DE102010008884A1 - NOx-Emissionssteuersystem für eine Kohlenwasserstoffbetriebene Energiequelle - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zum Reduzieren von NOx in einem Magermotor-Abgasstrom von einem kohlenwasserstoffbetriebenen Motor kann zunächst den Abgasstrom über einen Spar-Dieseloxidationskatalysator führen, der die Oxidation von Kohlenmonoxid und Kohlendioxid und die Oxidation von Kohlenwasserstoffen (HC) zu Kohlendioxid und Wasser vervollständigt. Anschließend können separate Zusätze von Ozon und Ammoniak oder Harnstoff in den Abgasstrom stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors bei Temperaturen unterhalb 250 Grad Celsius eingeführt werden. Die Zusätze von Ozon und Ammoniak oder Harnstoff modifizieren die Abgaszusammensetzung, um die Leistungsfähigkeit von NOx-Reduktionskatalysatoren in dem katalytischen Reduktionsreaktor zu verbessern. Bei Temperaturen oberhalb 250 Grad kann der Ozonzusatz reduziert oder beseitigt werden, während der Ammoniakzusatz als eine Funktion der Menge an NOx in dem Abgasstrom und der Temperatur des katalytischen Reduktionsreaktors gesteuert werden kann.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Das technische Gebiet betrifft allgemein eine Behandlung von Abgas von einer kohlenwasserstoffbetriebenen Energiequelle, die mit einem Kraftstoff-Magergemisch betrieben wird.
  • HINTERGRUND
  • Dieselmotoren, einige benzinbetriebene Motoren und viele kohlenwasserstoffbetriebene Energieanlagen arbeiten für eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit bei Luft/Kraftstoff-Massenverhältnissen, die höher als stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Massenverhältnisse sind. Derartige Magermotoren und andere Energiequellen erzeugen jedoch ein heißes Abgas mit einem relativ hohen Gehalt an Sauerstoff und Stickoxiden (NOx). In dem Fall von Dieselmotoren liegt die Temperatur des Abgases von einem aufgewärmten Motor typischerweise im Bereich von 200 Grad bis 400 Grad Celsius und besitzt eine typische Zusammensetzung von etwa 17 Volumen-% Sauerstoff, 3 Volumen-% Kohlendioxid, 0,1 Volumen-% Kohlenmonoxid, 200 ppm Kohlenwasserstoffe, 200 ppm NOx und dem Rest Stickstoff und Wasser. Diese NOx-Gase, die typischerweise Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) umfassen, sind aufgrund des hohen Sauerstoff-(O2)-Gehalts in dem heißen Abgasstrom schwierig zu Stickstoff (N2) zu reduzieren.
  • ZUSAMMENFASSUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen umfassen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reduzierung von NOx in einem Abgasstrom eines Magermotors über eine breite Vielzahl von Temperaturen, einschließlich während Aufwärmbedingungen.
  • Eine beispielhafte Ausführungsform umfasst ein Verfahren, bei dem ein Abgasstrom von einem Kohlenwasserstoff verbrennenden Motor, wie einem Dieselmotor, zuerst über einen katalytischen Oxidationsreaktor geführt werden kann, der einen Spar-Dieseloxidationskatalysator (DOC) aufweist, der die Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und die Oxidation von Kohlenwasserstoffen (HC) zu Kohlendioxid und Wasser im Wesentlichen vollendet.
  • Als Nächstes können separate Zusätze von Ozon und Ammoniak oder Harnstoff in den Abgasstrom stromaufwärts eines katalytischen Reduktionsreaktors eingeführt werden. Der Ozonzusatz über einen steuerbaren Ozongenerator wandelt den größten Teil des NO-Gehaltes des Abgases in NO2 um, bevor der Abgasstrom den Reduktionskatalysatorreaktor erreicht. Der Ammoniak oder Harnstoff nimmt an der Reduktion von NO und NO2 zu N2 teil. Die Zusätze von Ozon und Ammoniak oder Harnstoff modifizieren daher die Abgaszusammensetzung, um die Leistungsfähigkeit von NOx-Reduktionskatalysatoren (d. h. SCR-Katalysatoren) in dem katalytischen Reduktionsreaktor zu verbessern, der NOx zu Stickstoff und Wasser reduziert, einschließlich während Motor- und Abgasaufwärmtemperaturen (d. h. Kaltstartbedingungen) unterhalb etwa 250°C.
