DE102014204307A1 - Method and arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine - Google Patents

Method and arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine Download PDF

Info

Publication number
DE102014204307A1
DE102014204307A1 DE201410204307 DE102014204307A DE102014204307A1 DE 102014204307 A1 DE102014204307 A1 DE 102014204307A1 DE 201410204307 DE201410204307 DE 201410204307 DE 102014204307 A DE102014204307 A DE 102014204307A DE 102014204307 A1 DE102014204307 A1 DE 102014204307A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
urine
ammonia
arrangement
bacterial
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.)
Ceased
Application number
DE201410204307
Other languages
German (de)
Inventor
Yasser Mohammed Sayed Yacoub
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.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
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 Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Priority to DE201410204307 priority Critical patent/DE102014204307A1/en
Publication of DE102014204307A1 publication Critical patent/DE102014204307A1/en
Ceased 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
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/90Injecting reactants
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01CAMMONIA; CYANOGEN; COMPOUNDS THEREOF
    • C01C1/00Ammonia; Compounds thereof
    • C01C1/02Preparation, purification or separation of ammonia
    • C01C1/08Preparation of ammonia from nitrogenous organic substances
    • C01C1/086Preparation of ammonia from nitrogenous organic substances from urea
    • 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
    • B01D2251/00Reactants
    • B01D2251/20Reductants
    • B01D2251/206Ammonium compounds
    • B01D2251/2067Urea
    • 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P3/00Preparation of elements or inorganic compounds except carbon dioxide
    • 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
    • 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
    • F01N2610/14Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1406Storage means for substances, e.g. tanks or reservoirs
    • 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)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges. Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem Abgase des Verbrennungsmotors einem SCR-Katalysator (120) zur selektiven katalytischen Reduktion zugeführt werden, wobei in dem Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) am SCR-Katalysator (120) durch Reaktion mit Ammoniak (NH3) zu Stickstoff (N2) reduziert werden, wird das Ammoniak (NH3) wenigstens teilweise durch Reaktion von in einem Speichertank (130) bereitgestelltem Urin mit einem bakteriellen Katalysator gewonnen.The present invention relates to a method and an arrangement for treating exhaust gases from an internal combustion engine of a motor vehicle. In a method according to the invention, in which exhaust gases from the internal combustion engine are fed to an SCR catalytic converter (120) for selective catalytic reduction, nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas on the SCR catalytic converter (120) by reaction with ammonia (NH3) to form nitrogen ( N2) are reduced, the ammonia (NH3) is at least partially obtained by reaction of urine provided in a storage tank (130) with a bacterial catalyst.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors.The present invention relates to a method and an arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine.

Die Einführung von immer strengeren NOx-Grenzwerten hat zur Entwicklung diverser Abgasnachbehandlungstechnologien geführt, um eine Kontrolle der NOx-Emissionen (= Stickoxid-Emissionen) im Abgas eines Dieselmotors zu erzielen. The introduction of increasingly stringent NO x limits has led to the development of a variety of exhaust aftertreatment technologies to control NO x emissions (= nitrogen oxide emissions) in the exhaust of a diesel engine.

Eine dieser Lösungen ist der sogenannte NOx-Speicherkatalysator (LNT = "Lean NOx Trap"), dessen Funktionsprinzip darauf beruht, Stickoxide (NOx) unter mageren Abgasbedingungen zunächst zu speichern und dann unter Einstellung eines fetten, reduzierenden Abgasgemischs in einer Regenerationsphase umzuwandeln. One of these solutions is the so-called NO x trap (LNT = "Lean NOx Trap"), whose operating principle is based on nitrogen oxides (NOx) under lean exhaust conditions to first save, and then setting a rich, reducing exhaust gas mixture converted in a regeneration phase, ,

Eine zweite Technologie zur Reduktion von Stickoxiden (NOx) ist die selektive katalytische Reduktion in einem sogenannten SCR-Katalysator (SCR = "Selective Catalytic Reduction" = "selektive katalytische Reduktion"). Hierbei ist insbesondere ein Harnstoff-SCR-System bekannt, bei welchem eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrom am SCR-Katalysator eingespritzt wird. Dabei wird die Reaktion des Harnstoffs ((NH2)2CO) zu Ammoniak (NH3) und Wasser (H2O) genutzt, wobei das am SCR-Katalysator gebildete Ammoniak (NH3) die im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) zu Stickstoff (N2) reduziert. A second technology for the reduction of nitrogen oxides (NO x ) is the selective catalytic reduction in a so-called SCR catalyst (SCR = "Selective Catalytic Reduction"). Here, in particular, a urea-SCR system is known in which an aqueous urea solution is injected into the exhaust gas stream at the SCR catalyst. The reaction of the urea ((NH 2 ) 2 CO) to ammonia (NH 3 ) and water (H 2 O) is used, the ammonia (NH 3 ) formed on the SCR catalyst containing the nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas. reduced to nitrogen (N 2 ).

