DE102006032292A1

DE102006032292A1 - Reducing agent treatment system for SCR catalysts

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Publication number: DE102006032292A1
Application number: DE102006032292A
Authority: DE
Inventors: André HORN; Jörn BULLERT; Stefan Wendenburg; Martina Gottschling; Arne Brömer; Andreas Herr
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2006-07-11
Filing date: 2006-07-11
Publication date: 2008-01-24
Also published as: FR2912463A1; FR2903730A1

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Reduktionsmittelaufbereitung, welche einen beheizbaren mit einer Zuführleitung und einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors verbundenen Reaktor umfasst, wobei dem Reaktor ein ammoniakabspaltendes pelletförmiges Material durch die Zuführleitung mittels eines Förderluftstroms zugeführt und die Vorrichtung in einer Aufheizphase betrieben wird, ist vorgesehen, dass zumindest während der Aufheizphase für den Förderluftmassenstrom ein minimaler Wert eingestellt wird, bei dem ein Einströmen von Abgas in die Zuführleitung verhindert wird, oder dass die Zuführleitung mittels eines Sperrorgans verschlossen wird. Ferner wird zur Einstellung eines Förderstromluftmassenstroms ein Teilluftstrom stromaufwärts einer ersten Verbindungsstelle von Zuführleitung und Reaktor aus dem Förderluftstrom ausgekoppelt. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens.In the method according to the invention for operating a reducing agent treatment apparatus which comprises a heatable reactor connected to a supply line and an exhaust system of an internal combustion engine, wherein an ammonia-releasing pellet-shaped material is fed to the reactor through the supply line by means of a conveying air flow and the device is operated in a heating phase provided that at least during the heating phase for the conveying air mass flow, a minimum value is set at which an inflow of exhaust gas is prevented in the supply line, or that the supply line is closed by means of a blocking member. Further, a partial air flow is coupled out of the conveying air flow upstream of a first connection point of supply line and reactor for setting a delivery flow air mass flow. The invention further relates to an apparatus for carrying out the method.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung jeweils gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The The present invention relates to a method and an apparatus each according to the preambles the independent one Claims.

Zur Reduzierung von Stickoxidkonzentrationen wird seit einigen Jahren das bereits aus dem Einsatz bei industriellen Anlagen bekannte SCR-Verfahren auch bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen eingesetzt. SCR bedeutet im vorliegenden Zusammenhang Selective Catalytic Reduction. Bei dem SCR-Verfahren wird dem Abgas des Verbrennungsmotors Ammoniak zugegeben, welches mit den Stickoxid unter Bildung von Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser reagiert. Verschiedene für die Erzeugung von Ammoniak bekannte Methoden sind beispielsweise in der EP 1 338 562 B1 beschrieben. Insbesondere ist aus der EP 1 338 562 B1 ein Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak und dessen anschließender Einspeisung als Reduktionsmittel in einem aus einem Verbrennungsprozess eines Motors, einer Gasturbine oder eines Brenners resultierenden Abgasstrom für die selektive katalytische Reaktion darin enthaltener Stickoxide bekannt. Dabei wird trockener Harnstoff aus einer Bevorratung in geregelter Menge in einem außerhalb des Abgasstroms angeordneten Reaktor zugeführt und in diesem durch Blitzthermolyse in Ammoniak und Isocyansäure gespalten. Das so entstandene Gasgemisch wird unmittelbar anschließend in Gegenwart von Wasser katalytisch nachbehandelt, wobei die aus der Blitzthermolyse resultierende Isocyansäure durch quantitative Hydrolyse in Ammoniak und Kohlendioxid umgewandelt wird. Der in Granulat-, Pulver- oder Prillform in einem Vorratsbehälter bevorratete Harnstoff wird dabei mittels einer Dosiereinrichtung über einen als Transportmedium dienenden Luftstrom in den Reaktor eingespeist. Die Blitzthermolyse des in den Reaktor eingespeisten Harnstoffs erfolgt an einer elektrisch beheizten Metallfläche unter spontanem Vergasen. Die Temperatur der elektrisch beheizten Metallfläche beträgt dabei zwischen 200°C und 450°C um den Harnstoff vollständig zu vergasen. Das zur katalytischen Hydrolyse der Isocyansäure erforderliche Wasser wird mit einem Abgasstrom bereit gestellt, der in den Reaktor eingespeist wird. Dabei wird die Quantität des Abgasstromes, der in den Reaktor eingespeist wird in Abhängigkeit von der Abgastemperatur derart geregelt eingestellt, dass bei einer oberhalb der Harnstoffzersetzungstemperatur liegenden Abgastemperatur zur Verminderung der elektrischen Heizleistung ein größerer Abgasstrom in den Reaktor eingespeist wird, als bei Abgastemperaturen unterhalb der Harnstoffzersetzungstemperatur.To reduce nitrogen oxide concentrations, the SCR process, which is already known from industrial installations, has also been used for some years for internal combustion engines of motor vehicles. SCR in this context means Selective Catalytic Reduction. In the SCR process, ammonia is added to the exhaust gas of the internal combustion engine, which reacts with the nitrogen oxide to form nitrogen, carbon dioxide and water. Various methods known for the production of ammonia are described, for example, in US Pat EP 1 338 562 B1 described. In particular, from the EP 1 338 562 B1 discloses a method of producing ammonia and then injecting it as a reductant into an exhaust gas stream resulting from a combustion process of an engine, gas turbine, or combustor for the selective catalytic reaction of nitrogen oxides contained therein. In this case, dry urea from a reservoir in a controlled amount is supplied in a reactor arranged outside the exhaust stream and split in this by flash thermolysis in ammonia and isocyanic acid. The resulting gas mixture is then post-treated catalytically immediately in the presence of water, wherein the isocyanic acid resulting from the Blitzthermolyse is converted by quantitative hydrolysis in ammonia and carbon dioxide. The urea stored in granule, powder or prill form in a storage container is fed into the reactor by means of a metering device via an air stream serving as a transport medium. The flash thermolysis of the urea fed into the reactor takes place on an electrically heated metal surface under spontaneous gasification. The temperature of the electrically heated metal surface is between 200 ° C and 450 ° C to completely gasify the urea. The water required for the catalytic hydrolysis of the isocyanic acid is provided with an offgas stream which is fed to the reactor. In this case, the quantity of the exhaust gas flow fed into the reactor is adjusted in dependence on the exhaust gas temperature such that a greater exhaust gas flow is fed into the reactor at an exhaust gas temperature above the urea decomposition temperature to reduce the electric heating power than at exhaust gas temperatures below the urea decomposition temperature ,

