DE102007040934A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von Abgas - Google Patents

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Abstract

Es kommen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Motorabgas in Vorschlag. Dabei werden dadurch gute Ergebnisse erreicht, dass das zu reinigende Abgas zunächst mit durch Sprühdüsen (10) fein zerstäubten Tröpfchen einer Reinigungsflüssigkeit kontaktiert wird, dass das so entstehende Gemisch anschließend in das mit Reinigungsflüssigkeit versehene untere Abteil (19) einer durch einen Zwischenboden (18) unterteilten Wanne eingeleitet wird, wobei der Zwischenboden (18) als gas- und flüssigkeitsdurchlässiges Stauelement ausgebildet ist, das von dem unten anstehenden Gas durchdrungen werden kann, das die im oberen Abteil (20) der Wanne (12) vorgesehene Reinigungsflüssigkeit durchsprudeln kann, und dass das aus der im oberen Abteil (20) vorgesehenen Reinigungsflüssigkeit aufsteigende Abgas durch Richtungsänderung dehydriert und anschließend erwärmt wird. Die vom Abgas mitgeführten, festen Verunreinigungen sowie die auswaschbaren Gase werden von den Tröpfchen der zerstäubten Reinigungsflüssigkeit erfasst, die anschließend von der in den Abteilen (19, 20) der Wanne (12) enthaltenen Reinigungsflüssigkeit absorbiert werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgas für wenigstens einen Großmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor.
  • Aus der EP 1 230 969 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Abgas bei einem Fahrzeugmotor bekannt. Dabei wird das zu reinigende Abgas mittels eines gelochten Rohrs ohne Vorbehandlung in ein Ölbad eingeleitet, oberhalb dessen eine perforierte Abdeckung als Spritzschutz angeordnet ist. Das aus dem Öl aufsteigende Abgas wird anschließend gefiltert, durch Ölabscheidung dehydriert und anschließend nochmals mehrmals gefiltert. Hierbei ergeben sich im Ölbad vergleichsweise große Gasblasen, die nur an ihrer Oberfläche mit dem Öl in Kontakt kommen. Das Ölbad hat hier daher nur einen geringen Reinigungseffekt. Es besteht daher die Gefahr, dass das aus dem Ölbad aufsteigende Abgas noch viele seiner ursprünglichen Verunreinigungen enthält. Dies ist offenbar auch der Grund für die Vielzahl der dem Ölbad nachgeordneten Filterstufen. Die bekannte Lösung erweist sich demnach als nicht einfach und zuverlässig genug.
  • Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren oben genannter Art zu schaffen, das einen hohen Reinigungsgrad gewährleistet. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und die Erzielung optimaler Verfahrensergebnisse ermöglicht.
  • Die auf das Verfahren sich beziehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Hierdurch kommt ein Verfahren zur Reinigung von Abgas bei einem Großmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor, in Vorschlag, wobei das zu reinigende Abgas zunächst eine Sprühzone durchströmt und dort mit einer zerstäubten Reinigungsflüssigkeit kontaktiert wird, wobei dann das die Sprühzone verlassende, mit Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit beladene Abgas in feiner Verteilung durch eine Reinigungsflüssigkeit hindurchgeschickt wird und wobei das aus der Reinigungsflüssig aufsteigende Abgas durch Bewerkstelligung einer Richtungsänderung dehydriert wird.
  • Die feinen Tröpfchen der in die Sprühzone eingesprühten und zerstäubten Reinigungsflüssigkeit erfassen und binden die im Abgas enthaltenen, festen Partikel und die aus dem Abgas auswaschbaren Gase. Beim anschließenden Durchgang durch die ein Bad bildender Reinigungsflüssigkeit werden die Tröpfchen absorbiert, wobei die aufgenommenen Partikel und ausgewaschenen Gase an die Reinigungsflüssigkeit übergeben und von dieser abgeführt werden. Hierzu erhält das die Reinigungsflüssigkeit aufnehmende Behältnis permanenten Flüssigkeitsnachschub aus der Sprühzone, so dass sich eine permanente Erneuerung des Inhalts des Behältnisses und eine zuverlässige Ableitung der aufgenommenen Verunreinigungen ergibt. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen lassen daher einen hohen Reinigungsgrad erwarten.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darin bestehen, dass das die Sprühbehandlungszone verlassende Gemisch aus Abgas und Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit in eine unterhalb eines gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Stauelements vorgesehene Reinigungsflüssigkeit eingeleitet wird und von hier aus eine oberhalb des Stauelements vorhandene Reinigungsflüssigkeit durchsprudelt. Diese Maßnahmen führen zu einem zweistufigen Reinigungsflüssigkeitsbad, so dass sich zusammen mit der Behandlung in den Sprühbehandlungszone eine dreistufige Behandlung des Abgases mit Reinigungsflüssigkeit ergibt. Unterhalb des Stauelements werden bereits die meisten mit Verunreiniigungen beladenen Tröpfchen absorbiert. Im oberhalb des Stauelements sich bildenden Sprudelbad werden dem Abgas eventuell noch vorhandene restliche Verunreinigungen entzogen. Hierdurch lassen sich daher besonders gute Verfahrensergebnisse erreichen.
  • In weiterer Fortbildung des übergeordneten Verfahrens kann als Reinigungsflüssigkeit zweckmäßig Wasser Verwendung finden. Dabei handelt es sich um ein nahezu überall kostengünstig zur Verfügung stehendes Mittel, das die im Abgas enthaltenen Festteilchen und auswaschbaren Gase zuverlässig aufnehmen kann.
