DE102012203574A1 - Exhaust gas purification device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas stream of internal combustion engines - Google Patents

Exhaust gas purification device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas stream of internal combustion engines Download PDF

Info

Publication number
DE102012203574A1
DE102012203574A1 DE102012203574A DE102012203574A DE102012203574A1 DE 102012203574 A1 DE102012203574 A1 DE 102012203574A1 DE 102012203574 A DE102012203574 A DE 102012203574A DE 102012203574 A DE102012203574 A DE 102012203574A DE 102012203574 A1 DE102012203574 A1 DE 102012203574A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
exhaust gas
purification device
gas purification
catalyst
exhaust
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102012203574A
Other languages
German (de)
Inventor
Dirk Dombrowski
Torsten Schlicht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AKRETIA GmbH
Original Assignee
AKRETIA GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AKRETIA GmbH filed Critical AKRETIA GmbH
Priority to DE102012203574A priority Critical patent/DE102012203574A1/en
Priority to PCT/EP2012/060215 priority patent/WO2012164000A2/en
Publication of DE102012203574A1 publication Critical patent/DE102012203574A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066Selective catalytic reduction [SCR]
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9413Processes characterised by a specific catalyst
    • B01D53/9418Processes characterised by a specific catalyst for removing nitrogen oxides by selective catalytic reduction [SCR] using a reducing agent in a lean exhaust gas
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409Nitrogen oxides
    • B01D53/9431Processes characterised by a specific device
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2033Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using a fuel burner or introducing fuel into exhaust duct
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2803Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support
    • F01N3/2832Construction of catalytic reactors characterised by structure, by material or by manufacturing of catalyst support granular, e.g. pellets
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/206Ammonium compounds
    • B01D2251/2062Ammonia
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20715Zirconium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20738Iron
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20753Nickel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/207Transition metals
    • B01D2255/20784Chromium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/20Metals or compounds thereof
    • B01D2255/209Other metals
    • B01D2255/2092Aluminium
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/50Zeolites
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/911NH3-storage component incorporated in the catalyst
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/40Nitrogen compounds
    • B01D2257/404Nitrogen oxides other than dinitrogen oxide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/70Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/702Hydrocarbons
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/14Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being a fuel burner
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2260/00Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
    • F01N2260/04Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for regeneration or reactivation, e.g. of catalyst
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/08Granular material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/22Metal foam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2590/00Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines
    • F01N2590/02Exhaust or silencing apparatus adapted to particular use, e.g. for military applications, airplanes, submarines for marine vessels or naval applications
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

Es wird eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Verminderung von Stickoxiden im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (10) beschrieben. Die Abgasreinigungsvorrichtung umfasst (a) eine Katalysatorreaktoreinheit (51) mit einem Reaktorgehäuse (52), das eine Vielzahl von Eingangs- und Ausgangsöffnungen (53, 54) aufweist, und mit einer Vielzahl in dem Reaktorgehäuse (52) angeordneter und an die Eingangsöffnungen (53) anschließender Rohgaskaskaden (60) und mit einer Vielzahl in dem Reaktorgehäuse (52) angeordneter und an die Ausgangsöffnungen (54) anschließender Reingaskaskaden (80) und (b) eine, in dem Reaktorgehäuse (52) eingebrachte, von dem Abgasstrom durchströmbare Schüttung (90) von Katalysatorelementen, wobei die Katalysatorelemente einen Träger aus einem Schaummetall sowie eine katalytische Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden aufweisen. Ferner werden eine Abgasanlage umfassend die Abgasreinigungsvorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben der Abgasanlage beschrieben.An exhaust gas cleaning device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas flow of an internal combustion engine (10) is described. The exhaust gas purification device comprises (a) a catalyst reactor unit (51) with a reactor housing (52) which has a plurality of inlet and outlet openings (53, 54) and with a plurality of inlet openings (53) arranged in the reactor housing (52) and attached to the inlet openings (53 ) subsequent raw gas cascades (60) and with a large number of clean gas cascades (80) arranged in the reactor housing (52) and connected to the outlet openings (54) and (b) a bed (90) introduced into the reactor housing (52) through which the exhaust gas flow can flow ) of catalyst elements, the catalyst elements having a support made of a foam metal and a catalytic coating for the selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides. Furthermore, an exhaust system comprising the exhaust gas cleaning device and a method for operating the exhaust system are described.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Schüttung von Katalysatorelementen zur Verminderung von Stickoxiden im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine.The invention relates to an exhaust gas purification device with a bed of catalyst elements for the reduction of nitrogen oxides in the exhaust stream of an internal combustion engine.

Eine Vielzahl von Katalysatoren sind in der Vergangenheit vorgeschlagen worden, um umweltrelevante Substanzen, wie z.B. Stickoxide in verschiedenen Oxidationsstufen (NO, NO2, N2O4, N2O5 und N2O), die aus Brennkraftmaschinen ausgestoßen werden, zu reinigen. Dabei handelt es sich um geregelte oder ungeregelte Katalysatoren, Oxidationskatalysatoren, 3-Wege-Katalysatoren (TWC-Katalysator = Three-Way Conversion catalyst), NOX-Speicherkatalysatoren und SCR-Katalysatoren (Selective Catalytic Reduction). A variety of catalysts have been proposed in the past to purify environmentally relevant substances such as nitrogen oxides in various oxidation states (NO, NO 2 , N 2 O 4 , N 2 O 5 and N 2 O) emitted from internal combustion engines , These are controlled or uncontrolled catalysts, oxidation catalysts, three-way conversion catalysts (TWC catalysts), NO x storage catalysts and SCR (selective catalytic reduction) catalysts.

Neben Schwefeloxiden gehören Stickoxide (NOX) zu den in der Schifffahrt limitierten Abgaskomponenten, die während Verbrennungsvorgängen entstehen und deren erlaubte Emissionen immer weiter abgesenkt werden. Bei den an Bord von Schiffen betriebenen Schiffsbrennkraftmaschinen handelt es sich um 4-Takt-Motoren oder langsam drehende 2-Takt-Motoren, die beide mit Schwerölen und Destillaten der Qualitäten IFO180, IFO380, MDO und MGO betrieben werden. In diesen Motoren bildet sich aufgrund der hohen Verbrennungstemperaturen von größer 1600°C das so genannte thermische NOX, welches mittels eines nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion arbeitenden SCR-Katalysators, eines eingespeisten Reduktionsmittels (in der Regel NH3 oder eine Vorläuferverbindung (Präkursor) von diesem und Sauerstoff (O2) umgesetzt wird. Eine ausführliche Darstellung solcher Verfahren auf der Basis von SCR-Katalysatoren kann der DE 34 28 232 A1 entnommen werden. In addition to sulfur oxides, nitrogen oxides (NO X ) are among the limited exhaust gas components in shipping that arise during combustion processes and whose permissible emissions are being lowered ever further. Marine propulsion engines operated on board are 4-stroke engines or 2-stroke, slow-speed engines, both of which operate on IFO180, IFO380, MDO and MGO heavy fuel oils and distillates. In these engines, due to the high combustion temperatures of greater than 1600 ° C, the so-called thermal NO X , which by means of an operating according to the principle of selective catalytic reduction SCR catalyst, an input reductant (usually NH 3 or a precursor compound (precursor ) is converted by this and oxygen (O 2). A detailed description of such procedures on the basis of SCR catalysts, the DE 34 28 232 A1 be removed.

Der Aufbau einer SCR-Anlage variiert den technischen Anforderungen entsprechend und wird diesen individuell angepasst. Dem Grundprinzip liegt folgender Aufbau zu Grunde: Dem noch verunreinigten Abgas wird das Reduktionsmittel hinzugefügt und mit diesem homogen vermischt. In den meisten Fällen ist das Reduktionsmittel Ammoniak (NH3), Ammoniakwasser oder Harnstoff. Anschließend findet am Katalysator die Reduktion der Stickoxide statt. Das NOX freie Abgas verlässt den Katalysator möglichst ohne NH3-Schlupf. The structure of an SCR system varies according to the technical requirements and is adapted to this individually. The basic principle is based on the following structure: The reducing agent is added to the still polluted exhaust gas and mixed homogeneously with it. In most cases, the reducing agent is ammonia (NH 3 ), ammonia water or urea. Subsequently, the reduction of the nitrogen oxides takes place on the catalyst. The NO x- free exhaust gas leaves the catalyst as possible without NH 3 -slip.

Dieses allgemeine Prinzip kann je nach Anforderungen durch zusätzliche Bauteile erweitert werden. So sind beispielsweise Anordnungen mit Oxidationskatalysator, Ammoniaksperrkatalysator oder Hydrolysekatalysator, falls das Reduktionsmittel aus Trockenharnstoff gebildet werden soll, denkbar. Diese lassen sich mit dem SCR-Katalysator durch Vor- oder Nachschaltung gegebenenfalls kombinieren. This general principle can be extended by additional components depending on requirements. For example, arrangements with an oxidation catalyst, ammonia blocking catalyst or hydrolysis catalyst, if the reducing agent is to be formed from dry urea, are conceivable. These can optionally be combined with the SCR catalyst by upstream or downstream.

Mittels des SCR-Katalysators werden die in der Brennkraftmaschine, z.B. einem Dieselmotor, entstehenden Stickoxide in Anwesenheit des Reduktionsmittels zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) reduziert. Das Reduktionsmittel wird entweder direkt dem Abgas zugegeben oder es wird ein Präkursor des Reduktionsmittels zugegeben, welcher erst in der Abgasnachbehandlungsanlage das Reduktionsmittel freisetzt. Als Reduktionsmittel kann Ammoniak (NH3) gasförmig oder als wässrige Lösung zugeführt werden. Ebenfalls bekannt ist es, Harnstoff als Präkursor dem Abgasstrom zuzuführen, welcher dann thermolytisch und hydrolytisch zu NH3, H2O und CO2 umgesetzt wird.By means of the SCR catalyst, the resulting in the internal combustion engine, such as a diesel engine, nitrogen oxides are reduced in the presence of the reducing agent to nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O). The reducing agent is either added directly to the exhaust gas or a precursor of the reducing agent is added, which releases the reducing agent only in the exhaust aftertreatment system. As a reducing agent, ammonia (NH 3 ) can be supplied in gaseous form or as an aqueous solution. It is also known to supply urea as a precursor to the exhaust gas stream, which is then thermolytically and hydrolytically converted to NH 3 , H 2 O and CO 2 .

