DE102006040361A1 - Flash-Einspritzvorrichtung zur NH3-SCR-Nachbehandlung von NOx - Google Patents

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Abstract

Ein Flash-Einspritzsystem zur Ammoniak selektiven katalytischen Reduktionsnachbehandlung von Motorabgasen weist einen Tank zum Speichern von wässrigem Harnstoff auf. Eine Einspritzdüse ist in einer Abgasleitung des Motors angeordnet, welche einen Abgasstrom von dem Motor leitet. Eine Flüssigkeitsleitung leitet den wässrigen Harnstoff zwischen dem Tank und der Düse. Eine Pumpe ist mit der Flüssigkeitsleitung gekoppelt, um den wässrigen Harnstoff unter Druck zu setzen. Auch eine Heizvorrichtung ist mit der Flüssigkeitsleitung gekoppelt, um den wässrigen Harnstoff, der durch die Pumpe unter Druck gesetzt wird, zu erwärmen. Ein Ventil ist funktionsmäßig mit der Flüssigkeitsleitung verbunden, um die Einspritzung von wässrigem Harnstoff durch die Düse in den Abgasstrom zu steuern. Das Einspritzen von erwärmten unter Druck gesetztem wässrigem Harnstoff in den Abgasstrom bewirkt, dass der wässrige Harnstoff aufgrund des Druckabfalls über die Düse schnell zerstäubt. Das System bewirkt eine Umwandlung durch Dieselverbrennungsmotoren erzeugter NO¶x¶-Gase in Stickstoff.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Erfindung bezieht sich auf Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, und insbesondere auf Ammoniak selektive katalytische Reduktionsprozesse zum Reduzieren von NOx in Motorabgasen.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Da die staatliche Regulierung von Motorabgasemissionen weiter zunimmt, müssen Motornachbehandlungsanwendungen effizienter werden, um strengere Emissionsstandards zu erfüllen. Zum Beispiel ist die Reduktion von Dieselmotor-NOx-Emissionen ein besonderes Anliegen.
  • Die selektive katalytische Reduktion ("SCR" von selective catalytic reduction) von NOx durch Stickstoffverbindungen, wie zum Beispiel Ammoniak oder Harnstoff, hat sich seit Jahrzehnten in ortsfesten industriellen Maschinenanwendungen als wirksam erwiesen. Einige dieser Anwendungen umfassen Chemiefabrik- und Raffinerieheizvorrichtungen und -kessel, Gasturbinen und Kohle-Heizkraftanlagen. Die Brennstoffe, die in diesen Anwendungen verwendet werden, umfassen industrielle Gase, natürliche Gase, Rohöl, Leicht- oder Schweröl und pulverisierte Kohle. Neuerdings wurde die Ammoniak-SCR in mobile Dieselverbrennungsmotoren, wie zum Beispiel Schwerlastkraftwagen- und Busmotoren, einbezogen.
  • Allgemein wird bei dem Ammoniak-SCR-Prozess eine Wasserlösung von Harnstoff in den Abgasstrom eines Motors eingespritzt. Bei Temperaturen über 160°C beginnt der Harnstoff, eine Hydrolyse und eine thermische Zersetzung durchzumachen, was zu der Produktion von Ammoniak führt. Die resultierende Mischung, die Harnstoff/Ammoniak und Abgase umfasst, geht dann zu einem SCR-Katalysator, wie zum Beispiel Platin (Pt), Vanadium (V2O5), oder Zeolith, wo das Ammoniak mit den NOx-Gasen reagiert, um Stickstoffgas und Wasser zu bilden.