Eine Vorrichtung zum Dosieren und Fördern von trockenem Harnstoff, insbesondere zur Durchführung des SCR-Verfahrens in einem Kraftfahrzeug, mit einem Vorratsbehälter in dem der trockene Harnstoff in Form von Pelletts vorliegt ist aus der DE 10 251 498 A1 2004.05.19 bekannt.A device for dosing and conveying dry urea, in particular for carrying out the SCR process in a motor vehicle, with a storage container in which the dry urea in the form of pellets is present from the DE 10 251 498 A1 2004.05.19 known.

Eine Zufuhr des Reduktionsmittels in den Reaktor mittels eines Förderluftstroms hat aufgrund des damit verbundenen Wärmeabzugs, einen signifikanten Einfluss auf die Aufheizzeit und den Heizleistungsbedarf des Reaktors und damit den Energieverbrauch eines mit dem Verbrennungsmotor betriebenen Fahrzeugs.A Supply of the reducing agent into the reactor by means of a conveying air flow has a significant due to the associated heat extraction Influence on the heating time and the heating power requirement of the reactor and thus the energy consumption of a powered by the internal combustion engine Vehicle.

Das der Erfindung zugrunde liegende Problem besteht darin, die bis zum Ereichen einer vorgegebenen Betriebstemperatur einer gattungsgemäßen Vorrichtung erforderliche Aufheizzeit zu verkürzen sowie den Heizleistungsbedarf zur Aufrechterhaltung einer vorgegebenen Betriebstemperatur der Vorrichtung zu vermindern.The The problem underlying the invention is that until the E reach a predetermined operating temperature of a generic device required heating time to shorten and the heating power requirement to maintain a predetermined operating temperature of the device to diminish.

Das angegebene Problem wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.The indicated problem is achieved by the features of the independent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Reduktionsmittelaufbereitung wird dem Reaktor ein ammoniakabspaltendes pellettförmiges Material, vorzugsweise trockene Harnstoffpartikel, mittels eines Förderluftstroms zugeführt und die Vorrichtung zumindest in einer Aufheizphase betrieben. Die Vorrichtung zur Reduktionsmittelaufbereitung umfasst einen beheizbaren mit einer Luftzuführleitung und eine Abgassystem verbunden Reaktor. Erfindungsgemäß wird während der Aufheizphase für den Förderluftmassenstrom ein minimaler Wert eingestellt, bei dem ein Einströmen von Abgas in die Zuführleitung verhindert wird. Wenn während der Aufheizphase für den Förderluftmassenstrom ein minimaler Wert gewählt wird, wird dadurch die in der Aufheizphase aufzuheizende Gesamtmasse reduziert und damit die zur Aufheizung erforderliche Zeit verringert. Bei der Wahl des minimalen Werts der Förderluftmassenstroms wird beachtet, dass ein Einströmen von Abgas in die Luftzuführleitung verhindert wird. In erster Linie ist aufgrund der hygroskopischen Eigenschaft von Harnstoff das Eindringen von Wasser kritisch zu bewerten. Im ungünstigsten Fall sind die Pellets nach einer Wasseradsorption nicht mehr rieselfähig.at the method according to the invention for operating a device for reducing agent treatment the reactor is an ammonia-releasing pellet-shaped material, preferably dry urea particles, fed by means of a conveying air flow and operated the device at least in a heating phase. The device for reducing agent treatment comprises a heatable with a air supply line and an exhaust system connected to the reactor. According to the invention during the heating phase for the Conveying air mass flow set a minimum value at which an influx of exhaust gas in the supply line is prevented. If during the heating phase for the conveying air mass flow a minimum value is selected is, is characterized by the aufheizphase in the heating phase total mass reduces and thus reduces the time required for heating. When selecting the minimum value of the conveying air mass flow, it is noted that an influx of exhaust gas in the air supply line is prevented. Primarily due to the hygroscopic Property of urea critical to the ingress of water rate. In the worst case Case, the pellets are no longer free flowing after a water adsorption.

