hierunter wird insbesondere eine im Kontakt mit einer im Allgemeinen elektrisch isolierenden oder nur schwach leitfähigen Oberfläche brennende elektrischen Gasentladung zur Erzeu- gung eines nichtthermischen Plasmas unter weitgehender Vermeidung einer Gas- aufheizüng verstanden. Diese Oberflächengleitentladung kann kontinuierlich oder diskontinuierlich, insbesondere abhängig vom Beladungszustand des Partikelabscheiders betrieben werden. In Bezug auf die Ausbildung des Partikelabscheiders, der Elektroden und/oder dem Betrieb des Plasmas wird auf die DE 100 57 862 Cl verwiesen, deren Offenbarungsgehalt hiermit in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung aufgenommen wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit umfasst der Partikelabscheider einen geschlossenen Partikelfilter. Unter einem geschlossenen Partikelfilter wird insbesondere ein Par- tikelfilter verstanden, bei dem mehrere Kanäle ausgebildet sind und bei dem das Abgas mindestens eine Wand zwischen diesen Kanälen durchströmen muss.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Ab- gasnachbehandlungseinheit umfasst der Partikelabscheider Mittel zum elektrostatischen Abscheiden von Partikeln.
Insbesondere können hierbei Elektroden ausgebildet sein, die mit einer Gleichspannung oder einer niederfrequenten Wechselspannung, bevorzugt im Bereich von Frequenzen von weniger als 120 Hz, bevorzugt weniger als 90 Hz, besonders bevorzugt sogar von weniger als 10Hz aufweisen. Mittels dieser Mittel können die Kohle umfassende Partikel aufgeladen werden und an der positiv geladenen Elektrode abgeschieden werden. Hierdurch kann es gleichzeitig zu einer Agglomeration der Partikel kommen, in dem mehrere Partikel aneinander haften.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Verminderung der Stickoxid- und Partikelemission einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst: 8.1) Oxidation zumindest von Stickstoffmonoxid (NO), 8.2) selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden (NOx) und darauffolgend 8.3) Abscheidung zumindest eines Teils der Partikel im Abgas.
Bevorzugt ist hierbei eine Verfahrensführung, bei der nach der Oxidation 8.1) und vor der selektiven katalytischen Reduktion 8.2) Reduktionsmittel zugeführt und/oder erzeugt wird. Bevorzugt wird hierbei ein stickstoffhaltiges Reduktionsmittel zugeführt und/oder erzeugt, insbesondere Ammoniak. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass ein Reduktionsmittelvorläufer zugeführt und zu Reduktionsmittel umgesetzt wird. Unter einem Reduktionsmittelvorläufer wird hier eine Verbindung verstanden, die Reduktionsmittel abspalten und/oder die in Reduktionsmittel umgewandelt werden kann. Ein möglicher Reduktionsmittelvorläufer für das Re- duktionsmittel Ammoniak ist beispielsweise Harnstoff. Besonders bevorzugt ist hierbei, dass der Partikelabscheider einen geschlossenen Partikelfilter umfasst.
Weiterhin bevorzugt werden die abgeschiedenen Partikel zumindest teilweise vrai- gesetzt. Unter einer zumindest teilweisen Umsetzung wird hier insbesondere eine zumindest teilweise Oxidation des in den Teilchen enthaltenen Kohlenstoffs verstanden. Weiterhin bevorzugt ist ein regenerierbarer Partikelabscheider. Hierbei werden die auf den Partikelabscheider abgeschiedenen Partikel umgesetzt, beispielsweise wie oben dargelegt.
Besonders bevorzugt ist hierbei eine Verfahrensführung, bei der die Umsetzung der .Partikel und damit auch die Regeneration des Partikelabscheiders plasmaunterstützt erfolgt. Insbesondere kann hier die Umsetzung der Partikel bzw. die Regeneration des Partikelabscheiders auf dem Wege einer nichtthermischen Oberflä- chengleitentladung wie oben dargelegt erfolgen.
Besonders bevorzugt ist weiterhin ein Verfahren, bei dem die Partikelabscheidung zumindest teilweise durch ein elektrisches Feld zumindest unterstützt wird.
Eine solche elektrostatische Abscheidung oder auch eine Abscheidung, die auf einer niederfrequenten Wechselspannung beruht, kann in besonders vorteilhafter Weise auch mit einem so genannten offenen Partikelfilter oder Partikelabscheider kombiniert werden, der so ausgestaltet ist, dass das Abgas keine Wand zwischen zwei Kanälen durchströmen muss, sondern vielmehr gegebenenfalls auch ohne durch eine Wand zu strömen durch den Partikelabscheider hindurchströmen kann.