  • Die auf die Vorrichtung sich beziehende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.
  • Hierdurch kommt eine Vorrichtung zum Reinigen von Abgas bei einem Großmotor, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotor in Vorschlag, die einen Druckbehälter besitzt, der einen Abgaseingang und einen Abgasausgang aufweist und mit wenigstens einem mit dem Abgaseingang kommunizierenden Verteilerrohr versehen ist, von dem mehrere, jeweils einem Teilstrom zugeordnete Abzweigstutzen nach unten abgehen, denen Sprühdüsen zum Einsprühen einer Reinigungsflüssigkeit zugeordnet sind und die in zugeordnete, nach oben offene Wannen hineinragen, wobei den offenen unteren Enden der Abzweigstutzen jeweils ein eine Strömungsumlenkung bewirkender Ventilkörper zugeordnet ist, wobei die Wannen jeweils einen von den Abzweigstutzen durchgriffenen Zwischenboden aufweisen, der als gas- und flüssigkeitsdurchlässiges Stauelement mit einer Vielzahl von über seine Fläche verteilten Passagen für das an seiner Unterseite anstehende Gemisch aus Abgas und Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit ausgebildet ist und ein vom Abgas durchsprudeltes Reinigungsflüssigkeitsbad nach unten begrenzt, und wobei das aus dem Reinigungsflüssigkeitsbad aufsteigende Abgas mit wenigstens einer Umlenkung am Verteilerrohr vorbei zum Abgasausgang geführt wird.
  • Mit Hilfe der Abzweigstutzen wird der einem Verteilerrohr zugeordnete Gesamtvolumenstrom in mehrere kleine Teilströme aufgeteilt, was einen intensiven Kontakt des Abgases mit der in die Abzweigstutzen eingesprühten und zerstäubten Reinigungsflüssigkeit ermöglicht. Die den Abzweigstutzen zugeordneten Ventilkörper ermöglichen in vorteilhafter Weise eine gleichmäßige Beaufschlagung aller Abzweigstutzen und bewirken gleichzeitig eine Richtungsumlenkung von der vertikalen in die horizontale Richtung, was eine gute Verteilung des aus den Abzweigstutzen ausströmenden Gemisches aus Abgas und Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit auf den ganzen Querschnitt der zugeordneten Wanne gewährleistet. Dieser Vorgang findet in vorteilhafter Weise unterhalb des gas- und flüssigkeitsdurchlässigen, flächenhaften Stauelements statt. Ein großer Teil der mit Verunreinigungen beladenen Tröpfchen wird dabei bereits von der unterhalb des Stauelements vorhandenen Reinigungsflüssigkeitsfüllung absorbiert. Das Abgas und der Rest der Tröpfchen steht in Form eines Kissens etc. an der Unterseite des Stauelements an und gelangt über die Vielzahl der kleinen, über die Fläche des Stauelements verteilten Passagen in Form kleiner Bläschen bzw. Perlen oder als Wirbelstrom in das oberhalb des Stauelements vorgesehene Reinigungsflüssigkeitsbad, das die restlichen Tröpfchen absorbiert. Das Stauelement und das an diesem anstehende bzw. dieses durchdringende Abgas verhindern ein Absinken des Reinigungsflüssigkeitsbads. Aus dem aus dem Reinigungsflüssigkeitsbad aufsteigenden Abgas werden durch Richtungsänderung die mitgerissenen Tröpfchen abgeschieden. Anschließend wird das gereinigte Abgas am Verteilerrohr bzw. den Verteilerrohren vorbeigeführt und auf diese Weise erwärmt. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen somit ersichtlich eine zuverlässige Reinigung des Abgases, wobei die in Kauf zu nehmenden Energieverluste vergleichsweise gering sind.
  • Eine zweckmäßige Ausgestaltung der übergeordneten Vorrichtung kann darin bestehen, dass das Verteilerrohr bzw. die Verteilerrohre im oberen Bereich des Druckbehälters unterhalb des nach oben abgehenden Abgasausgangs angeordnet ist bzw. sind. Dies begünstigt die automatische Erwärmung des zum Abgasauslass strömenden, gereinigten Abgases.
  • Eine weitere vorteilhafte Maßnahme kann darin bestehen, dass der Ventilkörper gegenüber dem unteren Ende des jeweils zugeordneten Abzweigstutzens einstellbar ist. Dies ermöglicht eine genaue Einstellung des zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitts und damit eine sehr genaue Vergleichmäßigung des Volumenstroms durch alle Abzweigstutzen, so dass sich in den zugeordneten Wannen gleiche Behandlungsverhältnisse ergeben.
  • Zweckmäßig ist jedem Abzweigstutzen eine eigene Wanne zugeordnet. Dies führt in vorteilhafter Weise zu einer Vielzahl kleinerer Einzelwannen, in denen eine sehr gleichmäßige Verteilung des aus dem jeweils zugeordneten Abzweigstutzen austretenden Gemisches aus Abgas und Reinigungsflüssigkeitströpfchen erzielbar ist. Die Nebeneinanderanordnung mehrerer kleiner Einzelwannen ermöglicht zudem eine gute Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums und ergibt gleichzeitig im Falle eines Einbaus der Reinigungsvorrichtung in ein Schiff einen großen zulässigen Neigungswinkel.