Alternativ wird die Luftzuführleitung mittels eines Sperrorgans verschlossen.alternative becomes the air supply line closed by a blocking member.

Gemäß einem weiterem Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung zur Reduktionsmittelaufbereitung zur Einstellung eines Förderluftmassensensors ein Teilluftstrom aus dem Förderluftstrom stromaufwärts einer ersten Verbindungsstelle von zur Führleitung und Reaktor ausgekoppelt.According to one Further aspect of the invention is in a method of operation a device for reducing agent preparation for adjustment a conveying air mass sensor a partial air flow from the conveying air flow upstream a first junction of coupled to the guide and reactor.

Bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung zur Reduktionsmittelaufbereitung ist vorgesehen, dass zumindest während der Aufheizphase für den Förderluftmassenstrom ein minimaler Wert gewählt wird bei dem ein Einströmen vom Abgas in die Luftzuführleitung verhindert wird oder verhinderbar ist.at a generic device for reducing agent treatment is provided that at least while the heating phase for the conveying air mass flow a minimum value is selected becomes in the one inflow from the exhaust gas into the air supply line is prevented or preventable.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass stromaufwärts einer Verbindungsstelle von Luftzuführleitung und Reaktor eine Auskoppelungseinrichtung zur Auskoppelung eines Luftstroms angeordnet ist.According to one Another aspect of the invention is in a generic device provided upstream a junction of air supply line and reactor one Decoupling arranged for decoupling an air flow is.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen zusammengefasst.preferred embodiments of the invention are in the dependent claims summarized.

Um auch nach Ende der Aufheizphase den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren, wird nach Ende der Aufheizphase eine zur Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Betriebszustandes des Reaktors zuzuführende Heizleistung auf einen minimalen Wert eingestellt.Around to reduce fuel consumption even after the end of the heating phase is at the end of the heating phase to maintain a predetermined Operating state of the reactor to be supplied to a heating power set minimum value.

Zweckmäßig ist es den Förderluftstrom durch eine von Betriebsparametern der Vorrichtung zur Reduktionsmittelaufbereitung abhängige Förderluftregelung einzustellen, da damit der Förderluftstrom genau in der für eine SCR-Stickoxidreinigung des Abgases erforderliche Größenordnung gebracht werden kann.Is appropriate it the conveying air flow through one of operating parameters of the apparatus for reducing agent preparation dependent Conveying air control adjust, because so the conveying air flow exactly in the for an SCR nitrogen oxide purification of the exhaust gas required order of magnitude can be brought.

Besonders zweckmäßig ist eine Förderluftregelung auf Basis von zumindest einer der Motorbetriebsparameter, Motorkenngrößendrehzahl, Drehmoment-Luftmasse und/oder einen Signal eines Drucksensors im Reaktor, da aus diesen Größen die erforderliche Menge von ammoniakabspaltenden Material zur Gewährleistung einer Stickoxidreduktion im Abgassystem bestimmt werden kann. Ausgehend von der für eine bestimmte Pumpendrehzahl charakteristischen Kennlinie ergibt sich in Abhängigkeit vom Gegendruck im Reaktor ein bestimmter erforderlicher Förderluftstrom. Der erforderliche Förderluftstrom hängt unmittelbar von der sich aus der Dosieranforderung ergebenden Pelletfrequenz ab. Aus dem Gegendruck im Reaktor kann somit eine erforderliche Pumpendrehzahl abgeleitet werden.Especially is appropriate a conveying air control based on at least one of the engine operating parameters, engine speed reference, Torque air mass and / or a signal of a pressure sensor in Reactor, because of these sizes the required Amount of ammonia releasing material to ensure nitrogen oxide reduction in the Exhaust system can be determined. Starting from the for a certain Pump speed characteristic curve results in dependence from the back pressure in the reactor a certain required conveying air flow. The required conveying air flow depends directly from the pellet frequency resulting from the dosing request from. From the back pressure in the reactor can thus a required pump speed be derived.

Es versteht sich, dass auch weitere Motorbetriebsparameter, wie Temperatur und Druck des Abgases im Abgassystem, insbesondere in einem Katalysator zur Stickoxidreduktion, die NO_x-Konzentration im Abgassystem, der Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors sowie Parameter des Reaktors, wie beispielsweise Temperatur in bestimmten Bereichen des Reaktors zur Förderluftregelung herangezogen werden können.It is understood that other engine operating parameters, such as temperature and pressure of the exhaust gas in the exhaust system, in particular in a catalyst for nitrogen oxide reduction, the NO _x concentration in the exhaust system, the exhaust gas mass flow of the engine and parameters of the reactor, such as temperature in certain areas of the reactor can be used for conveying air control.

