DE102005059250B4

DE102005059250B4 - Ammoniakvorläufersubstanz und Verfahren zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE102005059250B4
Application number: DE102005059250.3A
Authority: DE
Inventors: Dr. Jacob Eberhard
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2005-12-12
Filing date: 2005-12-12
Publication date: 2014-03-13
Anticipated expiration: 2025-12-13
Also published as: DE102005059250A1

Abstract

Zusammensetzung einer Ammoniakvorläufersubstanz für ein Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mit Ammoniak zur Reinigung von sauerstoffhaltigen Abgasen von Fahrzeugen unter Verwendung dieser Ammoniakvorläufersubstanz, die im Haupt- oder Nebenstrom des Abgases durch katalytische Zersetzung in Ammoniak umgewandelt wird, gekennzeichnet dadurch, dass die Zusammensetzung der Ammoniakvorläufersubstanz eine Mischung von Methanamid (HCONH2) und Wasser (kurz MAW) darstellt, wobei die Mischung einen Gehalt an Methanamid von mindestens 60 Gew.-% aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine Zusammensetzung einer Ammoniakvorläufersubstanz und gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 3 ein Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak (NH₃) aus der erfindungsgemäßen Ammoniakvorläufersubstanz, bevorzugt an Bord von Fahrzeugen, durch Verdampfung und katalytische Zersetzung und die anschließende Verwendung des so erzeugten Ammoniaks als Reduktionsmittel für die selektive katalytische Reduktion von bei Verbrennungsprozessen gebildeten Stickoxiden (NO_x) und ein Verfahren zur Verhinderung der Bildung von Sekundäremissionen bei der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mit Ammoniak, der aus der erfindungsgemäßen Ammoniakvorläufersubstanz hergestellt wurde.
Ammoniak (NH₃) dient in den betrachteten Anwendungsfällen als Reduktionsmittel, das vor einem speziellen SCR-Katalysator oder vor einer in einem Schalldämpfer integrierten Gruppe von parallel durchströmbaren SCR-Katalysatormodulen in die Abgasleitung von Verbrennungsanlagen und -kraftmaschinen, insbesondere die von Verbrennungskraftmaschinen von Fahrzeugen, eingeleitet wird und in den SCR-Katalysatoren die Reduktion der im Abgas enthaltenden Stickoxide bewirkt. SCR bedeutet Selective Catalytic Reduktion von Stickoxiden (NO_x) in Gegenwart von Sauerstoff.
Für die Erzeugung von Ammoniak, speziell in Fahrzeugen, sind bisher verschiedene flüssige und feste Ammoniakvorläufersubstanzen bekannt geworden. Auf die flüssigen Ammoniakvorläufersubstanzen wird nachfolgend eingegangen.
Bei Nutzfahrzeugen hat sich die Verwendung einer wässrigen, eutektischen Lösung von Harnstoff in Wasser (AdBlue^TM) mit einem Gehalt von 32,5 Gew.-% Harnstoff, einem Gefrierpunkt von –11°C und einem Ammoniakbildungspotential von 0,2 kg/kg als Ammoniakvorläufersubstanz durchgesetzt. Zum Betrieb der SCR-Anlage bei Temperaturen bis –30°C, das heißt bis zum Cold Flow Plugging Point (CFPP, untere Betriebstemperatur) des Dieselkraftstoffs in Winterqualität ist eine vergleichsweise aufwändige und gegen Betriebsstörungen anfällige Zusatzheizung von Tank, Leitungen und Ventilen für den AdBlue-Einsatz und für die AdBlue-Logistik in kalten Klimata im Winter erforderlich.
Für Länder mit einem kalten Klima ist es vorteilhaft, eine einfriersichere Ammoniakvorläufersubstanz verwenden zu können. Durch Zusatz von Ammoniumformiat zur Lösung von Harnstoff in Wasser kann der Gefrierpunkt deutlich abgesenkt werden. Damit werden Zusatzheizungen überflüssig und bei den Herstell- und Logistikkosten erhebliche Ersparnisse erzielt. Eine Lösung von 26,2% Ammoniumformiat und 20,1% Harnstoff in Wasser besitzt einen Gefrierpunkt von –30°C und das gleiche Ammoniakbildungspotential von 0,2 kg/kg wie AdBlue^TM und ist kommerziell unter der Bezeichnung Denoxium-30 verfügbar und kann vorteilhaft in der kalten Jahreszeit das AdBlue^TM ersetzen (SAE technical papers 2005-01-1856).