  • Andere beispielhafte Ausführungsformen werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele, während sie beispielhafte Ausführungsformen offenbaren, nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Erfindung zu beschränken.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
  • 1 ein schematisches Flussdiagramm eines Abgassystems für einen Magermotor ist;
  • 2 eine perspektivische Ansicht des katalytischen Oxidationsreaktors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
  • 3 eine perspektivische Ansicht des katalytischen Reduktionsreaktors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist; und
  • 4 eine graphische Darstellung ist, die einen NOx-Umwandlungsprozentsatz gegenüber der Plasmaenergiedichte für eine beispielhafte Ausführungsform vergleicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen) ist lediglich beispielhafter (illustrativer) Natur und nicht dazu bestimmt, die Erfindung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken.
  • Ein Flussdiagramm eines Abgassystems 10 für einen Kohlenwasserstoff verbrennenden Motor ist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform in 1 gezeigt. Ein Abgasstrom oder eine Abgasleitung 12 von dem Abgaskrümmer eines Motors, der bei einem Luft/Kraftstoff-Massenverhältnis gut oberhalb des stöchiometrischen Verhältnisses arbeitet, ist zu behandeln, um den Gehalt an NOx (hauptsächlich eine Mischung aus NO und NO2) in Stickstoff (N2) zu reduzieren. Wenn der Abgasstrom 12 von einem benzinbetriebenen Motor stammt, der beispielsweise bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von größer als 14 (d. h. A/F > 14) betrieben wird, enthält das Abgas einige nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), NOx, Kohlenmonoxid (CO), Kohlendioxid (CO2), Wasser (H2O) und Stickstoff (N2). Der Abgasstrom 12 von einem Dieselmotor enthält dieselben gasförmigen Bestandteile plus suspendierter Dieselpartikel (aus Kohlenwasserstoffen mit hohem Molekulargewicht zusammengesetzt, die auf Kohlenstoffpartikeln abgeschieden sind).
  • Derartige kohlenwasserstoffhaltige Abgasströme 12 können durch einen katalytischen Oxidationsreaktor 14 geführt werden, der einen Spar-Dieseloxidationskatalysator (DOC) 15 aufweist, der die Oxidation von Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und die Oxidation von Kohlenwasserstoffen zu Kohlendioxid und Wasser im Wesentlichen vervollständigt. Für diese Reaktionen ist typischerweise reichlich Sauerstoff in dem Abgasstrom 12 vorhanden.
  • Umgebungsluft allein oder alternativ Luft kombiniert mit Abgas (als LUFT in 1 gezeigt) kann durch einen Ozongenerator 16 geblasen oder gezogen werden, wie einen Hyperplasma-Ozongenerator 16. Das in dem Luftstrom erzeugte Plasma wandelt einen Teil der Sauerstoffmoleküle in Ozon (O3) um. Die Menge an Ozon, das erzeugt wird, steht mit dem Betrag an elektrischer Leistung in Verbindung, die an den Ozongenerator 16 angelegt wird. Es können auch andere aktivierte Sauerstoffarten erzeugt werden. Der ozonhaltige Strom 18 kann dem Abgasstrom 12 stromaufwärts eines katalytischen Reduktionsreaktors 22 und stromabwärts des katalytischen Oxidationsreaktors 14 hinzugesetzt und zur Oxidation von NO zu NO2 verwendet werden. Die Eingangsleistung des Ozongenerators 16 kann durch die Menge an NOx oder beliebige der Komponenten von NOx, wie oben beschrieben ist, in dem Abgasstrom 12, der zu oxidieren ist, oder durch die Temperatur des stromabwärtigen katalytischen Reduktionsreaktors 22 oder durch sowohl die Menge an NOx in dem Abgasstrom als auch die Temperatur des katalytischen Reduktionsreaktors 22 gesteuert werden, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
  • Ein nichtbeschränkendes Beispiel eines nicht thermischen Ozongenerators 16, der hier verwendet werden kann, ist beschrieben in dem U.S. Patent Nr. 7,090,811 von Cho et al. mit dem Titel "Method of Reducing NOx in Diesel Engine Exhaust" und hier durch Bezugnahme eingeschlossen.