Bei den ersten Anwendungen der SCR-Technologie im maritimen Bereich hat sich herausgestellt, dass die Adaption landbasierter Technologien als problematisch zu bewerten ist, da sich aus der Mobilität von Schiffen Probleme bezüglich Schwingungen, Vibrationen, Krängung, Stabilität usw. ergeben. Auch stellt die Abgaszusammensetzung, insbesondere der hohe Schwefelgehalt, eine besondere Herausforderung dar, die bislang nicht zufriedenstellend gelöst ist.The first applications of SCR technology in the maritime sector have shown that the adaptation of land-based technologies is problematic as the mobility of ships presents problems with vibration, vibration, heeling, stability, etc. Also, the exhaust gas composition, especially the high sulfur content, presents a particular challenge that has not been satisfactorily solved.

Für die im Stand der Technik zum Einsatz kommenden Katalysatorreaktoren für die heterogene Katalyse hat sich eine Bauvariante bisher durchgesetzt, nämlich der so genannte Wabenkatalysator. In einem Gehäuse (Canning oder Modul) befindet sich ein Trägermaterial, für das stranggepresste Keramik oder ein Metallblech verwendet wird. Der Träger bildet parallel verlaufende Kanäle, durch die das Abgas strömt. Bereits hier wird versucht, dem Abgas eine möglichst große Oberfläche zur Verfügung zu stellen, mit der es interagieren kann, so dass die Kanäle möglichst fein ausgeführt werden. Die so genannte Zelldichte gibt die Anzahl der Kanäle pro Fläche (Quadratzoll) an. Die in der Technik verwendeten Ausführungen reichen hier von 25 bis 400 cpsi (cells per square inch) als typischen Wert für Keramik und bis zu 1200 cpsi für hochzellige Hochleistungsversionen mit metallischen Trägern. Hier liegt die Wandstärke oftmals bei gerade einmal 30 μm. Die limitierende Größe stellt hierbei der tolerierbare Druckverlust dar. Der Trägerkomponente wird hohe thermische und mechanische Festigkeit abverlangt, da sie häufig starken Temperaturschwankungen und Erschütterungen ausgesetzt ist. Ein warmfestes Metallgitter oder eine Keramikmatte um den Wabenkörper sorgt deshalb für die Fixierung im Gehäuse und die Absorption von Erschütterungen. For the catalyst reactors used in the prior art for heterogeneous catalysis, a construction variant has prevailed so far, namely the so-called honeycomb catalyst. In a housing (Canning or module) is a carrier material, is used for the extruded ceramic or a metal sheet. The carrier forms parallel channels through which the exhaust gas flows. Already here it is attempted to provide the exhaust gas with as large a surface as possible, with which it can interact, so that the channels are made as fine as possible. The so-called cell density indicates the number of channels per area (square inches). The designs used in the art here range from 25 to 400 cpsi (cells per square inch) as a typical value for ceramics and up to 1200 cpsi for high cell, high performance versions with metallic supports. Here, the wall thickness is often just 30 microns. The limiting factor here is the tolerable pressure drop. The carrier component is demanded high thermal and mechanical strength, since it is often exposed to strong temperature fluctuations and shocks. A heat-resistant metal grid or a ceramic mat around the honeycomb body therefore ensures the fixation in the housing and the absorption of vibrations.

Abgaskatalysatoren, die allgemein in der Automobilindustrie und in der Kraftwerkstechnik eingesetzt werden, verfügen in der Regel über eine Cordierit-Wabenstruktur („honey cumb“) mit einem großen Wärme- und Stoßwiderstand als Trägermaterial. Cordierit, ein Magnesium-Aluminium-Silicat-Material (2MgO·2Al2O3·5SiO2) zeichnet sich durch eine hohe Temperaturbeständigkeit und eine große Porosität von 20 bis 40 Vol.-%, die überwiegend aus Makroporen mit durchschnittlichen Durchmessern von wenigen Mikrometern besteht, aus. Catalytic converters, which are generally used in the automotive industry and in power plant technology, usually have a honeycomb honeycomb structure with a high heat and impact resistance as a carrier material. Cordierite, a magnesium-aluminum-silicate material (2MgO · 2Al 2 O 3 · 5SiO 2 ) is characterized by a high temperature resistance and a large porosity of 20 to 40 vol .-%, which consists mainly of macropores with average diameters of a few micrometers, from.

Für großtechnische Anlagen, zu denen hier auch Schiffsmotoren zu zählen sind, werden in Modulbauweise aus vielen, meistens quaderförmigen Monolithen größere Aggregate zusammengesetzt. Die praktische Anwendung an Bord von Schiffen hat gezeigt, dass solche Katalysatoren nur bedingt mit der Treibstoffqualität HFO betrieben werden können. Auch sind die mechanischen Beanspruchungen (Temperaturschwankungen, Erschütterungen, Vibrationen), die während des Schiffsbetriebs auftreten, deutlich höher als im stationären Betrieb. For large-scale systems, which include marine engines here, larger units are assembled in modular design from many, usually cuboid monoliths. The practical application on board ships has shown that such catalysts can only be operated to a limited extent with the fuel quality HFO. Also, the mechanical stresses (temperature fluctuations, shocks, vibrations) that occur during ship operation, significantly higher than in stationary operation.

Wabenkatalysatoren, wie sie z. B. die Druckschriften DE 102 55 612 A1 , EP 1 063 396 A2 , EP 1 713 584 A1 und EP 1 920 834 A1 offenbaren, zeichnen sich durch eine große Anzahl an Zellen pro Quadratzentimeter aus und weisen Wanddicken zwischen 0,2 und 1,5 mm auf, wobei Wanddicken zwischen 0,2 bis 0,3 mm bevorzugt werden. Der Nachteil dieser geringen Wanddicken besteht darin, dass mechanische Belastungen, wie z.B. Druckstöße durch das so genannte „Ruß-Blasen“, zu Beschädigungen führen können. Dieser Vorgang der Reinigung der Wabenkatalysatoren mittels Druckstößen ist erforderlich, da Großmotoren, insbesondere mit Rückstandsölen betriebene Schiffsmotoren, Emissionen in der Form von Partikeln, Ruß, Metallaschen, Metallen und Sulfaten freisetzen. Diese lagern sich in den Waben des Wabenkatalysators ab und führen zu einer Abnahme der katalytischen Aktivität des Katalysators und zu einem Anstieg des Druckverlustes.Honeycomb catalysts, such as. B. the publications DE 102 55 612 A1 . EP 1 063 396 A2 . EP 1 713 584 A1 and EP 1 920 834 A1 are distinguished by a large number of cells per square centimeter and have wall thicknesses between 0.2 and 1.5 mm, wherein wall thicknesses between 0.2 to 0.3 mm are preferred. The disadvantage of these small wall thicknesses is that mechanical stresses, such as pressure surges through the so-called "soot bubbles", can cause damage. This process of cleaning the honeycomb catalysts by means of pressure surges is necessary because large engines, especially marine engines powered by residual oils, release particulate matter, soot, metal ashes, metals and sulphates. These deposit in the honeycomb of the honeycomb catalyst and lead to a decrease in the catalytic activity of the catalyst and to an increase in the pressure loss.

Ein weiterer Nachteil der Wabenkatalysatoren besteht darin, dass die Abgasströmung in den Wabenkanälen über die Länge der Kanale von turbulent zu laminar übergeht und der Stoffaustausch zwischen Gasphase und katalytisch aktiver Oberfläche stark abnimmt, was zu einer Abnahme der Katalysatoraktivität führt.Another disadvantage of the honeycomb catalysts is that the exhaust gas flow in the honeycomb channels over the length of the channels from turbulent to laminar and the mass transfer between gas phase and catalytically active surface decreases sharply, resulting in a decrease in the catalyst activity.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, deren Eigenschaften die Anforderungen der Motoren- und insbesondere der Großmotorenindustrie für einen Einsatz als Abgasentstickung bei schwerölgefeuerten Dieselmotoren erfüllen.The invention is therefore based on the object to provide an exhaust gas purification device whose properties meet the requirements of the engine and in particular the large engine industry for use as Abgasentstickung in heavy oil fired diesel engines.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Abgasreinigungsvorrichtung zur Verminderung von Stickoxiden im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine gelöst. Die Abgasreinigungsvorrichtung umfasst eine Katalysatorreaktoreinheit mit einem Reaktorgehäuse, das eine Vielzahl von Eingangs- und Ausgangsöffnungen aufweist, und mit einer Vielzahl in dem Reaktorgehäuse angeordneter und an die Eingangsöffnungen anschließender Rohgaskaskaden und mit einer Vielzahl in dem Reaktorgehäuse angeordneter und an die Ausgangsöffnungen anschließender Reingaskaskaden. Zudem umfasst die Abgasreinigungsvorrichtung eine, in dem Reaktorgehäuse eingebrachte, von dem Abgasstrom durchströmbare Schüttung von Katalysatorelementen, wobei die Katalysatorelemente einen Träger aus einem Schaummetall sowie eine katalytische Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden aufweisen.According to the invention this object is achieved by an exhaust gas purification device for reducing nitrogen oxides in the exhaust stream of an internal combustion engine. The exhaust gas purifying apparatus comprises a catalyst reactor unit having a reactor housing having a plurality of inlet and outlet ports and a plurality of raw gas cascades arranged in the reactor housing and adjacent to the inlet ports and having a plurality of clean cascades disposed in the reactor housing and adjacent to the outlet ports. In addition, the exhaust gas purification device comprises a, introduced in the reactor housing, from the exhaust gas stream durchströmmbare bed of catalyst elements, the catalyst elements having a support of a foam metal and a catalytic coating for selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides.

