DE102015105698A1 - System und Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas - Google Patents

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Abstract

Es ist ein System zur Verminderung von Stickoxiden (NOx) geschaffen. Das System enthält eine Energieerzeugungsvorrichtung (102) zur Erzeugung von Energie aus einem wasserstoffelementhaltigen Kraftstoff, eine Abgasleitung (108) in Strömungsverbindung mit einem NOx-haltigen Abgasstrom, der von der Energieerzeugungsvorrichtung (102) stammt, einen Plasmareaktor (104) zur Reformierung eines Teils des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs mit Stickstoff, um Ammoniak zu erzeugen, und einen Reaktor (106) zur Verminderung von NOx, der einen Katalysator für Ammoniak selektive katalytische Reduktion (NH3-SCR) enthält, um den Abgasstrom und das Ammoniak zu empfangen und NOx in dem Abgasstrom zu reduzieren, indem das NOx veranlasst wird, mit dem Ammoniak zu reagieren, um Stickstoff zu bilden.

Description

  • HINTERGRUND
  • Abgase werden in Folge der Verbrennung von Brennstoffen, wie beispielsweise Kohle, Diesel, Benzin oder Erdgas, emittiert. In den meisten Fällen kann das Abgas einen geringen Anteil an toxischen Substanzen, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), von einer unvollständigen Verbrennung und Stickoxide (NOx) von übermäßigen Verbrennungstemperaturen, enthalten. In derartigen Fällen ist es erforderlich, die toxischen Substanzen aus dem Abgas zu reduzieren, bevor dieses in die Atmosphäre ausgegeben wird. Z.B. ist die Steuerung von NOx-Emissionen von Dieselmotoren von entscheidender Bedeutung für die kommerzielle Anwendung fortschrittlicher Dieselmotortechnologien, da strengere Emissionsstandards weltweit in Kraft treten.
  • Eine der weithin verwendeten Strategien zur Steuerung von NOx-Emissionen von Magerverbrennungsmotoren besteht darin, NOx mit einem Reduktionsmittel über einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) zu reduzieren. Unter den verschiedenen SCR-Technologien bietet die SCR von NOx mittels Ammoniak (NH3-SCR) einige einzigartige Vorteile, wie beispielsweise hohe NOx-Reduktionswirkungsgrade über einem weiten Bereich von Temperaturen, hohe Selektivität zu Stickstoff (N2) und gute Katalysatorstabilität, im Vergleich zu den alternativen Technologien, wie beispielsweise Kohlenwasserstoff/Harnstoff-SCR und den Mager-NOx-Fallen(LNT)-Technologien.
  • Derzeit wird Ammoniak außerhalb des Einsatzortes (off-site) gekauft und zu dem Einsatzort, an dem der Abgasstrom behandelt wird, um NOx zu reduzieren, transportiert. Es werden Vorrichtungen für den Transport und die Lagerung des Ammoniaks, wie beispielsweise Lagertanks, benötigt. Der Einsatz derartiger zusätzlicher Vorrichtungen erhöht die gesamten Betriebskosten.
  • Somit besteht ein Bedarf nach praktischen Systemen, die NOx in einem Abgas mit leichter verfügbaren Materialien reduzieren können.
  • KURZBESCHREIBUNG
  • In einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein System zur Verminderung von Stickoxiden (NOx). Das System enthält eine Energieerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von Energie aus einem wasserstoffelementhaltigen Kraftstoff, eine Abgasleitung in Strömungsverbindung mit einem NOx-haltigen Abgasstrom, der von der Energieerzeugungsvorrichtung stammt, einen Plasmareaktor zur Reformierung eines Teils des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs mit Stickstoff, um Ammoniak zu erzeugen, und einen Reaktor zur Verminderung von NOx, der einen Katalysator für Ammoniak selektive katalytische Reduktion (NH3-SCR) enthält, zum Empfangen des Abgasstroms und des Ammoniaks und zur Reduktion von NOx in dem Abgasstrom durch Bewirkung, dass das NOx mit dem Ammoniak reagiert, um Stickstoff zu bilden.
  • In dem System zur Verminderung von NOx, wie zuvor erwähnt, kann der wasserstoffelementhaltige Kraftstoff ein Synthesegas aufweisen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der wasserstoffelementhaltige Kraftstoff Methan aufweisen.
