DE102007020281A1 - System for finishing treatment of exhaust gases, for reduction of nitrogen oxides in exhaust gases of internal combustion engine, has solution, water, urea and reaction chamber - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein System zur Nachbehandlung von Abgasen aus Verbrennungskraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a system for the aftertreatment of exhaust gases Internal combustion engines according to the preamble of claim 1.
Zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von selbstzündenden Verbrennungskraftmaschinen, werden im Allgemeinen NOx-Reduktionskatalysatoren eingesetzt. In diesen wird ein Reduktionsmittel zur Reduktion der Stickoxide eingespritzt. Das Einspritzen des Reduktionsmittels erfolgt im Allgemeinen über Einspritzventile, die die Lösung über Spritzlochbohrungen zerstäuben. Die Zerstäubung erfolgt dabei aufgrund des Druckes der Lösung.For the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases of internal combustion engines, in particular self-igniting internal combustion engines, NO x reduction catalysts are generally used. In these, a reducing agent for reducing the nitrogen oxides is injected. The injection of the reducing agent is generally via injection valves, which atomize the solution via spray holes. The atomization takes place due to the pressure of the solution.
Um eine ausreichende Reduktionswirkung zu erzielen, ist es erforderlich, dass die Lösung ausreichend fein zerstäubt wird. Bei den derzeit eingesetzten Einspritzventilen, die die Lösung über Spritzlochbohrungen zerstäuben, ist das erzeugte Spray jedoch im Allgemeinen nicht ausreichend fein zerstäubt.Around to achieve a sufficient reduction effect, it is necessary that the solution is sufficiently finely atomized. In the currently used injectors, the solution over However, spraying spray holes is the spray generated generally not sufficiently finely atomized.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ein erfindungsgemäß ausgebildetes System zur Nachbehandlung von Abgasen aus Verbrennungskraftmaschinen umfasst eine Lösung, enthaltend Wasserstoff und Harnstoff, sowie einen Reaktionsraum. Es sind Mittel vorgesehen, um die Lösung in den Reaktionsraum einzuspritzen. Erfindungsgemäß enthält die Lösung weiterhin mindestens ein Tensid.One Inventively designed system for aftertreatment of exhaust gases from internal combustion engines comprises a solution containing hydrogen and urea, and a reaction space. Means are provided for the solution in the reaction space inject. Contains according to the invention the solution still contains at least one surfactant.
Der Reaktionsraum ist im Allgemeinen ein NOx-Reduktionskatalysator, wie er in der Abgasnachbehandlung bereits eingesetzt wird. In dem Reaktionsraum werden die im Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltenden Stickoxide in Gegenwart von Harnstoff als Reduktionsmittel zu Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid reduziert. Die Reaktion erfolgt dabei vorzugsweise in Gegenwart eines Katalysators. Als Katalysator eignen sich zum Bei spiel gängige Katalysatoren, wie sie bei der Stickstoffreduktion eingesetzt werden und dem Fachmann bekannt sind.The reaction space is generally a NO x reduction catalyst, as already used in exhaust gas aftertreatment. In the reaction space, the nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the internal combustion engine are reduced in the presence of urea as a reducing agent to nitrogen, water and carbon dioxide. The reaction is preferably carried out in the presence of a catalyst. Suitable catalysts for playing are conventional catalysts, such as those used in nitrogen reduction and are known in the art.
Der
Anteil an Wasser in der Lösung liegt vorzugsweise im Bereich
von 40 bis 90 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 65 bis
75 Gew.-%. Der Anteil an Harnstoff liegt vorzugsweise im Bereich
von 10 bis 60 Gew.-%, besonders bevorzugt im Bereich von 25 bis
35 Gew.-%. Üblicherweise wird eine Lösung gemäß
Der Anteil des Tensids in der Lösung ist abhängig von der Art des Tensids, liegt jedoch vorzugsweise bei weniger als 0,1 g/l.Of the Proportion of the surfactant in the solution is dependent on the type of surfactant, but is preferably less than 0.1 g / l.
Als Tensid eignen sich zum Beispiel nicht-ionische Tenside, anionische Tenside, kationische Tenside oder amphotere Tenside. Auch Mischungen der zuvor genannten Tensid-Klassen können verwendet werden.When Surfactant are, for example, nonionic surfactants, anionic Surfactants, cationic surfactants or amphoteric surfactants. Also mixtures The aforementioned surfactant classes can be used.