Ein beim letztgenannten Ansatz in der Praxis auftretendes Problem ist die Bereitstellung einer ausreichenden Menge von Reduktionsmitteln, um eine effektive fahrzeugseitige Reduktion der im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) zu erreichen.A problem occurring in practice in the latter approach is the provision of a sufficient amount of reducing agents in order to achieve an effective vehicle-side reduction of the nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas.

Zum Stand der Technik wird lediglich beispielhaft auf DE 44 25 420 A1 sowie US 5,240,688 A verwiesen.The prior art is merely an example DE 44 25 420 A1 such as US 5,240,688 A directed.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, welche eine effektive Reduktion der im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) unter gleichzeitiger Ausnutzung vorhandener natürlicher Ressourcen ermöglichen.It is an object of the present invention to provide a method and an arrangement for treating exhaust gases of an internal combustion engine, which allow effective reduction of nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas while utilizing existing natural resources.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 bzw. die Anordnung gemäß den Merkmalen des nebengeordneten Patentanspruchs 10 gelöst.This object is achieved by the method according to the features of the independent patent claim 1 and the arrangement according to the features of the independent claim 10.

In einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, wobei Abgase des Verbrennungsmotors einem SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion zugeführt werden und wobei in dem Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) am SCR-Katalysator durch Reaktion mit Ammoniak (NH3) zu Stickstoff (N2) reduziert werden, wird das Ammoniak (NH3) wenigstens teilweise durch Reaktion von in einem Speichertank bereitgestelltem Urin mit einem bakteriellen Katalysator gewonnen.In a method according to the invention for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine of a motor vehicle, exhaust gases of the internal combustion engine are fed to an SCR catalytic converter for selective catalytic reduction and wherein nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas are oxidised on the SCR catalytic converter by reaction with ammonia (NH 3 ). is reduced to nitrogen (N 2 ), the ammonia (NH 3 ) is recovered at least in part by reaction of urine provided in a storage tank with a bacterial catalyst.

Der Erfindung liegt insbesondere das Konzept zugrunde, zur Erzeugung von Ammoniak (NH3), welches in einem einen SCR-Katalysator beinhaltenden Abgasnachbehandlungssystem bzw. -verfahren zur Reduzierung von NOx-Emissionen (= Stickoxid-Emissionen) erforderlich ist, Urin in Verbindung mit einem bakteriellen Katalysator zu verwenden. The invention is based in particular on the concept of producing ammonia (NH 3 ), which is required in an exhaust aftertreatment system or process comprising a SCR catalyst for reducing NO x emissions (= nitrogen oxide emissions), urine in conjunction with to use a bacterial catalyst.

Unter einem „bakteriellen Katalysator“ wird im Sinne der vorliegenden Erfindung jede bakterielle Substanz verstanden, welche dazu geeignet ist, eine enzymatische Umwandlung des im Urin enthaltenen Harnstoffes herbeizuführen. Die Bezeichnung „bakterieller Katalysator“ ist hierbei insofern geeignet, als jedes Enzym einen biochemischen Katalysator darstellt, der dabei hilft, ein Substrat zu spalten bzw. zu verändern. Dabei können die entsprechenden Enzyme in Reinform zugegeben oder auch über geeignete Ausgangsstoffe bereitgestellt werden, welche die jeweiligen Enzyme im Wege eines Fermentationsprozesses bzw. Gärungsprozesses z. B. durch eine Spontangärung abzugeben in der Lage sind. Insbesondere sollen von dem Begriff „bakterieller Katalysator“ sog. Ureasen als umfasst gelten, welche die Spaltung von Harnstoff in Kohlendioxid und Ammoniak unter Verbrauch von Wasser katalysieren.For the purposes of the present invention, a "bacterial catalyst" means any bacterial substance which is suitable for bringing about an enzymatic conversion of the urea contained in the urine. The term "bacterial catalyst" is suitable insofar as each enzyme is a biochemical catalyst that helps to cleave or alter a substrate. In this case, the corresponding enzymes can be added in pure form or be provided via suitable starting materials, which contain the respective enzymes by way of a fermentation process or fermentation process z. B. are able to give by spontaneous fermentation in a position. In particular, the term "bacterial catalyst" should be understood to include so-called ureases which catalyze the cleavage of urea into carbon dioxide and ammonia while consuming water.