  • Das System zur Verminderung von NOx einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine Kraftstoffzufuhrleitung zur Zuführung eines wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs zu der Energieerzeugungsvorrichtung und eine Kraftstoffzweigleitung aufweisen, die von der Kraftstoffzufuhrleitung abgezweigt ist, um einen Teil des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs in den Plasmareaktor umzuleiten.
  • Das System zur Verminderung von NOx einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine Abgasabzweigleitung aufweisen, die von der Abgasleitung abgezweigt ist, um einen Teil des Abgases in den Plasmareaktor als eine Stickstoffquelle zu liefern.
  • Das System zur Verminderung von NOx einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner eine Luftabzweigleitung aufweisen, die von einer Luftzufuhrleitung zur Zuführung von Luft zu der Energieerzeugungsvorrichtung abgezweigt ist, um einen Teil der Luft in den Plasmareaktor als eine Stickstoffquelle zu liefern.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zur Verminderung von NOx. In dem Verfahren wird ein NOx-haltiger Abgasstrom von einer Energieerzeugungsvorrichtung empfangen, die Energie aus einem wasserstoffelementhaltigen Kraftstoff erzeugt, wobei Ammoniak vor Ort (in situ) durch Reformierung eines Teils des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs mit Stickstoff in einem Plasmareaktor erzeugt wird und das NOx in dem Abgasstrom veranlasst wird, über einem Katalysator für Ammoniak selektive katalytische Reduktion (NH3-SCR) mit dem vor Ort erzeugten Ammoniak zu reagieren, um Stickstoff zu bilden.
  • In dem Verfahren zur Verminderung von NOx, wie zuvor erwähnt, kann der wasserstoffelementhaltige Kraftstoff ein Synthesegas aufweisen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann der wasserstoffelementhaltige Kraftstoff Methan aufweisen.
  • In dem Verfahren zur Verminderung von NOx einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann weniger als etwa 1 Volumen-% des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs, der zu der Energieerzeugungsvorrichtung geliefert wird, in den Plasmareaktor zur Erzeugung von Ammoniak umgeleitet werden.
  • Das Verfahren zur Verminderung von NOx einer beliebigen vorstehend erwähnten Art kann ferner ein Umleiten eines Teils des Abgases in den Plasmareaktor als eine Stickstoffquelle aufweisen.
  • Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren zur Verminderung von NOx ferner ein Umleiten eines Teils von Luft, die zu der Energieerzeugungsvorrichtung geliefert wird, in den Plasmareaktor als eine Stickstoffquelle aufweisen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehenden und weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden angesichts der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offensichtlicher, in denen:
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung, die ein beispielhaftes System zur Verminderung von Stickoxiden (NOx) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
  • 2 zeigt ein schematisches Flussdiagramm einer NH3-SCR-Einrichtung mit einem nicht-thermischen Oberflächen-Plasmareformator, der auf abgeschirmter gleitender Entladung basiert, die für ein Versuchsexperiment verwendet wird.