  • Zusätzlich zu dem Ozonzusatz zur NO-Oxidation kann Ammoniak (NH3) oder Harnstoff ebenfalls dem Abgasstrom 12 hinzugesetzt werden. Ammoniak kann in einer geeigneten Form (wie als flüssiger Ammoniak oder als Harnstoff) an Bord eines Magermotorfahrzeugs oder benachbart eines stationären Motors gespeichert sein, was kollektiv hier als eine Ammoniakinjektorvorrichtung 17 bezeichnet ist, und als Strom 20 zu dem ozonbe handelten Abgasstrom 13 stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors 22 zugesetzt werden. Der Ammoniak oder der Harnstoff nehmen an der Reduktion von NO und NO2 zu N2 teil. Während die Einführung von Ammoniak oder Harnstoff von der Injektionsvorrichtung 17 stromabwärts des Zusatzes des Ozonstromes 18 gezeigt ist, wie in 1, können alternative beispielhafte Anordnungen den Ammoniakstrom 20 vor der Einführung des Ozonstromes 18 in den Abgasstrom 12 einführen.
  • Der mit Ozon und/oder Ammoniak oder Harnstoff behandelte Abgasstrom 19 tritt dann in den katalytischen Reduktionsreaktor 22 ein. Der katalytische Reduktionsreaktor 22 umfasst einen Katalysator 24 für selektive katalytische Reduktion (SCR), der hauptsächlich dazu dient, im Wesentlichen NO, N2O und NO2 (d. h. NOx) in N2 und Wasser zu reduzieren.
  • Schließlich strömt der Abgasstrom 25 durch einen Dieselpartikelfilter 26, um jegliches verbleibende Partikelmaterial zu entfernen, und tritt durch einen Auspuff (nicht gezeigt) oder eine Vorrichtung eines ähnlichen Typs an die Atmosphäre aus. Bei alternativen beispielhaften Anordnungen kann der Dieselpartikelfilter 26 nach dem katalytischen Oxidationsreaktor 14 angeordnet sein, um den Abgasstrom 12 vor Eintritt in den katalytischen Reduktionsreaktor 22 zu filtern. Der Dieselpartikelfilter kann aus verschiedenen Materialien geformt sein, einschließlich Cordierit oder Siliziumcarbid (engl.: ”silicone carbide”), das Partikelmaterial abfängt.
  • Der katalytische Oxidationsreaktor 14 ersetzt den katalytischen Oxidationsreaktor vom zweizonigen Typ, der oftmals mit einem SCR-Katalysator verwendet wird. Bei einem katalytischen Oxidationsreaktor vom zweizonigen Typ gelangt der Abgasstrom zuerst durch eine Platin- und palladiumhaltige Vorderseite, die Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Koh lendioxid oxidiert, und gelangt anschließend durch eine nur Platin enthaltende Rückseite, die NO zu NO2 oxidiert.
  • Der katalytische Oxidationsreaktor 14 ist im Gegensatz dazu ein katalytischer Oxidationsreaktor vom Einzelzonentyp, der im Wesentlichen kleiner sein kann und Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid oxidiert. Diese kleinere Größe kann eine schnellere Aufwärmung des stromabwärtigen SCR-Katalysators 24 ermöglichen, was zu einer verbesserten NOx-Reduktion und einer gesteigerten Kraftstoffwirtschaftlichkeit führen kann.
  • Wie am besten in 2 gezeigt ist, kann das DOC-Katalysatormaterial 15 aus einem Washcoat 32 ausgebildet sein, das auf ein herkömmliches Keramiksubstratmaterial 34 aufgetragen ist, wie Cordierit, das eine leichtere Herstellung ermöglichen kann. Von einem Standpunkt der Zusammensetzung her kann im Vergleich zu dem DOC-Katalysatormaterial in den katalytischen Oxidationsreaktoren vom zweizonigen Typ die Menge an Platin pro Volumeneinheit des Washcoats 32 und daher des DOC-Katalysatormaterials 15 im Wesentlichen verringert oder sogar beseitigt sein, was zu erhöhten Kosteneinsparungen führen kann. Zusätzlich können im Gegensatz zu der Aufbringung zweier getrennter Washcoats auf die Vorderseite und die Rückseite des Keramiksubstrats, wie bei den DOC's mit zwei Zonen, durch Aufbringen eines einzelnen Washcoats 32 über das gesamte Substratmaterial 34 zusätzliche Herstellkosten und Materialkosten realisiert werden.