Zur Auskopplung des Teilluftstroms aus dem Förderluftstrom ist stromaufwärts einer Verbindungsstelle von Luftzuführleitung und Reaktor eine Auskopplungseinrichtung vorgesehen. Die Auskopplungseinrichtung gewährleistet dabei, dass kein oder nur eine geringe Menge an ammoniakabspaltenden Material im Teilluftstrom enthalten ist. Beispielsweise kann die Auskopplungseinrichtung eine mit einem Filter versehene Abzweigung der Luftzuführleitung sein. Zur Anpassung des Förderluftmassenstroms an Betriebsparameter der Vorrichtung zur Reduktionsmittelaufbereitung kann die Auskopplungseinrichtung steuerbar ausgebildet sein.to Decoupling of the partial air flow from the conveying air flow is upstream of a Connection point of air supply line and reactor a decoupling device provided. The decoupling device guaranteed doing so, that no or only a small amount of ammonia-splitting material is contained in the partial air flow. For example, the outcoupling device be a provided with a filter branch of the air supply line. For adaptation of the conveying air mass flow to operating parameters of the device for reducing agent preparation the outcoupling device can be designed to be controllable.

Bevorzugt weist der Reaktor eine Heizzone auf, die in unterschiedlichen Bereichen des Reaktors angeordnet sein kann. Im Bereich der Heizzone erfolgt eine Thermolyse des ammoniakabspaltenden Materials. Es versteht sich, dass diese Thermolyse nicht notwendigerweise eine Blitzthermolyse ist. Vorzugsweise ist der Reaktor elektrisch beheizt. Ferner kann der Reaktor eine Hydrolysezone aufweisen, in deren Bereich unter Zuführung von Wasser oder Wassergas Isocyansäure in Ammoniak und Kohlendioxid umgewandelt wird. Vorzugsweise beinhaltet die Hydrolysezone einen Hydrolysekatalysator mit Katalysatorsegmenten. Die Hydrolysezone ist vorzugsweise stromab der Thermolysezone im Reaktor angeordnet.Prefers the reactor has a heating zone in different areas of the reactor can be arranged. In the area of the heating zone takes place a thermolysis of ammoniakabspaltenden material. It understands that this thermolysis does not necessarily cause flash thermolysis is. Preferably, the reactor is electrically heated. Furthermore, can the reactor have a hydrolysis zone, in the area below feed of water or water gas isocyanic acid in ammonia and carbon dioxide is converted. Preferably, the hydrolysis zone includes a Hydrolysis catalyst with catalyst segments. The hydrolysis zone is preferably located downstream of the thermolysis in the reactor.

Ein günstiger Effekt bei einer Einleitung des Teilluftstroms stromab der Heizzone und/oder der Hydrolysezone in den Reaktor ist eine Reduzierung der aufzuheizenden Gesamtmasse und damit der Aufheizzeit und/oder der aufzubringenden Heizleistung I Die Reduzierung der Heizleistung erfolgt sowohl in der Aufheizphase des Reaktorsystems als auch in der Betriebsphase. Insbesondere kann der Teilluftstrom stromab des Reaktors in eine den Reaktor mit dem Abgassystem verbindende Speiseleitung eingeleitet werden, wobei jedoch das Risiko einer Ablagerung von Staub stromab der Einleitungsstelle nicht gänzlich auszuschließen ist. Durch eine Einleitung des Teilluftstroms weiter stromauf, insbesondere in einen Bereich der Hydrolysezone kann zusätzlich erreicht werden, dass derartige Staubpartikel, soweit sie aus dem ammoniakabspaltenden Material bestehen, in die Produktstoffe Ammoniak und Kohlendioxid übergeführt werden. Dadurch können unerwünschte Ablagerungen in diesem Bereich verhindert werden. Bei einem Hydrolysekatalysator mit Katalysatorsegmenten erfolgt eine Einleitung des Teilluftstroms zweckmäßigerweise zwischen die Katalysatorsegmente.One better Effect of introducing the partial air flow downstream of the heating zone and / or the hydrolysis zone in the reactor is a reduction of aufheizenden total mass and thus the heating time and / or the Heating power to be applied I The reduction of heating power takes place both in the heating phase of the reactor system and in the operating phase. In particular, the partial air flow downstream of the Reactor introduced into a connecting the reactor with the exhaust system feed line but with the risk of depositing dust downstream the discharge point not entirely excluded is. By an introduction of the partial air flow further upstream, in particular In a region of the hydrolysis zone can be additionally achieved that Such dust particles, as far as they are from the ammonia splitting Consist of material into which product substances ammonia and carbon dioxide are transferred. Thereby can undesirable Deposits in this area can be prevented. In a hydrolysis catalyst With catalyst segments, an introduction of the partial air flow takes place expediently between the catalyst segments.

Zweckmäßigerweise erfolgt die Auskopplung des Teilluftstroms mittels einer geeigneten Auslegung der Strömungswiderstände von Förderluftstrom und Teilluftstrom.Conveniently, the decoupling of the partial air flow takes place by means of a suitable Design of the flow resistances of Conveying air flow and Partial air flow.