Der vorstehend erwähnte Fermentationsprozess bzw. Gärungsprozess kann insbesondere außerhalb des Kraftfahrzeugs ablaufen, wobei das hierbei mit typischerweise langsamer Rate erzeugte Ammoniak (NH3) z. B. gasförmig und unter Druckbeaufschlagung gespeichert oder auch zur Bildung einer wässrigen Lösung in Wasser gelöst werden. Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt, wobei in weiteren Ausführungsformen auch eine fahrzeugseitig gespeicherte Substanz zur Realisierung eines bordseitig ablaufenden Fermentations- bzw. Gärungsprozesses genutzt werden kann. Dabei kann wie im Weiteren erläutert die Aufspaltung von in dem Urin enthaltenem Harnstoff ((NH2)2CO) auch elektrolytisch unterstützt werden.The above-mentioned fermentation process or fermentation process can, in particular, take place outside the motor vehicle, the ammonia (NH 3 ) generated here at a typically slow rate, for example, being oxidized. B. gaseous and stored under pressure or dissolved in water to form an aqueous solution. However, the invention is not limited to this, wherein in further embodiments, a substance stored on the vehicle side can be used for the realization of an on-board fermentation or fermentation process. As explained below, the splitting of urea ((NH 2 ) 2 CO) contained in the urine can also be supported electrolytically.

Gemäß einer Ausführungsform wird der Speichertank zur Aufnahme des Urins an eine Abwasserleitung, insbesondere an die haushaltseigene Abwasserleitung eines Nutzers, angeschlossen.According to one embodiment, the storage tank for receiving the urine to a sewer, in particular to the household sewer line of a user, connected.

Die Erfindung beinhaltet somit insbesondere den Ansatz, als Abfallprodukt z. B. im Haushalt anfallenden Urin zu sammeln, wobei eine direkte Einfüllung aus der Abwasserleitung des Haushalts in einen vorzugsweise mit einer geeigneten Filtervorrichtung ausgestatteten Speichertank erfolgen kann. Bei Bedarf kann der Nutzer eine direkte Umfüllung in einen bordseitigen Fahrzeugtank vornehmen. Dabei werden unerwünschte Irritationen vermieden, da der Nutzer selbst mit dem Urin infolge dessen Speicherung in einem geschlossenen Behälter nicht in Kontakt kommt. The invention thus particularly includes the approach, as a waste product z. B. in the household to collect accumulating urine, with a direct filling from the sewer line of the household can be done in a preferably equipped with a suitable filter device storage tank. If necessary, the user can make a direct transfer to an on-board vehicle tank. In this case, unwanted irritations are avoided because the user does not even come into contact with the urine as a result of storing it in a closed container.

Die Erfindung unterscheidet sich somit von dem eingangs zitierten Stand der Technik insbesondere dadurch, dass Urin als z. B. im Haushalt anfallendes Abfallprodukt gesammelt und (insbesondere auch ohne zusätzliche vorherige, z. B. thermische Aufbereitung) unmittelbar einem Speicher zur Reaktion mit dem bakteriellen Kondensator übergeben wird, wodurch im Ergebnis eine effektive Reduktion der im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) unter gleichzeitiger, maximaler Ausnutzung vorhandener natürlicher Ressourcen ermöglicht wird, wobei vorzugsweise zugleich geeignete Maßnahmen zur Vermeidung unerwünschter Irritationen getroffen werden, da der Nutzer selbst mit dem Urin infolge dessen Speicherung in einem geschlossenen Behälter nicht in Kontakt kommt.The invention thus differs from the cited prior art in particular in that urine as z. B. accumulated in the household waste product is collected and (especially without additional previous, eg., Thermal treatment) directly a memory for reaction with the bacterial condenser, resulting in an effective reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas (NO x ) simultaneous maximum utilization of existing natural resources is possible, preferably at the same time suitable measures are taken to avoid unwanted irritation, since the user himself does not come into contact with the urine as a result of storing it in a closed container.