  • Bei einer Gruppe beispielhafter Ausführungsformen kann die Zusammensetzung des DOC-Katalysatormaterials 15 des Washcoats 32 von etwa 100 Prozent Palladium bis zu etwa 50 Volumenprozent Palladium und 50 Volumenprozent Platin variieren. Bei diesen beispielhaften Ausführungsfor men kann der Washcoat 32 auf das Substrat 34 mit etwa 10 bis 100 g/ft3 beschichtet sein. Der Washcoat 32 kann andere Trägermaterialien aufweisen.
  • Wie am besten in 3 gezeigt ist, wird der SCR-Katalysator 24 aus einem Washcoat 36 geformt, der ein unedles Metall bzw. Basismetall als das aktive Material aufweist, das in einem Zeolithmaterial oder anderen Trägermaterialien enthalten ist, die mit einem herkömmlichen Substratmaterial 38, wie Cordierit, gekoppelt sind. Das Basismetall unterstützt eine Umwandlung von NO und NO2 zu N2 und Wasser, was durch den Auspuff (nicht gezeigt) als eine Emission ausgetragen wird. Die NOx-Umwandlungsrate der Reaktion des Basismetalls wird allgemein als der geschwindigkeitsbeschränkende Schritt des Systems 10 bei der Umwandlung von Abgasen in geeignete Auspuffemissionen, wie N2 und Wasser, betrachtet.
  • Beispiele von Basismetallen, die bei den beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Kupfer und Eisen, die in eine Zeolithstruktur gekoppelt sind. Ein beispielhafter SCR-Katalysator umfasst Cu/ZSM-5-Katalysatorpartikel, die etwa 2,5 Gewichtsprozent Kupfer enthalten.
  • Die maximale NOx-Reduktionsleistung des SCR-Katalysators 24 wird oftmals mit einem im Wesentlichen äquimolaren Verhältnis (Verhältnis von 1:1) von NO und NO2 in dem Abgasstrom 19 insbesondere bei geringeren Temperaturen (wie bei Start- oder Aufwärmbedingungen für den Motor) erreicht, bei denen der SCR-Katalysator 24 NOx nicht mit seinem maximalen Wirkungsgrad in N2 umwandelt. Zusätzlich können bei dem Verhältnis von 1:1 die nachteiligen Wirkungen der hohen Raumgeschwindigkeit und der Alterung des SCR-Katalysators 24 minimiert werden.
  • Bei einer Gruppe beispielhafter Ausführungsformen kann die Menge an Ozon, die in dem Ozongenerator 16 erzeugt und in den Abgasstrom 13 eingeführt wird, präzise gesteuert werden, um das gewünschte im Wesentlichen äquimolare Verhältnis von NO und NO2 in dem Abgas zu erreichen, um eine NOx-Umwandlung bei Temperaturen unterhalb denen zu erhöhen, bei denen der SCR-Katalysator 24 bei seinem maximalen Wirkungsgrad arbeitet, typischerweise unter Start- oder Aufwärmbedingungen.
  • Wenn beispielsweise der SCR-Katalysator 24 Kupfer oder Eisen als das Basismetall verwendet, wie das Cu/ZSM-5-Katalysatormaterial, kann es sein, dass kein maximaler Wirkungsgrad für den SCR-Katalysator 24 erreicht wird, bis der SCR-Katalysator 24 auf etwa 250 Grad Celsius erwärmt ist. Bei etwa 250 Grad Celsius und darüber kann der SCR-Katalysator 24 mit einem ausreichend hohen Wirkungsgrad funktionieren, um alle NOx-Gase in N2 ohne die Notwendigkeit einer Ozonergänzung zu dem Abgasstrom 13 umzuwandeln.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Ozongenerator 16 mit einem Sensor, wie einem NOx-Sensor 28 oder einer ähnlichen Vorrichtung, gekoppelt sein, die die relativen Mengen an NO und NO2 in dem NOx-Abgas 13 vor Eintritt in den katalytischen Reduktionsreaktor 22 bestimmt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der Ozongenerator 16 mit einem Temperatursensor 30 des katalytischen Reduktionsreaktors gekoppelt sein, der die Temperatur des SCR-Katalysators 24 in dem katalytischen Reduktionsreaktor 22 misst.