Diese Abgasreinigungsvorrichtung zeichnet sich durch ein deutlich geringeres Bauvolumen aus, als es herkömmliche Wabenkatalysatoren anbieten. Dadurch ist es wesentlich einfacher, eine Abgasreinigungsvorrichtung nachträglich in das Abgassystem eines Schiffes zu integrieren. Durch die Schüttung der losen Katalysatorelemente wird die aus monolithischen Katalysatoren bekannte Spannungsproblematik gelöst, wodurch ein Katalysator speziell für die Anforderungen der Schifffahrt geschaffen wird. Die Träger aus Schaummetall zeichnen sich besonders durch ihre Unempfindlichkeit gegenüber Wärmedehnungen und mechanischen Belastungen aus. Bevorzugt ist die Schüttung strömungsoptimiert und wird während des Betriebes vom Abgasstrom der Brennkraftmaschine in der Regel permanent turbulent umströmt und durchströmt.This exhaust gas purification device is characterized by a significantly smaller volume of construction than conventional honeycomb catalysts offer. This makes it much easier to subsequently integrate an exhaust gas purification device in the exhaust system of a ship. By the bulk of the loose catalyst elements known from monolithic catalysts voltage problem is solved, creating a catalyst is created specifically for the requirements of shipping. The support made of foam metal are characterized by their insensitivity to thermal expansion and mechanical stress. Preferably, the bed is flow-optimized and is flowed around during operation of the exhaust stream of the internal combustion engine usually turbulent constantly and flows through.

Das Schaummetall der Katalysatorelemente umfasst vorzugsweise Eisen, Eisenoxid, Chrom, Aluminium und/oder Nickel oder Legierungen derselben oder besteht bevorzugt aus selbigen.The foam metal of the catalyst elements preferably comprises iron, iron oxide, chromium, aluminum and / or nickel or alloys thereof or preferably consists thereof.

Ferner bevorzugt weisen die Katalysatorelemente die geometrische Form einer Kugel, einer Halbkugel, eines Ringes, einer Röhre, eines Raschid-Ringes, einer Halbröhre, einer Platte, eines Zylinders oder eines Würfels auf. Further preferably, the catalyst elements have the geometric shape of a sphere, a hemisphere, a ring, a tube, a Raschid ring, a half-tube, a plate, a cylinder or a cube.

Des Weiteren bevorzugt weisen die Katalysatorelemente eine Länge oder einen Durchmesser von 0,5 bis 30 mm, bevorzugt 1 bis 15 mm und besonders bevorzugt 2 bis 8 mm auf.Furthermore, the catalyst elements preferably have a length or a diameter of 0.5 to 30 mm, preferably 1 to 15 mm and particularly preferably 2 to 8 mm.

Ferner weist das Schaummetall der Katalysatorelemente eine spezifische Oberfläche von 8.000 bis 25.000 m2/m3, insbesondere von 11.000 bis 18.000 m2/m3 auf. Furthermore, the foam metal of the catalyst elements has a specific surface area of 8,000 to 25,000 m 2 / m 3 , in particular 11,000 to 18,000 m 2 / m 3 .

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Schaummetall Poren mit einem Porendurchmesser von 100 bis 3200 µm, insbesondere von 400 bis 1.200 µm auf.According to a preferred embodiment of the invention, the foam metal has pores with a pore diameter of 100 to 3200 .mu.m, in particular from 400 to 1200 microns.

Theoretisch ist es auch möglich, anstelle des Schaummetalls einen keramischen Träger, bevorzugt Cordierit zu verwenden. Jedoch müsste man dabei auf die Vorteile eines Trägers aus einem Schaummetall verzichten.Theoretically, it is also possible to use a ceramic carrier, preferably cordierite, instead of the foam metal. However, you would have to doing without the benefits of a support made of a foam metal.

Bevorzugt umfasst die katalytische Beschichtung ein katalytisch aktives Material in Form mindestens eines Oxids eines Übergangsmetalls mit der Ordnungszahl 21 bis 30, 39 bis 48, 57 bis 80 und 89 bis 112 und/oder mindestens einer Alkali- und/oder Erdalkalimetallverbindung und/oder mindestens einer Verbindung der dritten Haupt- oder Nebengruppe des Periodensystems und/oder mindestens einer Seltenerdemetall- oder Zinkverbindung oder in Form von Gemischen von diesen.The catalytic coating preferably comprises a catalytically active material in the form of at least one oxide of a transition metal with the atomic number 21 to 30, 39 to 48, 57 to 80 and 89 to 112 and / or at least one alkali and / or alkaline earth metal compound and / or at least one Compound of the third main group or subgroup of the periodic table and / or at least one rare earth metal or zinc compound or in the form of mixtures of these.

Ferner bevorzugt umfasst die katalytische Beschichtung ein NH3-speicherndes Material, insbesondere Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO) oder ein Zeolith vom Typ X, Y und/oder ZSM-5. Das Aluminiumoxid (Al2O3), das Zirkoniumoxid (ZrO) oder der Zeolith bildet die Grundstruktur der Beschichtung, auf welcher das katalytisch aktive Material in freier Verteilung vorliegt.Further preferably, the catalytic coating comprises an NH 3 -storing material, in particular aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO) or a zeolite of the type X, Y and / or ZSM-5. The alumina (Al 2 O 3 ), the zirconia (ZrO) or the zeolite forms the basic structure of the coating on which the catalytically active material is present in free distribution.

Vorzugsweise umfasst die katalytische Beschichtung ein katalytisch aktives Material zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffen (HC). Diese Kohlenwasserstoffe können beispielsweise C1- bis C10-Kohlenwasserstoffe, insbesondere CH4 bis C10H22 (Alkane) sein. Das katalytisch aktive Material ist in der Regel eine Kombination geeigneter Edelmetalle.Preferably, the catalytic coating comprises a catalytically active material for the conversion of hydrocarbons (HC). These hydrocarbons may, for example, C1 to C10 hydrocarbons, particularly CH 4 to C 10 H 22 (alkanes) to be. The catalytically active material is usually a combination of suitable noble metals.

Die Beschichtung des Schaummetall-Trägers mit Katalysatoren, sowie mit dem NH3-speichernden Material, wird in der Regel mittels eines Washcoat-Verfahrens durchgeführt, wie es auch für herkömmliche wabenförmige Metall- oder Keramikträger bekannt ist.The coating of the foam metal support with catalysts, as well as with the NH 3 -stichernden material is usually carried out by a washcoat process, as is also known for conventional honeycomb-shaped metal or ceramic support.

Das NH3-speichernde Material weist bevorzugt eine BET-Oberfläche von mindestens 300 m2/g, insbesondere von mindestens 400 m2/g und besonders bevorzugt von mindestens 500 m2/g auf. Ferner weist das NH3-speichernde Material bevorzugt eine Partikelgröße von höchstens 0,9 µm, insbesondere von höchstens 0,6 µm und besonders bevorzugt von höchstens 0,3 µm auf. Des Weiteren bevorzugt weist das NH3-speichernde Material eine durchschnittliche Porengröße von 0,4 bis 1 nm, besonders bevorzugt 0,7 bis 0,8 nm auf.The NH 3 -speichernde material preferably has a BET surface area of at least 300 m 2 / g, especially at least 400 m 2 / g and particularly preferably of at least 500 m 2 / g. Furthermore, the material storing NH 3 preferably has a particle size of at most 0.9 μm, in particular of at most 0.6 μm and particularly preferably of not more than 0.3 μm. Furthermore, the NH 3- storing material preferably has an average pore size of 0.4 to 1 nm, more preferably 0.7 to 0.8 nm.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die Rohgas- und/oder die Reingaskaskaden sich in Strömungsrichtung (also axial) erstreckende Elemente. Durch diese Ausgestaltung kann das Rohgas auch in die, den Eingangsöffnungen gegenüberliegenden Bereiche der Katalysatoreinheit transportiert werden und/oder oder aus den, den Ausgangsöffnung gegenüberliegenden Bereichen ausgeleitet werden. Dadurch wird eine gleichverteilte Durchströmung der Schüttung ermöglicht.According to a preferred embodiment of the invention, the crude gas and / or the pure cascade comprise in the flow direction (ie axially) extending elements. As a result of this configuration, the raw gas can also be transported into the regions of the catalyst unit which are opposite the inlet openings and / or can be discharged from the regions opposite the outlet opening. This allows an equally distributed flow through the bed.

Ferner bevorzugt weisen die sich in Strömungsrichtung erstreckenden Elemente der Rohgas- und/oder Reingaskaskaden eine dachartige Gestalt auf. Die dachartige Gestalt bezeichnet dabei eine Ausformung, welche nach oben geschlossen und nach unten offen ist. Durch die dachartige Gestalt der sich in Strömungsrichtung erstreckenden Elemente der Rohgas- und/oder Reingaskaskaden bilden sich durch ein Auffüllen der Katalysatorreaktoreinheit mit der Schüttung Kanäle, welche nach oben hin von den sich in Strömungsrichtung erstreckenden, dachartigen Elementen der Roh- und/oder Reingaskaskaden und nach unten hin von der Schüttung begrenzt werden. Dadurch kann das Roh- und/oder Reingas innerhalb der Roh- und/oder Reingaskaskaden frei strömen und innerhalb des Katalysatorreaktors verteilt werden.Furthermore, the elements of the crude gas and / or pure-gas cascades extending in the direction of flow preferably have a roof-like shape. The roof-like shape designates a molding, which is closed at the top and open at the bottom. Through the roof-like shape of extending in the direction of flow elements of the crude gas and / or pure cascade channels form by filling the catalyst reactor unit with the bed, which upwardly from the extending in the direction of flow, roof-like elements of the raw and / or pure cascade and be limited to the bottom of the bed. As a result, the raw and / or clean gas can freely flow within the crude and / or pure cascade and be distributed within the catalyst reactor.