Der erfindungsgemäß eingesetzte bakterielle Katalysator, welcher die Erzeugung von Ammoniak (NH3) aus dem gesammelten Urin ermöglicht, kann – wie im Weiteren noch näher erläutert – entweder fahrzeugseitig (z. B. in einem geeigneten Speicherbehälter) vorhanden oder auch außerhalb des Fahrzeugs (z. B. unter Verwendung von Nahrungsmittel- bzw. Speiseabfällen) bereitgestellt werden. The bacterial catalyst used according to the invention, which allows the production of ammonia (NH 3 ) from the collected urine, can - as explained in more detail below - either on the vehicle side (eg in a suitable storage container) available or outside the vehicle (z B. using food waste).

Die Gewinnung des bakteriellen Katalysators unter Nutzung eines Gärprozesses kann insbesondere unmittelbar in dem Speichertank erfolgen.The recovery of the bacterial catalyst using a fermentation process can be done in particular directly in the storage tank.

Durch die Erfindung wird die Möglichkeit geschaffen, in hinreichender Menge Ammoniak (NH3) zur NOx-Reduzierung bereitzustellen und hierbei zugleich zu einer Verbesserung der CO2-Bilanz sowie zu einer besseren Nutzung natürlicher Ressourcen beizutragen. The invention provides the possibility to provide a sufficient amount of ammonia (NH 3 ) for NO x reduction and at the same time contribute to an improvement of the CO 2 balance and to a better use of natural resources.

Berücksichtigt man, dass im sogenannten Neuen Europäischen Abgasfahrzyklus auf (NEDC = "New European Driving Cycle") eine Reduzierung der NOx-Emissionen um 1 Gramm (g) für eine Fahrdauer von 20 Minuten einen Verbrauch von 0.3 Gramm (g) Ammoniak (NH3) erfordert, ist nur eine vergleichsweise geringe Menge des in natürlicher Weise erzeugten Abfallproduktes zur Erfüllung der Systemanforderungen erforderlich, selbst wenn man eine zur Steigerung der Lebensdauer des Dosierungssystems ggf. erforderliche Destillation der Salze und Mineralien berücksichtigt. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist somit, dass praktisch kein zusätzlicher bordseitiger Harnstofftank mehr erforderlich ist, da aufgrund der direkten Anschlussmöglichkeit an das haushaltsseitige Abwassersystem lediglich ein kleiner Puffertank mit einem Volumen von weniger als 50 ml ausreichend ist, was wiederum aufgrund des Wegfalls des Erfordernisses eines größeren bordseitigen Speichertanks Vorteile des geringeren Kraftstoffverbrauchs sowie des zusätzlichen Raumgewinns zur Folge hat.Considering that in the so-called New European Driving Cycle (NEDC), a reduction in NO x emissions by 1 gram (g) for a driving time of 20 minutes consumes 0.3 grams (g) of ammonia (NH 3 ), only a comparatively small amount of the naturally generated by-product is required to meet the system requirements, even taking into account any distillation of the salts and minerals which may be required to increase the life of the dosing system. Another advantage of the invention is thus that practically no additional on-board urea tank is required because only a small buffer tank with a volume of less than 50 ml is sufficient due to the direct connection to the household sewer system, which in turn due to the elimination of the requirement of larger on-board storage tanks results in lower fuel consumption and additional space gain.