Durch Zusatz von Ammoniumformiat zur Lösung von Harnstoff in Wasser kann bei einer Lösung von 35% Ammoniumformiat und 30% Harnstoff in Wasser das Ammoniakbildungspotential von 0,2 kg/kg auf 0,3 kg/kg erhöht werden. Damit wird die Reichweite des Fahrzeugs mit einer Füllung der Ammoniakvorläufersubstanz um ein Drittel erhöht und bei Personenkraftwagen generell die Möglichkeit einer Dauerfüllung zwischen den Inspektionsintervallen erhöht. Ein Nachteil dieser Maßnahme ist das Ansteigen des Gefrierpunkt der Lösung auf den Bereich von –11 bis –15° (Denoxium January 2005, www.kemira.com).
Für die Erzeugung von Ammoniak aus den flüssigen Ammoniakvorläufersubstanzen sind verschiedene Verfahren bekannt geworden, auf die nachfolgend eingegangen wird.
In der EP 0487886 wird ein Verfahren für die quantitative Zersetzung einer wässrigen Lösung von Harnstoff in Wasser durch Hydrolyse zu Ammoniak (NH₃) und Kohlendioxid (CO₂) in einem Temperaturbereich von 160 bis 550°C vorgeschlagen, bei der im Ergebnis die Bildung unerwünschter Isocyansäure und von deren fester Folgeprodukte vermieden wird. Bei dieser bekannten Methode wird die Harnstofflösung zunächst mittels einer Düse auf einen im oder außerhalb des Abgases befindlichen Verdampfer/Katalysator gesprüht. Die dabei entstehenden gasförmigen Produkte werden zur Nachbehandlung über einen Hydrolysekatalysator geleitet, um eine quantitative Bildung von Ammoniak zu erreichen.
Aus der EP 0555746 ist eine Methode bekannt, die jene der EP 0487886 ergänzt. Letzteres in der Weise, dass der Verdampfer aufgrund seiner Ausgestaltung die Harnstofflösung homogen und so verteilt, dass der Kontakt der Tröpfchen mit den Kanalwandungen des Zersetzungskatalysators sichergestellt ist. Durch eine homogene Verteilung werden Ablagerungen auf den Katalysatoren vermieden und der Schlupf von überschüssigem Reduktionsmittel vermindert. Die Harnstoffdosierung sollte nur bei Abgastemperaturen ab 160°C aktiviert werden, da beim Unterschreiten dieser Temperatur unerwünschte Ablagerungen gebildet werden.
Die Überführung von Ammoniumformiat als Ammoniakvorläufersubstanz in Ammoniak ist durch Eindüsen der wässrigen Lösung in das heiße Abgas durch einfache Sublimation ohne besondere Vorbehandlung möglich. Nachteilig ist eine gleichzeitige Freisetzung der sehr korrosiven Ameisensäure und die mögliche Rückbildung von Ammoniumformiat auf der Oberfläche des SCR-Katalysators bei Abgastemperaturen unter 250°C. Das Porensystems des SCR-Katalysators wird temperaturreversibel verstopft.
Die Auslegeschrift DE 26 43 456 B2 beschreibt ein Verfahren zur Entfernung von Stickstoffoxiden aus Gasgemischen durch katalytische Umsetzung der Stickstoffoxide zu Stickstoff und Wasserstoff mittels einer Stickstoffverbindung als Reduktionsmittel wobei ein Reduktionsmittel eingesetzt wird bei dem ein oder zwei Wasserstoffatome des Ammoniaks durch eine weitere Gruppe gebildetes Derivat einsetzt, welches ein NH₂-Gruppe oder NH-Gruppe aufweisendes Amin oder ein CONH₂-Gruppe aufweisendes Amid sein kann.
Die Offenlegungsschrift DE 26 30 202 A1 lehrt ein Verfahren zum Reduzieren von Stickoxiden in Verbrennungsgasen bei dem das stickoxidhaltige Abgas mit einem Amen oder einem Amid in Gegenwart ausreichender Mengen O₂ in Berührung gebracht wird un dabei selektiv das Stickoxid in der Dampfphase, ohne dass dabei ein Katalysator benötigt wird, desoxidiert wird.
