DE102005022046A1

DE102005022046A1 - Abgasreinigungsanlage für Verbrennungsmotoren und Verfahren zur Abgasreinigung

Info

Publication number: DE102005022046A1
Application number: DE102005022046A
Authority: DE
Inventors: Stefan DÖRING
Original assignee: Mann Naturenergie & Co KG GmbH; Mann Naturenergie & Cokg GmbH
Current assignee: Mann Naturenergie & Co KG GmbH; Mann Naturenergie & Cokg GmbH
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2005-05-09
Publication date: 2005-12-08
Also published as: BE1016015A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren (1), wobei die Abgasreinigungsanlage (2) einen Abgaseinlass zur Einleitung der Abgase eines Verbrennungsmotors und einen NO¶x¶-Katalysator zur katalytischen Umsetzung von NO¶x¶-Gasen sowie einen Rußfilter aufweist. Um auch bei sehr niedrigen Abgastemperaturen des Verbrennungsmotors eine wirksame Abgasreinigung zu erzielen, ist dem NO¶x¶-Katalysator (5) ein Rußfilter in Form eines Elektrofilters (8) nach- oder vorgeschaltet. Insbesondere kann ein NO¶x¶-Katalysator (5), ein Oxidationskatalysator (6), eine Wärmetauscher (7) und ein Elektrofilter (8) vorgesehen sein, die jeweils in der genannten Reihenfolge in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet und abgasführend miteinander verbunden sind. Alternativ kann der Elektrofilter vorteilhafterweise auch direkt hinter dem Motor angeordnet sein. Der Verbrennungsmotor ist mit Pflanzenölen bei einer Abgastemperatur des Motors von kleiner/gleich 390 DEG C betreibbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren, wobei die Abgasreinigungsanlage einen Abgaseinlass zur Einleitung der Abgase eines Verbrennungsmotors und einen NO_x-Katalysator zur katalytischen Umwandlung von NO_x-Gasen sowie einen Rußfilter aufweist. Ferner betrifft die Erfindung eine Abgasreinigungsanlage mit einem Rußfilter in Kombination mit einem Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Abgasreinigung.

Derartige Abgasreinigungsanlagen für Verbrennungsmotoren sind vielfältig bekannt. Die Verbrennungsmotoren stoßen hierbei zumeist Abgase mit einer Temperatur am Auslass des Verbrennungsmotors von kleiner/gleich 400°C aus, also vergleichsweise niedrige Temperaturen. Derartige Verbrennungsmotoren werden zumeist mit organischen Brennstoffen wie mit Pflanzenölen, worunter auch Altspeiseöle fallen, betrieben. Derartige Altspeiseöle fallen bei der Verarbeitung von Lebensmitteln wie beispielsweise beim Frittieren an.