Gemäß einer Ausführungsform erfolgt ferner eine elektrolytische Aufspaltung von in dem Urin enthaltenem Harnstoff ((NH2)2CO). Dabei kann die zu dieser elektrolytischen Aufspaltung benötigte elektrische Energie außerhalb des Kraftfahrzeuges (z. B. vom Haushalt eines Nutzers) oder auch kraftfahrzeugseitig bereitgestellt werden. Insbesondere kann die kraftfahrzeugseitige Bereitstellung der zur elektrolytischen Aufspaltung benötigten elektrischen Energie unter Nutzung der im Antriebsstrang, z. B. einem Hybridantriebsstrang, bereitgestellten elektrischen Energie, insbesondere durch regeneratives Bremsen, erfolgen.According to one embodiment, furthermore, an electrolytic splitting of urea ((NH 2 ) 2 CO) contained in the urine takes place. In this case, the electrical energy required for this electrolytic splitting can be provided outside the motor vehicle (eg from the household of a user) or also on the motor vehicle side. In particular, the motor vehicle-side provision of the electrical energy required for the electrolytic splitting using the drive train, z. As a hybrid powertrain, provided electrical energy, in particular by regenerative braking done.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, wobei die Anordnung einen SCR-Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von im dem SCR-Katalysator zugeführten Abgas enthaltenen Stickoxiden aufweist, wobei in dem Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) am SCR-Katalysator durch Reaktion mit Ammoniak (NH3) zu Stickstoff (N2) reduzierbar sind, und wobei die Anordnung einen Speichertank mit darin bereitgestelltem Urin sowie einen bakteriellen Katalysator aufweist, wobei das Ammoniak (NH3) wenigstens teilweise durch Reaktion des Urins mit dem bakteriellen Katalysator erzeugbar ist.The invention further relates to an arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine, wherein the arrangement comprises an SCR catalyst for selective catalytic reduction of nitrogen contained in the exhaust gas supplied to the SCR catalyst, wherein nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas at the SCR catalyst which is reducible to nitrogen (N 2 ) by reaction with ammonia (NH 3 ) and which comprises a storage tank with urine provided therein and a bacterial catalyst, wherein the ammonia (NH 3 ) is at least partially recovered by reacting the urine with the bacterial catalyst can be generated.

Die Anordnung kann insbesondere dazu konfiguriert sein, ein Verfahren mit den vorstehend beschriebenen Merkmalen durchzuführen. Hinsichtlich bevorzugter Ausgestaltungen sowie Vorteilen der Anordnung wird auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren Bezug genommen. In particular, the arrangement may be configured to perform a method having the features described above. With regard to preferred embodiments and advantages of the arrangement, reference is made to the above statements in connection with the method according to the invention.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der Beschreibung sowie den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention are described in the description and the dependent claims.

Die Erfindung wird nachstehend anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Abbildung erläutert. The invention will be explained below with reference to a preferred embodiment with reference to the accompanying drawings.

Die einzige 1 zeigt schematisch eine Anordnung 100 zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, bei welcher von dem (nicht dargestellten) Verbrennungsmotor ausströmende Abgase 1 zunächst durch einen Dieselpartikelfilter 110 und anschließend durch einen stromabwärts dieses Dieselpartikelfilters 110 angeordneten SCR-Katalysator 120 strömen. In dem Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) werden am SCR-Katalysator 120 durch Reaktion mit Ammoniak (NH3) zu Stickstoff (N2) reduziert.The only 1 schematically shows an arrangement 100 for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine of a motor vehicle, in which exhaust gases flowing from the internal combustion engine (not shown) 1 first by a diesel particulate Filter 110 and then through a downstream of this diesel particulate filter 110 arranged SCR catalyst 120 stream. In the exhaust gas contained nitrogen oxides (NO x ) are on the SCR catalyst 120 reduced by reaction with ammonia (NH 3 ) to nitrogen (N 2 ).

Die erfindungsgemäße Anordnung 100 weist einen Speichertank 130 mit darin bereitgestelltem Urin sowie einen bakteriellen Katalysator auf, wobei das zur Reduktion der Stickoxide (NOx) am SCR-Katalysator 120 benötigte Ammoniak (NH3) wenigstens teilweise durch Reaktion des in dem Speichertank 130 bereitgestellten Urins mit dem bakteriellen Katalysator erzeugt wird. Der Speichertank 130 zur Aufnahme des Urins ist im Ausführungsbeispiel an eine Abwasserleitung 140, insbesondere an die haushaltseigene Abwasserleitung eines Nutzers, angeschlossen.The inventive arrangement 100 has a storage tank 130 with provided therein urine and a bacterial catalyst, wherein the reduction of the nitrogen oxides (NO x ) on the SCR catalyst 120 required ammonia (NH 3 ) at least partially by reaction of the in the storage tank 130 provided urine with the bacterial catalyst is generated. The storage tank 130 for receiving the urine is in the embodiment of a sewer 140 , in particular to the household sewer of a user, connected.