  • In Fortbildung des vorstehenden Gedankens können zweckmäßig jeder Reihe von quer zur Behälterachse nebeneinander angeordneten Abzweigstutzen eine durch Zwischenwände in einzelne Wannen unterteilte Wannenkassette zugeordnet sein, wobei die Zwischenwände zweckmäßig oberhalb des Zwischenbodens mit Überströmöffnungen versehen sein können. Hierdurch wird sichergestellt, dass Schwankungen beim Flüssigkeitsnachschub einer Wanne durch den Überlauf der benachbarten Wanne bzw. Wannen ausgeglichen werden kann.
  • Die Wannen besitzen zweckmäßig einen unterern Flüssigkeitsauslass und obere Überlaufkanten, über die überschüssige Reinigungsflüssigkeit abfließen und die hierin aufgenommenen Verunreinigungen abgeführt werden können. Der Flüssigkeitsauslass ist zweckmäßig so dimensioniert, dass über diesen weniger Flüssigkeit abfließt, als über den zugeordneten Abzweigstutzen nachkommt, so dass die oberen Überlaufkanten stets überspült werden. Eine Niveauüberwachung ist hierbei in vorteilhafter Weise überflüssig.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der übergeordneten Maßnahmen kann darin bestehen, dass mit Abstand oberhalb der Wannen ein von den Abzweigstutzen durchgriffenes Umlenkschild angeordnet ist, dessen Seitenkanten mit den benachbarten Behälterwänden seitliche Strömungspassagen begrenzt. Das aus den Wannen aufsteigende Abgas wird durch das Umlenkschild seitlich abgelenkt und damit umgelenkt. Im Abgas enthaltene Flüssigkeitströpfchen werden dabei aufgrund der hieran angreifenden Zentrifugalkräfte nach außen gedrängt und können auf diese Weise abgeschieden werden. Zweckmäßig können dabei an den seitlichen Behälterwänden oberhalb des Umlenkschilds Tropfenfangleisten angebracht sein.
  • Die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Maßnahmen erzielbare Abgasqualität erleichtert in vorteilhafter Weise eine Abgasrezirkulation, d. h. eine Beimischung von Abgas zu der dem Motor zugeführten Ladeluft, wodurch der NOx-Ausstoß reduziert werden kann. Zweckmäßig kann die erfindungsgemäße Vorrichtung daher in eine Abgasrezirkuliereinrichtung integriert und mit rezirkulierbarem Abgas beaufschlagt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehmbar.
  • In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
  • 1 einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Abgas-Reinigungsvorrichtung,
  • 2 einen Querschnitt entlang der Linie II/II in 1,
  • 3 den unteren Bereich eines Abzweigstutzens mit zugeordneter Wanne im Schnitt,
  • 4 ein Funktionsschema der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 5 eine gegenüber der Horizontalen geneigte Wannenanordnung einer erfindungsgemäßen, z. B. auf einem Schiff installierten Reinigungsvorrichtung,
  • 6 eine schematische Darstellung eines Zweitakt-Großdieselmotors mit Abgasrezirkulation und -reinigung und
  • 7 eine schematische Darstellung eines Zweitakt-Großdieselmotors mit einer in die Auspuffleitung eingebauten Reinigungsvorrichtung.
  • Hauptanwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung sind Großmotoren, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotoren, wie sie beispielsweise als Schiffsantriebe Verwendung finden.
  • Die den 1 und 2 zugrunde liegende Abgasreinigungsvorrichtung besteht aus einem faßförmigen Druckbehälter 1, der auf einem mit Standfüßen versehenen Traggestell 1a aufgenommen ist. Der Druckbehälter 1 besitzt einen stirnseitig angeordneten Abgaseingang 2 und einen nach oben abgehenden Abgasausgang 3 und ist an der Unterseite mit einem Wasserauslass 4 versehen. Der faßförmige Druckbehälter 1 besteht aus einem zylindrischen Mittelteil, das durch zwei stirnseitig angeflanschte Deckel verschlossen ist. Der Abgaseingang 2 ist im oberen Bereich eines stirnseitigen Deckels angeordnet. Der Abgasausgang 3 befindet sich etwa in der Mitte des Scheitelbereichs des zylindrischen Mittelteils. Zweckmäßig sind im Bereich des Mittelteils und/oder der Deckel wenigstens ein, vorzugsweise mehrere Bullaugen 5 vorgesehen, über welche die Vorgänge im Inneren des Druckbehälters 1 von außen beobachtet werden können.
  • Im oberen Bereich des Innenraums 6 des Druckbehälters 1 ist eine Anordnung mit wenigstens einem horizontalen Verteilerrohr 7 vorgesehen, das sich etwa über die Länge des Mittelteils des Druckbehälters 1 erstreckt und mit dem Abgaseingang 2 kommuniziert. Im dargestellten Beispiel sind, wie am besten aus 2 erkennbar ist, mehrere, hier drei parallel nebeneinander angeordnete Verteilerrohre 7 vorgesehen, die über ein an den Abgaseinlass 2 angeschlossenes, mit einer entsprechenden Anzahl von Anschlussstutzen versehenes Verteilerstück 8 mit dem Abgaseingang 2 verbunden sind. Von jedem Verteilerrohr 7 gehen mehrere, über seine Länge verteilte, vertikale Abzweigstutzen 9 nach unten ab, die jeweils einen Teilstrom des dem zugehörigen Verteilerrohr 7 zugeführten Abgas-Volumenstroms aufnehmen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind, wie 2 anschaulich erkennen lässt, die von den drei Verteilerrohren 7 nach unten abgehenden Abzweigstutzen 9 jeweils in Form von quer zur Behälterachse sich erstreckender Reihen angeordnet.