  • Genauer gesagt kann in einem Ammoniak-SCR-System eine Lösung von Harnstoff und Wasser in einem Tank gehalten werden. Eine Niedrigdruck-Vorlaufpumpe bewegt die Harnstofflösung aus dem Tank durch eine Flüssigkeitsleitung zu einer in einem Abgasstrom befindlichen Zerstäuberdüse. Das Pumpen der Harnstofflösung durch die Flüssigkeitsleitung bewirkt, dass die Harnstofflösung über die Düse in den Abgasstrom gesprüht wird. Stromabwärts der Sprühdüse mischen sich die Harnstofflösung und heiße Abgase in dem Abgasstrom über eine statische Mischeinrichtung. Als Nächstes gelangt die Mischung von Harnstoff und Abgasen zu einem Hydrolysekatalysator, wo der Harnstoff in Ammoniak umgewandelt wird. Der Ammoniak und die Abgase gelangen dann zu einem SCR-Katalysator, wo NOx-Abgase mit dem Ammoniak reagieren, um Stickstoffgas und Wasser zu bilden. Ein Oxidationskatalysator kann sich stromabwärts des SCR-Katalysators befinden, um überschüssigen Ammoniak zu oxidieren, wodurch die Ammoniakmenge, die aus dem System emittiert wird, beschränkt wird. Nach dem SCR-Katalysator und, falls vorhanden, dem Oxidationskatalysator wird der Abgasstrom in die äußere Atmosphäre abgelassen.
  • Um eine hohe NOx-Umwandlung in dem Ammoniak-SCR-Prozess zu erreichen, ist es wichtig, dass der Harnstoff und die Abgase gut gemischt sind und dass die Strömungsverteilung der Harnstoff/Abgasmischung gleichmäßig ist. Wie oben erwähnt, werden oft statische Mischeinrichtungen verwendet, um dabei zu helfen, den Harnstoff mit Abgasen zu mischen. Es kann auch eine Druckluftquelle verwendet werden, um Druckluft bereit zu stellen, um die Harnstofflösung zu zerstäuben, während die Harnstofflösung durch die Sprühdüse in den Abgasstrom eingespritzt wird.
  • Ferner ist die Temperatur der Harnstoff/Abgasmischung wichtig, um sicherzustellen, dass der Harnstoff genügend Wärme aufweist, um sich zu zersetzen und zu hydrolysieren, um Ammoniak zu bilden. Wenn die Abgastemperatur unter einen Wert im Bereich von 150–300°C (abhängig von dem verwendeten Katalysator) abfällt, können unerwünschterweise auch eine Katalysatordeaktivierung sowie sekundäre Emissionen auftreten. Die Strömung von Harnstoff in den Abgasstrom kann unterbrochen werden, wenn die Abgastemperatur diesen vorbestimmten Wert erreicht, um diese unerwünschten Folgen zu verhindern, was zu einem Gesamtabfall des Wirkungsgrades der NOx-Umwandlung führt. In jedem Fall wird die Ammoniak-SCR schwierig, wenn die Abgastemperatur relativ kalt ist, wie zum Beispiel während eines Motorwarmlaufs nach einem Kaltstart. Insgesamt ist die Einspritzung von Harnstoff ein wichtiges Gebiet für die Verbesserung des Ammoniak-SCR-Prozesses, da sie eine Wirkung auf all diese Sachverhalte und deshalb auf die SCR-Leistungsfähigkeit hat.
    •
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbessern des Ammoniak-SCR-Prozesses zur Verfügung. Die vorliegende Erfindung verbessert das Mischen von Harnstoff mit Abgasen, wodurch die Notwendigkeit, Druckluft zur Sprühverbesserung zu verwenden, beseitigt wird und die Notwendigkeit für statische Mischeinrichtungen verringert oder beseitigt wird. Aufgrund eines verbesserten Mischens sowie von erhöhten Reaktandentemperaturen verbessert die vorliegende Erfindung auch die Umwandlung von Harnstoff in Ammoniak und ebenso die NOx-Umwandlung. Diese Vorteile ermöglichen einen geringeren Harnstoffverbrauch und ebenso eine Verringerung des Katalysatorvolumens. Außerdem verringert die vorliegende Erfindung die Wahrscheinlichkeit einer Kondensation der Harnstofflösung, während sie auch potenziell ein Entschlüpfen von Ammoniak verringert, d.h. ein Entweichen von Ammoniak aus dem System durch den Abgasstrom. Die vorliegende Erfindung erweitert außerdem den Temperaturbereich des SCR-Betriebs am unteren Ende und verringert ein vorzeitiges Altern/eine vorzeitige Deaktivierung des SCR-Katalysators.