Insbesondere bevorzugt weist ein sich in Strömungsrichtung erstreckendes Element eine im Querschnitt normal zur Strömungsrichtung zweischenkelige Form auf. Der Schnittpunkt der zwei Schenkel zeigt im aufgebauten Zustand der Abgasreinigungsvorrichtung nach oben. Somit sind die sich in Strömungsrichtung erstreckenden Elemente der Rohgas- und/oder Reingaskaskaden als zwei winkelig zueinander angeordnete, bevorzugt ebene Flächen ausgebildet, deren Schnittlinie den höchsten Punkt der Rohgas- und/oder der Reingaskaskade bildet.Particularly preferably, an element extending in the direction of flow has a cross-sectionally normal shape to the flow direction in the form of a second limb. The intersection of the two legs shows in the assembled state of the exhaust gas purification device upwards. Thus, the extending in the direction of flow elements of the crude gas and / or pure cascade are arranged as two angularly arranged, preferably flat surfaces, the cutting line forms the highest point of the raw gas and / or the pure cascade.

Bevorzugt weisen die beiden Schenkel der sich in Strömungsrichtung erstreckenden Elemente der Rohgas- und/oder Reingaskaskaden eine Schenkellänge von 5 bis 30 cm, insbesondere von 10 bis 20 cm, und/oder einen Winkel von 15° bis 110°, insbesondere von 20° bis 90°, bevorzugt von 45° bis 75°, auf. Diese Ausgestaltungen ermöglichen einen strömungsgünstigen Querschnitt der durch die sich in Strömungsrichtung erstreckenden, dachartigen Elemente gebildeten Kanäle.Preferably, the two legs of the extending in the direction of flow elements of the crude gas and / or pure cascade a leg length of 5 to 30 cm, in particular from 10 to 20 cm, and / or an angle of 15 ° to 110 °, in particular from 20 ° to 90 °, preferably from 45 ° to 75 °, on. These embodiments allow a flow-favorable cross section of the channels formed by the roof-like elements extending in the direction of flow.

Vorzugsweise sind die Rohgas- und/oder die Reingaskaskaden mit einem Abstand von 10 bis 50 cm, insbesondere von 15 bis 35 cm, zueinander angeordnet. Dieser Abstand stellt einen guten Kompromiss aus Strömungswiderstand beim Durchströmen der Schüttung und der wirksamen katalytischen Oberfläche dar.Preferably, the crude gas and / or the pure cascade cascades are arranged at a distance of 10 to 50 cm, in particular from 15 to 35 cm, to each other. This distance represents a good compromise flow resistance as it flows through the bed and the effective catalytic surface.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Reaktorgehäuse der Katalysatorreaktoreinheit Austragsmittel zum Ausschleusen von verbrauchten oder kontaminierten Katalysatorelementen auf. Austragungsmittel sind insbesondere eine Zellradschleuse, eine Transportschnecke oder eine Doppelpendel-Klappe. Durch diese Ausgestaltungen können z. B. mit Ruß kontaminierte Katalysatorelemente aus der Katalysatorreaktoreinheit ausgeschleust, und beispielsweise außerhalb der Katalysatorreaktoreinheit gereinigt oder aufbereitet werden.According to a preferred embodiment of the invention, the reactor housing of the catalyst reactor unit has discharge means for discharging spent or contaminated catalyst elements. Austragungsmittel are in particular a rotary valve, a screw conveyor or a double pendulum flap. By these embodiments, for. B. contaminated with soot catalyst elements from the catalyst reactor unit discharged and, for example, purified or treated outside the catalyst reactor unit.

Des Weiteren wird eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, umfassend eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung zur Verfügung gestellt. Die Abgasanlage umfasst in der Regel wenigstens eine Zu- und Ableitung, welche das Rohgas zu der Abgasreinigungsvorrichtung hin und von der Abgasreinigungsvorrichtung weg leiten.Furthermore, an exhaust system for an internal combustion engine, comprising an exhaust gas purification device according to the invention is provided. The exhaust system usually includes at least one inlet and outlet, which direct the raw gas to the exhaust gas purification device and away from the exhaust gas purification device.

Bevorzugt umfasst die Abgasanlage ferner eine stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung angeordnete Dosiereinrichtung zur Zudosierung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom, insbesondere von Ammoniak (NH3) oder einer Vorläuferverbindung von diesem. Die Dosiereinrichtung ermöglicht ein Einbringen, z. B. ein Einspritzen des Reduktionsmittels oder dessen Vorläuferverbindung in den Abgasstrom. Preferably, the exhaust system further comprises a metering device arranged upstream of the exhaust gas purification device for metering a reducing agent into the exhaust gas flow, in particular of ammonia (NH 3 ) or a precursor compound therefrom. The metering device allows insertion, z. As an injection of the reducing agent or its precursor compound in the exhaust stream.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Abgasanlage ferner einen stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung angeordneten Brenner zur Erhöhung der Abgastemperatur. Der Brenner kann ferner bevorzugt mit flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen, insbesondere mit einem „boil-off“ eines Flüssig-Gas-Tanks betrieben werden.According to a further preferred embodiment of the invention, the exhaust system further comprises a burner arranged upstream of the exhaust gas purification device for increasing the exhaust gas temperature. The burner can furthermore preferably be operated with liquid or gaseous fuels, in particular with a boil-off of a liquid-gas tank.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben einer erfindungsgemäßen Abgasanlage zur Verfügung gestellt. Das Verfahren umfasst einen ersten Schritt des Bereitstellens einer erfindungsgemäßen Abgasanlage. Ferner umfasst das Verfahren einen zweiten Schritt des Einleitens des Abgasstroms in die Katalysatorreaktoreinheit durch die Eingangsöffnungen und zumindest teilweise durch die Rohgaskaskaden. Überdies umfasst das Verfahren einen dritten Schritt des Durchleitens des Abgasstroms durch die Schüttung von Katalysatorelementen. Des Weiteren umfasst das Verfahren einen vierten Schritt des Ausleitens des Abgasstroms aus der Katalysatorreaktoreinheit zumindest teilweise durch die Reingaskaskaden und durch die Ausgangsöffnungen.Furthermore, a method for operating an exhaust system according to the invention is provided. The method comprises a first step of providing an exhaust system according to the invention. Furthermore, the method comprises a second step of introducing the exhaust gas flow into the catalyst reactor unit through the inlet openings and at least partially through the raw gas cascades. Moreover, the method comprises a third step of passing the exhaust gas flow through the bed of catalyst elements. Furthermore, the method comprises a fourth step of diverting the exhaust gas stream from the catalyst reactor unit at least partially through the clean-water cascade and through the outlet openings.

Bevorzugt wird in einer diskontinuierlichen Verfahrensweise eine Teilmenge der Katalysatorelemente bei Erreichen eines vorbestimmten Druckverlustes und/oder einer vorbestimmten NOX-Reingaskonzentrationsschwelle aus der Vorrichtung ausgeschleust und durch noch nicht beaufschlagte Katalysatorelemente ersetzt. Dadurch kann eine gleichmäßige Funktionsweise des Katalysators über die Betriebszeit sichergestellt werden. Gleichwohl ist auch eine kontinuierliche Ausschleusung und Wiederauffüllung von Katalysatorelementen möglich.Preferably, in a discontinuous procedure, a subset of the catalyst elements is discharged from the device upon reaching a predetermined pressure loss and / or a predetermined NO x -Regas concentration threshold and replaced by not yet acted catalyst elements. As a result, a uniform operation of the catalyst over the operating time can be ensured. Nevertheless, a continuous discharge and replenishment of catalyst elements is possible.

Ferner bevorzugt wird das für die katalytische Reduktion erforderliche Reduktionsmittel erst bei Erreichen einer definierten Temperatur dosiert. Durch diese Ausgestaltung kann eine Flutung der Katalysatorreaktoreinheit mit Reduktionsmittel verhindert werden, solange eine, für die katalytische Reaktion notwendige, Mindesttemperatur noch nicht erreicht ist. Further preferably, the reducing agent required for the catalytic reduction is metered only when a defined temperature is reached. As a result of this embodiment, flooding of the catalyst reactor unit with reducing agent can be prevented, as long as a minimum temperature necessary for the catalytic reaction has not yet been reached.

Vorzugsweise werden neben Stickoxiden auch C1- bis C10-Kohlenwasserstoffe, insbesondere CH4 bis C10H22 katalytisch abgebaut, wofür die Beschichtung der Katalysatorelemente als katalytisch aktives Material geeignete Edelmetalle aufweist.Preferably, in addition to nitrogen oxides and C1 to C10 hydrocarbons, particularly CH 4 reduced catalytically to C 10 H 22, for which the coating of the catalyst elements comprising as catalytically active material suitable noble metals.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt eine Pyrolyse von dem stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung zudosierten Harnstoff in einer Rohgashaube der Abgasreinigungsvorrichtung, welche eingangsseitig an das Reaktorgehäuse anschließt. Der Abgasstrom wird dabei durch die Rohgashaube geleitet, welche den Abgasstrom auf die Eingangsöffnungen verteilt.According to a preferred embodiment of the invention, a pyrolysis of the urea metered in upstream of the exhaust gas purification device takes place in a crude gas hood of the exhaust gas purification device, which adjoins the reactor housing on the input side. The exhaust gas flow is passed through the raw gas hood, which distributes the exhaust gas flow to the inlet openings.