An derartige Abgasreinigungsanlagen werden zunehmend höhere Anforderungen bezüglich der Gehalte an Schadstoffen gestellt, insbesondere bezüglich des Staub- oder Partikelgehaltes der Ab gase. Als Partikel- oder Rußfilter werden bisher meist konventionelle Partikelfilter mit Filterkörpern verwendet, die eine zur Abtrennung des Rußes ausreichende Porengröße aufweisen, wobei eine Regeneration des Filters durch ein „Freibrennen" erfolgt, bei welchem der Ruß auf derart hohe Temperaturen erwärmt wird, dass dieser in Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid überführt wird. Die Wirkung derartiger Filter ist jedoch begrenzt, insbesondere können derartige Filter nicht ohne Berücksichtigung der Abgastemperatur des Verbrennungsmotors betrieben werden, da bei einer zu niedrigen Abgastemperatur eine Regeneration des Filters nur noch durch eine energieaufwendige Zusatzheizung oder nicht mehr möglich ist.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Abgasreinigungsanlage zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren bereitzustellen, die deutlich verringerte Partikel- oder Rußgehalte der Abgase auch bei niedrigen Abgastemperaturen des Verbrennungsmotors ermöglicht. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein entsprechendes Verfahren zur Reinigung der Abgase von Verbrennungsmotoren bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Abgasreinigungsanlage gelöst, bei welcher dem NO_x-Katalysator ein Partikel- oder Rußfilter in Form eines Elektrofilters vor- oder nachgeschaltet ist, mittels dessen eine zumindest teilweise oder weitestgehend vollständige Beseitigung der partikelförmigen Bestandteile möglich ist. Ein derartiger Elektrofilter ermöglicht nicht nur eine Absenkung des Rußgehaltes der emittierten Verbrennungsgase gegenüber üblichen Partikelfiltern mit porösen Filterkörpern, die Wirkungsweise des Elektrofilters ist von der Abgastemperatur des Verbrennungsmotors und damit auch von der Abgastemperatur am Einlass des Rußfilters im Wesentlichen unabhängig. Hierdurch ist unabhängig von der Betriebsweise des Verbrennungsmotors eine sehr effektive Reinigung der Abgase hinsichtlich der mitgeführten Partikel, insbesondere Ruß, möglich. Die Betriebsbedingungen des Motors können somit gegenüber herkömmlichen Ab gasreinigungsanlagen mit Porenfiltern über weitere Bereiche variiert werden, beispielsweise hinsichtlich des maximalen Wirkungsgrades des Motors, da bei Porenfiltern eine möglichst hohe Abgastemperatur zumindest zum Freibrennen des Filters erwünscht ist. Weiterhin können aufgrund des erfindungsgemäß eingesetzten Elektrofilters die weiteren Einrichtungen der Abgasreinigungsanlage, wie weitere Katalysatoren oder Wärmetauscher, unabhängig von dem Rußfilter flexibel eingesetzt werden und hierdurch die Abgasreinigungsanlage hinsichtlich ihres Wirkungsgrades oder der Betriebsbedingungen, wie beispielsweise des Energieverbrauches oder des Wartungsaufwandes der Anlage, optimiert werden. Ferner wird durch den Elektrofilter gegenüber herkömmlicherweise in entsprechenden Systemen verwendeten Rußfiltern, insbesondere in Zusammenhang mit Dieselmotoren, ein nur sehr geringer Abgasgegendruck erzeugt. Die erfindungsgemäße Anlage bzw. die Kombination des Verbrennungsmotors mit Elektrofilter weist somit auch Vorteile bei höheren Temperaturen, beispielsweise ≥ 400°C, auf.

Derartige erfindungsgemäß eingesetzte NO_x-Katalysatoren zur Reinigung von Abgasen, mittels derer somit NO_x-Gase aus dem Abgasstrom entfernt werden, werden allgemein auch als DeNO_x-Katalysatoren bzw. „Entstickungskatalysatoren" bezeichnet.

Ist der Elektrofilter dem NO_x-Katalysator nachgeschaltet, ist eine geringere Dimensionierung der Abgasreinigungsanlage möglich. Ist der Elektrofilter dem NO_x-Katalysator vorgeschaltet, beispielsweise direkt hinter dem Verbrennungsmotor angeordnet, d.h. sämtlichen anderen Komponenten der Reinigungsanlage vorgeschaltet, werden die nachfolgenden Komponenten, insbesondere Katalysatoren, weniger durch Staub und Ruß der Abgase belastet. Die Komponenten, insbesondere Katalysatoren, können hierdurch eine deutlich höhere Lebensdauer bzw. Standzeit aufweisen. Ferner werden durch den Elektrofilter zugleich Katalysatorgifte mit aus den Abgasen entfernt.

Das Betriebsmittel des Motors kann ein beliebiger flüssiger oder gasförmiger Brennstoff sein.

Der NO_x-Katalysator kann unmittelbar dem Verbrennungsmotor nachgeschaltet sein, insbesondere erfolgt vorzugsweise eine Eindüsung eines Reaktionsmittels zur Umwandlung der Stickoxide unmittelbar hinter dem Verbrennungsmotor, wobei zwischen Reaktionsmitteldüse und NO_x-Katalysator vorzugsweise zumindest ein Mischer zur Vermischung des Reaktionsmittels mit dem zu reinigenden Abgas vorgesehen ist. Der Mischer kann als statischer Mischer ausgeführt sein. Alternativ kann der NO_x-Katalysator dem Elektrofilter unmittelbar nachgeschaltet sein.

