DE102018201802A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem kryogenen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, bei dem der kryogene Kraftstoff unter Zuhilfenahme eines Kraftstoffversorgungssystems (1) einem Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt und im Brennraum verbrannt wird. Erfindungsgemäß werden bei der Verbrennung entstehende Abgase des Verbrennungsmotors einer Nachbehandlung unterzogen, wobei Ammoniak (NH) eingesetzt wird, das an Bord des Fahrzeugs aus kryogenem Kraftstoff erzeugt wird, der dem Kraftstoffversorgungssystem (1) entnommen wird.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a cryogenic fuel, in particular with natural gas, in which the cryogenic fuel with the aid of a fuel supply system (1) is supplied to a combustion chamber of the internal combustion engine and burned in the combustion chamber. According to the invention, exhaust gases of the internal combustion engine produced during combustion are subjected to an aftertreatment using ammonia (NH) which is generated aboard the vehicle from cryogenic fuel taken from the fuel supply system (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem kryogenen Kraftstoff gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a cryogenic fuel according to the preamble of claim 1.

Bei dem kryogenem Kraftstoff kann es sich insbesondere um Erdgas (NG, d. h. „Natural Gas“) handeln.The cryogenic fuel may be, in particular, natural gas (NG, ie "natural gas").

Stand der TechnikState of the art

Die Verbrennung von Erdgas zum Betreiben eines Verbrennungsmotors ist aus dem Stand der Technik bekannt. Bei mobilen Anwendungen wird das Erdgas in flüssiger Form (LNG, d. h. „Liquefied Natural Gas“) an Bord eines Fahrzeugs bevorratet, da flüssiges Erdgas ein deutlich geringes Volumen als gasförmiges Erdgas aufweist. Hierzu wird das Erdgas auf Temperaturen von etwa -160°C heruntergekühlt und in einem speziellen Tank („Kryotank“) bevorratet. Der initiale Druck im Tank wird beim Betanken durch den an der Tankstelle vorhandenen Druck festgelegt. Aufgrund externer Wärmezufuhr kann es jedoch im Tank zu einem teilweisen Verdampfen des flüssigen Erdgases und damit zu einem Druckanstieg kommen. Um einen Überdruck im Druckbehälter zu verhindern, wird üblicherweise ein Teil des gasförmigen Kraftstoffs aus dem Druckbehälter mittels eines Sicherheitsventils abgelassen („Boil-Off“).The combustion of natural gas for operating an internal combustion engine is known from the prior art. In mobile applications, the natural gas stored in liquid form (LNG, ie "liquefied natural gas") is stored on board a vehicle, since liquid natural gas has a significantly lower volume than gaseous natural gas. For this purpose, the natural gas is cooled down to temperatures of about -160 ° C and stored in a special tank ("cryotank"). The initial pressure in the tank during refueling is determined by the pressure available at the filling station. Due to external heat supply, however, it can lead to a partial evaporation of the liquid natural gas in the tank and thus to a pressure increase. In order to prevent overpressure in the pressure vessel, usually a part of the gaseous fuel is discharged from the pressure vessel by means of a safety valve ("Boil-Off").

Darüber hinaus sind Dieselmotoren bekannt, deren Abgase zur Reduzierung der Stickoxidemissionen einer Nachbehandlung in einem SCR-Katalysator unterzogen werden, wobei SCR für selektive katalytische Reduktion (englisch: „selective catalytic reduction“) steht. Hierzu wird dem Abgasstrom ein Reduktionsmittel in Form einer wässrigen Harnstofflösung zugeführt, die sich unter den hohen Temperaturen des Abgases zu Ammoniak und Wasserdampf zersetzt. Ammoniak und Stickoxide reagieren dann im SCR-Katalysator zu unschädlichem Stickstoff und Wasser. Die wässrige Harnstofflösung wird in einem separaten Tank an Bord eines Fahrzeugs mitgeführt. Da die wässrige Harnstofflösung bei Temperaturen unter -11°C gefriert, ist der Tank in der Regel beheizbar ausgeführt.In addition, diesel engines are known whose exhaust gases are subjected to a reduction in the nitrogen oxide emissions of a post-treatment in an SCR catalyst, wherein SCR stands for selective catalytic reduction (English: "Selective Catalytic Reduction"). For this purpose, a reducing agent in the form of an aqueous urea solution is supplied to the exhaust gas stream, which decomposes under the high temperatures of the exhaust gas to ammonia and water vapor. Ammonia and nitrogen oxides then react in the SCR catalyst to form harmless nitrogen and water. The aqueous urea solution is carried in a separate tank aboard a vehicle. Since the aqueous urea solution freezes at temperatures below -11 ° C, the tank is usually designed to be heated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem kryogenen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, anzugeben, das besonders wirtschaftlich bzw. effizient und zugleich wenig belastend für die Umwelt ist.The invention is based on the object of specifying a method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a cryogenic fuel, in particular natural gas, which is particularly economical or efficient and at the same time less burdensome for the environment.

