DE102005055177B3 - Abgasanlage für Brennkraftmotoren und Verfahren zur Stickoxidreduktion in Abgasen von Brennkraftmotoren - Google Patents

Abgasanlage für Brennkraftmotoren und Verfahren zur Stickoxidreduktion in Abgasen von Brennkraftmotoren Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage für Brennkraftmotoren (2) mit einem SCR-Katalysator (3) und einer Einrichtung (6) zur Erzeugung eines Ammoniak enthaltenden Reduktionsgases, die eine H¶2¶-Erzeugungseinheit, eine NO¶x¶-Erzeugungseinheit und, den genannten Einheiten nachgeschaltet, einen NO¶x¶-Zwischenspeicher sowie eine NH¶3¶-Erzeugungseinheit umfasst, wobei die H¶2¶-Erzeugungseinheit und die NO¶x¶-Erzeugungseinheit zusammengefasst und von einem gemeinsamen Plasmareaktor (7) gebildet sind. DOLLAR A Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Stickoxidreduktion in Abgasen von Brennkraftmotoren (2), bei dem aus einem H¶2¶ enthaltenden Gas und einem NO¶x¶ enthaltenden Gas ein NH¶3¶ enthaltendes Reduktionsgas erzeugt wird, das dem Abgasstrang (1) einer Abgasanlage an einer stromaufwärts eines SCR-Katalysators (3) angeordneten Stelle (4) zugeführt wird. Das NO¶x¶ enthaltende gas und das H¶2¶ enthaltende Gas werden in einem gemeinsamen Plasmareaktor (7) erzeugt, indem dieser in einer NO¶x¶-Erzeugungsphase mit Luft und/oder Abgas und in einer H¶2¶-Erzeugungsphase mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch beschickt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage, insbesondere von Fahrzeugen, und ein Verfahren zur Reduktion der Stickoxidkonzentration in den Abgasen mager betriebener Motoren, bevorzugt Dieselmotoren.
  • In der Wo 2004/022936 A1 ist eine Abgasanlage mit einem SCR-Katalysator beschrieben. Ein solcher Katalysator enthält einen von Strömungskanälen durchsetzten Körper, der mit einem katalytisch wirkenden Material, z. B. V2O5/WO3/TiO2 beschichtet ist. Im SCR-Katalysator werden im Abgas enthaltene Stickoxide mit Ammoniak als Reduktionsmittel reduziert. Der Ammoniak wird mit einer vom Abgasstrang separierten Einrichtung erzeugt und stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrom dosiert.
  • Die WO 2004/022936 A1 enthält verschiedene Ausführungsbeispiele von Einrichtungen mit welchen ein Ammoniak enthaltenes Gas erzeugt werden kann. Eine dort in 4 dargestellte Einrichtung umfasst in serieller Anordnung eine H2-Erzeugungseinheit, eine NOx-Erzeugungseinheit und einen NOx-Speicherkatalysator. Die NOx-Erzeugungseinheit ist von einem Plasmareaktor gebildet. In diesem wird in einem lokal begrenzten Bereich ein Lichtbogen erzeugt, wobei durch den Lichtbogenbereich Luft und/oder Abgas hindurch geleitet wird. Dabei bildet sich ein Plasma, in dem stark oxidierende Bedingungen vorherrschen, wodurch der in der Luft oder im Abgas enthaltene Stickstoff zu Stickoxiden oxidiert wird. Ein die NOx-Erzeugungseinheit verlassender Gasstrom wird dem seriell nachgeschalteten NOx-Speicherkatalysator zugeführt und dort zwischengespeichert. Dazu ist ein NOx-Absorber beispielsweise auf Silberbasis vorhanden, der bei oxidierenden Bedingungen NOx speichert und bei reduzierenden Bedingungen wieder frei setzt.
  • Der zur katalytischen Reduktion der Stickoxide erforderliche Wasserstoff wird bei abgeschalteter NOx-Erzeugungseinheit mit einem katalytisch arbeitenden Kraftstoff-Reformer durch partielle Oxidation (POX-Reaktor) erzeugt. Dazu wird dieser bei Betriebstemperaturen von 600°C bis 1000°C mit einem unterstöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch mit einem λ-Wert von etwa 0,3 beschickt, wobei sich aus Kohlenwasserstoffen des Kraftstoffs durch partielle Oxidation Wasserstoff bildet. Um den POX-Reaktor auf Betriebstemperatur zu bringen, ist u.a. eine elektrische Beheizung vorgesehen. Das den POX-Reaktor verlassende H2 enthaltende Gas wird über die außer Betrieb gesetzte NOx-Erzeugungseinheit in den NOx-Speicherkatalysator geleitet. Dort wird das zwischengespeicherte NOx freigesetzt und mit Wasserstoff zu NH3 reduziert.