Der erfindungsgemäß eingesetzte bakterielle Katalysator, welcher die Erzeugung von Ammoniak (NH3) aus dem in dem Speichertank 130 bereitgestellten Urin ermöglicht, kann entweder fahrzeugseitig vorhanden oder auch außerhalb des Kraftfahrzeugs (z. B. unter Verwendung von Nahrungsmittel- bzw. Speiseabfällen) bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Bereitstellung des bakteriellen Katalysators unter Ausnutzung eines außerhalb des Kraftfahrzeugs ablaufenden Gärprozesses erfolgen. Das hierbei mit vergleichsweise langsamer Rate erzeugte Ammoniak (NH3) kann entweder gasförmig und unter Druckbeaufschlagung gespeichert oder zur Bildung einer wässrigen Lösung in Wasser gelöst werden.The bacterial catalyst used according to the invention, which is the production of ammonia (NH 3 ) from the in the storage tank 130 provided urine may be provided either on-board or outside the motor vehicle (eg, using food waste). In particular, the provision of the bacterial catalyst can take place by utilizing a fermentation process taking place outside the motor vehicle. The ammonia (NH 3 ) produced here at a comparatively slow rate can either be stored in gaseous form and under pressurization or dissolved in water to form an aqueous solution.

Im Abgasleitungsabschnitt zwischen dem Dieselpartikelfilter 110 und dem SCR-Katalysator 120 ist dementsprechend eine Zufuhrleitung bzw. Einspritzvorrichtung 125 zur Einspritzung des Urins oder des bereits erzeugten Ammoniaks (NH3) zur Reaktion mit den Abgasen am SCR-Katalysator 120 angeordnet. In the exhaust pipe section between the diesel particulate filter 110 and the SCR catalyst 120 is accordingly a supply line or injection device 125 for injecting the urine or already produced ammonia (NH 3 ) to react with the exhaust gases at the SCR catalyst 120 arranged.

In einer Ausführungsform kann ferner ein elektrolyseartiger Katalysator eingesetzt werden, welcher im Wege einer elektrolytischen Aufspaltung des im Urin enthaltenen Harnstoffs ((NH2)2)CO) Wasserstoff (H2) erzeugt, wobei dieser Wasserstoff (H2) wiederum zur NOx-Reduktion über einen SCR-Katalysator oder einen NOx-Speicherkatalysator (LNT) genutzt werden kann. In one embodiment, an electrolysis-type catalyst may also be used, which generates by means of electrolytic decomposition of urea contained in the urine ((NH 2) 2) CO), hydrogen (H 2), said hydrogen (H 2) in turn for the NO x - Reduction via an SCR catalyst or a NO x storage catalyst (LNT) can be used.

Die von einem solchen elektrolyseartigen Katalysator zur Elektrolyse von Urin zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) benötigte elektrische Energie kann außerhalb des Fahrzeugs (z. B. haushaltsseitig) bereitgestellt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die von einem solchen elektrolyseartigen Katalysator zur Elektrolyse benötigte elektrische Energie auch fahrzeugseitig bereitgestellt werden, wobei in einem Hybridantriebsstrang z. B. durch regeneratives Bremsen erzeugte elektrische Energie genutzt werden kann.The electrical energy required by such an electrolyzer-type catalyst for electrolysis of urine to generate hydrogen (H 2 ) may be provided outside the vehicle (eg, on the domestic side). In a further embodiment, the electrical energy required by such an electrolysis-type catalyst for electrolysis can also be provided on the vehicle side, wherein in a hybrid drive train z. B. generated by regenerative braking electrical energy can be used.

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 4425420 A1 [0006] DE 4425420 A1 [0006]
  • US 5240688 A [0006] US 5240688 A [0006]

Claims (12)