Der Bereich des thermischen Reaktors, in dem die Zufuhr der Pellets in die Thermolysezone erfolgt, wird als thermische Übergangszone bezeichnet. Es versteht sich daher, dass Werte des Förderluftstroms gewählt werden, bei denen die Partikel des ammoniakabspaltenden Materials die thermische Übergangszone ohne anzuschmelzen überwinden können. Die Temperatur der Thermolysezone liegt deutlich über der Schmelztemperatur von Harnstoff von 133°C. Um ein Anschmelzen der Pellets zu verhindern, müssen sie aus diesem Grund die thermische Übergangszone mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit überwinden. Bis zu der Stelle, an der der Teilluftstrom ausgekoppelt wird, steht für die Pelletförderung der gesamte Förderluftstrom zur Verfügung. Die Größe des Förderluftstroms hat einen unmittelbaren Einfluss auf die Pelletgeschwindigkeit und damit die kinetische Energie der Pellets. Die kinetische Energie der Pellets muss demnach in einer Größenordnung liegen, dass sie die Übergangszone in den Reaktor trotz eines stark reduzierten Förderluftstroms mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit überwinden. Der Anteil der Förderluft, der durch die thermische Übergangszone in den Reaktor einströmt sorgt weiterhin für eine Kühlung. Vorzugsweise wird die Förderleitung im Bereich der thermischen Übergangszone dünnwandig gestaltet, da auf diese Weise die Wärmekapazität minimiert wird.Of the Area of the thermal reactor, in which the supply of pellets takes place in the thermolysis zone, is used as a thermal transition zone designated. It is therefore understood that values of the conveying air flow chosen in which the particles of ammonia-releasing material the thermal transition zone without being able to melt. The Temperature of the thermolysis zone is well above the melting temperature of Urea of 133 ° C. For this reason, in order to prevent melting of the pellets, they must thermal transition zone overcome with a sufficiently high speed. Up to the point at which the partial air flow is decoupled, stands for the pellet conveying the entire conveying air flow to disposal. The size of the conveying air flow has an immediate impact on the pellet speed and hence the kinetic energy of the pellets. The kinetic energy The pellets must therefore be of an order of magnitude the transition zone in the reactor despite a greatly reduced flow of conveying air with a sufficient overcome high speed. The proportion of conveying air, through the thermal transition zone flows into the reactor continues to ensure a cooling. Preferably, the delivery line in the area of the thermal transition zone thin-walled designed, because in this way the heat capacity is minimized.

Nachfolgend wird die Erfindung unabhängig von der zusammenfassenden Darstellung in den Ansprüchen anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die Zeichnung zeigt gemäßfollowing the invention is independent of the summary in the claims with reference to a in the drawing illustrated embodiment described in more detail. The drawing shows according to

1: schematisch eine Vorrichtung zur Reduktionsmittelaufbereitung mit einer Förderluftleitung 1 schematically a device for reducing agent treatment with a conveying air line

In 1 ist als Beispiel für die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Reduktionsmittelaufbereitung ein Reaktor 10, der mit einer Luftzuführleitung 40 und einem nicht dargestellten Abgassystem eines Verbrennungsmotors verbunden ist, dargestellt. Der Reaktor 10 beinhaltet ein im wesentlichen rohrförmiges Mittelteil 15 mit einem konusförmigen Hinterabschnitt 16 und einem konusförmigen Vorderabschnitt 20. Eine Heizzone 25 ist im vorderen Teil des Reaktors angrenzend an den Vorderabschnitt 20 angeordnet. Der Reaktor 10 wird vorzugsweise elektrisch beheizt. In einem mittleren Abschnitt des Reaktors 10 ist eine Hydrolysezone 30 mit einem Hydrolysekatalysator angeordnet. Es versteht sich, dass der Reaktor 10 auch eine andere Geometrie aufweisen kann, soweit dies mit seiner Funktion zur Reduktionsmittelaufbereitung verträglich ist. Als pelletförmiges ammoniakabspaltendes Material werden trockener Harnstoff bzw. Harnstoffpartikel dem Reaktor 10 durch die Zuführleitung 40 mittels eines Förderluftstroms aus einer Bevorratung mit einer Dosiereinrichtung zugeführt. Der Förderluftstrom wird mittels einer Pumpe erzeugt. Der Begriff Pellet bezeichnet im Sinne der vorliegenden Erfindung Harnstoffpartikel einer vorgegebenen Größe, vorzugsweise von kugelförmiger oder kugelähnlicher Gestallt, wobei jedoch auch andere Formen der Partikel von der Erfindung umfasst werden. Der Reaktor 10 ist mit einer Speiseleitung 60 verbunden, durch die aufbereitetes Reduktionsmittel einem in der 1 nicht dargestellten SCR-Katalysator eines Verbrennungsmotors zugeführt werden kann. Ferner ist der Reaktor 10 mit einer Förderleitung 50 für Abgas aus dem Abgassystem des Verbrennungsmotors verbunden.In 1 is a reactor as an example of the apparatus according to the invention for reducing agent treatment 10 that with an air supply line 40 and an unillustrated exhaust system of an internal combustion engine is shown. The reactor 10 includes a substantially tubular central part 15 with a cone-shaped rear section 16 and a cone-shaped front section 20 , A heating zone 25 is in the front part of the reactor adjacent to the front section 20 arranged. The reactor 10 is preferably heated electrically. In a middle section of the reactor 10 is a hydrolysis zone 30 arranged with a hydrolysis catalyst. It is understood that the reactor 10 may also have a different geometry, as far as this is compatible with its function for reducing agent preparation. As pellet-shaped ammonia-releasing material, dry urea or urea particles become the reactor 10 through the supply line 40 supplied by means of a conveying air flow from a storage with a metering device. The conveying air flow is generated by means of a pump. For the purposes of the present invention, the term pellet refers to urea particles of a given size, preferably of a spherical or ball-like form, although other forms of the particles are also encompassed by the invention. The reactor 10 is with a feed line 60 connected by the processed reducing agent one in the 1 SCR catalyst, not shown, of an internal combustion engine can be supplied. Further, the reactor 10 with a conveyor line 50 for exhaust gas from the exhaust system of the internal combustion engine connected.