In der Regel wird die Abgasreinigungsvorrichtung im Überdruck betreiben, welcher durch den Strömungswiderstand der Katalysatorreaktoreinheit und den Überdruck des Abgasstroms aus der Brennkraftmaschine bedingt ist. Bevorzugt wird die Abgasreinigungsvorrichtung jedoch im Unterdruck betrieben, der mittels eines stromab der Katalysatorreaktoreinheit angeordneten Ventilators erzeugt wird.In general, the exhaust gas purification device will operate in overpressure, which is due to the flow resistance of the catalyst reactor unit and the pressure of the exhaust gas flow from the internal combustion engine. However, the exhaust gas purification device is preferably operated under reduced pressure, which is generated by means of a fan arranged downstream of the catalyst reactor unit.

Bevorzugt erfolgt die Steuerung der Dosierung des Reduktionsmittels in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, wofür insbesondere ein Kennwert aus dem Motorsteuergerät verwendet wird. Der Kennwert aus dem Motorsteuergerät stellt eine dem Abgasstrom vorauseilende Größe dar, wodurch noch vor Eintreffen des Abgasstroms an der Dosiereinrichtung die Dosierung des Reduktionsmittels angepasst werden kann.Preferably, the control of the dosage of the reducing agent in dependence on an operating point of the internal combustion engine, for which in particular a characteristic value from the engine control unit is used. The characteristic value from the engine control unit represents a quantity leading the exhaust gas flow, whereby the dosage of the reducing agent can be adjusted before the exhaust gas flow arrives at the metering device.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben oder der folgenden Beschreibung der Figuren zu entnehmen.Further preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims or to be taken from the following description of the figures.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to a drawing and the description below. Show it:

1 eine erfindungsgemäße Abgasanlage und 1 an exhaust system according to the invention and

2 einen Querschnitt durch eine Abgasanlage. 2 a cross section through an exhaust system.

1 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Abgasanlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform. Eine Abgasreinigungsvorrichtung der Abgasanlage umfasst eine Katalysatorreaktoreinheit 51, mit innerhalb eines Reaktorgehäuses 52 angeordneter Rohgaskaskaden 60 und Reingaskaskaden 80. Die Roh- und Reingaskaskaden 60, 80 können wie abgebildet parallel zueinander und in Strömungsrichtung des Abgasstromes angeordnet sein. Die Rohgaskaskaden 60 können wie abgebildet bereits vor der den Eingangsöffnungen 53 gegenüberliegenden Seite des Reaktorgehäuses 52 enden, oder auch an diese angrenzen. Ebenso können auch die Reingaskaskaden 80 wie abgebildet bereits vor der den Ausgangsöffnungen 54 gegenüberliegenden Seite des Reaktorgehäuses 52 enden, oder auch an diese angrenzen. Das Reaktorgehäuse 52 ist mit einer Schüttung 90 von Katalysatorelementen befüllt. Die Katalysatorelemente weisen einen Träger aus Schaummetall, sowie eine katalytische Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden auf. In einem oberen Bereich des Reaktorgehäuses 52 ist ein Vorratssilo 70 angeordnet, während in einem untenliegenden Bereich des Reaktorgehäuses 52 ein Austragsmittel 120 angeordnet ist. 1 is a schematic view of an exhaust system according to the invention according to a preferred embodiment. An exhaust gas purification device of the exhaust system comprises a catalyst reactor unit 51 , with within one reactor housing 52 arranged raw gas cascades 60 and pure-case cascades 80 , The raw and clean cascades 60 . 80 can be arranged as shown in parallel to each other and in the flow direction of the exhaust stream. The crude gas cascades 60 as shown already before the entrance openings 53 opposite side of the reactor housing 52 end, or even adjoin them. Likewise, the pure cascade can 80 as shown already before the exit openings 54 opposite side of the reactor housing 52 end, or even adjoin them. The reactor housing 52 is with a fill 90 filled by catalyst elements. The catalyst elements comprise a support of foam metal, as well as a catalytic coating for the selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides. In an upper area of the reactor housing 52 is a storage silo 70 arranged while in a lower region of the reactor housing 52 a means of discharge 120 is arranged.

Die Rohgaskaskaden 60 sind über Eingangsöffnungen 53 strömungstechnisch mit einer Rohgashaube 40 verbunden und Reingaskaskaden 80 sind über Ausgangsöffnungen 54 strömungstechnisch mit einer Reingashaube 100 verbunden. Die Rohgashaube 40 dient als Verteiler zum Aufteilen des Abgasstromes auf die Eingangsöffnungen 53, während die Reingashaube 100 als Sammler zum Sammeln des Abgasstromes aus den Ausgangsöffnungen 54 dient. Stromauf der Rohgashaube ist eine Abgaszuleitung 50 angeordnet, welche der Zuführung des Abgasstromes aus einer Brennkraftmaschine 10 in die Rohgashaube 40 dient. An der Abgaszuleitung 50 sind eine erste NOx-Sonde 20, eine Dosiereinrichtung 30 und ein erster Drucksensor 150a angeordnet. Eine Abgasableitung 110 schließt stromab an die Reingashaube 100 an. An der Abgasableitung 110 sind ein zweiter Drucksensor 150b, ein Temperatursensor 130 und eine zweite NOx-Sonde 140 angeordnet.The crude gas cascades 60 are above entrance openings 53 fluidically with a raw gas hood 40 connected and pure-case cascades 80 are above exit openings 54 fluidically with a clean cover 100 connected. The crude gas hood 40 serves as a distributor for dividing the exhaust gas flow into the inlet openings 53 while the clean-up hood 100 as a collector for collecting the exhaust gas flow from the outlet ports 54 serves. Upstream of the raw gas hood is an exhaust gas supply line 50 arranged, which the supply of the exhaust gas stream from an internal combustion engine 10 in the raw gas hood 40 serves. At the exhaust gas supply line 50 are a first NO x probe 20 , a metering device 30 and a first pressure sensor 150a arranged. An exhaust gas discharge 110 closes downstream of the clean cover 100 at. At the exhaust gas outlet 110 are a second pressure sensor 150b , a temperature sensor 130 and a second NO x probe 140 arranged.

2 zeigt eine Ansicht einer Schnittebene A-A durch die Katalysatorreaktoreinheit 51 der Abgasanlage. Innerhalb des Reaktorgehäuses 52 sind in vertikaler Richtung abwechselnd Rohgaskaskaden 60 und Reingaskaskaden 80 angeordnet. Die Blickrichtung ist in Strömungsrichtung durch die Roh- und Reingaskaskaden 60, 80 und durch die, an die Reingaskaskaden 80 anschließenden Ausgangsöffnungen 54. Die Roh- und Reingaskaskaden 60, 80 umfassen dachartige, sich in Strömungsrichtung erstreckende Elemente, welche die Roh- und Reingaskaskaden 60, 80 nach oben hin begrenzen und im Querschnitt eine zweischenkelige Form aufweisen können. Durch die dachartigen, sich in Strömungsrichtung erstreckenden Elemente der Roh- und Reingaskaskaden 60, 80 bilden sich beim Befüllen des Reaktorgehäuses 51 mit der Schüttung 90 im Wesentlichen schüttungsfreie Kanäle der Roh- und Reingaskaskaden 60, 80 unterhalb den dachartigen, sich in Strömungsrichtung erstreckenden Elementen. 2 shows a view of a sectional plane AA through the catalyst reactor unit 51 the exhaust system. Inside the reactor housing 52 are in the vertical direction alternately Rohgaskaskaden 60 and pure-case cascades 80 arranged. The viewing direction is in the flow direction through the raw and pure cascade 60 . 80 and through that, to the pure cascade 80 subsequent exit openings 54 , The raw and clean cascades 60 . 80 include roof-like, extending in the flow direction elements, which are the raw and clean cascade 60 . 80 Limit to the top and can have a two-limb shape in cross-section. Through the roof-like, extending in the direction of flow elements of the raw and Reingaskaskaden 60 . 80 Form during filling of the reactor housing 51 with the bed 90 essentially bulk-free channels of the raw and pure cascade 60 . 80 below the roof-like, extending in the direction of flow elements.

Durch die schüttungsfreien Kanäle der Rohgaskaskaden 60 können die Abgasteilströme in Strömungsrichtung in die Katalysatorreaktoreinheit 51 vordringen um anschließend durch die Schüttung 90 hindurch zu den Reingaskaskaden 80 zu strömen. Durch diesen Aufbau wird eine gleichmäßige Beaufschlagung der Schüttung 90 mit dem Abgasstrom 90 gewährleistet und zudem der dem Abgasstrom entgegengesetzte Strömungswiderstand verringert.Through the flow-free channels of the raw gas cascades 60 can the exhaust gas streams in the flow direction in the catalyst reactor unit 51 then penetrate through the bed 90 through to the pure cascade 80 to stream. By this construction, a uniform loading of the bed 90 with the exhaust gas flow 90 ensures and also reduces the flow of exhaust gas opposite flow resistance.

Die in den 1 und 2 gezeigte Abgasanlage zeigt folgende Funktionsweise:
Die Brennkraftmaschine 10, die eine Vielzahl an Zylindern aufweist, arbeitet nach dem 2-Takt- oder dem 4-Takt-Prinzip und verbrennt dabei Brennstoffe in unterschiedlicher Qualität (Rückstandsöle, Marine Dieselöl MDO oder Marine Gasöl MGO). Potentiell zum Einsatz kommende Brennkraftmaschinen weisen verglichen mit Brennkraftmaschinen von Straßenfahrzeugen in der Regel relativ große Hubvolumen von größer 5 Litern pro Zylinder, bevorzugt größer 10 Litern pro Zylinder, insbesondere bevorzugt jedoch von größer 20 Litern pro Zylinder auf. Das Abgas verlässt die Zylinder und gelangt in einen Abgaskrümmer. Der Abgaskrümmer ist mit der Abgaszuleitung 50 verbunden.
The in the 1 and 2 shown exhaust system shows the following operation:
The internal combustion engine 10 , which has a variety of cylinders, operates on the 2-stroke or the 4-stroke principle and burns fuel of different quality (residual oils, marine diesel MDO or marine gas oil MGO). Potentially used for internal combustion engines have compared with internal combustion engines of road vehicles usually relatively large displacement larger 5 Liters per cylinder, preferably larger 10 Liters per cylinder, but more preferably from larger 20 Liters per cylinder. The exhaust gas leaves the cylinders and enters an exhaust manifold. The exhaust manifold is connected to the exhaust gas supply line 50 connected.