  • Ein beispielhaftes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst ein Bereitstellen einer Flüssigkeitsleitung, die an einer Einspritzvorrichtung endet, welche in einem Abgasstrom angeordnet ist. Der Abgasstrom ist mit einem Ammoniak-SCR-System verbunden und geht durch dieses hindurch. Wässriger Harnstoff in der Flüssigkeitsleitung wird stromaufwärts der Einspritzvorrichtung unter Druck gesetzt und erwärmt, so dass der wässrige Harnstoff in einem flüssigen Zustand bleibt. Der unter Druck gesetzte erwärmte wässrige Harnstoff wird dann in den Abgasstrom eingespritzt. Der Abgasstrom befindet sich dort, wo der wässrige Harnstoff eingespritzt wird, nahe dem Atmosphärendruck, so dass ein schneller Druckabfall bewirkt, dass der wässrige Harnstoff in dem Abgasstrom Flash-verdampft. Mit anderen Worten zerstäubt der wässrige Harnstoff schnell in Sub-Mikrometer große Tröpfchen. Der wässrige Harnstoff mischt sich dann schnell und gleichmäßig mit Abgasen in dem Abgasstrom. Der wässrige Harnstoff verliert während des Flash-Verdampfens sehr wenig Wärme, sondern bleibt in dem Abgasstrom bei einer erhöhten Temperatur. Dies verringert die Möglichkeit einer Wasserkondensation auf inneren Oberflächen des Abgasstrom/Ammoniak-SCR-Systems.
  • Eine Ausführungsform eines Ammoniak-SCR-Abgas-Nachbehandlungssystems mit Flash-Einspritzung umfasst einen Abgasstrom, der an einem Ende mit den Abgaskanälen eines Motors in Verbindung steht, und der am anderen Ende in die Atmosphäre abgelassen wird. Stromabwärts des Motors geht der Abgasstrom durch einen Voroxidationskatalysator hindurch. Weiter stromabwärts des Voroxidationskatalysators durchläuft der Abgasstrom einen Hydrolysekatalysator, einen SCR-Katalysator und dann einen Oxidationskatalysator. Nach dem Oxidationskatalysator wird der Abgasstrom in die atmosphärische Luft außerhalb des Nachbehandlungssystems abgelassen.
  • Ein Harnstofftank speichert einen Vorrat an wässriger Harnstofflösung, und eine Vorlaufpumpe pumpt den wässrigen Harnstoff aus dem Tank durch eine Flüssigkeitsleitung. Die Flüssigkeitsleitung endet in einer Düse/Einspritzvorrichtung, die zwischen dem Voroxidationskatalysator und dem Hydrolysekatalysator in dem Abgasstrom angeordnet ist. Stromabwärts der Vorlaufpumpe geht die Flüssigkeitsleitung durch eine Hochdruckpumpe hindurch. Die Hochdruckpumpe setzt den wässrigen Harnstoff zwischen der Hochdruckpumpe und der Düse unter Druck. Ein Strömungsventil, das vorzugsweise in der Nähe der Düse angeordnet ist, steuert die Abgabe von wässrigem Harnstoff durch die Düse. Eine Heizvorrichtung erwärmt den unter Druck gesetzten Harnstoff in der Flüssigkeitsleitung zwischen der Hochdruckpumpe und der Düse. Ein Controller kann die Hochdruckpumpe, die Heizvorrichtung und das Strömungsventil steuern und kann Betriebsinformationen von dem Motor empfangen.
    •
  • Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung bestimmter spezieller Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden werden.
  • BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Ansicht eines Ammoniak selektiven katalytischen Reduktionssystems gemäß der vorliegenden Erfindung, das eine Flash-Einspritzvorrichtungs-Anordnung umfasst.
  • BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • Nun im Detail auf die Zeichnungen Bezug nehmend bezeichnet das Bezugszeichen 10 allgemein ein Ammoniak-SCR-Abgas-Nachbehandlungssystem zur Behandlung von Abgasen, die durch einen Motor 12, wie zum Beispiel einen mobilen Verbrennungsmotor, erzeugt werden. Das Ammoniak-SCR-System 10 erhöht die NOx-Umwandlung und führt deshalb vorteilhafterweise zu verringerten NOx-Emissionen von dem Motor 12. Das Ammoniak-SCR-System 10 erweitert auch den Temperaturbereich des SCR-Betriebs am unteren Ende, was zu einer erhöhten NOx-Umwandlung bei niedrigen Temperaturen führt, wie zum Beispiel während eines Motorwarmlaufs. Außerdem kann das Ammoniak-SCR-System aufgrund der erhöhten Wirksamkeit des Ammoniak-SCR-Systems 10 eine Verringerung des Katalysatorvolumens ermöglichen, wodurch die Kosten des Systems gegenüber früheren Ammoniak-SCR-Systemen gesenkt werden.