Zur Lösung der Aufgabe wird das Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.To solve the problem, the method with the features of claim 1 is proposed. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem kryogenen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, wird der kryogene Kraftstoff unter Zuhilfenahme eines Kraftstoffversorgungssystems einem Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt und im Brennraum verbrannt. Erfindungsgemäß werden bei der Verbrennung entstehende Abgase des Verbrennungsmotors einer Nachbehandlung unterzogen, wobei Ammoniak (NH3) eingesetzt wird, das an Bord des Fahrzeugs aus kryogenem Kraftstoff erzeugt wird, der dem Kraftstoffversorgungssystem entnommen wird.In the proposed method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a cryogenic fuel, in particular with natural gas, the cryogenic fuel is supplied with the aid of a fuel supply system to a combustion chamber of the internal combustion engine and burned in the combustion chamber. According to the invention, exhaust gases of the internal combustion engine produced during combustion are subjected to a post-treatment using ammonia (NH 3 ) which is generated on board the vehicle from cryogenic fuel which is taken from the fuel supply system.

Das heißt, dass eine bestimmte Menge des kryogenen Kraftstoffs nicht der Verbrennung zugeführt, sondern zur Erzeugung von Ammoniak genutzt wird. Das derart erzeugte Ammoniak kann dann als Reduktionsmittel bei der Nachbehandlung der bei der Verbrennung entstehenden Abgase des Verbrennungsmotors eingesetzt werden, beispielsweise in einem SCR-Katalysator. Das an Bord erzeugte Ammoniak vermag dann die üblicherweise als Reduktionsmittel eingesetzte wässrige Harnstofflösung zu ersetzen, so dass Bevorratungs- und/oder Dosiersysteme für die wässrige Harnstofflösung entfallen. Damit entfällt auch das lästige Nachtanken der wässrigen Harnstofflösung. Da der kryogene Kraftstoff, insbesondere Erdgas, zudem günstiger als die wässrige Harnstofflösung ist, können ferner Kosten eingespart werden.That is, a certain amount of the cryogenic fuel is not supplied to the combustion, but used for the production of ammonia. The ammonia thus produced can then be used as a reducing agent in the aftertreatment of the exhaust gases of the internal combustion engine produced during combustion, for example in an SCR catalytic converter. The ammonia generated on board can then replace the aqueous urea solution usually used as a reducing agent, so that storage and / or metering systems for the aqueous urea solution omitted. This eliminates the annoying refueling of the aqueous urea solution. Further, since the cryogenic fuel, especially natural gas, is cheaper than the aqueous urea solution, cost can be saved.

Großindustriell wird Ammoniak (NH3) katalytisch aus Methan (CH4), Wasser (H2O) und Stickstoff (N2) hergestellt, insbesondere nach dem „Haber-Bosch-Verfahren“. Dieses Verfahren beschreibt die Synthese von Ammoniak aus atmosphärischem Stickstoff und Wasser an einem eisenhaltigen Katalysator bei Drücken von etwa 150 bis 350 bar und Temperaturen von etwa 400 bis 500°C.In the industrial sector, ammonia (NH 3 ) is produced catalytically from methane (CH 4 ), water (H 2 O) and nitrogen (N 2 ), in particular according to the Haber-Bosch process. This process describes the synthesis of ammonia from atmospheric nitrogen and water over a ferric catalyst at pressures of about 150 to 350 bar and temperatures of about 400 to 500 ° C.