Vorzugsweise ist zwischen NO_x-Katalysator und Elektrofilter ein Oxidationskatalysator zwischengeschaltet, so dass die zu reinigenden Abgase von dem Verbrennungsmotor über den NO_x-Katalysator und dem Oxidationskatalysator dem Elektrofilter zugeführt werden. Es versteht sich, dass gegebenenfalls zwischen den einzelnen genannten Einrichtungen weitere Einrichtungen angeordnet sein können. Vorzugsweise sind der NO_x-Katalysator und der Oxidationskatalysator unmittelbar hintereinander geschaltet, gegebenenfalls auch in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.

Alternativ kann der Elektrofilter dem Verbrennungsmotor nachgeschaltet, vorzugsweise direkt nachgeschaltet, und dem NO_x-Katalysator vorgeschaltet sein, wobei der Oxidationskatalysator dem NO_x-Katalysator nachgeschaltet ist, vorzugsweise unmittelbar nachgeschaltet ist.

Durch den Oxidationskatalysator können oxidierbare Bestandteile des den NO_x-Katalysators verlassenden Abgases oxidiert werden. Dies kann insbesondere überschüssiges Reaktionsmittel oder eine Komponente desselben bzw. ein Zwischenprodukt der Reaktion des Reaktionsmittels mit den Stickoxiden sein. Bei Verwendung von Ammoniak oder Harnstoff als Reaktionsmittel können so Emissionen von nicht umgesetztem Ammoniak vermieden werden. Ferner können andere Abgaskomponenten wie nicht vollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid oder dergleichen oxidiert werden. Dem Oxidationskatalysator kann gegebenenfalls ein Oxidationsmittel wie z.B. Luft zugeführt werden oder es können zumindest entsprechende geeignete Mittel hierzu vorgesehen sein, gegebenenfalls kann auf Einsatz oder Bereitstellung derartiger Mittel jedoch auch verzichtet werden.

Vorzugsweise ist zwischen dem NO_x-Katalysator und dem Elektrofilter ein Wärmetauscher zur Verringerung der Temperatur der Abgase zwischengeschaltet. Vorzugsweise ist der Wärmetauscher zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Elektrofilter angeordnet und mit diesen strömungstechnisch verbunden. Besonders bevorzugt ist der Wärmetauscher unmittelbar dem Elektrofilter vorgeschaltet, so dass die den Wärmetauscher verlassenden Abgase unmittelbar dem Gaseinlass des Elektrofilters zugeführt werden. Hierdurch ist ein Betrieb der Abgasreinigungsanlage mit besonders geringem Energieeinsatz und eine besonders wirksame Abgasreinigung möglich.

Alternativ ist der Elektrofilter dem NO_x-Katalysator in Strömungsrichtung vorgeschaltet und der Wärmetauscher dem NO_x-Katalysator nachgeschaltet.

Besonders bevorzugt sind der Elektrofilter, NO_x-Katalysator, der Oxidationskatalysator und der Wärmetauscher in der genannten Reihenfolge in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander geschaltet, vorzugsweise jeweils unmittelbar hintereinander angeordnet, so dass das zu reinigende Abgas den genannten Einrichtungen unmittelbar nacheinander zugeführt wird.

Nach einer alternativen bevorzugten Ausführungsform sind der NO_x-Katalysator, der Oxidationskatalysator, der Wärmetauscher und der Elektrofilter in der genannten Reihenfolge in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander geschaltet, vorzugsweise jeweils unmittelbar hintereinander angeordnet, so dass das zu reinigende Abgas den genannten Einrichtungen unmittelbar nacheinander zugeführt wird.

Besondere Vorteile bietet aber bereits auch eine Abgasreinigungsanlage mit Elektrofilter, die ausgehend von den beschriebenen Ausführungsformen keinen NO_x-Katalysator und/oder Oxidationskatalysator umfasst. Der Elektrofilter kann hierbei einem Wärmetauscher in Abgasströmungsrichtung vor- oder nachgeschaltet sein. Gegebenenfalls kann bei jeder der genannten Varianten in Strömungsrichtung vor dem Wärmetauscher ein Oxidationskatalysator angeordnet sein. Der Elektrofilter kann auch hier unmittelbar hinter dem Verbrennungsmotor angeordnet sein.