  • Den Abzweigstutzen 9 sind Sprühdüsen 10 zugeordnet, die mit einer Reinigungsflüssigkeit beaufschlagbar sind. Bei der Reinigungsflüssigkeit kann es sich zweckmäßig um Wasser, auch Salzwasser oder Brakwasser, mit oder ohne Zusatz von Chemikalien handeln. Die Sprühdüsen 10 sind dabei zweckmäßig als Zerstäuberdüsen ausgebildet, die die zugeführte Reinigungsflüssigkeit in sehr feine, kleine Tröpfchen zerstäuben, so dass sich zusammen mit dem den Abzweigstutzen 9 zugeführten Abgas ein Nebel bzw. Aerosol ergibt. Die Sprühdüsen 10 sind im oberen Bereich des jeweils zugeordneten Abzweigstutzens 9 angeordnet. Dabei können jedem Abzweigstutzen mehrere radiale Sprühdüsen zugeordnet sein. Im dargestellten Beispiel ist jedem Abzweigstutzen 9 eine mittig angeordnete Sprühdüse 10 zugeordnet, die am unteren Ende einer das zugeordnete Verteilerrohr 7 durchsetzenden Lanze 11 angebracht ist. Die Lanzen 11 sind in einer hier nicht näher dargestellten Weise, beispielsweise über eine gemeinsame Versorgungsleitung, mit einer Reinigungsflüssigkeits-Quelle verbunden.
  • Unterhalb der Abzweigstutzen 9 sind Wannen 12 platziert, in welche die Abzweigstutzen 9 mit ihren unteren offenen Enden hineinragen, wie am besten aus 2 ersichtlich ist. Jedem Abzweigstutzen 9 ist dabei zweckmäßig eine eigene Wanne 12 zugeordnet, wobei die den eine Reihe oben genannter Art bildenden, nebeneinander angeordneten Abzweigstutzen 9 zugeordneten Wannen 12, wie aus 2 ersichtlich ist, zu einer über die Breite des Innenraums 6 durchgehenden Kassette 13 verbunden sein können.
  • Dem offenen unteren Ende der Abzweigstutzen 9 ist jeweils ein Ventilkörper 14 zugeordnet, der zweckmäßig einstellbar ist. Hiermit lässt sich der lichte Abstand zwischen dem Ventilkörper 14 und dem unteren Ende des zugeordneten Abzweigstutzens 9 und damit der zur Verfügung stehende Strömungsquerschnitt einstellen. Die Einstellung erfolgt zweckmäßig so, dass der Abgas-Volumendurchsatz durch alle Abzweigstutzen 9 gleich ist. Der einstellbare Ventilkörper 14 ist, wie am besten aus 3 erkennbar ist, auf einer zum zugeordneten Abzweigstutzen 9 koaxialen Stange 15 aufgenommen, die mit ihrem oberen Ende an wenigstens einer an der Innenwand des zugeordneten Abzweigstutzens 9 angebrachten Strebe 16 befestigt ist. Selbstverständlich können auch mehrere in der Höhe und/oder umfangsseitig gegeneinander versetzte Streben vorgesehen sein. Die Stange 15 kann als Gewindestange ausgebildet sein, auf der den zugeordneten Ventilkörper 14 fixierende Muttern 17 aufschraubbar sind, mittels derer eine Einstellung des Ventilkörpers 14 möglich ist.
  • Die Oberseite des Ventilkörpers 14 ist, wie 3 weiter erkennen lässt, als von einer konkav nach unten gebogenen Erzeugenden gebildete Rotationsfläche ausgebildet, so dass sich im Querschnitt nach unten konkave Flanken ergeben, die einen gebogenen Übergang von der vertikalen Richtung in die horizontale Richtung bilden. Mit Hilfe dieser konoiden Gestaltung der Ventilkörper 14 wird eine Umlenkung des die Abzweigstutzen 9 in vertikaler Richtung durchströmenden Volumenstroms in die horizontale Richtung bewirkt. Das aus den Abzweigstutzen 9 austretende Aerosol verteilt sich dementsprechend in horizontaler Richtung in der jeweils zugeordneten Wanne 12. Die an den massebehafteten Tröpfchen, die bei der vom Ventilkörper 14 bewirkten Umlenkung in radialer Richtung beschleunigt werden, angreifenden, einer Richtungsänderung entgegenwirkenden Trägheitskräfte führen hierbei bereits zu einer Abscheidung von Tröpfchen aus dem umgelenkten Aeorosolstrom. Dies betrifft insbesondere die schwereren Tröpfchen. Die separierten Tröpfchen werden praktisch von der umgebenden Reinigungsflüssigkeit in der Wanne 12 absorbiert.