Das erfindungsgemäße Verfahren macht sich zunutze, dass beispielsweise Erdgas überwiegend aus Methan besteht. An Bord eines Fahrzeugs mitgeführtes Erdgas kann demnach nicht nur als Kraftstoff, sondern ferner als Methanlieferant zur Synthese von Ammoniak eingesetzt werden. Das Verfahren ist dadurch besonders wirtschaftlich.The method according to the invention makes use of the fact that, for example, natural gas predominantly consists of methane. Natural gas carried on board a vehicle can therefore be used not only as a fuel, but also as a methane supplier for the synthesis of ammonia. The process is thus particularly economical.

Darüber hinaus ist das vorgeschlagene Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem kryogenen Kraftstoff besonders umweltfreundlich, da durch die vorgesehene Abgasnachbehandlung Schadstoffemissionen, insbesondere Stickoxidemissionen, reduziert werden. Dies gilt im Besonderen, wenn das an Bord des Fahrzeugs erzeugte Ammoniak als Reduktionsmittel bei der selektiven katalytischen Reduktion eingesetzt wird, bei welcher Stickoxide in Stickstoff und Wasser umgewandelt werden.In addition, the proposed method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a cryogenic fuel is particularly environmentally friendly, since pollutant emissions, in particular nitrogen oxide emissions, are reduced by the exhaust gas aftertreatment provided. This is especially true when the ammonia generated on board the vehicle is used as a reductant in selective catalytic reduction which converts nitrogen oxides into nitrogen and water.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, dass an Bord des Fahrzeugs erzeugtes Ammoniak zur Stickoxidreduzierung im Abgas stromaufwärts eines SCR-Katalysators in einen Abgastrakt des Verbrennungsmotors eingebracht wird. Auf diese Weise kann der Abgasstrom zum Einbringen des Ammoniaks in den SCR-Katalysator genutzt werden.According to a preferred embodiment of the invention it is proposed that ammonia generated on board the vehicle for nitrogen oxide reduction in the exhaust gas upstream of an SCR catalyst is introduced into an exhaust tract of the internal combustion engine. In this way, the exhaust gas flow can be used for introducing the ammonia into the SCR catalytic converter.

Vorzugsweise wird an Bord des Fahrzeugs eine bedarfsgerechte Menge an Ammoniak erzeugt, so dass die Zugabe eines weiteren Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, entbehrlich ist. Somit können die Wirtschaftlichkeit und die Umweltfreundlichkeit des Verfahrens weiter maximiert werden.Preferably, a needs-based amount of ammonia is generated on board the vehicle, so that the addition of a further reducing agent, in particular an aqueous urea solution, is dispensable. Thus, the economy and the environmental friendliness of the process can be further maximized.

Vorteilhafterweise wird zur Erzeugung von Ammoniak an Bord des Fahrzeugs zunächst Wassersoff (H) erzeugt und dieser unter Zugabe von Druck und/oder Wärme in einem Reaktor zu Ammoniak (NH3) katalysiert wird. Der Reaktor ist vorzugsweise dem SCR-Katalysator vorgeschaltet, damit das im Reaktor erzeugte Ammoniak in den SCR-Katalysator gelangt und dort seine Funktion als Reduktionsmittel erfüllen kann.Advantageously, for the production of ammonia on board the vehicle first Wasseroff (H) is generated and this is catalysed with the addition of pressure and / or heat in a reactor to ammonia (NH 3 ). The reactor is preferably upstream of the SCR catalyst so that the ammonia generated in the reactor passes into the SCR catalyst and can fulfill its function there as a reducing agent.

Gemäß einem ersten bevorzugten Verfahren wird zur Erzeugung von Wasserstoff im Kraftstoff enthaltenes Methan (CH4) mittels Dampfreformierung zu Wasserstoff (H2) umgesetzt.According to a first preferred method, methane (CH 4 ) contained in the fuel is converted to hydrogen (H 2 ) by steam reforming to produce hydrogen in the fuel.

Gemäß einem alternativen bevorzugten Verfahren wird zur Erzeugung von Wasserstoff eine Brennstoffzelle, insbesondere eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC, englisch: „solid oxide fuel cell“) mit interner Methanreformierung verwendet. Hierbei kann eine bedarfsgerechte Wasserstoffproduktion für die Zuführung zur Ammoniaksynthese über die Betriebsparameter der Brennstoffzelle eingestellt werden.According to an alternative preferred method, a fuel cell, in particular a solid oxide fuel cell (SOFC) with internal methane reforming, is used to generate hydrogen. Here, a demand-based hydrogen production for the supply of ammonia synthesis via the operating parameters of the fuel cell can be adjusted.