  • 3 zeigt die NOx-Umsetzung gegenüber dem CH4:NOx-Verhältnis für das Versuchsexperiment.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nachstehend sind eine oder mehrere Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Sofern sie nicht anders definiert sind, haben technische und wissenschaftliche Begriffe, die hierin verwendet werden, die gleiche Bedeutung, wie sie gewöhnlich von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, verstanden wird. Die Begriffe „ein“ und „eine“ bezeichnen keine Mengenbeschränkung, sondern bezeichnen vielmehr die Gegenwart wenigstens eines der benannten Elemente. Eine Näherungssprache, wie sie hierin überall in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet wird, kann angewandt werden, um jede quantitative Darstellung zu modifizieren, die in zulässiger Weise variieren könnte, ohne zu einer Änderung der Grundfunktion, mit der sie verbunden ist, zu führen. Demgemäß sollte ein Wert, der durch einen Begriff oder durch Begriffe, wie beispielsweise „etwa“ modifiziert ist, nicht auf den genauen angegebenen Wert beschränkt werden. Außerdem soll, wenn ein Ausdruck von „etwa einem ersten Wert – einem zweiten Wert“ verwendet wird, das „etwa“ beide Werte modifizieren. In einigen Fällen kann die Näherungssprache der Genauigkeit eines Instrumentes zur Messung des Wertes oder der Werte entsprechen.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung betreffen allgemein ein System zur Verminderung von Stickoxiden (NOx) und ein Verfahren zur Reduktion von NOx aus einem Abgasstrom, z.B. aus einem Kraftwerk, das fossile Kraftstoffe verwendet, insbesondere von Energieerzeugungsvorrichtungen, wie beispielsweise Motoren, Gasturbinen und Gaskesseln, die Energie aus einem wasserstoffelementhaltigen Kraftstoff erzeugen, der Wasserstoff oder ein Kohlenwasserstoff enthalten kann. Beispiele für den wasserstoffelementhaltigen Kraftstoff umfassen Methan und Synthesegas (Mischung aus H2 und CO), sind jedoch nicht darauf beschränkt. Das System zur Verminderung von NOx ist ein plasmaunterstütztes Nachbehandlungssystem, das eine Abgasleitung in Strömungsverbindung mit dem Abgasstrom, einen Plasmareaktor zur Reformierung eines Teils des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs mit Stickstoff, um vor Ort (in situ) Ammoniak zu erzeugen, und einen Reaktor zur Verminderung von NOx enthält, der dazu dient, den Abgasstrom und das vor Ort erzeugte Ammoniak zu empfangen und das NOx in dem Abgasstrom zu veranlassen, mit dem Ammoniak zu reagieren, um so das NOx zu reduzieren. Der Reaktor zur Verminderung von NOx ist mit einem Katalysator für Ammoniak selektive katalytische Reduktion (NH3-SCR) versehen, der in der Lage ist, die gesamte Umsetzung von NOx und Ammoniak zu Stickstoff zu steigern. In dem hierin verwendeten Sinne bedeutet der Ausdruck „vor Ort“ („in situ“), dass das Ammoniak, das zur Reduktion des NOx zu Stickstoff verwendet wird, an dem Ort erzeugt wird, an dem der Abgasstrom emittiert oder ausgelassen wird und/oder an dem das NOx reduziert wird, im Gegensatz zu ex situ (außerhalb des Einsatzortes) wo das Ammoniak außerhalb des Einsatzortes gekauft oder erzeugt wird, um er bezieht sich insbesondere auf die Ammoniakproduktion mit Ressourcen, die an dem Ort verfügbar sind, an dem der Abgasstrom emittiert oder ausgelassen wird und/oder an dem das NOx reduziert wird.
  • Bezugnehmend auf 1 sind an einem Ort, an dem eine Energieerzeugungsvorrichtung, wie beispielsweise ein Motor 102, angeordnet ist, ein Plasmareaktor 104 und ein Reaktor 106 zur Verminderung von NOx vorgesehen. Der Plasmareaktor 104 ist in der Lage, einen wasserstoffelementhaltigen Kraftstoff, wie beispielsweise Methan und Synthesegas, mit Stickstoff zu reformieren, um vor Ort Ammoniak zu erzeugen. Der Reaktor 106 zur Verminderung von NOx wird mit einem NH3-SCR-Katalysator beladen, der in der Lage ist, NOx mit Ammoniak zu Stickstoff zu reduzieren. Eine Abgasleitung 108 wird zur Lieferung eines NOx-haltigen Abgasstroms von der Energieerzeugungsvorrichtung 102 zu dem Reaktor 106 zur Verminderung von NOx verwendet. Außerdem wird das in dem Plasmareaktor 104 erzeugte Ammoniak durch eine Leitung 110 in den Reaktor 106 zur Verminderung von NOx geliefert. Das in dem Abgasstrom enthaltene NOx reagiert mit dem Ammoniak in Gegenwart des NH3-SCR-Katalysators und wird dadurch zu Stickstoff umgesetzt, das nicht toxisch ist.