  • Die bekannte Abgasanlage löst zwar das Problem der Reduktionsmittelbereitstellung für SCR-Verfahren, ist aber vor allem wegen des POX-Reaktors immer noch zu aufwendig für den Betrieb im Kfz.
    •
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternativ gestaltete Abgasanlage sowie ein alternativ arbeitendes Verfahren zur Stickoxidreduktion anzugeben.
  • Hinsichtlich einer Abgasanlage wird diese Aufgabe nach Anspruch 1 und hinsichtlich eines Verfahrens nach Anspruch 7 gelöst. Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
  • Bei einer erfindungsgemäßen Abgasanlage sind die H2-Erzeugungseinheit und die NOx-Erzeugungseinheit zusammengefasst und von einem gemeinsamen Plasmareaktor gebildet. Gegenüber der weiter oben beschriebenen bekannten Abgasanlage hat dies den Vorteil, dass der technische Aufwand, die Kosten und der Platzbedarf für die H2-Erzeugung verringert sind. Zum einen sind keine separate Heizung und damit in Verbindung stehende Einbauten wie Steuergeräte, Kabel usw, erforderlich, wie dies bei der oben beschriebenen bekannten H2-Erzeugungseinheit der Fall ist. Die H2-Erzeugung erfolgt vielmehr mit demselben Plasmareaktor, mit dem auch die NOx-Bildung erfolgt, so dass der Plasmareaktor sowie die zu seinem Betrieb notwendige Infrastruktur in einem Fahrzeug bzw. in einer sonstigen einen Brennkraftmotor umfassenden Anlage in kostensparender weise doppelt nutzbar ist.
  • Plasmaverfahren haben grundsätzlich den Vorteil gegenüber rein katalytisch arbeitenden Prozessen, dass ein schnelles Aufheizen des Gases möglich ist und damit sehr schnelle Lastwechsel und eine hohe Dynamik erreicht werden können, was gerade im Falle von Brennkraftgetriebenen Kraftfahrzeugen wichtig ist. Hinzu kommt, dass durch die hohen Umsatzraten ein kompakter Reaktor realisiert werden kann. Entsprechendes gilt für das in Anspruch 7 angegebene Verfahren.
  • Der NOx-Zwischenspeicher und die NH3-Erzeugungseinheit sind bei einer bevorzugten Ausgestaltung durch einen NOx-Speicherkatalysator gebildet, der beide Funktionen, nämlich Zwischenspeicherung von ihn zugeführten NOx und dessen Umsetzung mit Wasserstoff zu NH3 in sich vereinigt.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird das von der NOx-Erzeugungseinheit abgegebene NOx enthaltene Gas einer oxidativen Behandlung mit einem Oxidationskatalysator unterzogen, wobei wenigstens ein Teil des NO in NO2 umgewandelt wird. Da Stickoxide von chemischen Absorbern als Nitrat gespeichert werden und physikalische Absorber NO2 ebenfalls bevorzugt gegenüber NO speichern, ist die Funktion einer NO-Oxidation in NOx-Speicherkonzepte üblicherweise einbezogen. Die getrennte Oxidationsstufe hat demgegenüber zwei Vorteile: Der NOx-Speicher kann besser für die NH3-Bildung optimiert werden, und der Oxidationskatalysator kann gleichzeitig in der H2-Bildungsphase für die Durchführung einer Wasser-Shift-Reaktion genutzt werden, mit der das bei der partiellen Oxidation gebildete CO zu CO2 oxidiert und gleichzeitig weiterer H2 erzeugt werden kann, wofür gilt: CO + H2O → CO2 + H2.