Der japanische Abstract JP 08 323 151 A beschreibt ein Verfahren zur Reinigung von stickstoffhaltigem Abgas wobei eine Aminverbindung als Reduktionsmittel in Anwesenheit eines Katalysators zur Reinigung des stickstoffhaltigen Abgases wirkt. Wobei der Katalysator aus künstlichem Mordenit mit in die Mordenitstruktur eingearbeiteten Eisen besteht.
Die Offenlegungsschrift DE 102 07 986 A1 lehrt eine Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine, die in Strömungsrichtung des Abgases einen Partikelfilter, Mittel zum Bereitstellen eines Reduktionsmittels im Abgasstrom, einen Katalysator zur Reduktion von im Abgas enthaltenem Stickoxid sowie einen nachgeschalteten Oxidationskatalysator aufweist.
Die Patentschrift DE 197 34 627 C1 beschreibt eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur katalytischen NO_x-Reduktion in sauerstoffhaltigen Motorabgasen unter Verwendlung von Harnstoff als Reaktionsmittel.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine geeignete Stoffzusammensetzung zu finden, die die Nachteile der bisher bekannten Ammoniakvorläufersubstanzen vermeidet und ein Verfahren zu schaffen, mit dem sich aus der erfindungsgemäßen flüssigen Ammoniakvorläufersubstanz Ammoniak für die NO_x-Verminderung nach dem SCR-Verfahren erzeugen lässt, wobei überschüssiges Reduktionsmittel und Nebenprodukte der Zersetzung durch katalytisch oxidative Nachbehandlung zerstört werden.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Zusammensetzung der Ammoniakvorläufersubstanz der im Anspruch 1 angegebenen Art und durch Verfahren der im Anspruch 3 angegebenen Art gelöst.
Details der erfindungsgemäßen Zusammensetzung und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den jeweils abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.
Bei der Entstehung der Erfindung wurden einige Vorüberlegungen angestellt, auf die nachfolgend näher eingegangen wird. Als Bezugsbasis hierfür wurde ein mobiles System wie ein Kraftfahrzeug angenommen, dessen aus der Verbrennung seines Motors hervorgehendes Abgas zur Erfüllung von Abgasgrenzwerten einer katalytischen Nachbehandlung unterzogen werden muss. Bei einem Kraftfahrzeug müssen bestimmte Zielkonflikte gelöst werden, die sich aus einem gegenläufigen Verbrauchs- und NO_x-Emissionsverhalten ergeben. Bei den für Dieselmotoren und mager betriebenen Ottomotoren typischen hohen Sauerstoffgehalten im Abgas, ist Ammoniak das einzige bekannte selektive Agenz für die NO_x-Reduktion. Nachdem Ammoniak in Druckflaschen oder als Ammoniakwasserlösung für den Fahrzeugeinsatz ein zu hohes Sicherheitsrisiko darstellt, hat man bereits frühzeitig Ammoniakvorläufersubstanzen für die SCR-Technik bei Fahrzeugen herangezogen. Am bekanntestens ist eine eutektische Harnstoff-Wasserlösung, die unter der Bezeichnung AdBlue^TM seit 2005 an europäischen Tankstellen verfügbar ist.
Das für die katalytische Reduktion des NO_x erforderliche Ammoniak wird bei der thermischen Zersetzung des Harnstoffs gebildet. Hierfür sind folgende Reaktionen relevant: Harnstoff lässt sich nicht verdampfen, sondern zerfällt beim Erhitzen primär in Isocyansäure (HNCO) und Ammoniak (NH₃) gemäß (H₂N)₂CO → HNCO + NH₃ [1]
Die Isocyansäure kann leicht zu nichtflüchtigen Stoffen, wie Cyanursäure polymerisieren. Hierbei können betriebsstörende Ablagerungen an Ventilen, an Einspritzdüsen und im Abgasrohr entstehen.
