DE102019129452A1 - Process for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer einen gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine (1), nämlich eines Gasmotors oder eines im Gaskraftstoffbetriebsmodus betriebenen Dual-Fuel-Motors. Das Abgas wird über einen CH4-Oxidationskatalysator (7) und über einen SCR-Reduktionskatalysator (8) geführt. Als Reduktionsmittel für den SCR-Reduktionskatalysator (8) wird NH3oder eine NH3-Vorlaufersubstanz stromaufwärts des CH4-Oxidationskatalysators (7) in das Abgas eingebracht.Method for aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine (1) which burns a gaseous fuel, namely a gas engine or a dual-fuel engine operated in the gas-fuel operating mode. The exhaust gas is routed over a CH4 oxidation catalytic converter (7) and an SCR reduction catalytic converter (8). As a reducing agent for the SCR reduction catalytic converter (8), NH3 or an NH3 precursor substance is introduced into the exhaust gas upstream of the CH4 oxidation catalytic converter (7).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer einen gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine, nämlich eines Gasmotors oder eines im Gaskraftstoffbetriebsmodus betriebenen Dual-Fuel-Motors. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Brennkraftmaschine, nämlich einen Gasmotor oder Dual-Fuel-Motor.The invention relates to a method for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine that burns a gaseous fuel, namely a gas engine or a dual-fuel engine operated in the gas-fuel operating mode. The invention also relates to an internal combustion engine, namely a gas engine or dual-fuel engine.

In Gasmotoren sowie in Dual-Fuel-Motoren im Gaskraftstoffbetriebsmodus wird ein gasförmiger Kraftstoff, wie zum Beispiel Erdgas, verbrannt. Bei derartigen Brennkraftmaschinen, die einen gasförmigen Kraftstoff verbrennen, kann es aufgrund einer unvollständigen Verbrennung des gasförmigen Kraftstoffs zu unerwünschten Emissionen von CH4 (Methan) kommen. Da Methan ein starkes Treibhausgas darstellt, sind bei Brennkraftmaschinen, die einen gasförmigen Kraftstoff verbrennen, die CH4-Emissionen in die Umgebung so gering wie möglich zu halten.In gas engines as well as in dual-fuel engines in the gas fuel operating mode, a gaseous fuel, such as natural gas, is burned. In such internal combustion engines that burn a gaseous fuel, incomplete combustion of the gaseous fuel can lead to undesirable emissions of CH 4 (methane). Since methane is a strong greenhouse gas, the CH 4 emissions into the environment must be kept as low as possible in internal combustion engines that burn a gaseous fuel.

Aus der Praxis ist es bereits bekannt, das Abgas, welches die Zylinder einer einen gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine verlässt, über einen CH4-Oxidationskatalysator zu führen, um im CH4-Oxidationskatalysator das CH4 zu ersetzen. Dabei kommen bei aus der Praxis bekannten Brennkraftmaschinen im CH4-Oxidationskatalysator zur CH4-Oxidation und demnach als katalytisch aktive Verbindungen mit Metallen der Platinmetallgruppe, insbesondere mit Platin und/oder mit Palladium, zum Einsatz. Dabei beträgt bei aus der Praxis bekannten Brennkraftmaschinen die Beladung des CH4-Oxidationskatalysators mit einem Metall der Platinmetallgruppe typischerweise mehr als 7 Gramm Platin und/oder Palladium pro Liter Volumen des CH4-Oxidationskatalysators.It is already known from practice to pass the exhaust gas which leaves the cylinders of an internal combustion engine that burns a gaseous fuel over a CH 4 oxidation catalyst in order to replace the CH 4 in the CH 4 oxidation catalyst. In internal combustion engines known from practice, the CH 4 oxidation catalyst is used for CH 4 oxidation and accordingly as catalytically active compounds with metals of the platinum group, in particular with platinum and / or with palladium. In internal combustion engines known from practice, the loading of the CH 4 oxidation catalyst with a metal of the platinum metal group is typically more than 7 grams of platinum and / or palladium per liter of volume of the CH 4 oxidation catalyst.