  • Der Ozongenerator 16 kann daher die Menge an Umgebungsluft und/oder Abgas, die in Ozon umgewandelt wird, und daher die Menge an NO einstellen, die durch das Ozon in NO2 in dem Abgasstrom 12 zu oxidieren ist, indem das Niveau an elektrischer Leistung, die an den Ozongenerator 16 geliefert wird, als eine Funktion entweder der Zusammensetzung des NOx-Abgases vor Eintritt in den katalytischen Reduktionsreaktor 22, wie durch den NOx-Sensor 28 gemessen ist, der Temperatur des SCR-Katalysators 24, wie durch den Temperatursensor 30 gemessen ist, oder bevorzugter als eine Funktion sowohl der Zusammensetzung des NOx-Abgases 13 vor Eintritt in den katalytischen Reduktionsreaktor als auch der Temperatur des SCR-Katalysators 24 eingestellt wird.
  • Somit kann bei einer beispielhaften Ausführungsform, bei der das System 10 den NOx-Sensor 28, jedoch keinen Temperatursensor 30 aufweist, wenn der Abgasstrom 13 einen hohen Gehalt an NO relativ zu NO2 vor Eintritt in den katalytischen Reduktionsreaktor 22 besitzt, die elektrische Leistung des Ozongenerators 16 erhöht oder in einer Ein-Position (d. h. einer ”Plasma-Ein-”Position) beibehalten werden, um die Menge an erzeugtem Ozon zu erhöhen. Umgekehrt kann, wenn der NOx-Sensor 28 erfasst, dass der NO-Gehalt geringer ist (d. h. bei einem Verhältnis von etwa 1:1 von NO zu NO2 oder weniger) die elektrische Leistung zu dem Ozongenerator 16 verringert oder abgeschaltet (d. h. eine ”Plasma-Aus-”Position) werden, um die Menge an erzeugtem Ozon zu verringern oder zu beseitigen.
  • Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform, bei der das System 10 keinen NOx-Sensor 28 aufweist, jedoch einen Temperatursensor 30 besitzt, ist der Betrag an elektrischer Leistung zu dem Ozongenerator 16 erhöht oder in eine ”Plasma-Ein-”Position gebracht, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 24 unterhalb der Temperatur liegt, bei der der SCR-Katalysator mit maximalem Wirkungsgrad arbeitet, während die elektrische Leistung zu dem Ozongenerator 16 abgeschaltet oder in eine ”Plasma-Aus-”Position geschaltet wird, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 24 bei oder oberhalb der Temperatur liegt, bei der er mit ma ximalem Wirkungsgrad arbeitet. Wenn beispielsweise der SCR-Katalysator 24 Cu/ZSM-5 ist, wie oben beschrieben ist, befindet sich der Ozongenerator 16 in einer ”Plasma-Ein-”Position oder einer Position für höhere elektrische Leistung, wenn der SCR-Katalysator unter etwa 250 Grad Celsius liegt, um Ozon in den Abgasstrom 13 zu pumpen, und wird in eine ”Plasma-Aus-”Position oder Position mit geringerer elektrischer Leistung geschaltet, wenn die Temperatur 250 Grad Celsius oder mehr erreicht, bei der der Cu/ZSM-5-Katalysator in der Lage ist, NOx mit seinem maximalen Wirkungsgrad ungeachtet des NO- oder NO2-Gehaltes umzuwandeln.
  • Bei einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform, bei der das System 10 sowohl einen NOx-Sensor 28 als auch einen Temperatursensor 30 enthält, kann der Betrag an elektrischer Leistung zu dem Ozongenerator 16 erhöht oder in eine ”Plasma-Ein-”Position gebracht werden, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 24 unterhalb der liegt, bei der er NOx bei seinem maximalen Wirkungsgrad umwandelt, und wenn der Abgasstrom 13 einen hohen Gehalt von NO relativ zu NO2 vor einem Eintritt in den katalytischen Reduktionsreaktor 22 besitzt. Wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 24 über der Temperatur, bei der er NOx mit seinem maximalen Wirkungsgrad umwandelt, ungeachtet des NOx-Gehaltes liegt oder wenn der Gehalt von NO zu NO2 bei einem Verhältnis von 1:1 oder geringer bei einer Temperatur unterhalb des maximalen Wirkungsgrades des SCR-Katalysators liegt, wird der Ozongenerator 16 in eine ”Plasma-Aus-”Position oder eine Position für geringere elektrische Leistung gebracht, um die Menge an Ozon, die in den Abgasstrom eintritt, zu beschränken oder zu beseitigen.