Beide alternativ vorgeschlagenen Verfahren zur Wasserstofferzeugung sind an Bord eines Fahrzeugs in der Weise durchführbar, dass die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nicht beeinträchtigt wird.Both alternative proposed methods for hydrogen production are feasible on board a vehicle in such a way that the economic efficiency of the process is not impaired.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass der Kraftstoff zur Erzeugung von Ammoniak einem Tank des Kraftstoffversorgungssystems entnommen wird, in dem der kryogene Kraftstoff bevorratet wird. Auf diese Weise kann zugleich der Tankdruck gesenkt werden, so dass ein Überdruck im Tank vermieden wird. Zudem muss überschüssiger Kraftstoff nicht mehr in die Umwelt abgelassen werden, so dass die Umwelt weniger belastet wird. Darüber hinaus sinkt der Kraftstoffverbrauch. Im Ergebnis kann somit die Effizienz des Verfahrens weiter gesteigert werden.In a further development of the invention it is proposed that the fuel for the production of ammonia is taken from a tank of the fuel supply system, in which the cryogenic fuel is stored. In this way, the tank pressure can be lowered at the same time, so that an overpressure in the tank is avoided. In addition, excess fuel does not have to be discharged into the environment, so that the environment is less burdened. In addition, the fuel consumption drops. As a result, the efficiency of the method can be further increased.

Vorteilhafterweise wird der Kraftstoff zur Erzeugung von Ammoniak mittels eines Ventils aus dem Tank entnommen. Das Ventil ermöglicht die Entnahme einer definierten Kraftstoffmenge. Ferner kann das Ventil zur Regelung des Tankdrucks eingesetzt werden. Vorzugsweise ist das Ventil oberhalb eines im Tank vorhandenen Flüssigkeitsspiegels angeordnet, so dass der Kraftstoff aus einem Bereich des Tanks entnommen wird, in dem der Kraftstoff als Gasphase vorliegt. Auf diese Weise kann der Tank zugleich bestmöglich gekühlt werden.Advantageously, the fuel for the production of ammonia is removed by means of a valve from the tank. The valve allows the removal of a defined amount of fuel. Furthermore, the valve can be used to control the tank pressure. Preferably, the valve is arranged above a liquid level present in the tank, so that the fuel is removed from a region of the tank in which the fuel is present as a gas phase. In this way, the tank can be cooled as well as possible.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
  • 2 eine schematische Darstellung des Ablaufs der Ammoniakerzeugung nach dem Haber-Bosch-Verfahren und
  • 3 eine schematische Darstellung des Ablaufs der Ammoniakerzeugung mit Hilfe einer Festoxidbrennstoffzelle mit integrierter Methanreformierung.
The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. These show:
  • 1 a schematic representation of an apparatus for performing the method according to the invention,
  • 2 a schematic representation of the process of ammonia production according to the Haber-Bosch method and
  • 3 a schematic representation of the course of Ammoniakerzeugung using a solid oxide fuel cell with integrated methane reforming.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

Die in der 1 dargestellte Vorrichtung umfasst ein Kraftstoffversorgungssystem 1 mit einem Tank 6 für einen kryogenen Kraftstoff, wobei es sich vorliegend um flüssiges Erdgas (LNG) handelt. Mittels des Kraftstoffversorgungssystems 1 wird ein Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs mit Erdgas versorgt. Das Erdgas wird hierzu dem Tank 6 entnommen, mit Hochdruck beaufschlagt und einem Rail (nicht dargestellt) zugeführt, an das mindestens ein Injektor (nicht dargestellt) zur Direkteinblasung des Erdgases in einen Brennraum des Verbrennungsmotors angeschlossen ist. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden über einen Abgastrakt 3 abgeführt.The in the 1 The device shown comprises a fuel supply system 1 with a tank 6 for a cryogenic fuel, which in the present case is liquid natural gas (LNG). By means of the fuel supply system 1 an internal combustion engine (not shown) of a vehicle is supplied with natural gas. The natural gas is the tank 6 taken, subjected to high pressure and a rail (not shown) supplied to the at least one injector (not shown) is connected to the direct injection of natural gas in a combustion chamber of the internal combustion engine. The resulting during combustion exhaust gases are via an exhaust tract 3 dissipated.