Als NO_x-Katalysatoren sind verschiedene bekannte Katalysatoren einsetzbar, beispielsweise NO_x-Speicherkatalysatoren, bei welchen aus den Stickoxiden durch katalytische Umsetzung mit einem Speichermaterial wie beispielsweise Bariumhydrogencarbonat die Stickoxide durch Überführung in andere Verbindungen wie beispielsweise in Nitrate gebunden werden. Andere Absorbermaterialien können beispielsweise Oxide von Calcium, Magnesium, Barium oder Zirkonium sein. Das Speichermedium muss regelmäßig bei höheren Temperaturen, beispielsweise bei über 650°C regeneriert werden. Als katalytische Komponente können Edelmetalle wie Platin oder Rhodium eingesetzt werden. Es versteht sich, dass gegebenenfalls auch andere NO_x-Absorptionskatalysatoren einsetzbar sind.

Vorzugsweise ist der NO_x-Katalysator ein SCR-Katalysator, bei welchem die Umwandlung der Stickoxide in andere ökologisch weniger bedenkliche Stoffe in einer selektiven katalytischen Reduktion erfolgt. Die im Abgas enthaltenden Stickoxide können beispielsweise durch Zugabe von Ammoniak in Gegenwart von Sauerstoff an geeigneten Katalysatoren unter Bildung von Stickoxid und Wasser umgesetzt werden. Als Reduktionsmittel kann insbesondere auch Harnstoff, insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung (beispielsweise mit einem Harnstoffgehalt von 20 bis 60 Gew.-% oder 30 bis 50 Gew.-%, insbesondere ca. 40 Gew.-%) oder auch in fester Form, oder gegebenenfalls auch Kohlenwasserstoff anstelle von oder zusätzlich zu Ammoniak eingesetzt werden. Derartige Kohlenwasserstoffe können gegebenenfalls auch durch den Betriebsstoff des Verbrennungsmotors, z.B. Dieselkraftstoff oder ein Pflanzenöl, bereitgestellt werden. Vielfältige Katalysatortypen können eingesetzt werden, beispielsweise Katalysatoren mit einem mit katalytisch wirksamen Material beschichteten Substrat. Vorzugsweise werden SCR-Vollkontaktkatalysatoren eingesetzt, bei welchem der Katalysator vollständig aus aktivem Material besteht. Die aktiven Komponenten können beispielsweise TiO₂, WO₃, V₂O₅ oder andere Materialien, die beispielsweise CuO oder MnO₂ enthalten, sein. Die Materialien werden dann in bekannter Weise zu einer extrudierbaren Formmasse weiterverarbeitet, aus welcher der Katalysatorkörper hergestellt wird. Das Reaktionsmittel zur Umsetzung der Stickoxide kann bei einer Abgastemperatur von ca. 230-250°C oder höher in die heißen Abgase eingedüst werden.

Bei Verwendung von wässriger Harnstofflösung als Reaktionsmittel zersetzt sich der Harnstoff unter teilweiser Reaktion mit Wasserdampf unter Bildung von Zwischenprodukten zu Ammoniak und Kohlendioxid. Die Zwischenprodukte wie Cyansäure oder der resultierende Ammoniak können mit dem NO_x unter Bildung von Stickstoff und Wasserdampf reagieren. Die günstigste Arbeitstemperatur des SCR-Katalysators liegt bei ca. 375°C bis ca. 475°C. Der SCR-Katalysator kann beispielsweise in einem Temperaturbereich von ca. 375°C bis ca. 425°C betrieben werden.

Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage kann insbesondere unter Einsatz des Elektrofilters derart ausgelegt sein, dass die Abgase auf einen Partikelgehalt von kleiner/gleich 25 mg/Nm³ _trocken bei 5 Vol.-% Sauerstoff (Nm³: Normkubikmeter unter Standardbedingungen (NTP)) gereinigt werden, vorzugsweise von kleiner/gleich 15 oder kleiner/gleich 10 mg/Nm³ _trocken.

Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage kann insbesondere für eine Abgasmenge im Nennlastbetrieb von 500 bis 50.000, beispielsweise 1. 000 bis 30. 000 Bm³/h_feucht (Bm³: Betriebskubikmeter) ausgelegt sein oder mit einer derartigen Abgasmenge betrieben werden, ohne hierauf beschränkt zu sein. Insbesondere kann die Abgasreinigungsanlage für eine Abgasmenge von 3.000 bis 10.000 Bm³/h_feucht, insbesondere ca. 10.000 Bm³/h_feucht ausgelegt sein oder betrieben werden, was sich jeweils auf den durchschnittlichen Nennlastbetrieb bezieht. Die Anlage kann aber auch gegebenenfalls für größere oder kleinere Abgasmengen ausgelegt sein.

Es versteht sich, dass die Verbrennungsmotoren beispielsweise auch Kraftfahrzeugmotoren oder andere Dieselmotoren sein können, insbesondere auch Schiffsmotoren, einschließlich solche auf Schiffen. Es können jedoch auch andere vorzugsweise kolbenbetriebene Wärmekraftmaschinen mit umfasst sein.

Eine derartige Abgasreinigungsanlage hat sich besonders vorteilhaft in Kombination mit einem Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Dieselmotor, erwiesen, welcher mit einem Pflanzenöl, Pflanzenfett und/oder Tierfett, einschließlich jeweils Altspeisefette/öle, betrieben wird. Gleichzeitig oder unabhängig hiervon kann der Motor auch durch einen fossilen Flüssigbrennstoff betrieben werden. Es versteht sich, dass der jeweilige Brennstoff, insbesondere Öl oder Fett, dem Verbrennungsmotor in flüssiger Form zugeführt wird und bei Raumtemperatur oder bei tieferen Temperaturen auch teilweise oder vollständig fest sein kann. Bei derartigen Betriebsstoffen hat sich die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage besonders bewährt.

Der genannte Verbrennungsmotor kann unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage insbesondere mit einer Abgastemperatur am Auslass des Verbrennungsmotors von kleiner/gleich 400°C, insbesondere kleiner/gleich 390°C oder 380°C, im Speziellen auch mit einer Abgastemperatur von kleiner/gleich 360°C betrieben werden, vorzugsweise bei größer 360°C, aber auch bei größer 400°C. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Abgastemperaturen ist der Einsatz herkömmlicher Rußfilter mit porösen Filterkörpern mit großen Schwierigkeiten verbunden oder nicht möglich, da insbesondere eine Regeneration der Filter durch ein Freibrennen erschwert ist.