  • Das dafür erforderliche Wasser kann z. B. dadurch zur Verfügung gestellt werden, dass für die partielle Oxidation Abgas eingesetzt wird, das im Fall von Dieselmotoren 8-20 Vol.-% O2 und bis zu 10 Vol.-% H2O enthält. Alternativ kann das erforderliche H2O durch geeignete Wahl des λ-Wertes bei der partiellen Oxidation gebildet werden. In der H2-Erzeugungsphase wird so die H2-Ausbeute der partiellen Oxidation des Kraftstoffs erhöht und die CO-Bildung auf ein Minimum reduziert.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Abwandlung einer Abgasanlage ist vorgesehen, dass dem Plasmareaktor eine Mischkammer mit Mitteln zur geregelten Zufuhr und Zerstäubung von Kraftstoff und einem Gaseinlass zur Zufuhr von Luft oder Abgas, also einem Betriebsgas vorgeschaltet ist. Durch diese Ausgestaltung soll eine innige Durchmischung des Kraftstoffs mit dem Betriebsgas unterstützt bzw. verhindert werden, dass Kraftstoff in flüssiger Form in den Plasmareaktor gelangt, was zu einer unerwünschten Russbildung führen würde. Die Verdampfung und damit die homogene Vereilung des Kraftstoffes im Betriebsgas wird noch dadurch unterstützt, dass das dem Plasmareaktor zugeführte Kraftstoff-Luft oder Kraftstoff-Abgasgemisch vorgewärmt und dazu die Abwärme des Plasmareaktors genutzt wird. Apparatetechnisch wird dies dadurch gewährleistet, dass die erwähnte Mischkammer in thermischem Kontakt mit der Außenwand des Plasmareaktors steht. Zur besseren Wärmeübertragung können an dieser oberflächenvergrößernde Strukturen, etwa Rippen, Noppen oder dergleichen vorhanden sein. Auf die geschilderte Art und Weise wird auch die Abwärme des Plasmareaktors zur Verdampfung des Kraftstoffs genutzt.
  • Bei einer bevorzugten Verfahrensvariante beim Betrieb der erfindungsgemäßen Abgasanlage schließlich wird das im Plasmareaktor erzeugte Gas durch Wärmetausch mit dem dem Plasmareaktor zugeführten Gas, also Luft, Abgas, Kraftstoff-Abgas- oder Kraftstoff- oder Luftgemisch abgekühlt, bevor es dem Oxidationskatalysator zugeführt wird. In der H2-Erzeugungsphase kann somit der den Plasmareaktor verlassende Gasstrom soweit abgekühlt werden, dass eine Wasser-Shift-Reaktion im Oxidationskatalysator in einem optimalen Temperaturbereich (unterhalb 400°C) ablaufen kann. Eine Kühlung des den Plasmareaktor verlassenden Gases ist jedoch nicht nur in der H2-Erzeugungsphase sondern auch in der NOx-Erzeugungsphase zweckmäßig. Die Konversion von NO zu NO2 im Oxidationskatalysator wird nämlich durch niedrigere Gastemperaturen, optimal sind Temperaturen unter 200°C, verbessert. Außerdem wird der Energiebedarf für den Plasmaprozess zur NOx-Erzeugung durch die Gasvorwärmung reduziert.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine Abgasanlage in schematischer Darstellung, bei der ein sowohl der H2- als auch der NOx-Erzeugung dienender Plasmareaktor mit Abgas beschickbar ist,
  • 2 die Abgasanlage von 1, wobei der Plasmareaktor zur NOx-Erzeugung mit Luft beschickbar ist,
  • 3 eine Abgasanlage entsprechend 2, wobei jedoch zwischen dem Plasmareaktor und einer NO3-Erzeugungseinheit ein Oxidationskatalysator zwischengeschaltet ist,
  • 4 eine schematische Schnittdarstellung eines sowohl der Wasserstoff- als auch der NOx-Erzeugung dienenden Plasmareaktors und
  • 5 eine schematische Schnittdarstellung eines Plasmareaktors mit integriertem Wärmetauscher und Mischkammer für Kraftstoff und Betriebsgas.