Im Abgastrakt 3 ist vorliegend ein SCR-Katalysator 2 zur Nachbehandlung der Abgase, insbesondere zur Reduzierung der im Abgas enthaltenen Stickoxide, angeordnet. Hierbei wird Ammoniak als Reduktionsmittel eingesetzt, das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren an Bord des Fahrzeugs erzeugt wird, und zwar aus Erdgas bzw. Methan (CH4), das dem Tank 6 entnommen wird. Zur Entnahme ist am Tank 6 ein Ventil 7 vorgesehen, das oberhalb eines Flüssigkeitsspiegels 8 bzw. einer Flüssigphase 9 angeordnet ist, so dass Erdgas bzw. Methan aus einer im Tank 6 vorhandenen Gasphase 10 entnommen wird. Dies hat zur Folge, dass der Druck und die Temperatur im Tank 6 fallen. Der Tank 6 kann somit bestmöglich gekühlt werden. Ferner wird ein Überdruck im Tank 6 vermieden, und zwar ohne, dass Erdgas bzw. Methan in die Umwelt abgelassen werden muss. Die Umwelt wird somit weniger belastet.In the exhaust tract 3 is in this case an SCR catalyst 2 for the aftertreatment of the exhaust gases, in particular for reducing the nitrogen oxides contained in the exhaust gas. Here, ammonia is used as a reducing agent, which is generated according to the inventive method on board the vehicle, namely natural gas or methane (CH 4 ), the tank 6 is removed. For removal is on the tank 6 a valve 7 provided, that above a liquid level 8th or a liquid phase 9 is arranged so that natural gas or methane from a tank 6 existing gas phase 10 is removed. As a result, the pressure and the temperature in the tank 6 fall. The Tank 6 can thus be cooled as best as possible. Furthermore, an overpressure in the tank 6 without having to discharge natural gas or methane into the environment. The environment is therefore less burdened.

Aus dem Erdgas bzw. Methan (CH4), das dem Tank 6 entnommen wird, wird entweder nach dem Haber-Bosch-Verfahren A oder nach einem alternativen Verfahren B, bei dem eine Brennstoffzelle 5 zum Einsatz gelangt, Ammoniak (NH3) erzeugt. Die alternativ einsetzbaren Verfahren A, B werden weiter unten anhand der 2 und 3 näher erläutert. Die zur Durchführung der Verfahren notwendigen Komponenten sind in der 1 jeweils schematisch als einfaches Kästchen dargestellt. Die Pfeile sollen verdeutlichen, dass die Verfahren alternativ einsetzbar sind.From the natural gas or methane (CH 4 ), the tank 6 is taken either by the Haber-Bosch method A or by an alternative method B, in which a fuel cell 5 used, ammonia (NH 3 ) generated. The alternatively applicable methods A, B are described below with reference to 2 and 3 explained in more detail. The necessary components for carrying out the method are in the 1 each shown schematically as a simple box. The arrows should clarify that the methods can be used alternatively.

Der 2 ist beispielhaft der Ablauf der Ammoniakerzeugung nach dem Haber-Bosch-Verfahren (Verfahren A) zu entnehmen. Hier wird mittels Dampfreformierung in einem eisenhaltigen Katalysator 11 zunächst Wasserstoff (H2) erzeugt. Hierzu werden dem Katalysator 11 dem Tank 6 entnommenes Methan (CH4) sowie Wasser (H2O) zugeführt. Bei dem Wasser kann es sich beispielsweise um im Abgas enthaltenes Wasser handeln. Ferner wird Wärme 12 zugeführt. Die Dampfreformierung im Katalysator 11 wird bei etwa 450°C und einem Druck von etwa 30 bar(a) durchgeführt. In einem nachgeschalteten Reaktor 4 wird dann der Wasserstoff (H2) bei einer Temperatur von etwa 450°C und einem Druck von etwa 250-300 bar(a) zu Ammoniak katalysiert. Im Reaktor 4 findet demnach die eigentliche Ammoniaksynthese statt. Der Reaktor 4 kann beispielsweise als nickel- und aluminiumhaltiger Katalysator ausgebildet sind, dem vorzugsweise von außen Strom 13 zugeführt wird. Während der Ammoniaksynthese im Reaktor 4 wird Wärme 12 frei.The 2 the process of ammonia production according to the Haber-Bosch process (process A) can be seen by way of example. Here is by steam reforming in an iron-containing catalyst 11 initially generates hydrogen (H 2 ). For this purpose, the catalyst 11 the tank 6 withdrawn methane (CH 4 ) and water (H 2 O) supplied. The water may be, for example, water contained in the exhaust gas. There is also heat 12 fed. The steam reforming in the catalyst 11 is carried out at about 450 ° C and a pressure of about 30 bar (a). In a downstream reactor 4 Then, the hydrogen (H 2 ) at a temperature of about 450 ° C and a pressure of about 250-300 bar (a) catalyzed to ammonia. In the reactor 4 Accordingly, the actual ammonia synthesis takes place. The reactor 4 may be formed, for example, as a nickel- and aluminum-containing catalyst, preferably from the outside stream 13 is supplied. During ammonia synthesis in the reactor 4 will heat 12 free.