  • Der in dem Plasmareaktor 104 reformierte wasserstoffelementhaltige Kraftstoff kann von einem Kraftstoff stammen, der der Energieerzeugungsvorrichtung 102 zugeführt wird. In einigen Ausführungsformen kann der der Energieerzeugungsvorrichtung 102 zugeführte Kraftstoff Methan enthalten, kann z.B. mehr als 90 Volumen-% oder vorzugsweise mehr als 95 Volumen-% Methan enthalten. Insbesondere ist der der Energieerzeugungsvorrichtung 102 zugführte Kraftstoff Methan an sich, was, wie hierin verwendet, sich auf einen Kraftstoff bezieht, der mehr als 99 Volumen-% Methan enthält. In einigen Ausführungsformen kann der der Energieerzeugungsvorrichtung 102 zugeführte Kraftstoff ein Synthesegas enthalten, kann z.B. mehr als 90 Volumen-% oder vorzugsweise mehr als 95 Volumen-% Synthesegas enthalten. Insbesondere ist der der Energieerzeugungsvorrichtung 102 zugeführte Kraftstoff Synthesegas an sich, was, wie hierin verwendet, sich auf einen Kraftstoff bezieht, der mehr als 90 Volumen-% Synthesegas enthält. In der veranschaulichten Ausführungsform wird eine Kraftstoffabzweigleitung 112, die von einer Kraftstoffzufuhrleitung 114 zur Zuführung von Kraftstoff zu der Energieerzeugungsvorrichtung 102 abgezweigt ist, zur Umleitung eines Teils des Kraftstoffs von der Kraftstoffzufuhrleitung 114 in den Plasmareaktor 104 verwendet. In diesen Ausführungsformen kann die Reformierung einer nur geringen Menge einer Kraftstoff- und N2-Mischung genug Ammoniak erzeugen, das für die NOx-Reduktion benötigt wird. An sich wird weniger Energie benötigt, um genug Ammoniak zu erzeugen, im Vergleich zu der Erzeugung von Ammoniak über die Reformierung des gesamten Abgases, das NOx und einigen unverbrannten Kraftstoff enthält. Insbesondere wird nur ein kleiner Teilstrom des Kraftstoffs in dem Plasmareaktor 104 reformiert. Z.B. wird in einigen Ausführungsformen weniger als etwa 1 Volumen-% oder vorzugsweise weniger als 0,5 Volumen-% des Kraftstoffs, der zu der Energieerzeugungsvorrichtung 102 geliefert wird, in den Plasmareaktor 104 zur Reformierung umgeleitet.
  • Der Stickstoff, der zur Reformierung des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs in dem Plasmareaktor 104 verwendet wird, kann von dem Abgas, von Luft oder von einer beliebigen sonstigen Quelle stammen, die Stickstoff enthält. In einigen Ausführungsformen wird das Abgas oder die Luft unmittelbar zur Reformierung verwendet. In einigen Ausführungsformen wird aus dem Abgas oder der Luft abgetrennter Stickstoff für die Reformierung verwendet. In einer speziellen Ausführungsform stammt der zur Reformierung des Kraftstoffs verwendete Stickstoff aus der Luft, die zu der Energieerzeugungsvorrichtung 102 zur Energieerzeugung geliefert wird. Eine Luftabzweigleitung 116, die von einer Luftzufuhrleitung 118 zur Zuführung von Luft zu der Energieerzeugungsvorrichtung 102 abgezweigt ist, wird zur Umleitung eines Teils der Luft aus der Luftzufuhrleitung 118 zu dem Plasmareaktor 104 als eine Quelle für Stickstoff verwendet. In einer anderen speziellen Ausführungsform stammt der zur Reformierung des Kraftstoffs verwendete Stickstoff aus dem Abgasstrom aus der Energieerzeugungsvorrichtung 102. Eine Abgasabzweigleitung 120, die von der Abgasleitung 108 abgezweigt ist, wird zur Lieferung eines Teils des Abgases in den Plasmareaktor als eine Quelle für Stickstoff verwendet.