Bei einer weiteren nicht in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung erfolgt keine Auskopplung eines Teilluftstroms aus dem Förderluftstrom.at another embodiment not shown in the drawing no decoupling of a partial air flow takes place from the invention the conveying air flow.

Die Förderleitung 40 ist an einer Verbindungsstelle 41 mit dem Vorderabschnitt 20 des Reaktors 10 verbunden. Stromauf der Verbindungsstelle 41 weist die Luftzuführleitung 40 eine Auskopplungseinrichtung 46 auf. Der Eintritt von Material in die Teilluftleitung 45 wird durch einen in der 1 nicht dargestellten Filter verhindert. Die Teilluftleitung 45 ist mit dem Hinterabschnitt 16 des Reaktors 10 verbunden. Die Richtung des Förderluftstroms innerhalb der Zuführleitung 40 ist mit Pfeilen gekennzeichnet. Zur Veranschaulichung des geförderten pelletförmigen Materials sind in der Förderleitung 40 kugelförmige Objekte 42 dargestellt. Die Richtung des Teilluftstroms in der Teilluftleitung 45 ist ebenfalls durch Pfeile angegeben.The support line 40 is at a junction 41 with the front section 20 of the reactor 10 connected. Upstream of the junction 41 indicates the air supply line 40 a decoupling device 46 on. The entry of material into the partial air line 45 is by a in the 1 not shown filters prevented. The partial air line 45 is with the rear section 16 of the reactor 10 connected. The direction of the conveying air flow within the supply line 40 is marked with arrows. To illustrate the promoted pellet-shaped material are in the delivery line 40 spherical objects 42 shown. The direction of the partial airflow in the partial air duct 45 is also indicated by arrows.

Es versteht sich, dass bei anderen Ausführungsformen der Erfindung die Teilluftleitung 45 mit anderen Bereichen des Reaktors 10 stromab der Verbindungsstelle 21 verbunden ist. Die Aufteilung der Luftströme erfolgt durch Dimensionierung der Strömungswiderstände und Querschnittsverhältnisse der strömungsführenden Komponenten, insbesondere der Leitungen 40, 45.It is understood that in other embodiments of the invention, the partial air line 45 with other areas of the reactor 10 downstream of the junction 21 connected is. The distribution of the air flows is carried out by dimensioning the flow resistance and cross-sectional ratios of the flow-leading components, in particular the lines 40 . 45 ,

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist einem Abgassystem mit einem SCR-Katalysator zugeordnet. Der in der Vorrichtung aufbereitete Harnstoff spaltet als Reduktionsmittel Ammoniak ab, das anschließend mittels der Speiseleitung 60 dem Abgassystem zugeführt wird.The device according to the invention is associated with an exhaust system with an SCR catalytic converter. The treated in the device urea separates as a reducing agent from ammonia, which then by means of the feed line 60 is supplied to the exhaust system.

Im Bereich der Heizzone 25 erfolgt eine Thermolyse des Harnstoffs, vorzugsweise in einem Bereich zwischen 220°C und 450°C. Die Thermolyse ist im allgemeinen endotherm. Stromauf der Heizzone 25 kann eine thermische Übergangszone in dem Bereich des Vorderabschnitts 20 vorhanden sein, den die Pellets ausreichend schnell ohne anzuschmelzen, überwinden müssen. Über die Förderleitung 50 wird dem Reaktor wasserhaltiges Abgas zugeführt, um im Bereich der Hydrolysezone 30 mittels des Hydrolysekatalysators eine quantitative Umsetzung von Isocyansäure zu Ammoniak und Kohlendioxid zu ermöglichen.In the area of the heating zone 25 thermolysis of the urea, preferably in a range between 220 ° C and 450 ° C. Thermolysis is generally endothermic. Upstream of the heating zone 25 may be a thermal transition zone in the area of the front section 20 be present, the pellets sufficiently fast without melting, overcome. About the support line 50 water-containing exhaust gas is fed to the reactor in order in the region of the hydrolysis zone 30 by means of the hydrolysis catalyst to allow quantitative conversion of isocyanic acid to ammonia and carbon dioxide.

Zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist eine Steuereinrichtung vorgesehen, die in 1 jedoch nicht dargestellt ist. Die Steuereinrichtung steuert und/oder regelt die erfindungsgemäße Vorrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparametern, insbesondere auf Basis von zumindest einer der Motorkenngrößendrehzahl, Drehmoment-Luftmasse und/oder einen Signal eines oder mehrerer Drucksensoren sowie Temperatursensoren im Reaktor, der Zuführleitung oder der Teilluftzuführleitung. Drucksensoren können beispielsweise an den in der 1 dargestellten Orten P1, P2 und/oder P3 angeordnet sein. Insbesondere werden von der Steuereinrichtung gegebenenfalls vorhandene Absperr- oder Steuerorgane, wie Ventile oder Klappen in den Leitungen 40, 45, 50, 60 gesteuert. Die Auskopplungseinrichtung kann auch ein Absperrorgan für zumindest eine der Leitungen 40, 45 aufweisen. Die Auskopplungseinrichtung 46 mit einer Teilluftleitung 45 verbunden. Vorzugsweise ist eine Förderluftregelung vorgesehen, mittels der der Förderluftstrom in Abhängigkeit von Betriebspunkten der Vorrichtung eingestellt wird.For controlling the device according to the invention, a control device is provided which in 1 but not shown. The control device controls and / or regulates the device according to the invention as a function of operating parameters, in particular based on at least one of the engine characteristic speed, torque air mass and / or a signal of one or more pressure sensors and temperature sensors in the reactor, the supply line or the partial air supply line. Pressure sensors can, for example, to those in the 1 Places P1, P2 and / or P3 may be arranged. In particular, the control device optionally present shut-off or control organs, such as valves or flaps in the lines 40 . 45 . 50 . 60 controlled. The decoupling device can also be a shut-off device for at least one of the lines 40 . 45 exhibit. The decoupling device 46 with a partial air line 45 connected. Preferably, a conveying air control is provided by means of which the conveying air flow is set as a function of operating points of the device.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Vorrichtung in einer Aufheizphase betrieben, während der das Innere des Reaktors 10 auf eine vorgegebene Betriebstemperatur, vorzugsweise im Bereich zwischen 200°C und 450°C gebracht wird. Erst bei Erreichen der Betriebstemperatur ist i. A. die Betriebsbereitschaft der Vorrichtung erreicht. Während der Aufheizphase wird erfindungsgemäß für den dem Reaktor 10 zugeführten Förderluftmassenstrom ein minimaler Wert gewählt. Dieser Wert wird derart gewählt, dass ein Einströmen von Abgas in die Zuführleitung sowie die Dosierungseinrichtung verhindert wird. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Zuführleitung während der Aufheizphase mittels eines Sperrorgans verschlossen. Damit wird die zu erhitzende Gesamtmasse reduziert und die zur Erreichung der Betriebstemperatur erforderliche Heizzeit vermindert.In the method according to the invention, the device is operated in a heating phase, during which the inside of the reactor 10 is brought to a predetermined operating temperature, preferably in the range between 200 ° C and 450 ° C. Only when the operating temperature is reached is i. A. reaches the operational readiness of the device. During the heating phase according to the invention for the reactor 10 supplied feed mass flow selected a minimum value. This value is chosen such that an inflow of exhaust gas into the supply line and the metering device is prevented. In another embodiment of the invention, the supply line is closed during the heating phase by means of a blocking member. This reduces the total mass to be heated and reduces the heating time required to reach the operating temperature.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird auch unabhängig von der Aufheizphase ein Teilluftstrom aus dem Förderluftstrom ausgekoppelt und so ein vorgegebener Wert des Förderluftmassenstroms eingestellt.According to one Another aspect of the invention is also independent of the heating phase Partial air flow from the conveying air flow decoupled and so set a predetermined value of the conveying air mass flow.

Bei einer zur Vereinfachung in 1 nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Teilluftzuführleitung 45 im Bereich der Hydrolysezone 30 mit dem Reaktor 10 zu verbinden. In diesem Fall erfolgt bei einer Einleitung des Teilluftstroms in den Reaktor 10 eine Überführung von Harnstoff, insbesondere Harnstoffstaubpartikeln in die Produktstoffe Ammoniak und Kohlendioxid. Falls ein segmentierter Hydrolysekatalysator eingesetzt wird, erfolgt die Einleitung vorzugsweise in einem Bereich zwischen den Segmenten.For a simplification in 1 not shown embodiment of the invention is provided, the partial air supply 45 in the area of the hydrolysis zone 30 with the reactor 10 connect to. In this case takes place at an introduction of the partial air flow into the reactor 10 a conversion of urea, in particular urea dust particles in the product ammonia and carbon dioxide. If a segmented hydrolysis catalyst is used, the introduction is preferably in an area between the segments.