In der 3 ist ein alternatives Verfahren (Verfahren B) zur Ammoniakerzeugung dargestellt, das sich vorrangig durch ein alternatives Verfahren zur Wasserstofferzeugung von dem zuvor beschriebenen Verfahren gemäß der 2 unterscheidet. Anstelle des Katalysators 11 ist eine Brennstoffzelle 5 vorgesehen, wobei es sich vorzugsweise um eine Festoxidbrennstoffzelle mit interner Methanreformierung handelt. Da die Brennstoffzelle 5 nicht allen zugeführten Wasserstoff in elektrische Energie umsetzt, kann ein Teil des Wasserstoffs als Ausgangsstoff für die nachfolgende Ammoniaksynthese im nachgeschalteten Reaktor 4 genutzt werden. Die Menge an in der Brennstoffzelle umgesetztem Wasserstoff ist abhängig von deren Betriebsparametern. Die Betriebsparameter können zur bedarfsgerechten Wasserstoffproduktion für die Zuführung zur Ammoniaksynthese eingestellt werden.In the 3 an alternative process (process B) for the production of ammonia is described, which is primarily obtained by an alternative process for the production of hydrogen from the previously described process according to the 2 different. Instead of the catalyst 11 is a fuel cell 5 provided, which is preferably a solid oxide fuel cell with internal methane reforming. Because the fuel cell 5 does not convert all supplied hydrogen into electrical energy, a part of the hydrogen as a starting material for the subsequent ammonia synthesis in the downstream reactor 4 be used. The amount of hydrogen converted in the fuel cell depends on its operating parameters. The operating parameters can be adjusted for demand-based hydrogen production for the feed to the ammonia synthesis.

Wie der 3 zu entnehmen ist, wird der Brennstoffzelle 5 Methan (CH4) sowie Luft 14 und Wärme 12 zugeführt. Die Methanreformierung in der Brennstoffzelle 5 erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 600 und 800°C sowie bei einem Druck von etwa 1-10 bar(a). Bei dem nachgeschalteten Reaktor 4 zur Ammoniaksynthese kann es sich beispielsweise um einen nickel- und aluminiumhaltigen Katalysator handeln, dem von außen Strom 13 zugeführt wird. Die Ammoniaksynthese wird vorzugsweise bei einer Temperatur von etwa 450°C und einem Druck von etwa 250-300 bar(a) durchgeführt, wobei Wärme 12 freigesetzt wird.Again 3 it can be seen, the fuel cell 5 Methane (CH4) as well as air 14 and heat 12 fed. The methane reforming in the fuel cell 5 is preferably carried out at a temperature between 600 and 800 ° C and at a pressure of about 1-10 bar (a). In the downstream reactor 4 For ammonia synthesis may be, for example, a nickel and aluminum-containing catalyst from the outside stream 13 is supplied. The ammonia synthesis is preferably carried out at a temperature of about 450 ° C and a pressure of about 250-300 bar (a), wherein heat 12 is released.

Das nach dem Verfahren A oder B erzeugte Ammoniak kann anschließend stromaufwärts des SCR-Katalysators 2 in den Abgastrakt 3 des Verbrennungsmotors eindosiert und anstelle einer wässrigen Harnstofflösung als Reduktionsmittel genutzt werden.That after the procedure A or B produced ammonia can then upstream of the SCR catalyst 2 in the exhaust tract 3 metered the internal combustion engine and used instead of an aqueous urea solution as a reducing agent.