  • 1 zeigt eine Abgasanlage mit einem Abgasstrang 1, mit dem das Abgas eines mager betriebenen Verbrennungsmotors 2 über einen SCR-Katalysator 3 geführt wird. Ein solcher Katalysator ermöglicht die Reduktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden unter Gegenwart eines Reduktionsmittels. Mit im Abgas enthaltenen, aus dem Kraftstoff stammenden Kohlenwas serstoffen läuft die Reaktion nicht besonders selektiv ab, so dass ein großer Teil der Kohlenwasserstoffe mit dem Sauerstoff im Abgas reagiert ohne reduzierend zu wirken. An einer stromaufwärts des SCR-Katalysators 3 gelegenen Stelle 4 wird daher ein Ammoniak enthaltenes Gas über eine Dosierleitung 5 zugeführt. Der Ammoniak wird in einer Einrichtung 6 erzeugt, welche einen Plasmareaktor 7 und diesem nachgeschaltet einen NOx-Speicherkatalysator 8 umfasst. Der weiter unten noch näher erläuterte Plasmareaktor 7 ist zur Erzeugung eines Lichtbogens mit einer Hochspannungsversorgungseinrichtung 9 verbunden.
  • Zur Reduktion des NOx-Gehaltes im Abgas wird die Einrichtung 6 so betrieben, dass zunächst in einer NOx-Erzeugungsphase im Plasmareaktor 7 NOx aus einem stickstoffhaltigen Gas erzeugt wird. Bei der in 1 gezeigten Variante wird dazu Abgas als Betriebsgas verwendet. Dazu ist der Plasmareaktor 7 eingangsseitig mit einer Verbindungsleitung 10 mit dem Abgasstrang 1 verbunden. Bei Dieselmotoren mit einem Turbolader wird das Abgas vorzugsweise vor dem Turbolader entnommen, um ein ausreichendes Druckgefälle zu erhalten. Im Bereich des Lichtbogenplasmas des Plasmareaktors 7 wird der im Abgas enthaltene Stickstoff zu Stickoxiden oxidiert, wobei sich Konzentrationen etwa von 0,1 bis 5 Vol.-% einstellen.
  • Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird als Betriebsgas Luft verwendet. Diese wird dem Plasmareaktor 7 über eine Atmosphärenleitung 11 zugeleitet.
  • Das NOx-Abgas-Gemisch wird über eine Verbindungsleitung 12 dem NOx-Speicherkatalysator zugeführt, welcher die Stickoxide selektiv absorbiert und chemisch bindet. Der NOx-Speicherkatalysator besteht aus einem metallischen oder keramischen Träger, der mit einer aktiven Schicht versehen ist, welche eine katalytische Komponente und eine Speicherkomponente umfasst. Die katalytische Komponente, welche die NH3-Bildungsreaktion beschleunigt, enthält zumindest eines der Metalle Pt, Pd und Rh, wobei Rh mit einem überwiegenden Anteil vor handen ist. Die Speicherkomponente ist aus Karbonaten oder Oxiden von Alkali- oder Erdalkalimetallen gebildet. Wenn der NOx-Speicherkatalysator 8 ausreichend mit NOx beladen ist, was durch geeignete Sensoren feststellbar ist, wird in einer H2-Erzeugungsphase im Plasmareaktor 7 Wasserstoff erzeugt. Dazu wird dem Plasmareaktor 7 über eine Dosierleitung 13 Kraftstoff in Form eines Kraftstoff-Luft- oder eines Kraftstoff-Abgas-Gemisches zugeführt. Das Mol-Verhältnis λ von Luft bzw. Abgas zu Kraftstoff liegt dabei weit unterhalb des stöchiometrischen Verhältnisses für die vollständige Verbrennung des Kraftstoffs (λ < 1), bevorzugt im Bereich 0,2 < λ < 0,6. Dabei entsteht im Lichtbogenplasma durch eine partielle Oxidation unter anderem Wasserstoff. Das in der H2-Erzeugungsphase gebildete, H2 enthaltene Gas wird über die Verbindungsleitung 12 dem NOx-Speicherkatalysator 8 zugeführt. Der Wasserstoff reduziert dort die chemisorbierten Stickoxide zu Ammoniak. Das nun Ammoniak enthaltene Gas wird über die Dosierleitung 5 dem Abgasstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators 3 zudosiert. Sofern hier als auch in der NOx-Erzeugungsphase Luft als Betriebsgas verwendet wird (2), wird diese beispielsweise aus dem Ansaugstutzen des Motors, im Falle des Vorhandenseins eines Turboladers hinter dessen Kompressor entnommen, wo der Luftdruck höher liegt als der Umgebungsdruck, und über die Dosierungsleitung 13 dem Plasmareaktor 7 zugeführt. Alternativ kann natürlich auch ein separater elektrisch oder vom Verbrennungsmotor angetriebener Kompressor die benötigte Luft zur Verfügung stellen.