Wenn die Lösung ein nicht-ionisches Tensid enthält, so kann dieses beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus Alkoholalkoxylaten, Alkylphenolalkoxylaten, Alkylpolyglucosiden, N-Alkylpolyglucosiden, N-Alkylglucamiden, Fettsäurealkoxylaten, Fettsäure-polyglucolestern, Fettsäureaminalkoxylaten, Fettsäureamidalkoxylaten, Fettsäure-alkanolamidalkoxylaten, N-Alkoxylpolyhydroxifettsäureamiden, N-Aryloxipolyhydroxifettsäureamiden, Blockcopolymeren aus Ethylenoxid, Propylenoxid und/oder Butylenoxid, Polyisobutenalkoxilaten, Polyisobuten-Maleinsäureanhydrid-Derivaten, Fettsäureglyceriden, Sorbitanestern, Polyhydroxyfettsäure-Derivaten, Polyalkoxyfettsäure-Derivaten und Bisglyceriden.If the solution contains a nonionic surfactant, so this can for example be selected from the group, consisting of alcohol alkoxylates, alkylphenol alkoxylates, alkylpolyglucosides, N-alkylpolyglucosides, N-alkylglucamides, fatty acid alkoxylates, fatty acid polyglucol esters, Fatty acid amine alkoxylates, fatty acid amide alkoxylates, Fatty acid alkanolamide alkoxylates, N-alkoxyl polyhydroxy fatty acid amides, N-Aryloxipolyhydroxifettsäureamiden, block copolymers Ethylene oxide, propylene oxide and / or butylene oxide, polyisobutene alkoxylates, Polyisobutene-maleic anhydride derivatives, fatty acid glycerides, Sorbitan esters, polyhydroxy fatty acid derivatives, polyalkoxy fatty acid derivatives and bisglycerides.
Wenn die Lösung ein anionisches Tensid enthält, so kann dieses beispielsweise ausgewählt sein aus der Gruppe, bestehend aus Fettalkoholsulfaten, sulfaterten alkoxylierten Alkoholen, Alkansulfonaten, N-Alkylsarkosinaten, Akylbenzolsulfonaten, Olefinsulfonaten und -disulfonaten, Alkylestersulfonaten, sulfonierten Polycarbonsäuren, Alkylglycerinsulfonaten, Fettsäureglycerinestersulfonaten, Alkylphenolpolyglucolethersulfaten, Parafinsulfonaten, Alkylphosphaten, Acylisothianaten, Acyltauraten, Acylmethyltauraten, Alkylbernsteinsäuren, Alkenylbernsteinsäuren oder deren Halbester oder Halbamide, Alkylsulfonbernsteinsäuren oder deren Amide, Mono- und Diester von Sulfonbernsteinsäuren, sulfatierte Alkylpolyglycosiden, Alkylpolyglycolcarboxylaten und Hydroxyalkylsarkosinaten.If the solution contains an anionic surfactant, so For example, this can be selected from the group, consisting of fatty alcohol sulphates, sulphated alkoxylated alcohols, Alkanesulfonates, N-alkyl sarcosinates, alkylbenzenesulfonates, olefin sulfonates and disulfonates, alkyl ester sulfonates, sulfonated polycarboxylic acids, Alkyl glycerol sulfonates, fatty acid glycerine ester sulfonates, Alkylphenol polyglucol ether sulfates, paraffin sulfonates, alkyl phosphates, Acylisothianates, acyltaurates, acylmethyltaurates, alkylsuccinic acids, Alkenylsuccinic acids or their half-esters or half-amides, Alkylsulfonbernsteinsäuren or their amides, mono- and diesters of sulfosuccinic acids, sulfated alkyl polyglycosides, alkyl polyglycol carboxylates and Hydroxyalkylsarkosinaten.
Das Tensid kann weiterhin ein kationisches Tensid sein, wobei das kationische Tensid beispielsweise ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Tetraalkylammoniumsalzen, Imidazoliniumsalzen und Aminoxiden.The Surfactant may further be a cationic surfactant, the cationic Surfactant, for example, is selected from the group consisting from tetraalkylammonium salts, imidazolinium salts and amine oxides.
Schließlich
kann das Tensid ein Tensid der Gruppe der amphoteren Tenside sein,
wobei das amphotere Tensid beispielsweise ausgewählt ist
aus der Gruppe, bestehend aus Tensiden, enthaltend Carbonsäuren
sowie weiterhin mindestens eine ethylenisch ungesättigte
Monomereinheit der allgemeinen Formel (I)
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält das Tensid eine hydrophile funktionelle Gruppe, die eine Wasserstoff-Brücke bilden kann. Vorzugsweise ist die hydrophile Gruppe ausgewählt aus Carboxyl, Carboxylat, Hydroxil, Sulfon, Sulfonat, Sulfat, Ammonium, Amino, Amid, Polyether-Alkohole und Betainen.In a preferred embodiment contains the Surfactant is a hydrophilic functional group that is a hydrogen bridge can form. Preferably, the hydrophilic group is selected from carboxyl, carboxylate, hydroxil, sulfone, sulfonate, sulfate, ammonium, Amino, amide, polyether alcohols and betaines.