Die Erfindung sei nachfolgend beispielhaft beschrieben und anhand der Figur beispielhaft erläutert.
In der Figur ist schematisch eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage in Kombination mit einem Verbrennungsmotor 1 dargestellt. Die Abgasreinigungsanlage 2 umfasst einen mit dem Abgasauslass des Verbrennungsmotors verbundenen Abgaseinlass 3, wobei die Abgase über eine Strömungsleitung 4 einem NO_x-Katalysator 5 und einem diesem in Strömungsrichtung (Pfeile) nachgeordneten Oxidationskatalysator 6 zugeführt werden. Der NO_x-Katalysator 5 und der Oxidationskatalysator 6 sind unmittelbar hintereinander angeordnet und können in demselben Gehäuse oder verschiedenen Gehäusen angeordnet sein. Ferner ist in Strömungsrichtung nachfolgend zu dem Oxidationskatalysator 6 ein Wärmetauscher 7 vorgesehen, wobei dieser nach dem Ausführungsbeispiel unmittelbar hinter dem Oxidationskatalysator angeordnet ist. Die den Wärmetauscher 7 verlassenden abgekühlten Abgase (Pfeil) werden anschließend einem Elektrofilter 8 zugeführt, der insbesondere unmittelbar hinter dem Wärmetauscher angeordnet sein kann. Der Elektrofilter wird durch ein Hochspannungsaggregat 9 betrieben. Anschließend werden die Abgase über einen Schalldämpfer 10 und einen Kamin 11 in die Umgebung abgeführt.
Durch die Anordnung des Elektrofilters können die Abgase des Verbrennungsmotors sehr wirksam von Partikeln, insbesondere Ruß, gereinigt werden, wobei die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors praktisch unabhängig von dem Elektrofilter gewählt werden und beispielsweise hinsichtlich des Wirkungsgra des des Motors betrieben werden können. Ferner ist der Elektrofilter dem Wärmetauscher nachgeschaltet, so dass Wärmeverluste minimiert und die Reinigungsanlage mit geringem Energieaufwand betrieben werden kann. Die Temperatur des dem Filter zugeführten Abgases muss nicht mehr wie bei herkömmlichen Anlagen hinsichtlich einer Filterregenration durch Freibrennen angepasst werden.
Der NO_x-Katalysator ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein SCR-Katalysator, wobei als Reaktionsmittel zur Umsetzung der Stickoxide eine wässrige Harnstofflösung (40 Gew.-%) eingesetzt wird. Die Harnstofflösung wird mittels einer Reaktionsmitteldüse 12 und eines Dosiersystems 13 in den Abgasstrom eingedüst. Die Eindüsung des Reaktionsmittels kann kennfeldgesteuert in Abhängigkeit von der vorliegenden Motorleistung des Verbrennungsmotors und/oder der NO_x-Emission oder allgemein in Abhängigkeit der Zusammensetzung der Abgase oder in Abhängigkeit anderer Parameter eingestellt werden. Das Dosiersystem entnimmt das Reaktionsmittel einem Reaktionsmittelvorratsbehälter 14 über eine Pumpe 15, wobei der Vorratsbehälter über einen größeren Lagertank (nicht dargestellt) mit dem Reaktionsmittel versorgt werden kann.
Das eingedüste Reaktionsmittel wird nachfolgend über einen oder mehrere Mischer 16, die als statische Mischer ausgeführt sein können, mit dem Abgas gleichmäßig vermischt. Die abgasführenden Leitungen des Abgasreinigungssystems, die der Reaktionsmitteldüse in Strömungsrichtung nachgeordnet sind, können hierbei auch als Thermolysestrecke dienen, in welcher das Reaktionsmittel, beispielsweise Harnstoff, teilweise oder vollständig thermolysiert wird und hierbei die reaktive Komponente zur Umsetzung der Stickoxide in dem NO_x-Katalysator freigesetzt werden. Im Falle von Harnstoff ist diese reaktive Komponente Ammoniak. Das gasförmige Gemisch der Abgase mit dem Reaktionsmittel tritt anschließend in den NO_x-Katalysator ein, dessen günstigste Arbeitstemperatur zwischen 375°C und 475°C liegen kann, gegebe nenfalls auch unterhalb 375°C. Die maximale Dauerbetriebstemperatur des Katalysators kann 500°C betragen, kurzzeitige Spitzentemperaturen von größer 500°C sind möglich.