Verfahren zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges, wobei Abgase des Verbrennungsmotors einem SCR-Katalysator (120) zur selektiven katalytischen Reduktion zugeführt werden und wobei in dem Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) am SCR-Katalysator (120) durch Reaktion mit Ammoniak (NH3) zu Stickstoff (N2) reduziert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Ammoniak (NH3) wenigstens teilweise durch Reaktion von in einem Speichertank (130) bereitgestelltem Urin mit einem bakteriellen Katalysator gewonnen wird.A method for treating exhaust gases of an internal combustion engine of a motor vehicle, wherein exhaust gases of the internal combustion engine an SCR catalyst ( 120 ) are fed to the selective catalytic reduction and wherein in the exhaust gas contained nitrogen oxides (NO x ) on the SCR catalyst ( 120 ) are reduced to nitrogen (N 2 ) by reaction with ammonia (NH 3 ), characterized in that the ammonia (NH 3 ) is at least partly removed by reaction in a storage tank ( 130 ) provided urine with a bacterial catalyst is obtained. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bakterielle Katalysator kraftfahrzeugseitig bereitgestellt wird.A method according to claim 1, characterized in that the bacterial catalyst is provided on the motor vehicle side. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bakterielle Katalysator unter Nutzung eines Gärprozesses, insbesondere durch Umwandlung von Nahrungsmittelabfällen, gewonnen wird.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the bacterial catalyst is obtained using a fermentation process, in particular by converting food waste. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewinnung des bakteriellen Katalysators unter Nutzung eines Gärprozesses unmittelbar in dem Speichertank (130) erfolgt. A method according to claim 3, characterized in that the recovery of the bacterial catalyst using a fermentation process directly in the storage tank ( 130 ) he follows. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bakterielle Katalysator Urease aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the bacterial catalyst comprises urease. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichertank (130) zur Aufnahme des Urins an eine Abwasserleitung (140), insbesondere an die haushaltseigene Abwasserleitung eines Nutzers, angeschlossen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the storage tank ( 130 ) for receiving the urine to a sewer ( 140 ), in particular to the household sewer of a user, is connected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ferner eine elektrolytische Aufspaltung von in dem Urin enthaltenem Harnstoff ((NH2)2CO) erfolgt. Method according to one of the preceding claims, characterized in that further comprises an electrolytic splitting of urea contained in the urine ((NH 2 ) 2 CO). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zu dieser elektrolytischen Aufspaltung benötigte elektrische Energie kraftfahrzeugseitig bereitgestellt wird.A method according to claim 7, characterized in that electrical energy required for this electrolytic splitting is provided on the motor vehicle side. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftfahrzeugseitige Bereitstellung der zur elektrolytischen Aufspaltung benötigten elektrischen Energie unter Nutzung der im Antriebsstrang, insbesondere einem Hybridantriebsstrang, bereitgestellten elektrischen Energie, insbesondere durch Nutzung von regenerativem Bremsen, erfolgt. A method according to claim 8, characterized in that the motor vehicle side providing the required for electrolytic splitting electrical energy using the provided in the drive train, in particular a hybrid powertrain, electrical energy, in particular by using regenerative braking occurs. Anordnung zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors, wobei die Anordnung einen SCR-Katalysator (120) zur selektiven katalytischen Reduktion von im dem SCR-Katalysator (120) zugeführten Abgas enthaltenen Stickoxiden aufweist, wobei in dem Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) am SCR-Katalysator (120) durch Reaktion mit Ammoniak (NH3) zu Stickstoff (N2) reduzierbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Speichertank (130) mit darin bereitgestelltem Urin sowie einen bakteriellen Katalysator aufweist, wobei das Ammoniak (NH3) wenigstens teilweise durch Reaktion des Urins mit dem bakteriellen Katalysator erzeugbar ist.Arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine, the arrangement comprising an SCR catalytic converter ( 120 ) for selective catalytic reduction in the SCR catalyst ( 120 ) contains nitrogen oxides contained in the exhaust gas, wherein in the exhaust gas contained nitrogen oxides (NO x ) at the SCR catalyst ( 120 ) are reducible to nitrogen (N 2 ) by reaction with ammonia (NH 3 ), characterized in that the arrangement comprises a storage tank ( 130 ) with urine provided therein and a bacterial catalyst, wherein the ammonia (NH 3 ) is at least partially producible by reaction of the urine with the bacterial catalyst. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Speichertank (130) zur Aufnahme des Urins an eine Abwasserleitung (140), insbesondere an die haushaltseigene Abwasserleitung eines Nutzers, angeschlossen ist.Arrangement according to claim 10, characterized in that the storage tank ( 130 ) for receiving the urine to a sewer ( 140 ), in particular to the household's own sewer line, is connected. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass diese dazu konfiguriert ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.Arrangement according to claim 10 or 11, characterized in that it is configured to carry out a method according to one of claims 1 to 9.
DE201410204307 2013-03-19 2014-03-10 Method and arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine Ceased DE102014204307A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201410204307 DE102014204307A1 (en) 2013-03-19 2014-03-10 Method and arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013204818.1 2013-03-19
DE102013204818 2013-03-19
DE201410204307 DE102014204307A1 (en) 2013-03-19 2014-03-10 Method and arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014204307A1 true DE102014204307A1 (en) 2014-09-25