  • Wie in 3 am Beispiel einer mit Luft als Betriebsgas arbeitende Einrichtung 6 gezeigt ist, kann zwischen dem Plasmareaktor 7 und dem NOx-Speicherkatalysator 8 ein Oxidationskatalysator 14 zwischengeschaltet sein. In der NOx-Erzeugungsphase erhöht der Oxidationskatalysator 14 durch Oxidation von NO den NO2-Anteil in dem aus dem Plasmareaktor 7 abgeführten Gas. Dadurch wird die Nitratbildung und damit die NOx-Speicherung effizienter. In der H2-Erzeugungsphase wird dagegen durch Ausnutzung der Wasser-Shift-Reaktion die H2-Ausbeute gegenüber der rein partiellen Oxidation um rund 50% erhöht, wie weiter oben erläutert wurde. Ein höherer NO2-Anteil führt zu einer Beschleunigung der katalytischen Umsetzung von NOx mit Wasserstoff zu NH3. In der H2-Erzeugunsphase erhöht der Oxidationskatalysator 14 die H2-Ausbeute.
  • Als Gasentladungen zur Erzeugung eines geeigneten Plasmas kommen etwa so genannte Rotarcs (rotierende Lichtbögen) und Glidarcs (Gleitlichtbögen) in Frage, solange sie bei hinreichend niedrigen elektrischen Strömen von unter 1 A betrieben werden. Dabei stellen sich aufgrund des transienten Charakters der Gasentladung mit typischerweise 1200 V bei Elektrodenabständen zwischen einigen Zehntel bis einigen Millimetern höhere mittlere Brennfeldstärken ein als bei stabilisierten thermischen Lichtbogenplasmen. Für eine erfindungsgemäße Abgasanlage wird eine rotationssymmetrische Reaktorgeometrie gewählt. Wie der in 4 gezeigten schematischen Abbildung eines Plasmareaktors 7 entnehmbar ist, weist dieser ein beispielsweise zylinderförmiges Gehäuse 15 auf, dessen eine Stirnwand 16 von einer in das Innere des Gehäuses 15 hineinragenden Stiftelektrode 17 beispielsweise aus Kupfer, Yttrium oder legiertem Stahl (Edelstahl) durchsetzt ist. Die Stiftelektrode 17 ist zur mechanischen Stabilisierung und elektrischen Isolierung von einer Isolierhülse 18 umfasst, welche ebenfalls die Stirnseite 16 durchsetzt.
  • Während die Stiftelektrode 17 mit einer Hochspannungsquelle verbunden ist, ist eine Gegenelektrode 19 geerdet. Im vorliegenden Fall ist die Gegenelektrode 19 von einer quer zur Längserstreckung der Stiftelektrode verlaufenden Gehäusequerwand z. B. aus Edelstahl gebildet, die im Bereich des in das Gehäuse 15 hineinragenden Freiendes 20 der Stiftelektrode 17 von einer Durchströmöffnung 22 durchsetzt ist. Die Gegenelektrode 19 kann auch anders ausgestaltet sein, beispielsweise in Form einer Hülse, deren Innenraum die Durchströmöffnung 22 bildet. Durch die als Gehäusequerwand ausgebildete Gegenelektrode 19 wird das Gehäuseinnere in eine Zündkammer 23, welche die Stiftelektrode 17 enthält, und eine Reaktionskammer 24 unterteilt. In der Zündkammer 23 zündet das Plasma zwischen dem Ende der Stiftelektrode 17 und der Durchströmöffnung 22 und in der Reaktionskammer erfolgen die langsameren der Plasma-induzierten Reaktionen. Am Gehäuse 15 sind zwei Anschlüsse angesetzt, die einen Gaseinlass 25 und einen Gasauslass 26 bilden. Der Gaseinlass 25 dient der Beschickung des ersten Raums 23 mit Luft/Abgas bzw. mit einem Kraftstoff enthaltenen Betriebsgas. An den Gasauslass 26 ist die Verbindungsleitung 12 angesetzt. Das über den Gaseinlass 25 zugeführte Gas umspült die Stiftelektrode und strömt, wie durch die Pfeile 27 angedeutet ist, zur Durchströmöffnung 22. Aufgrund eines sich zwischen der Stiftelektrode 17 und der Gegenelektrode 19 ausbildenden Lichtbogens, bildet sich in dem die Durchgangsöffnung 22 durchströmenden Gas ein Plasma aus. Ein solches Plasma enthält neben geladenen Teilchen auch eine hohe Konzentration an Radikalen, etwa Sauerstoff- oder Hydroxylradikalen, welche einerseits die Oxidation von Stickstoff zu NOx und andererseits eine partielle Oxidation des Kraftstoffs unter Wasserstoffbildung bewirken.