Wie durch Pfeile schematisch gezeigt ist, passiert oder strömt der Abgasstrom der Reihe nach durch die Abgaszuleitung 50 und die Rohgashaube 40, in welcher der Abgasstrom in Form mehrer Abgasteilströme auf die Eingangsöffnungen 53 der Rohgaskaskaden 60 verteilt wird. Die Abgasteilströme strömen zumindest teilweise durch die Rohgaskaskaden 60 und anschließend von den Rohgaskaskaden 60 durch die Schüttung 90 aus Katalysatorelementen zu den Reingaskaskaden 80. Die Abgasteilströme der Reingaskaskaden 80 werden dann in der Reingashaube 100 zusammengefasst und gelangen stromabwärts in die Abgasableitung 110. Anschließend kann der gereinigte Abgasstrom einer weiteren Nutzung durch Wärmeauskopplung zugeführt werden oder durch einen Kamin an die Atmosphäre abgegeben werden. As shown schematically by arrows, the exhaust gas flow passes or flows in sequence through the exhaust gas supply line 50 and the raw gas hood 40 , in which the exhaust gas flow in the form of several partial exhaust gas streams to the inlet openings 53 the crude gas cascade 60 is distributed. The partial exhaust gas streams flow at least partially through the raw gas cascades 60 and then from the raw gas cascades 60 through the bed 90 from catalyst elements to the pure cascade 80 , The exhaust partial streams of the pure cascade 80 then be in the clean cover 100 summarized and reach downstream in the exhaust gas discharge 110 , Subsequently, the purified exhaust gas flow can be supplied to a further use by heat extraction or discharged through a chimney to the atmosphere.

Das für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden erforderliche Reduktionsmittel wird als Ammoniakwasser oder als wässrige Harnstofflösung mittels der Dosiereinrichtung 30 dem Abgasstrom zugeführt. Die stromaufwärts der Dosiereinrichtung 30 angeordnete erste NOX-Sonde 20 ermittelt die NOX-Konzentration des Abgases. Aus der NOX-Konzentration wird die erforderliche Menge an Reduktionsmittel errechnet, die mittels der Dosiereinrichtung 30 in den Abgasstrom dosiert wird. Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, die erforderliche Menge an Reduktionsmittel anhand eines Kennwertes aus dem Motorsteuergerät zu bestimmen.The reducing agent required for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides is used as ammonia water or as an aqueous urea solution by means of the metering device 30 supplied to the exhaust gas stream. The upstream of the metering device 30 arranged first NO x probe 20 determines the NO x concentration of the exhaust gas. From the NO x concentration, the required amount of reducing agent is calculated by means of the metering device 30 is metered into the exhaust stream. Alternatively, there is also the option of the required Determine the amount of reducing agent based on a characteristic value from the engine control unit.

Der Temperatursensor 130, welcher an der Abgasableitung 110 installiert ist, ermittelt die Temperatur des Abgases. Bei Erreichen einer gewünschten Mindesttemperatur wird mit der Dosierung des Reduktionsmittels begonnen. Die Mindesttemperatur kann abhängig der Abgaszusammensetzung zwischen 140 °C und 270 °C betragen. Die Betriebstemperatur der Abgasreinigungsvorrichtung kann zwischen 140 °C und 500 °C betragen.The temperature sensor 130 , which at the exhaust gas discharge 110 installed, determines the temperature of the exhaust gas. Upon reaching a desired minimum temperature is started with the dosage of the reducing agent. The minimum temperature may be between 140 ° C and 270 ° C, depending on the exhaust gas composition. The operating temperature of the exhaust gas purification device may be between 140 ° C and 500 ° C.

Das Reduktionsmittel in Form einer wässrigen Harnstofflösung wird im Abgasstrom thermolysiert und hydrolysiert, dabei wird der Harnstoff mittels chemischer Reaktion zu Ammoniak (NH3) abgebaut: (NH2)2CO → NH3 + HNCO HNCO + H2O → NH3 + CO2 The reducing agent in the form of an aqueous urea solution is thermolyzed in the exhaust stream and hydrolyzed, while the urea is degraded by means of chemical reaction to ammonia (NH 3 ): (NH 2 ) 2 CO → NH 3 + HNCO HNCO + H 2 O → NH 3 + CO 2

Diese Pyrolyse des Harnstoffs findet teilweise oder sogar hauptsächlich in der Rohgashaube 40 statt. Das mit dem Reduktionsmittel vermischte Abgas wird in der Rohgashaube 40 weiter durchmischt und gleichmäßig durch die Rohgaskaskaden 60 der Katalysatorreaktoreinheit 51 zur selektiven katalytischen Reduktion zugeführt. Dabei verlässt das Abgas die Rohgaskaskaden 60 und strömt in turbulenter Form durch die aus Katalysatorelementen bestehende Schüttung 90, in welcher es zur gewünschten selektiven katalytischen Reaktion kommt, die beispielsweise nach folgenden Reaktionsgleichungen abläuft: 4NH3 + 4NO + O2 → 4N2 + 6H2O 4NH3 + 2NO2 +2NO → 4N2 + 6H2O 8NH3 + 6NO2 → 7N2 + 12H2O This pyrolysis of urea takes place partially or even mainly in the raw gas hood 40 instead of. The exhaust gas mixed with the reducing agent becomes in the raw gas hood 40 further mixed and evenly through the raw gas cascades 60 the catalyst reactor unit 51 fed to the selective catalytic reduction. The exhaust gas leaves the raw gas cascades 60 and flows in turbulent form through the bed consisting of catalyst elements 90 in which the desired selective catalytic reaction occurs, which proceeds, for example, according to the following reaction equations: 4NH 3 + 4NO + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O 4NH 3 + 2NO 2 + 2NO → 4N 2 + 6H 2 O 8NH 3 + 6NO 2 → 7N 2 + 12H 2 O

Überschüssiges Ammoniak wird in den NH3 speichernden Komponenten der Beschichtung der Katalysatorelemente zwischengespeichert.Excess ammonia is intermediately stored in the NH 3 storing components of the coating of the catalyst elements.

Bei der Entstickung durch eine SCR treten gewollte und ungewollte Reaktionen auf, da es keine chemische Reaktion gibt, die 100 %-ig selektiv abläuft. D.h., es treten auch Nebenreaktionen auf, die zum Teil erwünscht sind. So kann das NOX auf verschiedene Weise im Katalysator umgesetzt werden. Diese unterschiedlichen Reaktionen konkurrieren untereinander. Welche überwiegt, hängt von unterschiedlichen Faktoren ab. Verweilzeit des Gases im Reaktor, Stoffkonzentrationen, die Beschaffenheit des Katalysators und vor allem die Temperatur sind die bestimmenden Einflussgrößen. Eine theoretische Einschätzung, welche Reaktion bei einem bestimmten Katalysator bei einer bestimmten Temperatur überwiegt, fällt schwer. Es ist nicht immer einwandfrei festzustellen, welcher Mechanismus (Eley-Rideal, Longmuir-Henschelwood) vorliegt. In der Praxis werden Gleichungen für die Reaktionskinetik zumeist empirisch bestimmt und über deren Auswertung Aussagen über einen möglichen Reaktionsmechanismus gemacht. Denitrification by an SCR causes deliberate and unwanted reactions, as there is no chemical reaction that is 100% selective. That is, there are also side reactions, some of which are desirable. Thus, the NO X can be implemented in various ways in the catalyst. These different reactions compete with each other. Whichever prevails depends on different factors. Dwell time of the gas in the reactor, substance concentrations, the nature of the catalyst and above all the temperature are the determining factors. A theoretical assessment of which reaction predominates for a given catalyst at a given temperature is difficult. It is not always clear which mechanism (Eley-Rideal, Longmuir-Henschelwood) exists. In practice, equations for the reaction kinetics are usually determined empirically and their evaluation provides information about a possible reaction mechanism.

Die Katalysatorelemente der Schüttung 90 enthalten in der Regel mindestens ein Oxid eines Übergangsmetalls mit der Ordnungszahl 21 bis 30, 39 bis 48, 57 bis 80 und 89 bis 112, eine Alkali- oder Erdalkalimetallverbindung und/oder eine Verbindung der dritten Haupt- oder Nebengruppe des Periodensystems und/oder eine Seltenerdemetall- oder Zinkverbindung oder deren Gemische.The catalyst elements of the bed 90 usually contain at least one oxide of a transition metal with atomic number 21 to 30, 39 to 48, 57 to 80 and 89 to 112, an alkali or alkaline earth metal compound and / or a compound of the third main or subgroup of the Periodic Table and / or a Rare earth metal or zinc compound or mixtures thereof.

Die Katalysatorelemente der Schüttung 90 weisen eine Länge oder einen Durchmesser von z. B. 1 bis 30 mm, vorzugsweise 2 bis 8 mm, in der geometrischen Form einer Röhre, eines Raschid-Ringes, einer Kugel, eines Würfels eines Zylinders oder einer Platte auf, die aus einem Schaummetall, z. B. aus Eisenoxid oder Nickel besteht und eine große Porosität in Form von Poren mit einem Durchmesser von z. B. 100 bis 2000 µm, bevorzugt 400 bis 1200 µm, und eine große spezifische Oberfläche von z. B. 8000 bis 25000 m2/m3, bevorzugt 11000 bis 18000 m2/m3, aufweisen. The catalyst elements of the bed 90 have a length or diameter of z. B. 1 to 30 mm, preferably 2 to 8 mm, in the geometric shape of a tube, a Raschid ring, a ball, a cube of a cylinder or a plate, which consists of a foam metal, for. B. of iron oxide or nickel and a large porosity in the form of pores with a diameter of z. B. 100 to 2000 microns, preferably 400 to 1200 microns, and a large specific surface area of z. B. 8000 to 25000 m 2 / m 3 , preferably 11000 to 18000 m 2 / m 3 , have.