  • Es können Instrumente zur Dosierung des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs und Stickstoffs (oder der Stickstoffquelle), die in den Plasmareaktor eingespeist werden, sowie Steuerungseinrichtungen zur Steuerung der Dosierung vorgesehen sein. In einigen Ausführungsformen ist der wasserstoffelementhaltige Kraftstoff Methan, und die Methan(CH4)-Konzentration (in N2) kann in einem Bereich von etwa 0,1–50 Volumen-% liegen. Es kann eine Überwachungseinheit zur Überwachung des CH4:N2-Verhältnisses vorgesehen sein. Außerdem kann eine oder können mehrere Steuereinrichtungen zur Optimierung des CH4:N2-Verhältnisses, das in den Plasmareaktor eingespeist wird, durch Einstellung des CH4:N2-Verhältnisses auf der Basis der gemessenen und/oder überwachten Daten vorhanden sein.
  • Plasmareaktor
  • Es können entweder thermische oder nicht-thermische Plasmareaktoren verwendet werden, um die Reformierung durchzuführen. In einer speziellen Ausführungsform wird ein gepulster Coronaentladungs-Plasmareaktor (der auch als Plasmareaktor mit gleitender Entladung bezeichnet wird) eingesetzt. In dem Plasmareaktor reagiert der wasserstoffelementhaltige Kraftstoff, wie beispielsweise CH4 und Synthesegas, unter Plasma mit N2, um NH3 zu bilden. Die Synthese von Ammoniak unter Verwendung von Plasma basiert auf einer Mikrospaltentladung unter umweltfreundlichen Bedingungen. Es ist wahrscheinlich, dass sowohl NH3 als auch H2 während der Reaktionen erzeugt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Ausbeute an NH3 und H2 durch Einstellung von Reaktionsbedingungen, Plasmaarten und/oder Plasmaeinstellungen eingestellt werden.
  • Plasmaenergiequelle
  • Es können viele Arten an Energiequellen zur Lieferung von Leistung für den Plasmareaktor verwendet werden.
  • In einer speziellen Ausführungsform wird eine Gleichstrom(DC)-Energiequelle, die zur maximalen Spannung von etwa 30 kV, einer Frequenz von etwa 1 Hz bis 250 Hz und einer Impulsweite von etwa 80 ns in der Lage ist, verwendet. Es wird erwartet, dass eine Energiequelle dieser Art eine Hochspannung und dadurch eine gute Leistung zur Reformierung eines wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs, wie beispielsweise Methan und Synthesegas, bereitstellt.
  • In einer anderen speziellen Ausführungsform wird eine DC-Energiequelle, die zu einer maximalen Spannung von etwa 10 kV, einer Frequenz bis zu 2700 Hz und einer Impulsweise, die größer als 200 ns ist, in der Lage ist, verwendet. Es wird erwartet, dass die NOx-Umsetzung mit einer zunehmenden Impulsweite, abnehmenden Frequenz und abnehmenden Spannung abnimmt.
  • In einer weiteren speziellen Ausführungsform wird eine Wechselstrom(AC)-Energiequelle, die zu einer maximalen Spannung (Spitze zu Spitze) von etwa 30 kV in der Lage ist, verwendet. Anders als die Rechteckwellen, die von einer DC-Energiequelle erzeugt werden, erzeugt eine AC-Energiequelle eine Sinuswelle. Es wird erwartet, dass die NOx-Umsetzung mit steigender Frequenz der Sinuswelle und zunehmender Spannung zunimmt.
  • NH3-SCR-Katalysator
  • Es kann eine Reihe unterschiedlicher Katalysatoren, einschließlich metallausgetauschter Zeolith-Katalysatoren und Vanadiumoxid-basierter Katalysatoren, ohne darauf beschränkt zu sein, als die NH3-SCR-Katalysatoren verwendet werden. In einer detaillierten Ausführungsform wird ein kommerzieller Katalysator, der Fe/Cu-ausgetauschte Zeolithe enthält, verwendet.
  • Beispiel
  • In einem Versuchsexperiment wurde ein Versuchsaufbau 200, wie in 2 veranschaulicht, verwendet. Ein kommerzieller Cu-ausgetauschter Zeolith-NH3-SCR-Katalysator wurde in einen Quarzglasreaktor 201 geladen und bei etwa 250–400°C gehalten. Eine Mischung aus CH4 und N2 (CH4-Konzentration von etwa 0,2–1 Volumen-%) wurde durch einen Plasmareaktor (einen Reformator mit abgeschirmter gleitender Entladung) 203 strömen gelassen. CH4 und N2 reagieren in dem Plasmareaktor 203, bevor sie durch den Katalysator in dem Quarzglasreaktor 201 geleitet wurden und auf andere Reaktionsmittel trafen.