  • Der in 5 gezeigte Plasmareaktor 7 ist hinsichtlich der Zugabe des Kraftstoffes zum Betriebsgas für die Wasserstofferzeugung optimiert. Er weist eine Mischkammer 31 auf, in welche ein Kraftstoffinjektor 32 mündet. Dieser dient dazu, den Kraftstoff fein zu zerstäuben, damit er sich möglichst schnell und homogen im Betriebsgas (Abgas oder Luft) verteilt. Für den Kraftstoffinjektor 32 kommen bevorzugt Zerstäuber auf der Basis von unter Überdruck betriebenen Nadelventilen in Frage. Diese weisen eine in Schließrichtung federbelastete, mit einer Düsenöffnung 36 zusammenwirkende Nadel 37 auf, wobei diese z. B. durch einen Elektromagneten (nicht dargestellt) in Öffnungsrichtung bewegbar ist. Möglich sind natürlich auch andere Zerstäubersysteme, beispielsweise auf der Basis von Ultraschall. Über einen Gaseinlass 35 ist der Mischkammer 31 Betriebsgas zuführbar. Eine besonders gute Durchmischung und Verdampfung wird erreicht, wenn die Mischkammer 31 in thermischem Kontakt mit der Reaktionskammer 24 des Plasmareaktors 7 bzw. mit dessen Außenwand 38 steht und eine große innere Oberfläche mit guter Wärmeleitfähigkeit be sitzt. Dies wird dadurch erreicht, dass die Mischkammer 31 die Reaktionskammer umgreift und dass von der Außenwand 38 des Plasmareaktors 7 im Bereich der Reaktionskammer 24 Strukturen wie Rippen 33 abstehen, welche den Wärmeübergang zwischen Mischkammer 31 und Reaktionskammer 24 durch Oberflächenvergrößerung erhöhen. Durch den Wärmetausch werden einerseits der Plasmareaktor 7 und der die Reaktionskammer 24 verlassende Gasstrom soweit gekühlt, dass ein nachfolgender Oxidationskatalysator 14 (3) im optimalen Temperaturbereich für die Wasser-Shift-Reaktion (< 400°C) arbeiten kann. Andererseits werden Betriebsgas und Kraftstoff vorgewärmt, wodurch eine vollständige Verdampfung des Kraftstoffes gewährleistet ist und der Energiebedarf für den Plasmaprozess zur H2-Erzeugung drastisch reduziert wird. Auf der Seite der Zündkammer 23 ist an die Mischkammer 31 eine weitere, die Zündkammer 23 und den Gaseinlass 25 umgreifende Kammer 34 angesetzt, welche als Leitungskanal für das die Mischkammer 31 verlassende Gas dient.
  • Die Abkühlung des den Plasmareaktor verlassenden Gases wird schon dadurch erreicht, dass die Reaktionskammer 24 an die Mischkammer 31 Wärme abgibt. Eine zusätzliche Abkühlung wird erzielt, wenn das in der Reaktionskammer 24 erzeugte Gas mit einer Leitung 39 durch die Mischkammer hindurch geführt wird. Der Wärmeaustausch kann dabei z. B. dadurch verbessert werden, dass die Oberfläche der Leitung durch Rippen o. dgl. vergrößert wird.
  • Wenn das Betriebsgas grundsätzlich, d.h. auch für die NOx-Erzeugung, durch die Mischkammer 31 geführt wird, ergeben sich folgende Vorteile für die NOx-Erzeugung: Die Konversion von NO zu NO2 auf dem Oxidationskatalysator wird durch die niedrigere Gastemperatur verbessert (optimal sind Temperaturen unter 200°C), und der Energiebedarf für den Plasmaprozess zur NO-Erzeugung wird drastisch reduziert.