Die Eindüsung des Reaktionsmittels wie beispielsweise einer Harnstofflösung erfolgt unter Druckluft, wodurch das Reaktionsmittel zu einem Aerosol verteilt wird, was vorzugsweise im Zentrum des heißen Abgasstromes erfolgt. Durch die Druckluft wird ferner die Zuführleitung des Reaktionsmittels abgekühlt, was ein Verdampfen der Lösung und damit ein Verstopfen der Leitung verhindert. Eine genauere Dosierung, insbesondere zur Erzielung niedrigerer Gehalte an NO_x oder auch So_{2, werden durch} eine Online-Messung der NO_x-Emissionen nach dem Katalysator, beispielsweise im Kamin, und Nutzung des Messwertes als Regelgröße in einer zugeordneten Steuerungseinrichtung möglich.
Durch den Oxidationskatalysator 6 werden den NO_x-Katalysator verlassende, oxidierbare Komponenten des Abgases vollständig oxidiert. Dies betrifft insbesondere den NO_x-Katalysator verlassendes Ammoniak aufgrund einer Überdosierung des Reaktionsmittels, welches Ammoniakgas oder Harnstoff sein kann. Hierdurch kann die Anlage mit einem hohen Feed-Verhältnis (molares Verhältnis des in den NO_x-Katalysator einströmenden Reaktionsmittels zu NO_x) von ungefähr 1 betrieben werden. Hierdurch kann beispielsweise Ammoniak als Reduktionsmittel eingesetzt werden. Im Falle von Harnstoff beträgt das Feed-Verhältnis typischerweise 0,5.
Die Eindüsung des Reaktionsmittels (z. B. wässrige Harnstofflösung) kann kennfeldgesteuert erfolgen. Die Eindüsung kann insbesondere erfolgen, wenn die Abgastemperatur hinter dem Katalysator 250° oder höher beträgt.
In dem dem Oxidationskatalysator nachgeschalteten Wärmetauscher wird das Abgas abgekühlt, beispielsweise auf eine Abgastemperatur von bis 200°C oder bis 150°C, vorzugsweise bis 100°C oder jeweils niedriger, beispielsweise bis 75°C, ohne hierauf beschränkt zu sein. Die in dem Wärmetauscher gewonnene Wärme kann anderweitig verwertet werden.
Durch die Bezugsziffern 8a, 9a wird eine alternative, besonders bevorzugte Ausführungsform angegeben, bei welcher der Elektrofilter 8a mit Hochspannungs-Aggregat 9a zwischen Verbrennungsmotor 1 und NO_x-Katalysator 5 angeordnet ist, anstatt hinter dem Oxidationskatalysator, wie in der Figur gezeigt. Hierdurch werden die Katalysatoren deutlich weniger mit Partikeln, Ruß und Katalysatorgiften belastet werden. Die Anordnung der Komponenten der Reinigungsanlage im übrigen kann unverändert bleiben oder gemäß den sonstigen hier beschriebenen Modifikationen abgeändert werden. Insbesondere kann der Elektrofilter unmittelbar hinter dem Motor angeordnet sein.
Dem Elektrofilter 8 wird somit abgekühltes Abgas zugeführt, wobei in dem Abgas enthaltende Partikel wie insbesondere Ruß beseitigt werden. Als Elektrofilter kann jeder geeignete konventionelle Elektrofilter eingesetzt werden. Die elektrostatische Aufladung der in dem Abgas enthaltenden Partikel kann durch spezielle Sprühelektroden erfolgen, welche eine Koronaentladung zur Ionisierung des Gases und zur elektrostatischen Aufladung der Staubpartikel erzeugen. Die Abscheidung der negativ geladenen Partikel kann an den positiv gepolten und geerdeten Niederschlagselektroden erfolgen, wobei die Partikel aus dem durchströmten Abscheideraum durch geeignete Einrichtungen wie beispielsweise durch Purzelhämmer von den Elektroden entfernt und durch geeignete Einrichtungen wie Austragsschnecken aus dem Filter entfernt werden können. Der Partikel- bzw. Staubgehalt in dem den Elektrofilter verlassenden Abgasstrom kann ca. 10 mg/Nm³ _tr bei 5 Vol.-% Sauerstoff betragen.
Die Abgasreinigungsanlage kann für eine Rauchgasmenge von beispielsweise 10.000 Bm³/h_feucht ausgelegt sein.
Insbesondere bei der Verbrennung von Pflanzenölen wie beispielsweise Altspeiseölen zu deren Nutzung können somit die Abgase durch die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage sehr wirksam von Partikeln wie Ruß befreit werden, aber auch bei Pflanzen- oder Tierfetten oder fossilen Flüssigbrennstoffen oder dergleichen.