  • Das Ammoniak-SCR-System 10 weist eine Abgasleitung 14 zum Leiten eines Abgasstroms 15 auf, die in Verbindung mit Abgaskanälen des Motors 12 steht, zum Beispiel durch einen Abgaskrümmer (nicht gezeigt). Die Abgasleitung 14 umfasst typischerweise ein Auspuffrohr. Der Abgasstrom 15 weist durch Verbrennungsreaktionen in dem Motor 12 erzeugte Abgase auf, die durch die Leitung 14 des Systems 10 strömen und an einem Ab lassende 16 in die Atmosphäre abgelassen werden. Daher geht die Strömungsrichtung des Abgasstroms 15 von dem Motor 12 zu dem Ablassende 16.
  • In der Strömungsrichtung kann der Abgasstrom 15 zuerst durch einen Voroxidationskatalysator 18 hindurchgehen. Der Voroxidationskatalysator 18 behandelt unverbrannte Kohlenwasserstoffe und wandelt NO in NO2 um, das leichter mit NH3 reagiert, um N2 zu bilden. Weiter stromabwärts des Voroxidationskatalysators 18 befindet sich ein SCR-Katalysator 20. Der SCR-Katalysator 20 kann zum Beispiel Platin (Pt), Vanadium (V2O5) oder Zeolith sein. Der SCR-Katalysator 20 fördert die Reaktion von Ammoniak (NH3) mit NOx, um Stickstoff und Wasser zu bilden, wodurch die NOx-Emissionen verringert werden. Ein Hydrolysekatalysator 22 kann sich direkt stromaufwärts des SCR-Katalysators 20 befinden. Der Hydrolysekatalysator 22 fördert die Reaktion von Harnstoff mit Wasser, um Ammoniak und Kohlendioxid (CO2) zu bilden, wodurch er hilft, die Verfügbarkeit von Ammoniak in dem Abgasstrom vor dem Eintreten in den SCR-Katalysator 20 sicherzustellen. Ein Oxidationskatalysator 24 kann sich direkt stromabwärts des SCR-Katalysators 20 befinden. Der Oxidationskatalysator 24 fördert die Zerlegung von überschüssigem Ammoniak, das nicht in dem SCR-Katalysator 24 reagiert hat. Der Oxidationskatalysator 24 ist ein "Schutzkatalysator", der hilft, ein Entschlüpfen von Ammoniak zu beschränken. Mit anderen Worten fördert der Oxidationskatalysator 24 die Oxidation von überschüssigem Ammoniak, wodurch die Abgabe von Ammoniak aus dem SCR-System 10 beschränkt wird.
  • Das Ammoniak-SCR-System 10 weist ferner einen Harnstofftank 26 zum Speichern eines Vorrats an wässriger Harnstofflösung auf. Typischerweise liegt die wässrige Harnstofflösung bei 32,5 % Harnstoff zu Wasser. Die wässrige Harnstofflösung weist bei dieser Konzentration ihren niedrigsten Gefrierpunkt von etwa –11,67°C (11°F) auf und gefriert deshalb am wenigsten wahrscheinlich während kalter Außentemperaturbedingungen (z.B. Winterbetrieb). Eine Flüssigkeitsleitung 28 ermöglicht eine Verbindung der wässrigen Harnstofflösung aus dem Harnstofftank 26 zu der Abgasleitung 14. Die Flüssigkeitsleitung 28 beginnt bei dem Harnstofftank 26 und endet in einer in der Abgasleitung 14 angeordneten Einspritzdüse 30. Die Düse 30 befindet sich stromaufwärts des SCR-Katalysators 20 und, falls vorhanden, des Hydrolysekatalysators 22 und befindet sich stromabwärts des Voroxidationskatalysators 18, falls vorhanden. Eine Vorlaufpumpe 32 pumpt den wässrigen Harnstoff aus dem Tank 26 durch die Flüssigkeitsleitung 28.