  • Bei einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform kann der vorher erwähnte NOx-Sensor 28 und Temperatursensor 30 auch mit dem Ammoniak- oder Harnstoffinjektor 17 gekoppelt und somit dazu verwendet wer den, die Einführung von Ammoniak oder Harnstoff in den Abgasstrom 13 separat zu steuern.
  • 4 zeigt die Wirkung der Plasmaenergiedichte auf die NOx-Umwandlungsleistung eines plasmaunterstützten NH3/SCR-Systems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform, bei der eine Seitenstrom-Plasmavorrichtung als der Ozongenerator verwendet wurde, und wobei ein 2,5% Cu/ZSM-5 als der SCR-Katalysator 24 verwendet wurde. Der Abgasstrom 12 enthielt 190 ppm NOx mit dem NO2/NOx-Verhältnis von 0,08. Ein NH3-Strom 20 wurde in den Abgasstrom 13 unter Verwendung des NH3-Injektors 17 injiziert, was in der NH2-Konzentration von 190 ppm in dem Abgasstrom 19 resultierte. Die Temperatur des katalytischen Reduktionsreaktors 22 betrug 210°C. Die nützliche Wirkung des Seitenstrom-Luftplasmas erhöhte die NOx-Umwandlungsleistung von 16 Prozent mit abgeschaltetem Plasma zu –85% mit eingeschaltetem Plasma.
  • Die beispielhaften Ausführungsformen zeigen ein NOx-Reduktionssystem, das viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Systemen besitzen kann. Der Spar-DOC 14 der beispielhaften Ausführungsformen ist kleiner als der herkömmliche DOC, was ein schnelleres Aufwärmen des SCR-Katalysators 24 ermöglichen kann, was seinerseits eine erhöhte Umwandlung von NOx auf einer Prozentbasis in Verbindung mit dem schnelleren Aufwärmen bereitstellen kann, während sich das System in Betrieb befindet. Überdies können durch Reduzierung oder Beseitigung der Verwendung von Platin in dem Spar-DOC Kosteneinsparungen realisiert werden. Ferner kann ein kleinerer DOC mit einem einzelnen Washcoat im Vergleich zu einem zweizonigen Washcoat leichter mit reduzierten Rohmaterialkosten hergestellt werden.
  • Zusätzlich kann die Verwendung eines Ozongenerators 16 während Aufwärmperioden in Verbindung mit oder separat von der Einführung von Ammoniak ein zuverlässigeres Verfahren zur Erzeugung von NO2 bereitstellen, was eine Erhöhung der prozentualen Umwandlung von NOx bei Temperaturen unterhalb 250 Grad Celsius ermöglichen kann. Ferner kann durch Bereitstellen eines steuerbaren Ozongenerators eine elektrische Vorrichtung ein Verfahren zur effizientesten und zuverlässigsten Umwandlung von NO zu NO2 über die Lebensdauer eines Fahrzeugs bereitstellen.
  • Die obige Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur, und somit sind Abwandlungen derselben nicht als Abweichung von dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung zu betrachten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 7090811 [0016]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Cho et al. mit dem Titel ”Method of Reducing NOx in Diesel Engine Exhaust” [0016]

Claims (10)

  1. Emissionssystem zur Behandlung eines NOx-haltigen Abgasstromes, umfassend: eine Abgasleitung; einen katalytischen Reduktionsreaktor, der einen mit der Abgasleitung verbundenen Katalysator für selektive katalytische Reduktion umfasst; einen katalytischen Oxidationsreaktor, der einen Spar-Dieseloxidationskatalysator umfasst, wobei der katalytische Oxidationsreaktor stromaufwärts des mit der Abgasleitung verbundenen katalytischen Reduktionsreaktors angeordnet ist; und einen Ozongenerator, der mit der Abgasleitung an einem Ort stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors verbunden ist.
  2. Emissionssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Ammoniak- oder Harnstoffinjektionsvorrichtung, die stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors angeordnet ist, und/oder ferner umfassend: einen Dieselpartikelfilter.