  • Ein kompakter gepulster Leistungsmodulator (CPPM) 205 (MPC3000S-OP1, Suematsu) wurde verwendet, um Hochspannungsimpulse mit positiver Polarität zu dem Plasmareaktor zu liefern. Der Plasmareaktor wurde bei einer Temperatur von etwa 250°C gehalten, während die Temperatur des Katalysators-Reaktors auf einen definierten Wert in einem Bereich von etwa 250°C bis etwa 400°C eingestellt wurde. Der Plasmareaktor in diesem Experiment wurde mit einer Spitzenspannung von etwa 27 kV, einer Frequenz von 250 Hz, einer Impulsdauer von 80 ns (volle Weite halber Betrag, FWHM) betrieben. Der den Katalysator durchströmende Gasstrom enthält etwa 300 Teilchen pro Million pro Volumen (ppmv) NO, 9 Volumen-% O2, 7 Volumen-% H2O, die Produkte aus dem Plasmareaktor und Rest N2. Die Raumgeschwindigkeit wurde bei etwa 30000 Stunden–1 gehalten. Der den Katalysator verlassende Gasstrom wurde mit Analysatoren 207 überwacht, zu denen ein MultigasTM FTIR-Analysator (2030 HS, MKS) und ein Chemolumineszenz-NOx-Analysator (600 HCLD, CAI) gehörten. Die NOx-Umsetzungswirkungsgrade wurden aus den Daten berechnet, die 50 Minuten, nachdem die NH3-Dosis in dem System das gewünschte Niveau erreichte, aufgezeichnet wurden. Nach jedem Aktivitätstest wurden die Katalysatoren in 9 Volumen-% O2 bei etwa 550°C für etwa 1 Stunde regeneriert.
  • Der Durchfluss durch den Plasmareaktor betrug etwa 0,8 Standardliter pro Minute (SLPM). Der gesamte Durchfluss in dem System betrug etwa 3,4 SLPM. Die NOx-Konzentration vor dem Katalysator betrug etwa 300 Teile pro Million (ppm). Das CH4:NOx-Verhältnis variierte von 2 bis 6. Wenn CH4:NOx = 2, dann betrug die CH4-Konzentration in dem Plasmareaktor 2·300·(3,4/0,8) = 2550 ppm = 0,255 Volumen-%. Wenn CH4:NOx = 6, dann betrug die CH4-Konzentration in dem Plasmareaktor 6·300·(3,4/0,8) = 7650 ppm = 0,765 Volumen-%. Die NOx-Umsetzung zu N2 kann mit zunehmendem CH4:NOx-Verhältnis abnehmen. Bezugnehmend auf 3 beträgt die NOx-Umsetzung, wenn CH4:NOx = 2, etwa 93%, und wenn CH4:NOx = 4 oder 6, beträgt die NOx-Umsetzung etwa 89%.
  • Die Erfindung kann in anderen speziellen Formen verkörpert sein, ohne von deren Wesen oder wesentlichen Charakteristika abzuweichen. Die vorstehenden Ausführungsformen sollen folglich in jeder Hinsicht als veranschaulichend und nicht als beschränkend für die hierin beschriebene Erfindung angesehen werden. Der Umfang der Ausführungsformen der Erfindung ist somit durch die beigefügten Ansprüche und nicht durch die vorstehende Beschreibung angegeben, und alle Veränderungen, die sich innerhalb des Äquivalenzsinns und -bereichs der Ansprüche erschließen, sollen folglich darin umfasst sein.
  • Es ist ein System zur Verminderung von Stickoxiden (NOx) geschaffen. Das System enthält eine Energieerzeugungsvorrichtung 102 zur Erzeugung von Energie aus einem wasserstoffelementhaltigen Kraftstoff, eine Abgasleitung 108 in Strömungsverbindung mit einem NOx-haltigen Abgasstrom, der von der Energieerzeugungsvorrichtung 102 stammt, einen Plasmareaktor 104 zur Reformierung eines Teils des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs mit Stickstoff, um Ammoniak zu erzeugen, und einen Reaktor 106 zur Verminderung von NOx, der einen Katalysator für Ammoniak selektive katalytische Reduktion (NH3-SCR) enthält, um den Abgasstrom und das Ammoniak zu empfangen und NOx in dem Abgasstrom zu reduzieren, indem das NOx veranlasst wird, mit dem Ammoniak zu reagieren, um Stickstoff zu bilden.