  • Die Wannen 12 sind jeweils durch einen vom zugeordneten Abzweigstutzen 9 durchgriffenen Zwischenboden 18 in ein unteres Abteil 19, in welches der zugeordnete Abzweigstutzen 9 mit seinem unteren, offenen Ende einmündet und in welchem der Ventilkörper 14 sich befindet, und ein oberes Abteil 20 unterteilt. Im Betrieb ist sowohl im unteren Abteil 19 als auch im oberen Abteil 20 Reinigungsflüssigkeit vorhanden. Jede Wanne 12 enthält dementsprechend ein durch den Zwischenboden 18 zweigeteiltes Reinigungsflüssigkeitsbad. Der Zwischenboden 18 ist als gas- und flüssigkeitsdurchlässiges, flächenhaftes Stauelement ausgebildet, das eine Vielzahl von über seine Fläche verteilten, engen Passagen zwischen dem unteren Abteil 19 und dem oberen Abteil 20 und dementsprechend zwischen dem unteren und oberen Teil des Reinigungsflüssigkeitsbads enthält. Hierzu kann das den Zwischenboden 18 bildende Stauelement als ein- oder mehrlagiges Gitter und/oder Netzwerk eines engmaschigen Gitters oder Netzes, oder Drahtgewebes oder Streckmetalls oder als ähnliches durchlässiges Strukturelement bzw. Strukturelementpaketanordnung, z. B. aus Metall- und/oder Kunststoffschaum ausgebildet sein. Der Zwischenboden 18 ist, wie 3 weiter erkennen lässt, randseitig auf wannenfesten Tragleisten 21 abgestützt und mittels einer den zugeordneten Abzweigstutzen 9 umfassenden und durch Schrauben 22 hieran festlegbaren Büchse 23 von oben fixiert.
  • Zwischen dem Zwischenboden 18 und den Stützleisten 21 kann eine eine geeignete Höhe aufweisende Distanzelementanordnung 21a, z. B. inform von auf den Stützleisten 21 aufliegenden Leisten oder eines auf den Stützleisten 21 aufliegenden Rahmens etc. vorgesehen sein. Mit Hilfe der Distanzelementanordnung lässt sich die Position des Zwischenbodens 18 gegenüber dem unteren Ende des zugeordneten Abzweigstutzens 9 genau justieren.
  • Im Betrieb werden die Verteilerrohre 7 mit Abgas beaufschlagt, das, wie in 4 durch Pfeile angedeutet ist, auf die Abzweigstutzen 9 verteilt wird. Gleichzeitig werden die Sprühdüsen 10 mit Reinigungsflüssigkeit, zweckmäßig in Form von Wasser beaufschlagt, das fein zerstäubt wird, so dass sehr feine Tröpfchen gebildet werden und in den Abzweigstutzen 9 ein Nebel bzw. Aerosol entsteht. In der so innerhalb der Abzweigstutzen 9 gebildeten Sprühbehandlungszone werden in einem ersten Behandlungsschritt die im Abgas enthaltenen, festen Verunreinigungen, die Kondensationskerne bilden, von den Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit, hier den Wassertröpfchen, erfasst und von diesen mitgeführt. Ebenso werden die im Abgas enthaltenen, auswaschbaren Gase von den Wassertröpfchen ausgewaschen und von diesen mitgeführt.
  • Das aus den Abzweigstutzen 9 austretende Abgas-Wasser-Gemisch d. h. Aerosol wird zur weiteren Behandlung in das in der zugeordneten Wanne 12 enthaltene Reinigungsflüssigkeitsbad eingeleitet. Dabei ergibt sich wie aus den Strömungspfeilen der 4 ersichtlich ist, durch den Ventilkörper 14 eine Umlenkung von der vertikalen Richtung in die horizontale Richtung, wobei die im unteren Abteil 19 enthaltene Reinigungsflüssigkeit vom dem Zwischenboden 18 benachbarten Bereich verdrängt wird, wie in 4 durch eine unregelmäßige Oberfläche 24 angedeutet ist. Gleichzeitig dringt ein größerer Teil der Wassertröpfchen in die im unteren Abteil 19 enthaltene Reinigungsflüssigkeit ein und wird von dieser absorbiert. Das Abgas mit dem Rest der Wassertröpfchen stehen in Form eines Kissens 25 an der Unterseite des durch den Zwischenboden 18 gebildeten Stauelements an und gelangen über die feinen Passagen des Stauelements in das obere Abteil 20, wobei die noch durchkommenden Wassertröpfchen von der dort vorhandenen Reinigungsflüssigkeit absorbiert werden und das Abgas in Form feiner Bläschen bzw. Perlen 26 nach oben sprudelt, wobei im Abgas noch enthaltene restliche Verunreinigungen von der Reinigungsflüssigkeit erfasst werden und in diese übergehen. Insgesamt ergeben sich somit mehrere Behandlungsschritte, nämlich die Behandlung in der Sprühbehandlungszone sowie im unteren und oberen Reinigungsflüssigkeitsbad.
  • Die Flüssigkeitsfüllung der Wannen 12 erhält in Form der von den Sprühdüsen 10 eingesprühten Reinigungsflüssigkeit ständigen Nachschub. Die Wannen 12 sind dementsprechend mit einer bodenseitigen Ablauföffnung 27 versehen, die zweckmäßig am tiefsten Punkt des geneigten Wannenbodens angeordnet ist. Die Ablauföffnung 27 ist so dimensioniert, dass über diese weniger Reinigungsflüssigkeit ablaufen kann als Nachschub kommt. Der Überschuss läuft über die oberen Kanten der Wannen 12 ab, die dementsprechend Überlaufkanten 28 bilden, wie aus 4 ersichtlich ist. Die aus den Wannen 12 nach unten abfließende bzw. über die Überlaufkanten 28 überlaufende Reinigungsflüssigkeit wird im unteren Bereich des Innenraums 6 des Druckbehälters 1 gesammelt und strömt über den nach unten abgehenden Auslass 4 ab.