Die Isocyansäure (HNCO) wird in Anwesenheit von Wasser (H₂O) zu Ammoniak (NH₃) und Kohlendioxid (CO₂) hydrolysiert gemäß HNCO + H₂O → NH₃ + CO₂ [2]
Die Reaktion [2] erfolgt in der Gasphase sehr langsam. Die Reaktion [2] verläuft dagegen sehr schnell an Metalloxid oder/und Zeolithkatalysatoren, etwas langsamer an den durch ihren WO₃-Gehalt stark sauren Metalloxidkatalysatoren, wie den SCR-Katalysatoren auf Basis eines Mischoxids aus Vanadiumoxid, Wolframoxid und Titandioxid.
Bei den in Verbindung mit Kraftfahrzeugen bekannten Anwendungen von Harnstoff-SCR-Katalysatorsystemen wird in der Regel das Motorabgas unter Ausnutzung von dessen Wärmeinhalt zur thermischen Zersetzung des Harnstoffs nach Reaktion [1] genutzt. Prinzipiell kann die Reaktion [1] bereits vor dem SCR-Katalysator ablaufen, während die Reaktion [2] katalytisch beschleunigt werden muss. Prinzipiell können die Reaktionen [1] und [2] auch am SCR-Katalysator ablaufen, dessen SCR-Aktivität dadurch vermindert wird.
Ein weiterer wichtiger Einflussfaktor ist der Wasseranteil in der Mischung, da eine erhebliche Wärmemenge für die Erwärmung und Verdampfung des Wassers erforderlich ist. Zur Verdampfung und Zersetzung eines Harnstoff-Wasser-Gemisches mit einem Wasseranteil von 67,5 Gew.-% (AdBlue^TM) ist eine ca. vierfach höhere Wärmemenge erforderlich, als für die Zersetzung des 32,5%-Anteils an Harnstoff. Bei der Verwendung von Denoxium-30 sind nur noch 46,3 Gew.-% und bei Denoxium Plus sogar nur noch 35 Gew.-% Wasseranteil zu verdampfen.
Erfindungsgemäß wird deshalb als ammoniakliefernder Anteil der Ammoniakvorläufersubstanz Methanamid vorgeschlagen, eine Flüssigkeit, die bis 160°C thermisch stabil ist und bei dieser Temperatur bereits eine erhebliche Flüchtigkeit besitzt (Dampfdruck ca. 150 mbar). Der Siedepunkt beträgt 210°C bei 1013 mbar, wobei das Sieden von leichter Zersetzung begeleitet ist. Die hohe Flüchtigkeit des Methanamids ist ein großer Vorteil im Vergleich zu der Anwendung von Harnstoff, der nur schwierig in gasförmige Zersetzungsprodukte zu überführen ist und zur Vermeidung der Bildung betriebsstörender, fester Zersetzungsprodukte besonderer Vorsichtsmaßnahmen bei seiner Verwendung bedarf.
Erfindungsgemäß wird Methanamid wegen seines vergleichsweise hohen Gefrierpunkts von 2,6°C mit Wasser gemischt, um den Gefrierpunkt auf –25 bis –45°C absenken zu können. Methanamid ist unbegrenzt mit Wasser mischbar Mischungen von Methanamid und Wasser (MAW) zeigen ein sehr günstiges Gefrierverhalten. Der eutektische Punkt liegt mit einem Methanamid-Gewichtsanteil von 65,3% bei –45,4°C. Bei einem Gefrierpunkt von –28°C, der für eine praktische Anwendung ohne Zusatzheizung ausreichend ist, beträgt der Gehalt an Methanamid im MAW ca. 80 Gew.-%. Damit ist nur noch ein Wasseranteil von 20 Gew.-% zu verdampfen und gleichzeitig wird mit der Verwendung von MAW mit 80 Gew.-% Methanamidanteil das Ammoniakbildungspotential von 0,2 kg/kg bei AdBlue^TM und bei Denoxium-30 auf das Ammoniakbildungspotential von 0,3 kg/kg, wie beim nicht gefriersicheren Denoxium Plus gesteigert.
Die thermische Zersetzung des verdampften Methanamids (HCONH₂) erfolgt bei Temperaturen oberhalb von 250–300°C an SCR-Katalysatoren weitgehend quantitativ in Ammoniak (NH₃) und Kohlenmonoxid (CO) gemäß der Reaktion: HCONH₂ → NH₃ + CO [3], wobei das CO keine negativen Einflüsse auf das Umsatzverhalten der SCR-Reaktion besitzt.