Das Tensid enthält vorzugsweise weiterhin einen lipophilen Teil, der ausgewählt ist aus Kohlenwasserstoffketten, Dimethylsiliconketten und/oder (Per-)Fluorkohlenwasserstoffketten.The Surfactant preferably further contains a lipophilic Part selected from hydrocarbon chains, dimethylsilicone chains and / or (per) fluorohydrocarbon chains.
Die Mittel zum Einspritzen der Lösung in den Reaktionsraum sind vorzugsweise Einspritzventile. Als Einspritzventile eignen sich alle dem Fachmann bekannten Einspritzventile, durch die die eingespritzte Lösung zerstäubt wird. Vorzugsweise werden Einspritzventile eingesetzt, bei denen die Zerstäubung durch Druck erfolgt. Hierbei wird eine unter Druck stehende Flüssigkeit durch eine Öffnung in einen Raum mit niedrigerem Druck gespritzt. Durch den Druckunterschied entspannt die Flüssigkeit und wird dabei zerstäubt. Je größer der Druckunterschied ist, um so feiner ist die Zerstäubung der Flüssigkeit.The Means for injecting the solution into the reaction space are preferably injectors. Suitable as injectors all the injection valves known to the person skilled in the art, by which the injected solution is atomized. Preferably Injectors are used, in which the atomization by Printing done. This is a pressurized liquid through an opening in a room with lower pressure injected. The pressure difference relaxes the liquid and it is atomized. The bigger the Pressure difference is, the finer is the atomization the liquid.
Besonders
bevorzugt zum Einspritzen der Lösung wird eine Multi-Fächerstrahl-Zerstäuberdüse eingesetzt,
wie sie zum Beispiel in
Eine feinere Zerstäubung lässt sich auch dadurch erzielen, dass die Oberflächenspannung der Lösung herabgesetzt wird. Erfindungsgemäß erfolgt dies durch die Zugabe des Tensides. Durch die Abnahme der Oberflächenspannung aufgrund der Zugabe des Tensides wird die in den Reaktionsraum eingespritzte Lösung besser zerstäubt. Der Wirkungsgrad des Systems zur Nachbehandlung von Abgasen bezüglich der Stickoxid-Reduktion im Abgassystem wird verbessert.A finer atomization can also be achieved by that the surface tension of the solution is lowered becomes. According to the invention, this is done by the addition of the surfactant. By the decrease of the surface tension due to the addition of the surfactant is injected into the reaction space Solution better atomized. The efficiency of the System for aftertreatment of exhaust gases with regard to nitrogen oxide reduction in the exhaust system is improved.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Reduktion von Stickstoffoxiden in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, bei denen eine Lösung, enthaltend Wasserstoff und Harnstoff, in einen Reaktionsraum eingespritzt wird. Der Reaktionsraum wird vom Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmt. Erfindungsgemäß enthält die Lösung ein Tensid.The The invention further relates to a process for the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases of internal combustion engines in which a solution containing hydrogen and urea, injected into a reaction space becomes. The reaction space is traversed by the exhaust gas of the internal combustion engine. According to the invention, the solution contains Surfactant.
Als Tensid eignen sich die bereits oben näher bezeichneten Tenside.When Surfactant are those already specified above Surfactants.
Um eine ausreichend feine Zerstäubung zu erzielen und damit eine hinreichende Reduzierung der Stickoxide im Abgas der Verbrennungskraftmaschine wird die Lösung vorzugsweise mit einem Druck abhängig vom Zerstäubersystem im Bereich von 3 bis 30 bar in den Reaktionsraum eingespritzt. Das Einspritzen der Lösung erfolgt dabei im Allgemeinen über ein Einspritzventil, wie es dem Fachmann bekannt ist.Around to achieve a sufficiently fine atomization and thus a sufficient reduction of nitrogen oxides in the exhaust gas of the internal combustion engine the solution is preferably dependent on a pressure from the atomizer system in the range of 3 to 30 bar in the Reaction space injected. Injecting the solution takes place generally via an injection valve, as is known to the person skilled in the art.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße System zur Reduktion von Stickstoffoxiden in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen verwendet. Die Verbrennungskraftmaschine ist insbesondere eine selbstzündende Verbrennungskraftmaschine. Im Allgemeinen wird die Verbrennungskraftmaschine in einem Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen eingesetzt. Jedoch kann das erfindungsgemäße System auch bei jeder anderen, dem Fachmann bekannten selbstzündenden Verbrennungskraftmaschine verwendet werden.In a preferred embodiment of the invention System for the reduction of nitrogen oxides in exhaust gases of internal combustion engines used. The internal combustion engine is in particular a self-igniting Internal combustion engine. In general, the internal combustion engine used in a passenger car or truck. however The system according to the invention can also be found at each other, known in the art self-igniting internal combustion engine be used.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention are illustrated in the drawing and in the following description explained in more detail.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Abgasreinigungssystems.The single figure shows a schematic representation of an emission control system.
Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention
Eine
Verbrennungskraftmaschine
Die
Verbrennungskraftmaschine
Die
Abgasanlage
An
den Oxidationskatalysator
Im
weiteren Verlauf schließt sich in der Abgasanlage
Das
Reduktionsmitteldosiersystem
Um
das Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmitteltank
Das
eingesetzte Reduktionsmittel ist üblicherweise eine Lösung,
die Wasser und Harnstoff enthält. Um beim Einspritzen über
die Düse
Der Anteil an Harnstoff im Reduktionsmittel liegt vorzugsweise im Bereich von 10 bis 60 Vol.-%, insbesondere im Bereich von 25 bis 35 Vol.-%.Of the Proportion of urea in the reducing agent is preferably in the range from 10 to 60% by volume, in particular in the range from 25 to 35% by volume.
Die feine Zerstäubung des Reduktionsmittels wird dadurch erzielt, dass durch das Tensid die Oberflächenspannung des Reduktionsmittels gesenkt wird. Aufgrund der geringeren Oberflächenspannung können die beim Einspritzen entstehenden Tröpfchen leichter aus einander gerissen werden und so zu einer feineren Zerstäubung führen. Durch die feinere Zerstäubung verteilt sich das Reduktionsmittel gleichmäßiger im Abgas. Hierdurch wird eine verbesserte Reduktion der Stickoxide im Abgas erzielt.The Fine atomization of the reducing agent is achieved by that by the surfactant, the surface tension of the reducing agent is lowered. Due to the lower surface tension can the resulting droplets during injection easier from each other be torn and thus lead to a finer atomization. The finer atomization distributes the reducing agent more uniformly in the exhaust. This results in an improved reduction of nitrogen oxides achieved in the exhaust.
Auch
lässt sich aufgrund der feineren Zerstäubung das
Reduktionsmittel mit einem niedrigeren Druck in das Abgasrohr
Die Wirkung der reduzierten Oberflächenspannung des Reduktionsmittels ist derart, dass für die gleiche Zerstäubungswirkung ein um den gleichen Faktor reduzierter Druck ausreichend ist, wie der Faktor, um den die Oberflächenspannung reduziert worden ist. Dies bedeutet weiterhin, dass bei einer um einen vorgegebenen Faktor reduzierten Oberflächenspannung die Wirkung die gleiche ist, als sei der Zerstäuberdruck um eben diesen Faktor erhöht worden. So ist zum Beispiel bei einer um Faktor 2 reduzierten Oberflächenspannung die Wirkung die gleiche, als ob der doppelte Zerstäubungsdruck zur Verfügung stehen würde.The effect of the reduced surface tension of the reducing agent is such that a pressure reduced by the same factor is sufficient for the same atomizing effect as the factor by which the surface tension has been reduced. This further means that when the surface tension is reduced by a predetermined factor, the effect is the same as the atomizer pressure has been increased by just this factor. For example, with a surface tension reduced by a factor of 2, the effect is the same as if the double atomization pressure were available.
Im Allgemeinen steht bei Anwendungen zur Reduktion der Stickoxide in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen ein Druck von 5 bar für das Reduktionsmittel zur Verfügung. Wenn durch die Zugabe des Tensides die Oberflächenspannung des Reduktionsmittels zum Beispiel halbiert wird, wird somit die gleiche Wirkung erzielt, die erzielt würde, wenn der Zerstäubungsdruck verdoppelt werden würde, d. h., als ob ein Zerstäubungsdruck von 10 bar zur Verfügung stünde. Die derart verbesserte Zerstäubung hat zur Folge, dass die mittlere Tropfengröße im Spray um ungefähr Faktor √2 abnehmen würde.in the In general, in applications for the reduction of nitrogen oxides in Exhaust gases from internal combustion engines a pressure of 5 bar for the reducing agent available. If by the addition of the surfactant, the surface tension of the reducing agent halved for example, thus the same effect is achieved which would be achieved if the atomization pressure would be doubled, d. h., as if a sputtering pressure of 10 bar would be available. The so improved Atomization causes the average drop size in the spray would decrease by about a factor of √2.
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