  • Das in dem im oberen Abteil 20 vorhandenen Reinigungsflüssigkeitsbad aufsteigende und, wie in 4 durch Pfeile angedeutet, aus dem Reinigungsflüssigkeitsbad nach oben austretende, dreistufig gereinigte Abgas wird oberhalb der Wannen 12 umgelenkt, um eine Wasserabscheidung zu bewirken. Hierzu ist, wie aus den 1 und 2 ersichtlich ist, oberhalb der Wannen 12 ein von den Abzweigstutzen 9 mit Bewegungsfreiheitsgrad durchgriffenes Abweisschild 29 angeordnet, dessen Seitenkanten mit den benachbarten Seitenwänden des Druckbehälters 1 spaltförmige, seitliche Strömungspassagen 30 bilden. Das aus den Wannen 12 aufsteigende Abgas wird dementsprechend entlang der Unterseite des Abweisschilds 29 etwa horizontal nach radial außen geführt und dort umgelenkt. Zur Verstärkung der Umlenkung können die seitlichen Flanken des Abweisschilds 29, wie aus 2 ersichtlich ist, nach unten gebogen sein. Das Abweisschild 29 befindet sich zweckmäßig auf der mittleren Höhe des fassförmigen Druckbehälters 1, wo die größte lichte Weite vorhanden ist, so dass das Abgas im Anschluss an die genannten seitlichen Strömungspassagen 30 durch die Wand des Druckbehälters 1 wieder nach innen geführt wird, was den Umlenkeffekt noch verstärkt. Aufgrund der Umlenkung werden vom Abgas mitgeführte Wassertröpfchen nach radial außen geschleudert und laufen entlang der Wandung des Druckbehälters 1 nach unten ab. Um sicherzustellen, dass keine Wassertröpfchen bis zum Abgasausgang 3 mitgerissen werden können, sind oberhalb der Strömungspassagen 30 von der Wandinnenseite des Druckkessels 1 nach innen vorspringende Tropfenfangleisten 31 vorgesehen. Diese sind zweckmäßig nach unten geneigt.
  • Das die Strömungspassagen 30 passierende Abgas strömt wandnah an den Verteilerrohren 7 vorbei zum Abgasauslass 3. Die Verteilerrohre 7, die innen mit frischem Abgas beaufschlagt werden, fungieren dabei als Heizrohre, an denen das vorbeiströmende Abgas erwärmt wird. Um diesen Effekt zu verstärken, können die Verteilerrohre 7 außen mit Heizrippen versehen sein. Das über den Abgasauslass 3 abgeführte Abgas kann entweder zur Abgasrezirkulation benutzt und/oder einem Auspuff zugeführt werden.
  • Großmotoren oben erwähnter Art finden vielfach als Schiffsantrieb Verwendung. Im Wasser liegende Schiffe können sich seitlich neigen, was auch zu einer Neigung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und insbesondere der Wannen 12 führen kann, wie in 5 angedeutet ist. Da jedem Abzweigstutzen 9 eine eigene Wanne 12 zugeordnet ist, ergeben sich viele, vergleichsweise kleine Wannen, so dass auch im Falle einer vergleichsweise großen Neigung das untere, offene Ende jedes Abzweigstutzens 9 noch genügend tief unterhalb des Flüssigkeitsspiegels in der zugeordneten Wanne 12 ist, wie aus 5 anschaulich ersichtlich ist.
  • Zur Vereinfachung der Montage können die jeweils einer quer zur Behälterachse laufenden Reihe von Abzweigstutzen 9 zugeordneten, nebeneinander angeordneten Wannen, wie oben schon erwähnt, zu einer gemeinsamen Kassette 13 zusammengefasst sein, die durch Zwischenwände 32 in einzelne Wannen unterteilt ist, wie am besten aus 2 erkennbar ist. Die in Richtung der Behälterachse hintereinander angeordneten Kassetten können zweckmäßig voneinander beabstandet sein. Die Zwischenwände 32 sind zweckmäßig im Bereich zwischen der Oberseite des Zwischenbodens 18 und ihrer oberen Kante mit Überströmöffnungen 33 versehen, über die ein Flüssigkeitsaustausch zwischen benachbarten Wannen stattfinden kann. Hierdurch ist sichergestellt, dass unabhängig vom Flüssigkeitsnachschub in allen nebeneinander angeordneten Wannen in etwa derselbe Flüssigkeitsstand erreicht wird. Die Position der Überströmöffnungen 33 ist so gewählt, dass auch im Falle der größten Neigung der als Stauelement fungierende Zwischenboden 18 ganzflächig mit Reinigungsflüssigkeit bedeckt ist und dementsprechend auch das offene untere Ende der Abzweigstutzen 9 ganzflächig überflutet ist, wie 5 anschaulich zeigt.
  • Die Kassetten 13 sind, wie 2 weiter zeigt, mit seitlichen Stützleisten 34 versehen, die auf behälterseitig vorgesehene Tragleisten 35 aufsetzbar sind. Zweckmäßig können dabei die Stützleisten 34 und/oder die Tragleisten 35 in der Höhe einstellbar angeordnet sein, so dass die Eintauchtiefe der Abzweigstutzen 9 ebenfalls einstellbar ist.