Als besonderer Vorteil des MAW ist zu werten, dass bei sämtlichen Zersetzungsreaktionen des Methanamids ausschließlich gasförmige Produkte erzeugt werden. Dies ist ein bedeutsamer Vorteil gegenüber harnstoffhaltigen Lösungen, die bei der Zersetzung auch feste Nebenprodukte liefern können.
Das Problem einer nicht quantitativen Zersetzung des Methanamids besteht im Temperaturbereich zwischen 160 bis 250/300°C. Hier sind entsprechende Zusatzmaßnahmen zu ergreifen, um diesen Arbeitstemperaturbereich für die Ammoniakerzeugung nützen zu können.
Eine wirkungsvolle Maßnahme dieser Art, ist die Verdampfung und Zersetzung des MAW in einem Nebenstrom unter Verwendung eines Hydrolysekatalysators. Die Hydrolyse des Methanamids erfolgt am Katalysator durch Einstellung des Gleichgewichts gemäß HCONH₂ + H₂O ↔ HCOOH + NH₃ [4]
Wobei die gebildete Ameisensäure (HCOOH) durch weitere katalytische Zersetzung gemäß den Reaktionen [5] oder/und [6] aus dem Gleichgewicht gemäß Gleichung [4] entfernt und damit die Zersetzung des Methanamid vervollständigt wird: HCOOH → H₂O + CO [5], HCOOH + 0,5O₂ → H₂O + CO₂ [6]
Der Zerfall der Ameisensäure (HCOOH) nach Reaktion [5], erfolgt an Katalysatoren die für die Hydrolyse nach [4] aktiv sind. Die Oxidation der Ameisensäure nach Reaktion [6] erfolgt an selektiven Oxidationskatalysatoren, die keine nennenswerte Oxidationsaktivität gegenüber dem durch Reaktion [4] entstandenen Ammoniak haben dürfen.
Als HCOOH-selektive Oxidationskatalystoren haben sich Katalysatoren mit Palladium-/oder/und Gold als Aktivkomponenten mit einem Edelmetallgehalt von 0,1–2 g pro Liter Katalysatorvolumen auf einem Alumininiumsilikat- oder/und metallausgetauschten Zeolithträger herausgestellt. Die Verwendung derartiger Oxidationskatalysatoren ist eine Möglichkeit, die unerwünschte Bildung von Kohlenmonoxid (CO) als Nebenprodukt der Methanamidzersetzung bereits bei der Ammoniakerzeugung zu vermeiden.
Weiterhin ist es von Bedeutung, die Bildung einer nennenswerten Konzentration an gasförmiger Ameisensäure im Abgassystem wegen ihrer korrosiven Eigenschaften durch den Einsatz von Ameisensäure-Zersetzungskatalysatoren gering zu halten.
Nachfolgend wird auf das erfindungsgemäße Verfahren anhand der in den 1–6 dargestellten Fließschemata näher eingegangen.
In 1 wird das vom Motor (1) über den Abgasturbolader (2) über einen serienmäßigen Partikelfilter (3) geleitet, der durch dessen Beschichtung mit Platin den NO₂-Anteil im Abgas erhöht und die schnelle SCR-Reaktion gemäß NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O [7] den Arbeitstemperaturbereich von 250–300°C bis auf 180–200°C abzusenken vermag. Stromabwärts ist eine kommerziell erhältliche Reduktionsmitteleindüseinheit (4) (z. B. Denoxtronic PC/LD der Fa. Bosch GmbH) angeordnet, mit der MAW in das Abgasrohr eingesprüht wird. Im Abgasrohr befinden sich Verdampferelemente und Strömungsmischer (5), die die vorzugsweise mit einer katalytischen Beschichtung zur Zersetzung des Methanamids versehen sind, die Verteilung und Verdampfung des MAW verbessern und die Zersetzung des verdampften Methanamids in Ammoniak katalytisch beschleunigen.
Die katalytischen Beschichtung des Verdampfer-Mischers (5) für die Zersetzung des Methanamid zu Ammoniak und Kohlenmonoxid (CO) erfolgt unter Verwendung von katalytisch aktiven, nicht oxidationsaktiven Beschichtungen aus Oxiden (Titandioxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid), hydrothermal stabilen Metallzeolithen, insbesondere Eisenzeolithen vom ZSM 5- und Pentatyp und deren Mischungen.