Family

ID=51484867

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201410204307 Ceased DE102014204307A1 (en) 2013-03-19 2014-03-10 Method and arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014204307A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017202574A1 (en) 2017-02-17 2018-08-23 Ford Global Technologies, Llc Method for operating an exhaust gas aftertreatment device of a motor vehicle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5240688A (en) 1990-08-01 1993-08-31 Fuel Tech Gmbh Process for the in-line hydrolysis of urea
DE4425420A1 (en) 1994-07-19 1995-07-27 Daimler Benz Ag Denitrification of engine exhaust gas with ammonia generated as required

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5240688A (en) 1990-08-01 1993-08-31 Fuel Tech Gmbh Process for the in-line hydrolysis of urea
DE4425420A1 (en) 1994-07-19 1995-07-27 Daimler Benz Ag Denitrification of engine exhaust gas with ammonia generated as required

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017202574A1 (en) 2017-02-17 2018-08-23 Ford Global Technologies, Llc Method for operating an exhaust gas aftertreatment device of a motor vehicle
US11022015B2 (en) 2017-02-17 2021-06-01 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for an exhaust gas aftertreatment device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1931864B1 (en) Method and device for reducing the nitrogen oxide concentration in the exhaust gas of an internal combustion engine
DE102014019427A1 (en) Process for cleaning diesel engine exhaust gases
EP2118460B1 (en) Method and device for producing ammonia for the exhaust gas treatment in internal combustion engines in a motor vehicle
DE102011056658A1 (en) Solid state SCR system and this method of heating a solid SCR reducing agent
DE102006043152A1 (en) Method and device for controlling a reducing agent generation system
WO2016034401A1 (en) Device for the recovery of water from a gas and method for reducing nitrogen oxides
DE102009044689A1 (en) Exhaust device for a diesel vehicle
DE102008014852A1 (en) Internal combustion engine with an exhaust system to which an additive can be added by means of a metering unit
DE102014017790A1 (en) Exhaust after-treatment system for a vehicle operated by an internal combustion engine, in particular for a watercraft
DE102014204307A1 (en) Method and arrangement for the treatment of exhaust gases of an internal combustion engine
DE102014202291A1 (en) Exhaust gas purification device and motor vehicle with such
DE102013217169B4 (en) Process and system for exhaust aftertreatment
WO2007054574A1 (en) Catalyst arrangement in an exhaust gas after-treatment system
DE102017106757A1 (en) System and method for exhaust treatment of combustion devices
DE102006043082A1 (en) Process for reducing agent control in an exhaust aftertreatment plant
DE102017200089B3 (en) Motor vehicle with exhaust gas turbocharger and SCR exhaust aftertreatment and method for its operation
DE102007062594A1 (en) Urea contained reducing agent solution's i.e. diesel emissions fluid, freezing point reducing method for commercial motor vehicle i.e. passenger car, involves producing ammonium compound by increasing temperature of volume of solution
DE102016012457A1 (en) Drive device for a motor vehicle, exhaust module for an internal combustion engine, and method for operating such a drive device
DE102016121509B4 (en) Device and method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine
WO2020109096A1 (en) Exhaust-gas aftertreatment device for a motor vehicle having a catalytic converter with scr and nox storage material, and method for operating such an exhaust-gas aftertreatment device
DE10326055A1 (en) Exhaust after-treatment device of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, and corresponding motor vehicle
DE102011101006A1 (en) Method for manufacturing watery urea solution in motor vehicle, involves supplying predetermined quantity of ammonia granulate and predetermined quantity of water belonging to quantity of ammonia granulate to mixing chamber
DE102013017064B4 (en) Exhaust after-treatment device of an internal combustion engine and method for post-treatment of exhaust gas of an internal combustion engine
EP3999725B1 (en) Exhaust gas aftertreatment
DE102019129286A1 (en) Exhaust treatment arrangement for an internal combustion engine

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: DOERFLER, THOMAS, DR.-ING., DE

R016 Response to examination communication
R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final