Die hier im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungseinheit offenbarten Anwendungsmöglichkeiten, Vorteile und Details lassen sich in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Verfahren übertragen und anwenden und umgekehrt. Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der beigefügten Figur näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf das dort gezeigte Ausführungsbeispiel sowie die dort offenbarten Vorteile und Details beschränkt wäre. Die einzige Figur 1 zeigt sche¬ matisch eine erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit 1. Diese umfasst einen Oxidationskatalysator 2, einen SCR-Katalysator 3 und einen Partikelabscheider 4. Die Abgasnachbehandlungseinheit 1 ist vom Abgas 5 einer nicht gezeigten Verbrennungskraftmaschine in einer Strömungsrichtung 6 durchströmbar. Erfindungsgemäß sind der Oxidationskatalysator 2, der SCR-Katalysator 3 und der Partikelabscheider 4 in Strömungsrichtung 6 hintereinander ausgebildet.
Zwischen Oxidationskatalysator 2 und SCR-Katalysator 3 ist eine Reduktionsmittelzufuhr 7 ausgebildet. Diese umfasst Zufuhrmittel 8 zur Zuführung eines Reduktionsmittelvorläufers und Mittel 9 zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in das Reduktionsmittel. Die Mittel 9 zur Umwandlung des Reduktionsmit- telvorläufers zu Reduktionsmittel umfassen insbesondere einen Hydrolysekatalysator, auf welchem ein Reduktionsmittelvorläufer Harnstoff zu Ammoniak als Reduktionsmittel thermo- und/oder hydrolisiert wird. Stromabwärts des SCR- Katalysators 3 ist ein Sperrkatalysator 10 ausgebildet. Bei diesem wird eventuell durch den SCR-Katalysator 3 durchdringendes Reduktionsmittel umgesetzt. Ins- besondere weist der Sperrkatalysator 10 eine Oxidationskatalysatorbeschichtung auf, die eine Oxidation des Reduktionsmittels bewirkt.
Der Oxidationskatalysator 2, der SCR-Katalysator 3, die Mittel zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers zur Reduktionsmittel 9, der Sperrkatalysator 10 und/oder der Partikelabscheider 4 können in vorteilhafter Weise Wabenkörper umfassen, die durch Wände voneinander getrennte für ein Abgas durchströmbare Kanäle aufweise. Die Wabenkörper können insbesondere aus metallischen Lagen aufgebaut sein, die zumindest teilweise strukturiert sind, so dass die Lagen Kanäle begrenzen. Weiterhin ist ein Bypass 11 ausgebildet, mittels dem das Abgas 5 zumindest teil¬ weise um den Oxidationskatalysator 2 herumströmen kann. Es sind Strömungs¬ leitmittel 12 ausgebildet, mittels der der Anteil an Abgas, welcher durch den By¬ pass 11 strömt, gesteuert und/oder geregelt werden kann. Beispielsweise kann es sich bei den Strömungsleitmitteln 12 um eine bewegliche Klappe handeln. Hierbei wird der Anteil des Abgases 5, der durch den Bypass strömt, in Abhängigkeit von der Temperatur des SCR-Katalysators 3 gesteuert. Die Bypassströmung wird jeweils so eingestellt, dass vor dem SCR-Katalysator ein optimales Verhältnis des Gehalts an Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) vorliegt, so dass die bei dieser SCR-Katalysatortemperatur ablaufenden SCR-Reaktionen wie oben beschrieben ein möglichst optimales Edukt- Verhältnis aufweisen, so dass eine möglichst vollständige Umsetzung der Stickoxide im Abgas 5 am SCR- Katalysator 3 erfolgt.