Nachdem das katalytisch gereinigte Abgas die Schüttung 90, aus Katalysatorelementen verlässt, gelangt es stromabwärts durch die Reingaskaskaden 80 und die Ausgangsöffnungen 54 in die Reingashaube 100 und von dort in die Abgasableitung 110.After the catalytically purified exhaust gas, the bed 90 , Leaves from catalyst elements, it passes downstream through the pure cascade 80 and the exit openings 54 in the clean cover 100 and from there into the exhaust gas discharge 110 ,

Die zweite NOX-Sonde 140, die an der Abgasableitung 110 angebracht ist, ermittelt die NOX-Konzentration des gereinigten Abgasstroms und stellt den Messwert als weitere Regelgröße der Dosiereinrichtung 30 zur Verfügung, um einen eventuellen NH3-Schlupf oder NOX-Schlupf zu minimieren. The second NO X probe 140 connected to the exhaust pipe 110 is mounted, determines the NO x concentration of the purified exhaust gas flow and provides the measured value as a further controlled variable of the metering device 30 available to minimize any NH 3 slip or NO X slip.

Das gereinigte Abgas gelangt durch die Abgasleitung 110 zu eventuell weiteren nachgeschalteten Abgasbehandlungseinrichtungen, einer Vorrichtung zur Wärmeauskopplung oder durch einen Kamin in die Atmosphäre. The cleaned exhaust gas passes through the exhaust pipe 110 to possibly further downstream exhaust treatment facilities, a device for heat extraction or through a chimney into the atmosphere.

Im Falle einer Verschmutzung der Katalysatorelemente 90 durch Anlagerung von Stäuben, Salzen oder Metallaschen, die während des Verbrennungsprozesses im Motor gebildet werden können, was zu einer Abnahme der Katalysatoraktivität führt, können die kontaminierten Katalysatorelemente aus dem Katalysatorreaktor mittels eines Austragsmittels 120, z. B. einer Zellradschleuse ausgetragen und durch nachrutschende Katalysatorelemente aus dem Vorratssilo 70 ersetzt werden. Die Abnahme der Aktivität wird durch die zweite NOX-Sonde 140 ermittelt.In case of contamination of the catalyst elements 90 by accumulation of dusts, salts or metal ashes which may be formed in the engine during the combustion process, resulting in a decrease in catalyst activity, the contaminated catalyst elements from the catalyst reactor may be removed by means of a discharge means 120 , z. B. a rotary valve and discharged by slipping catalyst elements from the storage silo 70 be replaced. The decrease in activity is due to the second NO x probe 140 determined.

Zudem wird mittels der Drucksensoren 150a und 150b der Gesamtdruckverlust der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelt. Steigt der Gesamtdruckverlust über einen zulässigen Wert, wird durch Inbetriebnahme des Austragsmittels 120 ein Teil der aus Katalysatorelementen bestehenden Schüttung 90 ausgetragen und durch nachrutschende Katalysatorelemente aus dem Vorratssilo 70 ersetzt. In addition, by means of the pressure sensors 150a and 150b the total pressure loss of the exhaust gas purification device determined. If the total pressure loss exceeds a permissible value, commissioning of the discharge medium will start 120 a part of the bed consisting of catalyst elements 90 discharged and by slipping catalyst elements from the storage silo 70 replaced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Motor engine
2020
erste NOX-Sondefirst NO X probe
3030
Dosiereinrichtung metering
4040
Rohgashaube Rohgashaube
5050
Abgaszuleitung exhaust lead
5151
Katalysatorreaktoreinheit Catalyst reactor unit
5252
Reaktorgehäuse reactor housing
5353
Eingangsöffnungen entry ports
5454
Ausgangsöffnungen exit ports
6060
Rohgaskaskaden Rohgaskaskaden
7070
Vorratssilo storage silo
8080
Reingaskaskaden Clean gas cascade
9090
Schüttung aus Katalysatorelementen Bed of catalyst elements
100100
Reingashaube Clean gas cap
110110
Abgasableitung Flue gas discharge
120120
Austragsmittel discharge means
130130
Temperatursensor temperature sensor
140140
zweite NOX-Sondesecond NO X probe
150a150a
erster Drucksensor first pressure sensor
150b150b
zweiter Drucksensor second pressure sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 3428232 A1 [0003] DE 3428232 A1 [0003]
  • DE 10255612 A1 [0011] DE 10255612 A1 [0011]
  • EP 1063396 A2 [0011] EP 1063396 A2 [0011]
  • EP 1713584 A1 [0011] EP 1713584 A1 [0011]
  • EP 1920834 A1 [0011] EP 1920834 A1 [0011]

Claims (16)

Abgasreinigungsvorrichtung zur Verminderung von Stickoxiden im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine (10), umfassend (a) eine Katalysatorreaktoreinheit (51) mit einem Reaktorgehäuse (52), das eine Vielzahl von Eingangs- und Ausgangsöffnungen (53, 54) aufweist, und mit einer Vielzahl in dem Reaktorgehäuse (52) angeordneter und an die Eingangsöffnungen (53) anschließender Rohgaskaskaden (60) und mit einer Vielzahl in dem Reaktorgehäuse (52) angeordneter und an die Ausgangsöffnungen (54) anschließender Reingaskaskaden (80) und (b) eine, in dem Reaktorgehäuse (52) eingebrachte, von dem Abgasstrom durchströmbare Schüttung (90) von Katalysatorelementen, wobei die Katalysatorelemente einen Träger aus einem Schaummetall sowie eine katalytische Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Stickoxiden aufweisen.Exhaust gas purification device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas flow of an internal combustion engine ( 10 ) comprising (a) a catalyst reactor unit ( 51 ) with a reactor housing ( 52 ), which has a plurality of inlet and outlet openings ( 53 . 54 ), and a plurality in the reactor housing ( 52 ) and to the entrance openings ( 53 ) subsequent crude gas cascade ( 60 ) and a plurality in the reactor housing ( 52 ) and to the outlet openings ( 54 ) subsequent pure cascade ( 80 ) and (b) one, in the reactor housing ( 52 ) introduced by the exhaust gas stream through-flowing bed ( 90 ) of catalyst elements, wherein the catalyst elements comprise a support of a foam metal and a catalytic coating for the selective catalytic reduction (SCR) of nitrogen oxides. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaummetall der Katalysatorelemente Eisen, Eisenoxid, Chrom, Aluminium und/oder Nickel oder Legierungen derselben umfasst oder daraus besteht.Exhaust gas purification device according to claim 1, characterized in that the foam metal of the catalyst elements comprises or consists of iron, iron oxide, chromium, aluminum and / or nickel or alloys thereof. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Katalysatorelemente eine Länge oder einen Durchmesser von 0,5 bis 30 mm, bevorzugt 1 bis 15 mm und besonders bevorzugt 2 bis 8 mm aufweisen.Exhaust gas purification device according to one of the preceding claims, characterized in that the catalyst elements have a length or diameter of 0.5 to 30 mm, preferably 1 to 15 mm and particularly preferably 2 to 8 mm. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Beschichtung mindestens ein Oxid eines Übergangsmetalls mit der Ordnungszahl 21 bis 30, 39 bis 48, 57 bis 80 und 89 bis 112 und/oder mindestens eine Alkali- und/oder Erdalkalimetallverbindung und/oder mindestens eine Verbindung der dritten Haupt- oder Nebengruppe des Periodensystems und/oder mindestens eine Seltenerdemetall- oder Zinkverbindung oder Gemische von diesen umfasst.Exhaust gas purification device according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytic coating comprises at least one oxide of a transition metal with the atomic number 21 to 30, 39 to 48, 57 to 80 and 89 to 112 and / or at least one alkali and / or alkaline earth metal compound and / or at least one compound of the third main or subgroup of the periodic table and / or at least one rare earth metal or zinc compound or mixtures of these. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Beschichtung ein NH3-speicherndes Material umfasst, insbesondere Aluminiumoxid (Al2O3), Zirkoniumoxid (ZrO) oder ein Zeolith vom Typ X, Y und/oder ZSM-5.Exhaust gas purification device according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytic coating comprises a NH 3 -sticherndes material, in particular aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO) or a zeolite of the type X, Y and / or ZSM-5. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die katalytische Beschichtung ein katalytisch aktives Material zur Umsetzung von Kohlenwasserstoffen (HC) umfasst.Exhaust gas purification device according to one of the preceding claims, characterized in that the catalytic coating comprises a catalytically active material for the conversion of hydrocarbons (HC). Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohgas- und/oder die Reingaskaskaden (60, 80) sich in Strömungsrichtung erstreckende Elemente umfassen.Exhaust gas purification device according to one of the preceding claims, characterized in that the crude gas and / or the pure cascade ( 60 . 80 ) comprise elements extending in the direction of flow. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die sich in Strömungsrichtung erstreckenden Elemente der Rohgas- und/oder Reingaskaskaden (60, 80) eine dachartige Gestalt aufweisen.Exhaust gas purification device according to claim 7, characterized in that extending in the direction of flow elements of the crude gas and / or pure-hydrogen cascade ( 60 . 80 ) have a roof-like shape. Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Reaktorgehäuse (52) der Katalysatorreaktoreinheit (51) Austragsmittel (120) zum Ausschleusen von verbrauchten oder kontaminierten Katalysatorelementen aufweist, insbesondere eine Zellradschleuse, eine Transportschnecke oder eine Doppelpendel-Klappe.Exhaust gas purification device according to one of the preceding claims, characterized in that the reactor housing ( 52 ) the catalyst reactor unit ( 51 ) Discharge funds ( 120 ) for discharging spent or contaminated catalyst elements, in particular a rotary valve, a screw conveyor or a double pendulum flap. Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (10), umfassend eine Abgasreinigungsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Exhaust system for an internal combustion engine ( 10 ), comprising an exhaust gas purification device according to any one of the preceding claims. Abgasanlage nach Anspruch 10, ferner umfassend eine stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung angeordnete Dosiereinrichtung (30) zur Zudosierung eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom, insbesondere von Ammoniak (NH3) oder einer Vorläuferverbindung von diesem.Exhaust system according to claim 10, further comprising a metering device arranged upstream of the exhaust gas purification device ( 30 ) for the metered addition of a reducing agent in the exhaust stream, in particular of ammonia (NH 3 ) or a precursor compound thereof. Abgasanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 11, ferner umfassend einen stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung angeordneten Brenner zur Erhöhung der Abgastemperatur, der mit einem flüssigen oder gasförmigen Brennstoff, insbesondere mit einem „boil-off“ eines Flüssig-Gas-Tanks betrieben werden kann.Exhaust system according to one of claims 10 to 11, further comprising a burner disposed upstream of the exhaust gas purification device for increasing the exhaust gas temperature, which can be operated with a liquid or gaseous fuel, in particular with a boil-off of a liquid-gas tank. Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12, umfassend die folgenden Schritte: I) Bereitstellen einer Abgasanlage nach einem der Ansprüche 10 bis 12; II) Einleiten des Abgasstroms in die Katalysatorreaktoreinheit (51) durch die Eingangsöffnungen (53) und zumindest teilweise durch die Rohgaskaskaden (60); III) Durchleiten des Abgasstroms durch die Schüttung (90) von Katalysatorelementen; IV) Ausleiten des Abgasstroms aus der Katalysatorreaktoreinheit (51) zumindest teilweise durch die Reingaskaskaden (80) und durch die Ausgangsöffnungen (54).A method of operating an exhaust system according to any one of claims 10 to 12, comprising the following steps: I) providing an exhaust system according to any one of claims 10 to 12; II) introducing the exhaust gas stream into the catalyst reactor unit ( 51 ) through the entrance openings ( 53 ) and at least partially by the raw gas cascades ( 60 ); III) passing the exhaust gas flow through the bed ( 90 ) of catalyst elements; IV) discharging the exhaust gas stream from the catalyst reactor unit ( 51 ) at least partially by the pure cascade ( 80 ) and through the exit openings ( 54 ). Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Teilmenge der Katalysatorelemente bei Erreichen eines vorbestimmten Druckverlustes und/oder einer vorbestimmten NOX-Reingaskonzentrationsschwelle aus der Vorrichtung ausgeschleust wird und durch noch nicht beaufschlagte Katalysatorelemente ersetzt wird.A method according to claim 13, characterized in that a subset of the catalyst elements upon reaching a predetermined pressure drop and / or a predetermined NO x -Renchaskonzentrationsschwelle from the device is discharged and replaced by not yet acted catalyst elements. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das für die katalytische Reduktion erforderliche Reduktionsmittel erst bei Erreichen einer definierten Temperatur dosiert wird.Method according to one of claims 13 to 14, characterized in that the reducing agent required for the catalytic reduction is metered only when reaching a defined temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pyrolyse von dem stromauf der Abgasreinigungsvorrichtung zudosierten Harnstoff in einer Rohgashaube (40) der Abgasreinigungsvorrichtung erfolgt, welche eingangsseitig an das Reaktorgehäuse (52) anschließt.Method according to one of claims 13 to 15, characterized in that a pyrolysis of the urea metered in upstream of the exhaust gas purification device in a raw gas hood ( 40 ) of the exhaust gas purification device, which input side to the reactor housing ( 52 ).
DE102012203574A 2011-05-31 2012-03-07 Exhaust gas purification device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas stream of internal combustion engines Withdrawn DE102012203574A1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012203574A DE102012203574A1 (en) 2011-05-31 2012-03-07 Exhaust gas purification device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas stream of internal combustion engines
PCT/EP2012/060215 WO2012164000A2 (en) 2011-05-31 2012-05-31 Exhaust emission control device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas flow of internal combustion engines