  3. Emissionssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur des SCR-Katalysators, wobei der Temperatursensor mit dem Ozongenerator gekoppelt ist; und einen NOx-Sensor, der mit dem Ozongenerator gekoppelt ist, wobei der NOx-Sensor mit dem NOx-haltigen Abgasstrom an einem Ort stromaufwärts von dem katalytischen Reduktionsreaktor angeordnet ist, wobei insbesondere der Ozongenerator Ozon erzeugt, das in den NOx-haltigen Abgasstrom eingeführt wird, wenn die Temperatur des Katalysators für selektive katalytische Reduktion unterhalb einer Temperatur liegt, wie durch den Temperatursensor erfasst ist, bei der der Katalysator für selektive katalytische Reduktion NOx-Gase in dem NOx-haltigen Abgasstrom in Stickstoff und Wasser mit seinem maximalen Wirkungsgrad umwandelt, und/oder wobei der Ozongenerator eine ausreichende Menge an Ozon in den NOx-haltigen Abgasstrom einführt, um Stickstoffoxid in Stickstoffdioxid zu oxidieren, um ein im Wesentlichen äquimolares Verhältnis von Stickstoffoxid und Stickoffdioxid in dem NOx-haltigen Abgasstrom zu erreichen, bevor der NOx-haltige Abgasstrom in den katalytischen Reduktionsreaktor eintritt, wenn das Verhältnis von NO:NO2 in dem NOx-haltigen Abgasstrom, wie durch den NOx-Sensor erfasst ist, größer als etwa 1:1 ist, und/oder wobei der Ozongenerator eine ausreichende Menge an Ozon in den NOx-haltigen Abgasstrom einführt, um Stickstoffoxid in Stickstoffdioxid zu oxidieren, um ein im Wesentlichen äquimolares Verhältnis von Stickstoffoxid und Stickstofffdioxid in dem NOx-haltigen Abgasstrom zu erreichen, bevor der NOx-haltige Abgasstrom in den katalytischen Reduktionsreaktor eintritt, wenn die Temperatur des Katalysators für selektive katalytische Reduktion, wie durch den Temperatursensor erfasst ist, unterhalb der Temperatur liegt, bei der der Katalysator für selektive katalytische Reduktion NOx-Gase in dem NOx-haltigen Abgasstrom in Stickstoff und Wasser mit seinem maximalen Wirkungsgrad umwandelt, und wenn das Verhältnis von NO:NO2 in dem NOx-haltigen Abgasstrom, wie durch den NOx-Sensor erfasst ist, größer als etwa 1:1 ist.
  4. Emissionssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen Temperatursensor zum Messen der Temperatur des SCR-Katalysators, wobei der Temperatursensor mit der Ammoniak- oder Harnstoffinjektionsvorrichtung und der Ozonerzeugungsvorrichtung gekoppelt ist; und einen NOx-Sensor, der mit der Ammoniak- oder Harnstoffinjektionsvorrichtung und der Ozon erzeugenden Vorrichtung gekoppelt ist, wobei der NOx-Sensor in dem NOx-haltigen Abgasstrom an einer Stelle stromaufwärts von dem katalytischen Reduktionsreaktor angeordnet ist.
  5. Emissionssystem nach Anspruch 1, wobei die Zusammensetzung des Dieselemissionskatalysators zwischen etwa 100 Prozent Palladium bis etwa 50 Volumenprozent Palladium und 50 Volumenprozent Platin variiert, wobei insbesondere der Dieselemissionskatalysator einen Anteil des Washcoats umfasst, der auf ein Keramiksubstratmaterial mit etwa 10 bis 100 g/ft3 aufgebracht ist.
  6. Emissionssystem nach Anspruch 1, wobei der Katalysator für selektive katalytische Reduktion einen Anteil eines Washcoats umfasst, der auf ein Substratmaterial aufgetragen ist, wobei der Washcoat ein Basismetall als das aktive Material umfasst, das in einem Zeolithmaterial enthalten ist, wobei insbesondere das Basismetall aus der Gruppe gewählt ist, die Kupfer und Eisen umfasst.