  • Die 6 und 7 zeigen Anwendungsbeispiele der oben beschriebenen mehrstufigen Abgas-Reinigungsvorrichtung. Eine bevorzugte Anwendung ist, wie schon erwähnt, die Reinigung von zur Abgasrezirkulation verwendetem Abgas, d. h. von zur Reduzierung des NOx und/oder SOx-Ausstoßes eines Motors, der diesem Motor zugeführten, frischen Ladeluft nochmals beigemischtem Abgas. Eine derartige Anwendung liegt der 6 zugrunde.
  • Dabei ist ein in Form eines Zylinders angedeuteter Großmotor in Form eines Zweitakt-Großdieselmotors 36 dargestellt. Der vom Arbeitsraum des Zylinders abgehende, durch ein Auslassventil kontrollierbare Auslassstutzen 37 mündet in einen über alle Zylinder durchgehenden Abgassammler 38. Im unteren Bereich des Zylindermantels sind Einlassschlitze 39 vorgesehen, über die dem Arbeitsraum bei abgesenktem Kolben Ladeluft zugeführt wird. Dem Motor ist ein Abgasturbolader 40 zugeordnet, dessen Turbine mit Abgas betrieben wird und dessen Kompressor die vorverdichtete Ladeluft liefert. Dementsprechend ist die Turbine des Abgasturboladers 40 über eine Abgasleitung 41 mit dem Abgassammler 38 verbunden. Vom Ausgang des Kompressors führt eine Ladeluftleitung 42 zu den Einlassschlitzen 39. Der Ladeluft wird Abgas beigemischt. Hierzu zweigt von der Abgasleitung 41 eine Rezirkulationsleitung 43 ab, die in die Ladeluftleitung 42 oder, wie mit einer unterbrochenen Linie angedeutet ist, in den Ansaugstutzen des Kompressors des Abgasturboladers 40 einmündet. In die Rezirkulationsleitung 43 ist zur Reinigung des Abgases die durch den Druckbehälter 1 angedeutete Abgasreinigungseinrichtung integriert. Hierbei wird nur der Teil des Abgases gereinigt, der zur Rezirkulation Verwendung findet.
  • Es wäre aber auch denkbar, das gesamte Abgas vor dem Ausstoß in die Umgebung zu reinigen. Eine derartige Ausführung liegt der 7 zugrunde. Hierbei ist die durch den Druckbehälter 1 angedeutete Abgasreinigungsvorrichtung in eine vom Ausgang der Turbine des Abgasturboladers 40 abgehende, in die Umgebung mündende Auspuffleitung 44 eingebaut. Im Übrigen entspricht der Motoraufbau der Anordnung gemäß 6.
  • In den den 6 und 7 zugrundeliegenden Beispielen ist jeder Brennkraftmaschine jeweils eine einzelne, eigene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Abgasreinigung zugeordnet. Es wäre aber auch denkbar, einer Anordnung von mehreren Brennkraftmaschinen eine gemeinsame Vorrichtung zur Abgasreinigung erfindungsgemäßer Art zuzuordnen. Ebenso wäre es denkbar einer Brennkraftmaschine mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen zur Abgasreinigung zuzuordnen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das gereinigte Abgas abweichend von den Ausführungen gemäß 6 und 7 nur teilweise zur Abgasrezirkulation zu verwenden und den übrigen Teil als Auspuffgas auszublasen. Dies gilt sowohl für an Bord von Schiffen installierte oder stationäre Anordnungen.
  • Vorstehend sind zwar einige Ausführungs- und Anwendungsbeispiele näher erläutert, ohne dass jedoch hiermit eine Beschränkung verbunden sein soll. Vielmehr stehen dem Fachmann eine Reihe von Möglichkeiten zur Verfügung, um den allgemeinen Gedanken der Erfindung an die Verhältnisse des Einzelfalls anzupassen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 1230969 A1 [0002]

Claims (30)

  1. Verfahren zur Reinigung von Motorabgas, insbesondere bei wenigstens einem Großmotor, vorzugsweise Zweitakt-Großdieselmotor, wobei das zu reinigende Abgas zunächst eine Sprühbehandlungszone durchströmt und dort mit einer zerstäubten Reinigungsflüssigkeit kontaktiert wird, wobei das die Sprühbehandlungszone verlassende Gemisch aus Abgas und Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit in feiner Verteilung durch eine Reinigungsflüssigkeit hindurch geschickt wird und wobei das aus der Reinigungsflüssigkeit aufsteigende Abgas durch Bewerkstelligung einer Richtungsänderung dehydriert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die Sprühbehandlungszone verlassende Gemisch aus Abgas und Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit in eine unterhalb eines gas- und flüssigkeitsdurchlässigen Stauelements vorgesehene Reinigungsflüssigkeit eingeleitet wird und von hier aus eine oberhalb des Stauelements vorhandene Reinigungsflüssigkeit durchsprudelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas beim Austritt aus der Sprühzone eine Richtungsänderung in etwa in die horizontale Richtung, vorzugsweise um 90°, erfährt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas nach der Dehydrierung beheizt wird.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Reinigungsflüssigkeit Wasser mit oder ohne Zusatz von Chemikalien verwendet wird.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Abgas zumindest teilweise für die Abgasrezirkulation verwendet wird.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Abgas zumindest teilweise in die Umgebung abgegeben wird.