  • Stromabwärts der Vorlaufpumpe 32 setzt eine Hochdruckpumpe 34 die wässrige Harnstofflösung in der Flüssigkeitsleitung 28 zwischen der Hochdruckpumpe 34 und der Düse 30 unter Druck. Eine Heizvorrichtung 36 ist zwischen der Hochdruckpumpe 34 und der Düse 30 an die Flüssigkeitsleitung 28 gekoppelt, um den unter Druck gesetzten wässrigen Harnstoff in der Flüssigkeitsleitung auf eine höhere Temperatur zu heizen, bei der er flüssig bleibt. Ein Strömungsventil, wie zum Beispiel ein Magnetventil 38, steuert die Abgabe der wässrigen Harnstofflösung durch die Düse 30 in den Abgasstrom 15. Eine Steuerungseinheit 40 kann die Hochdruckpumpe 34, die Heizvorrichtung 36 und das Magnetventil 38 steuern und kann Motorbetriebsinformationen von dem Motor 12 empfangen, um dabei zu helfen, die zeitliche Koordination und die Menge der Abgabe von wässrigem Harnstoff in den Abgasstrom 15 zu ermitteln.
  • Die Abgabe von unter Druck gesetztem erwärmtem wässrigem Harnstoff durch die Düse 30 in den Abgasstrom 15 bewirkt, dass der wässrige Harnstoff Flash-verdampft, d.h. aufgrund des Druckabfalls von der Flüssigkeitsleitung 28 zu der Abgasleitung 14 schnell zerstäubt, wie unten ge nauer erklärt wird. Das Flash-Verdampfen des wässrigen Harnstoffs bewirkt, dass der Harnstoff und Wasser bei einer erhöhten Temperatur schnell und wirksam mit den Abgasen vermischt werden.
  • Der wässrige Harnstoff flash-verdampft aufgrund der Tatsache, dass er überhitzt und deshalb thermodynamisch instabil ist. Der Siedepunkt von wässrigem Harnstoff steigt mit ansteigendem Druck an. In dem Ammoniak-SCR-System 10 wird der wässrige Harnstoff in der Flüssigkeitsleitung 28 erst durch die Hochdruckpumpe 34 unter Druck gesetzt, zum Beispiel auf etwa 344738 Pa (50 psi). Im Gegensatz dazu befindet sich der Abgasstrom 15 nahe dem Atmosphärendruck (101353 Pa (14,7 psi)), und die Vorlaufpumpe 32 erhöht den Druck in der Flüssigkeitsleitung 28 nicht wesentlich über den Atmosphärendruck.
  • Bei einem derart erhöhten Druck kann der wässrige Harnstoff auf eine viel höhere Temperatur aufgeheizt werden, bevor er siedet. Nach dem unter Druck Setzen des wässrigen Harnstoffs wird der unter Druck gesetzte wässrige Harnstoff deshalb durch die Heizvorrichtung 36 auf eine Temperatur erwärmt, die sich nahe bei, aber unter dem Siedepunkt von wässrigem Harnstoff bei dem erhöhtem Druck befindet. Da der wässrige Harnstoff unter Druck gesetzt ist, kann er erwärmt werden, ohne ihn zu verdampfen oder eine Zweiphasenströmung in der Flüssigkeitsleitung 28 zu haben. Eine Zweiphasenströmung in der Flüssigkeitsleitung 28 ist unerwünscht, da die Kontrolle über die Einspritzmenge (d.h. der Menge an wässrigem Harnstoff, die durch die Düse 30 eingespritzt wird) aufgrund von Blasenbildung reduziert wird oder sogar verloren geht. Wenn der unter Druck gesetzte aufgeheizte wässrige Harnstoff durch Öffnen des Magnetventils 38 durch die Düse 30 in den Abgasstrom 15 abgegeben wird, fällt der Druck des wässrigen Harnstoffs plötzlich ab, weil sich der Abgasstrom nahe dem Atmosphärendruck befindet.