Claims (10)

  1. System zur Verminderung von Stickoxiden (NOx), das aufweist: eine Energieerzeugungsvorrichtung (102) zur Erzeugung von Energie aus einem wasserstoffelementhaltigen Kraftstoff; eine Abgasleitung (108) in Strömungsverbindung mit einem NOx-haltigen Abgasstrom, der von der Energieerzeugungsvorrichtung stammt; einen Plasmareaktor (104) zur Reformierung eines Teils des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs mit Stickstoff, um Ammoniak zu erzeugen; und einen Reaktor (106) zur Verminderung von NOx, der einen Katalysator für Ammoniak selektive katalytische Reduktion (NH3-SCR) zum Empfang des Abgasstroms und des Ammoniaks und zur Reduktion von NOx in dem Abgasstrom durch Bewirkung, dass das NOx mit dem Ammoniak reagiert, um Stickstoff zu bilden, enthält.
  2. System zur Verminderung von NOx nach Anspruch 1, wobei der wasserstoffelementhaltige Kraftstoff ein Synthesegas und/oder Methan aufweist.
  3. System zur Verminderung von NOx nach Anspruch 1 oder 2, das ferner aufweist: eine Kraftstoffzufuhrleitung (114) zur Zuführung eines wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs zu der Energieerzeugungsvorrichtung; und eine Kraftstoffabzweigleitung (112), die von der Kraftstoffzufuhrleitung (114) abgezweigt ist, um einen Teil des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs in den Plasmareaktor umzuleiten.
  4. System zur Verminderung von NOx nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist: eine Abgasabzweigleitung (120), die von der Abgasleitung (108) abgezweigt ist, um einen Teil des Abgases in den Plasmareaktor als eine Quelle für Stickstoff zu liefern.
  5. System zur Verminderung von NOx nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, das ferner aufweist: eine Luftabzweigleitung (116), die von einer Luftzufuhrleitung (118) zur Zuführung von Luft zu der Energieerzeugungsvorrichtung (102) abgezweigt ist, um einen Teil der Luft in den Plasmareaktor (104) als eine Quelle für Stickstoff zu liefern.
  6. Verfahren zur Verminderung von Stickoxiden (NOx), das aufweist: Empfangen eines NOx-haltigen Abgasstroms von einer Energieerzeugungsvorrichtung (102), die Energie aus einem wasserstoffelementhaltigen Kraftstoff erzeugt; Vor-Ort-Erzeugung von Ammoniak durch Reformierung eines Teils des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs mit Stickstoff in einem Plasmareaktor (104) und Veranlassen, dass das NOx mit dem vor Ort erzeugten Ammoniak über einem Katalysator für Ammoniak selektive katalytische Reduktion (NH3-SCR) reagiert, um Stickstoff zu bilden.
  7. Verfahren zur Verminderung von NOx nach Anspruch 6, wobei der wasserstoffelementhaltige Kraftstoff ein Synthesegas und/oder Methan aufweist.
  8. Verfahren zur Verminderung von NOx nach Anspruch 6 oder 7, wobei weniger als etwa 1 Volumen-% des wasserstoffelementhaltigen Kraftstoffs, der zu der Energieerzeugungsvorrichtung (102) geliefert wird, in den Plasmareaktor (104) zur Erzeugung von Ammoniak umgeleitet wird.
  9. Verfahren zur Verminderung von NOx nach einem beliebigen der Ansprüche 6–8, das ferner aufweist: Umleiten eines Teils des Abgases in den Plasmareaktor (104) als eine Quelle für Stickstoff.
  10. Verfahren zur Verminderung von NOx nach einem beliebigen der Ansprüche 6–9, das ferner aufweist: Umleiten eines Teils der Luft, die zu der Energieerzeugungsvorrichtung (102) geliefert wird, in den Plasmareaktor (104) als eine Quelle für Stickstoff.
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