Der Partikelabscheider 4 weist Mittel 13 zum elektrostatischen oder niederfrequenten Abscheiden von Partikeln aus dem Abgas 5 auf. In der Figur sind diese durch entsprechende Spannungsanschlüsse symbolisiert. Mittels einer elektrostatischen Abscheidung, welche durch die Mittel 13 zum elektrostatischen Abscheiden von Partikeln initiiert wird, können Partikel abgeschieden und agglomeriert wer- den. Unter einer niederfrequenten Abscheidung ist hier insbesondere auch eine Abscheidung zu verstehen, die auf einer niederfrequenten Wechselspannung beruht. Beispielsweise können hier Kanalwandungen im Partikelabscheider ausgebildet sein, die jeweils an entgegengesetzten Wänden unterschiedliche elektrische Potentiale aufweisen. Weiterhin weist der Partikelabscheider Mittel 14 zum Er- zeugen eines Plasmas, insbesondere einer nichtthermischen Oberflächengleitent- ladung, auf. Durch dieses Plasmas können insbesondere Mittel zur Regeneration des Partikelabscheiders realisiert werden, bei denen eine Regeneration des Partikelabscheiders 4, also eine Umsetzung des Kohlenstoffs in den abgeschiedenen Partikeln, auf Grund der nichtthermischen Oberflächengleitentladungen erfolgt. Grundsätzlich kann die Regeneration des Partikelabscheiders 4, also die zumindest teilweise Umsetzung der Partikel die auf den Partikelabscheider 4 abgeschieden werden, kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Insbesondere vorteilhaft ist eine diskontinuierliche Regeneration, die abhängig vom Beladungszustand oder Abscheidungsgrad des Partikelabscheiders 4 arbeitet.
Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungseinheit 1 ebenso wie das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen in vorteilhafter Weise die Verringerung der Stickoxid- und Partikelemissionen einer Verbrennungskraftmaschine.
Bezugszeichenliste
I Abgasnachbehandlungseinheit 2 Oxidationskatalysator
3 SCR-Katalysator
4 Partikelabscheider
5 Abgas
6 Strömungsrichtung 7 Reduktionsmittelzuruhr
8 Zufuhrmittel
9 Mittel zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in Reduktionsmittel
10 Sperrkatalysator
I 1 Bypass 12 Strömungsleitmittel
13 Mittel zum elektrostatischen Abscheiden von Partikeln
14 Mittel zum Erzeugen eines Plasmas

Claims

Patentansprüche
1. Abgasnachbehandlungseinheit (1), die in einer Strömungsrichtung (6) durchströmbar ist, umfassend in Strömungsrichtung (6) hintereinander die folgenden Komponenten:
1.1) einen Oxidationskatalysator (2) zumindest zur Oxidation von Stickstoffmonoxid (NO),
1.2) einen SCR-Katalysator (3) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (NOx) und
1.3) einen Partikelabscheider (4).
2. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach Anspruch 1, bei der zwischen Oxidationskatalysator (2) und SCR-Katalysator (3) eine Reduktionsmittelzufuhr (7) ausgebildet ist.
3. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach Anspruch 2, bei der die Reduktionsmittelzufuhr (7) Zufuhrmittel (8) für einen Reduktionsmittelvorläufer und Mittel (9) zur Umwandlung des Reduktionsmittelvorläufers in das Re- duktionsmittel ausgebildet sind.
4. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der Mittel (14) zur Regeneration des Partikelabscheiders (4) ausgebildet sind.
5. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach Anspruch 4, bei der die Mittel (14) zur Regeneration des Partikelabscheiders (4) Mittel zur Erzeugung eines Plasmas umfassen.
6. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Partikelabscheider (4) einen geschlossenen Partikelfilter umfasst.
7. Abgasnachbehandlungseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Partikelabscheider (4) Mittel (13) zum elektrostatischen Abscheiden von Partikeln umfasst.
8. Verfahren zur Verminderung der Stickoxid- und Partikelemissionen einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend die folgenden Schritte:
8.1) Oxidation zumindest von Stickstoffmonoxid (NO),
8.2) selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden (NOx) und darauf folgend
8.3) Abscheidung zumindest eines Teils der Partikel im Abgas.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem nach der Oxidation und vor der selektiven katalytischen Reduktion Reduktionsmittel zugeführt und/oder erzeugt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem ein Reduktionsmittelvorläufer zugeführt und zu Reduktionsmittel umgesetzt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem Schritt 8.3) in einem Partikelabscheider (4) ausgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Partikelabscheider (4) einen geschlossenen Partikelfilter umfasst.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem die abgeschiedenen Partikel zumindest zeitweise umgesetzt werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem der Partikelabscheider (4) regenerierbar ist.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, bei dem die Umsetzung der Partikel plasmaunterstützt erfolgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15, bei dem die Partikelabscheidimg zumindest teilweise durch ein elektrisches Feld zumindest unterstützt wird.
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