Claims (14)

  1. Abgasanlage für Brennkraftmotoren (2) mit einem SCR-Katalysator (3) und einer Einrichtung (6) zur Erzeugung eines Ammoniak enthaltenden Reduktionsgases, die eine H2-Erzeugungseinheit, eine NOx-Erzeugungseinheit, und den genannten Einheiten nachgeschaltet einen NOx-Zwischenspeicher sowie eine NH3-Erzeugungseinheit umfasst, wobei die H2-Erzeugungseinheit und die NOx-Erzeugungseinheit zusammengefasst und von einem gemeinsamen Plasmareaktor (7) gebildet sind.
  2. Abgasanlage nach Anspruch 1, bei der der NOx-Zwischenspeicher und die NH3-Erzeugungseinheit durch einen NOx-Speicherkatalysator (8) gebildet sind.
  3. Abgasanlage nach Anspruch 1 oder 2, bei der dem NOx-Zwischenspeicher ein Oxidationskatalysator vorgeschaltet ist, mit dem je nach Betrieb des Plasmareaktors NO zu NO2 oxidiert oder H2 durch Wasser-Shift von CO gebildet wird.
  4. Abgasanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der dem Plasmareaktor (7) eine Mischkammer (31) mit Mitteln zur geregelten Zufuhr und Zerstäubung von Kraftstoff und einem Gaseinlass (35) zur Zufur von Luft und/oder Abgas vorgeschaltet ist.
  5. Abgasanlage nach Anspruch 4, bei der die Mischkammer (31) in thermischen Kontakt mit der Außenwand des Plasmareators (7) steht.
  6. Abgasanlage nach Anspruch 5, bei der an der Außenwand des Plasmareaktors (7) oberflächenvergrößernde Strukturen vorhanden sind.
  7. Verfahren zur Stickoxidreduktion in Abgasen von Brennkraftmotoren (2), bei dem aus einem H2 enthaltenden Gas und einem NOx enthaltenden Gas ein NH3 enthaltendes Reduktionsgas erzeugt wird, das dem Abgasstrang (1) einer Abgasanlage an einer stromaufwärts eines SCR-Katalysators (3) angeordneten Stelle (4) zugeführt wird, wobei das NOx enthaltende Gas und das H2 enthaltende Gas in einem gemeinsamen Plasmareaktor (7) erzeugt werden, indem dieser in einer NOx-Erzeugungsphase mit Luft und/oder Abgas und in einer H2-Erzeugungsphase mit einem Kraftstoff-Luft- und/oder Kraftstoff-Abgas-Gemisch beschickt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das in der NOx-Erzeugungsphase gebildete NOx in einem NOx-Speicherkatalysator (8) zwischengespeichert wird, durch den in der H2-Erzeugungsphase zur Bildung des NH3 enthaltenden Gases H2 enthaltendes Gas hindurchgeleitet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das NOx enthaltende Gas zur Umwandlung von NO in NO2 einer oxidierenden Behandlung unterzogen wird, bevor es dem NOx-Speicherkatalysator (8) zugeführt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die oxidierende Behandlung mit Hilfe eines dem NOx-Speicherkatalysators (8) vorgeschalteten Oxidationskatalysators (14) durchgeführt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem das in der H2-Erzeugungsphase gebildete, H2 und CO enthaltende Gas einer katalytischen Behandlung unterzogen wird, bei der zumindest ein Teil des CO in einer Wasser-Shift-Reaktion mit H2O zu H2 und CO2 umgesetzt wird, bevor es dem NOx-Speicherkatalysator (8) zur Reduktion von NOx zu NH3 zugeführt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem ein dem Plasmareaktors (7) zugeführtes Kraftstoff- Luft oder Kraftstoff-Abgas-Gemisch vorgewärmt und dazu die Abwärme des Plasmareaktors (7) genutzt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die Abwärme des Plasmareaktors (7) zur Verdampfung des Kraftstoffes genutzt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, bei dem das im Plasmareaktor (7) erzeugte Gas durch Wärmetausch mit dem dem Plasmareaktor (7) zugeführten Gas abgekühlt wird, bevor es dem Oxidationskatalysator (14) zugeführt wird.
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