  • Wenn der Druck des wässrigen Harnstoffs plötzlich abfällt, erreicht dieser bei der erhöhten Temperatur schnell einen Druck, bei dem er siedet. Der wässrige Harnstoff Flash-verdampft deshalb und zerlegt sich (zerstäubt) nahezu augenblicklich in Sub-Mikrometer große Tröpfchen und Dampf. Die schnelle Expansion und die resultierende Sub-Mikrometer-Größe der wässrigen Harnstofftröpfchen ermöglichen eine einfache und wirksame Vermischung des wässrigen Harnstoffs mit Abgasen in dem Abgasstrom 15. Der wässrige Harnstoff verliert sehr wenig Wärme während des Flash-Verdampfens, was dazu führt, dass sich der zerstäubte wässrige Harnstoff bei einer erhöhten Temperatur befindet.
  • Da die Temperatur des wässrigen Harnstoffs höher ist als der Sättigungsdampfdruck, widersteht der wässrige Harnstoff einer Kondensation sogar dann, wenn er in einen Abgasstrom 15 eingespritzt wird, der sich bei einer niedrigeren Temperatur als der wässrige Harnstoff befindet. Da die Temperatur des wässrigen Harnstoffs erhöht ist, wird die Hydrolyse von wässrigem Harnstoff außerdem wirksamer und effizienter, wodurch die Bildung von Ammoniak verbessert wird, das für die selektive katalytische Reduktion von NOx benötigt wird. Dies verringert potenziell das notwendige Volumen für den Hydrolysekatalysator 22.
  • Das Ammoniak, das aus der Hydrolyse von Harnstoff resultiert, befindet sich ebenfalls bei einer erhöhten Temperatur und ist mit den Abgasen in dem Abgasstrom 15 gut vermischt, was zu einer wirksameren und vollständigeren Reaktion des Ammoniaks mit NOx-Gasen führt. Dies erhöht den Wirkungsgrad der NOx-Umwandlung und verringert die Ammoniakmenge, die nach dem Durchgehen durch den SCR-Katalysator 20 unreagiert bleibt, wodurch ein Entschlüpfen von Ammoniak verringert wird und die Volumengrößenanforderungen für den Oxidationskatalysator 24 ver ringert werden. Da das Ammoniak besser genutzt wird, braucht außerdem weniger wässriger Harnstoff verbraucht zu werden, um akzeptable Grade von NOx-Umwandlung zu erreichen.
  • Wie oben erwähnt kann in herkömmlichen Ammoniak-SCR-Systemen Druckluft aus einer Luftleitung, wie zum Beispiel der eines Fahrzeugfederungssystems verwendet werden, um den wässrigen Harnstoff zu zerstäuben, wenn er durch die Einspritzvorrichtung in den Abgasstrom abgegeben wird. Typischerweise beträgt die aus Druckluftzerstäubung resultierende Tröpfchengröße von wässrigem Harnstoff einen Sauterdurchmesser im Bereich von 30–60 Mikrometer. Dies ist viel größer als die Sub-Mikrometer-Tröpfchengröße, die mit Flash-Einspritzung bei der vorliegenden Erfindung erreicht wird. Die vorliegende Erfindung beseitigt daher nicht nur die Notwendigkeit, Druckluft in Ammoniak-SCR-Nachbehandlungssystemen zu verwenden, sondern verbessert auch die Zerstäubung des wässrigen Harnstoffs.
  • Zusammengefasst verbessert die vorliegende Erfindung den Wirkungsgrad der NOx-Umwandlung in Ammoniak-SCR-Nachbehandlungssystemen bei allen Temperaturen, besonders bei niedrigen Temperaturen. Die vorliegende Erfindung verringert auch ein vorzeitiges Altern der Nachbehandlungskatalysatoren aufgrund von verschiedenen Ammoniakverbindungen, die bei niedrigen Temperaturen auftreten. Ferner vermindert die vorliegende Erfindung die Möglichkeit, dass wässriger Harnstoff in dem Abgasstrom des Ammoniak-SCR-Nachbehandlungssystems kondensiert. Außerdem kann die vorliegende Erfindung den Verbrauch von wässrigem Harnstoff verringern und die Menge von entschlüpftem Ammoniak reduzieren.