  8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Druckbehälter (1), der einen Abgaseingang (2) und einen Abgasausgang (3) aufweist und mit wenigstens einem, mit dem Abgaseingang (2) kommunizierenden Verteilerrohr (7) versehen ist, von dem mehrere, jeweils einem Teilstrom zugeordnete Abzweigstutzen (9) nach unten abgehen, denen Sprühdüsen (10) zum Einsprühen einer Reinigungsflüssigkeit zugeordnet sind und die in zugeordnete, nach oben offene Wannen (12) hineinragen, wobei den offenen, unteren Enden der Abzweigstutzen (9) jeweils ein eine Strömungsumlenkung bewirkender Ventilkörper (14) zugeordnet ist, wobei die Wannen (12) jeweils einen von den Abzweigstutzen (9) durchgriffenen Zwischenboden (18) aufweisen, der als gas- und flüssigkeitsdurchlässiges Stauelement mit einer Vielzahl von über seine Fläche verteilten Passagen für das an seiner Unterseite anstehende Gemisch aus Abgas und Tröpfchen der Reinigungsflüssigkeit ausgebildet ist und ein vom Abgas durchsprudeltes Flüssigkeitsbad nach unten begrenzt und wobei das aus dem Flüssigkeitsbad aufsteigende Abgas mit wenigstens einer Umlenkung am Verteilerrohr (7) vorbei zum Abgasausgang (3) geführt wird.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, parallel nebeneinander angeordnete Verteilerrohre (7) vorgesehen sind, von denen in Querrichtung reihenförmig nebeneinander angeordnete Abzweigstutzen (9) nach unten abgehen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verteilerrohr (7) bzw. die Verteilerrohre (7) im oberen Bereich des Druckbehälters (1) unterhalb des nach oben abgehenden Abgasausgangs (3) angeordnet ist bzw. sind.
  11. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sprühdüsen (10) jeweils am unteren Ende einer das Verteilerrohr (7) durchgreifenden, in den zugeordneten Abzweigstutzen (9) hineinragenden Lanze (11) angebracht sind.
  12. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (14) gegenüber dem unteren Ende des zugeordneten Abzweigstutzens (9) einstellbar ist.
  13. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–12, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (14) als Rotationskörper mit im Schnitt konkav gebogenen Flanken ausgebildet ist.
  14. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–13, dadurch gekennzeichnet, dass der ein gas- und flüssigkeitsdurchlässiges Stauelement bildende Zwischenboden (18) als ein- oder mehrlagiges Netz- und/oder Gitterwerk oder als Metallschaum- oder Kunststoffschaumkörper ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–14, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden (18) randseitig auf Tragleisten (21) der zugeordneten Wanne (12) vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Distanzelementanordnung abgestützt und mittels wenigstens einer am zugeordneten Abzweigstutzen (9) festlegbaren Büchse (23) von oben gehalten ist.
  16. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–15, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Abzweigstutzen (9) eine eigene Wanne (12) zugeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wannen (12) obere Überlaufkanten (28) und/oder einen bodenseitig vorgesehenen Flüssigkeitsauslass (27) aufweisen und dass der Druckbehälter (1) mit einem nach unten abgehenden Flüssigkeitsausgang (4) versehen ist.
  18. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–17, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einer, vorzugsweise jeder Reihe von quer zur Behälterachse nebeneinander angeordneten Abzweigstutzen (9) eine durch Zwischenwände (32) in einzelne Wannen (12) unterteilte Kassette (13) zugeordnet ist, die im Druckbehälter (1) festlegbar ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwände (32) oberhalb des Zwischenbodens (18) und unterhalb der ihrer oberen Kanten mit Überströmöffnungen (33) versehen sind.
  20. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1) mit seitlichen Tragleisten (35) versehen ist, auf denen die Kassetten (13) abstützbar sind, die mit seitlichen Stützleisten (34) versehen sind.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Höhenabstand zwischen den Stützleisten (34) und die Tragleisten (35) ein- und feststellbar ist.
  22. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 18–21, dadurch gekennzeichnet, dass die in Behälter Längsrichtung hintereinander angeordneten Kassetten (13) voneinander beabstandet sind.
  23. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–22, dadurch gekennzeichnet, dass mit Abstand oberhalb der Wannen (12) ein von den Abzweigstutzen (9) durchgriffenes Ableitschild (29) angeordnet ist, dessen Seitenkanten mit den benachbarten Behälterwänden seitliche Strömungspassagen (30) begrenzt.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Ableitschild (29) auf mittlerer Behälterhöhe angeordnet ist.
  25. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass an den seitlichen Behälterwänden oberhalb der Strömungspassagen (30) Tropfenfangleisten (31) angebracht sind.
  26. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–25, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1) in eine Abgasrezirkulationsleitung (43) eines mit einer Abgasrezirkuliereinrichtung versehenen Großmotors, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotors eingebaut ist.
  27. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–25, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter (1) in eine in die Umgebung mündende Auspuffleitung (44) eines Großmotors, insbesondere Zweitakt-Großdieselmotors eingebaut ist.
  28. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–27, dadurch gekennzeichnet, dass ein Druckbehälter (1) einer Anordnung von mehreren Brennkraftmaschinen zugeordnet ist.
  29. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–27, dadurch gekennzeichnet, dass einer Brennkraftmaschine mehrere Druckbehälter (1) zugeordnet sind.
  30. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 8–29, dadurch gekennzeichnet, dass das gereinigte Abgas auf wenigstens eine Abgasrezirkulationsleitung (43) und wenigstens eine Auspuffleitung (44) aufgeteilt wird.
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