1: Verbrennungsmotor
2: Abgasreinigungsanlage
3: Abgaseinlass
4: Strömungsleitung
5: NO_x-Katalysator
6: Oxidationskatalysator
7: Wärmetauscher
8: Elektrofilter
8a: Elektrofilter (alternativ)
9: Hochspannungs-Aggregat
9a: Hochspannungs-Aggregat (alternativ)
10: Schalldämpfer
11: Kamin
12: Reaktionsmitteldüse
13: Dosiersystem
14: Reaktionsmittelvorratsbehälter
15: Pumpe
16: Mischer

Claims

Abgasreinigungsanlage zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren, wobei die Abgasreinigungsanlage einen Abgaseinlass zur Einleitung der Abgase eines Verbrennungsmotors und einen NO_x-Katalysator zur katalytischen Umsetzung von NO_x-Gasen sowie einen Rußfilter aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass dem NO_x-Katalysator (5) ein Rußfilter in Form eines Elektrofilters (8) vor- oder nachgeschaltet ist.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der Abgase nach dem NO_x-Katalysator (5) ein Oxidationskatalysator (6) angeordnet ist, der einem zu dem NO_x-Katalysator gegebenenfalls strömungsabwärts angeordneten Elektrofilter vorgeschaltet ist.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der Abgase dem NO_x-Katalysator (5) ein Wärmetauscher (7) zur Verringerung der Temperatur der Abgase nachgeschaltet ist, der einem zu dem NO_x-Katalysator gegebenenfalls strömungsabwärts angeordneten Elektrofilter vorgeschaltet ist.
Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2 oder 3, , dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrofilter (8) in Strömungsrichtung der Abgase dem NO_x-Katalysator (5) nachgeschaltet ist und dass der Oxidationskatalysator (6) und/oder der Wärmetauscher (7) dem Elektrofilter in Strömungsrichtung vorgeschaltet sind.
Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass ein Elektrofilter (8), ein NO_x-Katalysator (5), ein Oxidationskatalysator (6) und ein Wärmetauscher (7) in der genannten Reihenfolge in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet und abgasführend miteinander verbunden sind.
Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass ein NO_x-Katalysator (5), ein Oxidationskatalysator (6), ein Wärmetauscher (7) und ein Elektrofilter (8) in der genannten Reihenfolge in Strömungsrichtung des Abgases hintereinander angeordnet und abgasführend miteinander verbunden sind.
Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der NO_x-Katalysator (5) ein unter selektiver katalytischer Reduktion der Stickoxide wirkender SCR-Katalysator ist.
Abgasreinigungsanlage in Kombination mit einem Verbrennungsmotor, der abgasführend mit der Reinigungsanlage zur Reinigung der Motorabgase verbunden ist, wobei die Reinigungsanlage einen Rußfilter umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußfilter als Elektrofilter (8) ausgeführt ist.
Abgasreinigungsanlage mit Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgeführt ist und dass der Verbrennungsmotor abgasführend mit dem NO_x-Katalysator (5) der Abgasreinigungsanlage verbunden ist, welchem ein Elektrofilter (8) in Abgasströmungsrichtung vor- oder nachgeschaltet ist.
Abgasreinigungsanlage mit Verbrennungsmotor nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsanlage (2) einen Wärmetauscher (7) zur Kühlung der Abgase des Verbrennungsmotors umfasst, und dass der Elektrofilter (8) in Abgasströmungsrichtung dem Wärmetauscher vor- oder nachgeschaltet ist.
Abgasreinigungsanlage mit Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einem oder mehreren Stoffen aus der Gruppe Pflanzenöle, Pflanzenfette, Tierfette und/oder mit fossilen Flüssigbrennstoffen betreibbar ist.
Abgasreinigungsanlage mit Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einer Abgastemperatur von kleiner/gleich 400°C betreibbar ist.
Verfahren zur Reinigung von Abgasen von Verbrennungsmotoren, wobei die Abgase des Motors einem Einlass einer Abgasreinigungsanlage zugeführt werden und die Abgasreinigungsanlage einen Rußfilter zur Abgasreinigung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass der Rußfilter als Elektrofilter (8) ausgeführt ist.
Verfahren zur Abgasreinigung nach Anspruch 13, da durch gekennzeichnet, dass eine Abgasreinigungsanlage (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Abgasreinigung verwendet wird.
Verfahren zur Abgasreinigung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abgasreinigungsanlage (2) zur Abgasreinigung verwendet wird, die einen Wärmetauscher (7) zur Kühlung der Abgase des Verbrennungsmotors umfasst, bei welcher ein Elektrofilter (8) in Abgasströmungsrichtung dem Wärmetauscher vor- oder nachgeschaltet ist.
Verfahren zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit einem oder mehreren Stoffen aus der Gruppe Pflanzenöl, Pflanzenfett, Tierfett und/oder mit fossilen Flüssigbrennstoffen betrieben wird.
Verfahren zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (1) mit einer Abgastemperatur von kleiner/gleich 400°C betrieben wird.
Verfahren zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgase auf einen Partikelgehalt von kleiner/gleich 25 mg/Nm³ _trocken bei 5 Vol.-% Sauerstoff bezogen auf einen Abgasauslass des Elektrofilters (8) gereinigt werden.
Verfahren zur Abgasreinigung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasreinigungsanlage (2) mit einer Abgasmenge im Nennlastfall von 500 bis 50.000 Bm³/h_feucht betrieben wird.