  7. Verfahren zum Behandeln von Stickoxiden, die NO und NO2 umfassen, in einem Abgasstrom von einer Magerverbrennungsquelle, wobei das Verfahren umfasst, dass: (a) ein Abgassystem zur Behandlung des Abgasstromes bereitgestellt wird, umfassend: einen katalytischen Reduktionsreaktor, der einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion aufweist; einen katalytischen Oxidationsreaktor, der einen Spar-Dieseloxidationskatalysator umfasst, wobei der katalytische Oxidationsreaktor stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors angeordnet ist; einen Ozongenerator, der stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors angeordnet ist; (b) eine Temperatur des Katalysators für selektive katalytische Reduktion bestimmt wird; und (c) ein Strom von Umgebungsluft durch den Ozongenerator geführt wird, um eine Menge an Ozon zu erzeugen, die ausreichend ist, um mit einer Menge an NO in dem Abgasstrom zu reagieren, um NO2 zu bilden, und um dadurch eine etwa äquimolare Menge an NO und NO2 in dem Abgasstrom stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors zu erreichen, wobei der Ozongenerator den Strom nur durchlässt, wenn die bestimmte Temperatur unterhalb einer Temperatur liegt, bei der der Katalysator für selektive katalytische Reduktion NOx-Gase in dem Abgasstrom in Stickstoff und Wasser mit seinem maximalen Wirkungsgrad umwandelt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend, dass: (d) eine Ammoniak- oder Harnstoffinjektorvorrichtung vorgesehen wird; und (e) eine Menge an Ammoniak oder Harnstoff in den Abgasstrom von der Ammoniak- oder Harnstoffinjektorvorrichtung an einer Position stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors injiziert wird, wobei die Größe der Menge von Ammoniak oder Harnstoff ausreichend ist, um mit einer Menge an NOx zu reagieren, um N2 zu bilden, wobei die Ammoniak- oder Harnstoffinjektorvorrichtung die Menge an Ammoniak oder Harnstoff nur einspritzt, wenn die bestimmte Temperatur oberhalb einer Temperatur ist, bei der der Katalysator für selektive katalytische Reduktion NOx-Gase in dem Abgasstrom in Stickstoff und Wasser umwandelt, und/oder wobei (c), worin ein Strom von Umgebungsluft durch den Ozongenerator geführt wird, umfasst, dass: ein NOx-Sensor in dem Abgasstrom stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors gekoppelt wird; der NOx-Sensor mit dem Ozongenerator gekoppelt wird; die Konzentration von NO und NO2 in dem Abgasstrom unter Verwendung des NOx-Sensors gemessen wird; und eine Menge an Ozon zur Erzeugung und Einführung in den Abgasstrom unter Verwendung des Ozongenerators bestimmt wird, wobei die Menge an Ozon ausreichend ist, um mit einer Menge von NO in dem Abgasstrom zu reagieren, um NO2 zu bilden, und um dadurch eine etwa äquimolare Menge von NO und NO2 in dem Abgasstrom stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors zu erreichen.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, wobei (a), worin ein Abgasstrom bereitgestellt wird, umfasst, dass: ein katalytischer Reduktionsreaktor gebildet wird, der einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion aufweist; ein katalytischer Oxidationsreaktor gebildet wird, der einen Spar-Dieseloxidationskatalysator besitzt; ein Ozongenerator bereitgestellt wird; der Ozongenerator mit dem katalytischen Reduktionsreaktor und der katalytische Oxidationsreaktor mit dem Abgasstrom gekoppelt werden, um ein Abgassystem zu bilden, wobei der katalytische Oxidationsreaktor stromaufwärts des katalytischen Reduktionsreaktors in dem Abgasstrom angeordnet ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Ausbilden eines katalytischen Reduktionsreaktors, der einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion besitzt, umfasst, dass: ein Washcoat ausgebildet wird, der einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion aufweist, wobei der Katalysator für selektive katalytische Reduktion ein Basismetall als das aktive Material umfasst, das in einem Zeolithmaterial enthalten ist, wobei das Basismetall aus der Gruppe gewählt ist, die Kupfer und Eisen umfasst; und der Washcoat auf ein Substratmaterial aufgetragen wird, und/oder wobei das Ausbilden eines katalytischen Oxidationsreaktors mit einem Spar-Dieseloxidationskatalysator umfasst, dass: ein Washcoat mit einem Dieseloxidationskatalysator gebildet wird; und der Washcoat auf ein Keramiksubstratmaterial aufgetragen wird, wobei insbesondere die Zusammensetzung des Dieseloxidationskatalysators zwischen etwa 100 Prozent Palladium bis etwa 50 Volumenprozent Palladium und 50 Volumenprozent Platin variiert.
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