Der in den Reaktor zugeführte Förderluftmassenstrom darf ein bestimmtes Mindestmaß während des Betriebs nicht unterschreiten, um eine sichere Förderung des Reduktionsmittels in den Reaktor 10 zu gewährleisten. Die erforderliche Größenordnung des Förderluftstroms wird vorzugsweise mit Hilfe der Förderluftregelung eingestellt. Insbesondere wird gewährleistet, dass die Pellets in der Förderleitung auf sehr hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden, so dass ihre kinetische Energie nach dem Auskoppeln des Teilluftstroms ausreicht, um mit einer ausreichend hohen Geschwindigkeit ohne anzuschmelzen die thermische Übergangszone in dem Reaktor 10 überwinden zu können.The feed air mass flow rate fed into the reactor must not fall below a certain minimum during operation in order to ensure safe delivery of the reducing agent into the reactor 10 to ensure. The required magnitude of the conveying air flow is preferably adjusted by means of the conveying air control. In particular, it is ensured that the pellets in the delivery line are accelerated to very high velocities so that their kinetic energy after decoupling the partial air stream is sufficient to melt at a sufficiently high rate without melting the thermal transition zone in the reactor 10 to overcome.

Claims

A method of operating a reductant conditioning apparatus comprising a heatable reactor connected to a supply line and an exhaust system of an internal combustion engine, wherein the reactor is supplied with an ammonia-releasing pelletized material through the supply line by means of a conveying air flow and the device is operated in a heating phase, characterized in that at least during the heating phase for the conveying air mass flow, a minimum value is set at which an inflow of exhaust gas is prevented in the supply line, or that the supply line is closed by means of a blocking member.

Method for operating a device for reducing agent preparation, which a heated with a supply line and an exhaust system a reactor connected to an internal combustion engine, wherein the Reactor ammonia splitting pellet-shaped material by means of a Conveying air stream supplied is, in particular according to claim 1, characterized in that for setting a conveying air mass flow a partial air flow upstream a first connection point of the supply line and the reactor from the Conveying air flow coupled out becomes.

Method according to claim 1 or 2, characterized that after the end of the heating phase for a sustain a given operating state of the reactor to be supplied heating power a minimum value is set.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the conveying air flow by means of a dependent of operating points of said device conveying air control is set.

Method according to claim 4, characterized in that that the conveying air control based on at least one of the engine characteristics speed, torque, air mass and / or a signal of a pressure sensor in the reactor.

Method according to claim 5, characterized in that that the partial air flow downstream of the junction in the reactor is initiated.

Method according to Claim 6, characterized that the partial air flow downstream of a heating zone of the reactor in the Reactor is initiated.

Method according to Claim 6, characterized that the partial air flow downstream of a hydrolysis of the reactor is introduced into the reactor.

Method according to Claim 6, characterized that the partial air flow into a region of the hydrolysis, initiated becomes.

Method according to claim 9, characterized in that that in the partial air flow existing ammonia-releasing material is converted into product substances.

Method according to claim 9 or 10, characterized that a deposit of ammonia-releasing material in a Supply line between the reactor and the exhaust system is prevented.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the decoupling of the partial air flow achieved by means of a suitable design of the flow resistance becomes.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the ammonia-splitting material after Decoupling of the partial air flow within the reactor a thermal transition zone without melting through.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the reactor is electrically heated.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the reactor by means of a feed line an exhaust gas of the internal combustion engine is supplied.

Method according to at least one of the preceding Claims, characterized in that the exhaust gas flow through during the heating phase a shut-off device is coupled out or can be coupled out.

Apparatus for reducing agent treatment, which a heatable with a supply line and an exhaust system of an internal combustion engine connected reactor wherein the reactor is an ammonia-releasing pellet-shaped material by means of a conveying air flow supplied is and a heating phase is provided, characterized that at least during the heating phase for the conveying air mass flow a minimum value is set at which an inflow of Exhaust gas in the supply line is prevented or preventable, or that the supply line is closed by a shut-off or can be closed.

Apparatus for reducing agent treatment, which a heatable with a supply line and an exhaust system of an internal combustion engine connected reactor wherein the reactor is an ammonia-releasing pellet-shaped material by means of a conveying air flow supplied is, in particular according to claim 17, characterized in that for setting a conveying air mass flow upstream a junction of supply line and reactor a decoupling device for decoupling a Partial air flow from the conveying air flow is provided.

Device according to claim 17 or 18, characterized that the reactor has a heating zone.

Device according to one of claims 17 to 19, characterized the reactor has a hydrolysis zone.

Device according to one of claims 17 to 20, characterized in that a partial air supply line connected to the coupling-out device is provided.

Device according to one of claims 18 to 21, characterized characterized in that the partial air flow by means of the partial air supply line downstream of the junction, the heating zone and / or the hydrolysis zone can be introduced into the reactor.

Device according to one of claims 18 to 22, characterized that the partial air flow downstream of the reactor into a reactor be introduced with the exhaust system connecting feed line can.