Claims (9)

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs mit einem kryogenen Kraftstoff, insbesondere mit Erdgas, bei dem der kryogene Kraftstoff unter Zuhilfenahme eines Kraftstoffversorgungssystems (1) einem Brennraum des Verbrennungsmotors zugeführt und im Brennraum verbrannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Verbrennung entstehende Abgase des Verbrennungsmotors einer Nachbehandlung unterzogen werden, wobei Ammoniak (NH3) eingesetzt wird, das an Bord des Fahrzeugs aus kryogenem Kraftstoff erzeugt wird, der dem Kraftstoffversorgungssystem (1) entnommen wird.Method for operating an internal combustion engine of a vehicle with a cryogenic fuel, in particular with natural gas, in which the cryogenic fuel with the aid of a fuel supply system (1) is supplied to a combustion chamber of the internal combustion engine and burned in the combustion chamber, characterized in that the exhaust gases of the internal combustion engine produced during combustion aftertreatment using ammonia (NH 3 ) generated aboard the vehicle from cryogenic fuel taken from the fuel supply system (1). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das an Bord des Fahrzeugs erzeugte Ammoniak (NH3) zur Stickoxidreduzierung im Abgas, vorzugsweise stromaufwärts eines SCR-Katalysators (2), in einen Abgastrakt (3) des Verbrennungsmotors eingebracht wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the generated on board the vehicle ammonia (NH 3 ) for nitrogen oxide reduction in the exhaust gas, preferably upstream of an SCR catalyst (2), is introduced into an exhaust tract (3) of the internal combustion engine. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an Bord des Fahrzeugs eine bedarfsgerechte Menge an Ammoniak (NH3) erzeugt wird, so dass die Zugabe eines weiteren Reduktionsmittels, insbesondere einer wässrigen Harnstofflösung, entbehrlich ist.Method according to Claim 1 or 2 , characterized in that an on-demand amount of ammonia (NH 3 ) is generated on board the vehicle, so that the addition of a further reducing agent, in particular an aqueous urea solution, is dispensable. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Ammoniak (NH3) an Bord des Fahrzeugs zunächst Wassersoff (H) erzeugt wird und dieser unter Zugabe von Druck und/oder Wärme in einem Reaktor (4), der vorzugsweise dem SCR-Katalysator (2) vorgeschaltet ist, zu Ammoniak (NH3) katalysiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for the production of ammonia (NH 3 ) on board the vehicle first Wassersoff (H) is generated and this with the addition of pressure and / or heat in a reactor (4), preferably the SCR catalyst (2) upstream, is catalyzed to ammonia (NH 3 ). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) im Kraftstoff enthaltenes Methan (CH4) mittels Dampfreformierung zu Wasserstoff (H2) umgesetzt wird. Method according to Claim 4 , characterized in that for generating hydrogen (H 2 ) in the fuel contained methane (CH 4 ) is converted by steam reforming to hydrogen (H 2 ). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung von Wasserstoff (H2) eine Brennstoffzelle (5), insbesondere eine Festoxidbrennstoffzelle, mit interner Methanreformierung verwendet wird. (englisch: „solid oxide fuel cell“, „SOFC“)Method according to Claim 4 , characterized in that for the production of hydrogen (H 2 ) a fuel cell (5), in particular a solid oxide fuel cell, with internal methane reforming is used. (English: "solid oxide fuel cell", "SOFC") Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine bedarfsgerechte Wasserstoffproduktion für die Zuführung zur Ammoniaksynthese über die Betriebsparameter der Brennstoffzelle (5) eingestellt wird.Method according to Claim 6 , characterized in that an on-demand hydrogen production for the supply of ammonia synthesis via the operating parameters of the fuel cell (5) is set. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff zur Erzeugung von Ammoniak (NH3) einem Tank (6) des Kraftstoffversorgungssystems (1) entnommen wird, in dem der kryogene Kraftstoff bevorratet wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel for the production of ammonia (NH 3 ) is taken from a tank (6) of the fuel supply system (1), in which the cryogenic fuel is stored. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff zur Erzeugung von Ammoniak (NH3) mittels eines Ventils (7) aus dem Tank (6) entnommen wird, wobei vorzugsweise das Ventil (7) oberhalb eines im Tank (6) vorhandenen Flüssigkeitsspiegels (8) angeordnet ist.Method according to Claim 8 , characterized in that the fuel for the production of ammonia (NH 3 ) by means of a valve (7) is removed from the tank (6), wherein preferably the valve (7) above a liquid in the tank (6) existing liquid level (8) is.
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