  • Während die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte bevorzugte Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte verstanden sein, dass zahl reiche Änderungen innerhalb des Geistes und des Umfangs der beschriebenen erfinderischen Konzepte gemacht werden könnten. Dementsprechend ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dass sie den vollen Umfang, der durch die Formulierung der folgenden Ansprüche ermöglicht ist, aufweist.
    • 10
    Ammoniak-SCR-System
    12
    Motor
    14
    Abgasleitung
    15
    Abgasstrom
    16
    Ende des Abgasstroms
    18
    Voroxidationskatalysator
    20
    SCR-Katalysator
    22
    Hydrolysekatalysator
    24
    Oxidationskatalysator
    26
    Harnstofftank
    28
    Flüssigkeitsleitung
    30
    Düse
    32
    Vorlaufpumpe
    34
    Hochdruckpumpe
    36
    Heizvorrichtung
    38
    Magnetventil
    40
    Steuerungseinheit

Claims (12)

  1. Verfahren zum Verbessern von Ammoniak selektiven katalytischen Reduktionssystemen, umfassend die Schritte, dass: ein Vorrat an wässrigem Harnstoff bereitgestellt wird; der wässrige Harnstoff unter Druck gesetzt wird, während der wässrige Harnstoff in einem flüssigen Zustand gehalten wird; eine Heizvorrichtung in thermischer Verbindung mit dem unter Druck gesetzten wässrigen Harnstoff bereitgestellt wird; der unter Druck gesetzte wässrige Harnstoff mit der Heizvorrichtung erwärmt wird; und der erwärmte unter Druck gesetzte wässrige Harnstoff in einen Abgasstrom eingespritzt wird, wodurch der wässrige Harnstoff aufgrund eines Druckunterschieds zwischen dem erwärmten unter Druck gesetzten wässrigen Harnstoff und dem Abgasstrom schnell zerstäubt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt, dass: eine Pumpe zum unter Druck Setzen des wässrigen Harnstoffs bereitgestellt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der wässrige Harnstoff durch eine Düse eingespritzt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der wässrige Harnstoff in einer Flüssigkeitsleitung zwischen der Pumpe und der Düse unter Druck gesetzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 3, wobei sich die Heizvorrichtung zwischen der Pumpe und der Düse befindet.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt, dass: der wässrige Harnstoff vor dem Einspritzen bei einer Temperatur gehalten wird, bei welcher der wässrige Harnstoff in einem flüssigen Zustand bleibt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt, dass: ein Magnetventil zum Steuern der Einspritzung des wässrigen Harnstoffs in den Abgasstrom bereitgestellt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erwärmte unter Druck gesetzte wässrige Harnstoff bei der Einspritzung in Sub-Mikrometer große Tröpfchen zerstäubt.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Harnstoffvorrat einen Tank zum Speichern des wässrigen Harnstoffs aufweist.
  10. Flash-Einspritzsystem zur Ammoniak selektiven katalytischen Reduktion, welches umfasst: einen Tank; wässrigen Harnstoff, der in dem Tank gespeichert ist; eine in einer Abgasleitung eines Motors angeordnete Düse, wobei die Abgasleitung einen Abgasstrom von dem Motor zu der Atmosphäre leitet; eine Flüssigkeitsleitung zum Leiten des wässrigen Harnstoffs zwischen dem Tank und der Düse; eine mit der Flüssigkeitsleitung gekoppelte Pumpe zum unter Druck Setzen des wässrigen Harnstoffs; eine mit der Flüssigkeitsleitung gekoppelte Heizvorrichtung zum Erwärmen des durch die Pumpe unter Druck gesetzten wässrigen Harnstoffs; und ein funktionsmäßig mit der Flüssigkeitsleitung verbundenes Ventil zum Steuern der Einspritzung des wässrigen Harnstoffs durch die Düse in den Abgasstrom; wodurch das Einspritzen von erwärmtem unter Druck gesetztem wässrigem Harnstoff in den Abgasstrom bewirkt, dass der wässrige Harnstoff aufgrund des Druckabfalls über die Düse schnell zerstäubt.
  11. System nach Anspruch 10, wobei das Ventil ein Magnetventil ist.
  12. System nach Anspruch 10, wobei der zerstäubte Harnstoff Sub-Mikrometer große Tröpfchen aufweist.
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