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011076814 2011-05-31
DE102011076814.9 2011-05-31
DE102012203574A DE102012203574A1 (en) 2011-05-31 2012-03-07 Exhaust gas purification device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas stream of internal combustion engines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012203574A1 true DE102012203574A1 (en) 2012-12-06

Family

ID=47173528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102012203574A Withdrawn DE102012203574A1 (en) 2011-05-31 2012-03-07 Exhaust gas purification device for reducing nitrogen oxides in the exhaust gas stream of internal combustion engines

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012203574A1 (en)
WO (1) WO2012164000A2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9387438B2 (en) 2014-02-14 2016-07-12 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Modular system for reduction of sulphur oxides in exhaust

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428232A1 (en) 1984-07-31 1986-02-06 Süd-Chemie AG, 8000 München CATALYST FOR REMOVING NITROGEN OXIDS FROM EXHAUST GAS
EP1063396A2 (en) 1999-06-22 2000-12-27 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic honeycomb structure, ceramic honeycomb catalyst carrier, and ceramic honeycomb catalytic converter using the same
DE10255612A1 (en) 2001-11-29 2003-06-12 Denso Corp Ceramic catalyst body
EP1713584A1 (en) 2004-02-04 2006-10-25 Ibiden Co., Ltd. Honeycomb structure, honeycomb structure assembly, and honeycomb catalist
EP1920834A1 (en) 2005-08-31 2008-05-14 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb catalyst and process for production thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030116023A1 (en) * 2001-12-24 2003-06-26 Bor-Jye Liang Method of anti-pollution for exhaust and apparatus thereof
DE10221668B4 (en) * 2002-05-16 2005-04-28 Daimler Chrysler Ag Spherical catalytic converter for internal combustion engines and method for catalyzing exhaust gases or pollutant mixtures
EP2501463A2 (en) * 2009-11-20 2012-09-26 Dansk Teknologi Produktionsaktieselskab System for selective catalyst reduction

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428232A1 (en) 1984-07-31 1986-02-06 Süd-Chemie AG, 8000 München CATALYST FOR REMOVING NITROGEN OXIDS FROM EXHAUST GAS
EP1063396A2 (en) 1999-06-22 2000-12-27 Ngk Insulators, Ltd. Ceramic honeycomb structure, ceramic honeycomb catalyst carrier, and ceramic honeycomb catalytic converter using the same
DE10255612A1 (en) 2001-11-29 2003-06-12 Denso Corp Ceramic catalyst body
EP1713584A1 (en) 2004-02-04 2006-10-25 Ibiden Co., Ltd. Honeycomb structure, honeycomb structure assembly, and honeycomb catalist
EP1920834A1 (en) 2005-08-31 2008-05-14 Ngk Insulators, Ltd. Honeycomb catalyst and process for production thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9387438B2 (en) 2014-02-14 2016-07-12 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Modular system for reduction of sulphur oxides in exhaust

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012164000A2 (en) 2012-12-06
WO2012164000A3 (en) 2013-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112013005070B4 (en) SYSTEM FOR TREATING EXHAUST GASES FROM AN ENGINE CONTAINING NOx
EP3103979B1 (en) Catalytic convertor for removing nitrogen oxides from the exhaust gas of diesel engines
DE602004006415T2 (en) PROCESS FOR CONTROLLING THE REDUCTION ADDITIVE
US7229597B2 (en) Catalyzed SCR filter and emission treatment system
DE102010023819B4 (en) Exhaust gas treatment system for a diesel engine Method of using it and diesel engine and exhaust gas treatment system
DE102010026888B4 (en) Exhaust gas treatment system including an ash filter and method for treating an exhaust gas flow
DE102013205197B4 (en) Process for the selective oxidation of carbon monoxide and method for purifying an exhaust gas stream of an internal combustion engine
EP2349537A1 (en) Particle reduction having a combined scr and nh3 slip catalyst
DE10323607B4 (en) Device for cleaning exhaust gases of an internal combustion engine
DE102008009672B4 (en) Hydrocarbon storage function SCR catalyst, its use and emission control system and its use
DE112013000180T5 (en) Catalyzed soot filter
DE102014105736A1 (en) A spark-ignition engine and exhaust system comprising a catalyzed zoned filter substrate
DE112009000160T5 (en) Catalyzed filter
DE102014104748A1 (en) Filter substrate comprising a three-way catalyst.
DE102017116461A1 (en) CATALYST BINDER FOR FILTER SUBSTRATES
DE10308287A1 (en) Exhaust gas purification system for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides in the lean exhaust gas of internal combustion engines and methods for exhaust gas purification
DE102006038288A1 (en) aftertreatment system
WO2015135983A1 (en) Catalyst system for gasoline combustion engines, having three-way catalysts and scr catalyst
DE102010039972A1 (en) Stepped catalyst system and method of use
DE102009006404B3 (en) Diesel oxidation catalyst with good low temperature activity
EP2861327B1 (en) Method for preventing the contamination of an scr catalyst with platinum
DE102010056223A1 (en) Exhaust system for a vehicle engine with spark ignition
DE102011084616A1 (en) SCR NOX EMISSION CONTROL SYSTEM WITH REDUCED SO3 GENERATION AND IMPROVED LIFE
DE102011012799A1 (en) Catalyst useful for removing nitrogen oxide from an exhaust gas of diesel engine comprises a carrier body of length (L) and a catalytically active coating made of at least one material zone
US8932546B2 (en) Catalytically active particulate filter and use thereof

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20141001