Weiter stromabwärts befindet sich der SCR-Katalysator (6) mit einem nachfolgenden Oxidationskatalysator (7). Der Katalysator (7) hat die Aufgabe, die Emissionen unerwünschter Stoffe, wie CO, überschüssigem Methanamid, Ameisensäure und Ammoniak zu vermeiden.
In 2 ist der Mischer/Verdampfer (5) aus 1 nach der Eindüsheit (4) durch einen Methanamid-Zersetzungskatalysators (8), der dem SCR-Katalysator (6) direkt vorgeschaltet ist, ersetzt. Der Träger des Katalysators (8) besteht vorzugsweise aus metallischen Mischelementen, die turbulent durchströmt werden, z. B. die Trägertypen MX, LS/PE und PE, die kommerziell erhältlich sind. Die katalytische Beschichtung ist die gleiche wie die oben beschriebene Beschichtung des Verdampfer-Mischers (5).
In 3 ist die Eindüseinheit (4) für das Methanamid, einem Methanamid-Zersetzungskatalysator (8), der im Nebenstrom zu dem im Hauptstrom angeordneten Partikelfilter (3) angeordnet ist. Der Abgasnebenstrom, der den Methanamid-Zersetzungskatalysator durchströmt, kann entweder vor oder nach dem Abgasturbolader (2) entnommen werden
Diese Anordnung besitzt den Vorteil, dass für die Beschichtung des Katalysators (8) katalytisch aktive Beschichtungen aus Oxiden (Titandioxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid), hydrothermal stabilen Metallzeolithen und deren Mischungen, die mit Gold- oder/und Palladium als oxidationsaktive Komponenten imprägniert sind, eingesetzt werden können, die eine Zersetzung des Methanamids zu Ammoniak und Kohlendioxid (CO₂) katalysieren und damit die Bildung von Kohlenmonoxid (CO) vermeiden und die Zersetzungstemperatur des Methanamids auf 180°C absenken.
Die Schemata in 4–6 sind im Vergleich zu 1–3 ähnlich. Allerdings ist der Partikelfilter (3) dem SCR-Katalysator (6) nachgeschaltet, da die hohe Wärmekapazität des Partikelfilters (3) das Anspringverhalten des SCR-Katalysator, (6) verschlechtert. Zur Erzeugung des für die schnelle SCR-Reaktion [7] erforderlichen, erhöhten NO₂-Anteils, werden generell an der Position der Partikelfilter (3) Voroxidationskatalysatoren (9) eingesetzt. Der Partikelfilter (3) ersetzt den Nachoxidationskatalysator (7).
Bei Nutzfahrzeugmotoren empfiehlt sich besonders eine Anordnung gemäß Schema nach 6. Bedingt durch die äußerst niedrigen PM-Emissionen von neueren Nfz-Motoren kann der nachgeschaltete Rußfilter (3) wegfallen und durch einen Sperrkatalysator (7) ersetzt werden. Bei Nfz-Motoren kann für den Einsatz im Fernverkehr auch der Oxidationskatalysator (9) wegfallen.

Claims

Zusammensetzung einer Ammoniakvorläufersubstanz für ein Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mit Ammoniak zur Reinigung von sauerstoffhaltigen Abgasen von Fahrzeugen unter Verwendung dieser Ammoniakvorläufersubstanz, die im Haupt- oder Nebenstrom des Abgases durch katalytische Zersetzung in Ammoniak umgewandelt wird, gekennzeichnet dadurch, dass die Zusammensetzung der Ammoniakvorläufersubstanz eine Mischung von Methanamid (HCONH₂) und Wasser (kurz MAW) darstellt, wobei die Mischung einen Gehalt an Methanamid von mindestens 60 Gew.-% aufweist.
Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die MAW-Mischung einen Gehalt an Methanamid von 80 Gew.-%, einen Gefrierpunkt von –28°C und ein Ammoniakbildungspotential von 0,3 kg/kg MAW besitzt.
Verfahren der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden mit Ammoniak zur Reinigung von sauerstoffhaltigen Abgasen von Fahrzeugen unter Verwendung einer Mischung von Methanamid (HCONH₂) und Wasser (kurz MAW) mit einem Gehalt an Methanamid von mindestens 60 Gew.-%, die im Haupt- oder Nebenstrom des Abgases durch katalytische Zersetzung in Ammoniak umgewandelt wird und der Vermeidung von Sekundäremissionen nach einem SCR-Katalysator (6) durch katalytische Oxidation, gekennzeichnet durch, – Verwendung eines hochaktiven Zersetzungskatalysators (8) für Methanamid zur Freisetzung des Ammoniaks aus der Ammoniakvorläufersubstanz (MAW), – Verwendung eines Oxidationskatalysator („Sperrkatalysator”) (7) oder/und – Verwendung einer Kombination eines Oxidationskatalysator/Partikelfilters (3), zur vorrangigen Verhinderung unerwünschter Emissionen von überschüssigem Methanamid und Zwischenprodukten seiner Zersetzung nach dem SCR-Katalysator (6).
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den Einsatz eines Zersetzungskatalysators (8) für Methanamid zwischen der Eindüsstelle (4) und dem SCR-Katalysator (6) zur Erzeugung von Ammoniak aus Methanamid, vorzugsweise durch einen katalytisch beschichteten „turbulenten” Metallträgerkatalysator mit Misch- und Verdampferwirkung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren (8) für die Zersetzung des Methanamids zu Ammoniak und Kohlenmonoxid (CO) katalytisch aktive, nicht oxidationsaktive Beschichtungen aus Oxiden (Titandioxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid), hydrothermal stabilen Metallzeolithen, insbesondere Eisenzeolithen vom ZSM 5- und Pentatyp und deren Mischungen aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatoren (8) für die Zersetzung des Methanamid zu Ammoniak und Kohlendioxid (CO₂) katalytisch aktive Beschichtungen aus Oxiden (Titandioxid, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid), hydrothermal stabilen Metallzeolithen und deren Mischungen, die mit Gold oder/und Palladium als oxidationsaktive Komponenten imprägniert sind, aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Eindüseinheit (4) für das MAW in den Abgasstrom stromaufwärts vor dem SCR-Katalysator (6) vorgesehen ist, wobei stromabwärts nach der Eindüsstelle des MAW, Misch- und Verdampferelemente (5), die vorzugsweise mit einer katalytischen Beschichtung zur Zersetzung des Methanamids versehen sind, die Verteilung und Verdampfung des MAW verbessern und die Zersetzung des verdampften Methanamids in Ammoniak katalytisch beschleunigen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Eindüseinheit (4) für das MAW sowie eines Methanamid-Zersetzungskatalysators (8), der dem SCR-Katalysator (6) direkt vorgeschaltet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch eine Eindüseinheit (4) für das Methanamid sowie einen Methanamid-Zersetzungskatalysator (8), der im Nebenstrom zu dem im Hauptstrom angeordneten Partikelfilter (3) oder/und Oxidationskatalysator (9) angeordnet ist, wobei der Abgasnebenstrom, der den Methanamid-Zersetzungskatalysator durchströmt, entweder vor oder nach dem Abgasturbolader (2) entnommen werden kann.
Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die katalytische Oxidation unerwünschter Stoffe, wie Methanamid und von Nebenprodukten der Ammoniakerzeugung, die durch eventuelle Überdosierung von MAW oder/und bei Abgastemperaturen < 250°C entstehen, mit einem dem SCR-Katalysator (6) nachgeschalteten Oxidationskatalysator (7) oder/und einem oxidationskatalytisch beschichteten Partikelfilter (3), vorzugsweise einem Oxidationskatalysator (7) mit Zonenbeschichtung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 und 10, gekennzeichnet durch die bevorzugte Verwendung einer katalytischen Beschichtung mit Edelmetallaktivkomponenten (Palladium oder/und Gold) mit besonders hoher Oxidationsaktivität für Methanamid und seinen kohlenstoffhaltigen Zersetzungsprodukten in der Eingangszone des Oxidationskatalysators (7).
Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 10 und 11, gekennzeichnet durch die Verwendung einer katalytischen Beschichtung mit Edelmetallaktivkomponenten (Palladium oder/und Gold) mit einer Beladung von 0,1–2 g Edelmetall pro Liter Katalysatorvolumen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3, 10 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung von Edelmetallaktivkomponenten (Platin) mit besonders hoher Oxidationsaktivität für Ammoniak in der Ausströmzone des Oxidationskatalysators (8).