Hierdurch werden hohe Kosten verursacht. Ferner ist die Betriebszeit solcher aus der Praxis bekannter CH4-Oxidationskatalysatoren relativ gering, da Schwefeloxide, die in den Bereich des CH4-Oxidationskatalysators gelangen können, die katalytisch aktiven Verbindungen der Platinmetallgruppe deaktivieren können. Daher ist bei aus der Praxis bekannten Brennkraftmaschinen die Möglichkeit zur Reduktion der CH4-Immissionen beschränkt.This causes high costs. Furthermore, the operating time of such CH 4 oxidation catalysts known from practice is relatively short, since sulfur oxides which can get into the area of the CH 4 oxidation catalyst can deactivate the catalytically active compounds of the platinum metal group. Therefore, in internal combustion engines known from practice, the possibility of reducing the CH 4 emissions is limited.

Aus der DE 10 2015 001 495 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, in welcher ein gasförmiger Kraftstoff verbrannt wird. Abgas wird über einen CH4-Oxidationskatalysator geführt. Der CH4-Oxidationskatalysator weist zur CH4-Oxidation als Aktivkomponenten vorzugsweise Cer und/oder Cobalt und/oder Kupfer und/oder Eisen auf, die vorzugsweise in eine Zeolithmatrix der Strukturen MOR, FER, PER, NFI, LTL, LAU, CHI oder CHA eingebunden sind.From the DE 10 2015 001 495 A1 a method for operating an internal combustion engine is known in which a gaseous fuel is burned. Exhaust gas is passed over a CH 4 oxidation catalyst. The CH 4 oxidation catalyst has for CH 4 oxidation as active components preferably cerium and / or cobalt and / or copper and / or iron, which are preferably in a zeolite matrix of the structures MOR, FER, PER, NFI, LTL, LAU, CHI or CHA are involved.

Aus der DE 10 2015 001 495 A1 ist es weiterhin bekannt, dass stromabwärts des CH4-Oxidationskatalysators ein SCR-Reduktionskatalysator angeordnet ist, sodass Abgas über einen CH4-Oxidationskatalysator und über einen SCR-Reduktionskatalysator geführt wird. Ein Reduktionsmittel für den SCR-Reduktionskatalysator, nämlich NH3 oder eine NH3-Vorlaufersubstanz, wird stromabwärts des CH4-Oxidationskatalysators und stromaufwärts des SCR-Reduktionskatalysator in das Abgas eingebracht.From the DE 10 2015 001 495 A1 it is also known that an SCR reduction catalyst is arranged downstream of the CH 4 oxidation catalyst, so that exhaust gas is passed over a CH 4 oxidation catalyst and over an SCR reduction catalyst. A reducing agent for the SCR reduction catalyst, namely NH 3 or an NH 3 precursor substance, is introduced into the exhaust gas downstream of the CH 4 oxidation catalyst and upstream of the SCR reduction catalyst.

Um die NH3-Vorlaufersubstanz in ausreichend Umfang in NH3 zu zersetzen und/oder das Reduktionsmittel ausreichend fein und gleichmäßig im Abgas zu zerstäuben bzw. zu verteilen, ist nach der DE 10 2015 001 495 A1 ein relativ großer Abstand zwischen dem CH4-Oxidationskatalysators und dem SCR-Reduktionskatalysator erforderlich. Dies führt zu erheblichen Bauraumnachteilen. In order to sufficiently decompose the NH 3 precursor substance into NH 3 and / or to atomize or distribute the reducing agent sufficiently finely and evenly in the exhaust gas, according to the DE 10 2015 001 495 A1 a relatively large distance between the CH 4 oxidation catalyst and the SCR reduction catalyst is required. This leads to considerable disadvantages in terms of installation space.

Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer einen gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine und eine entsprechende Brennkraftmaschine zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Das Abgas wird über einen CH4-Oxidationskatalysator und über einen SCR-Reduktionskatalysator geführt.Proceeding from this, the invention is based on the object of creating a novel method for aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine that burns a gaseous fuel and a corresponding internal combustion engine. This object is achieved by a method according to claim 1. The exhaust gas is passed over a CH 4 oxidation catalytic converter and an SCR reduction catalytic converter.

Die Oxidation von CH4 läuft dabei über NO2 ab CH4 + 2NO2 → CO2 + 2H2O (Gleichung 1) The oxidation of CH 4 takes place via NO 2 CH 4 + 2NO 2 → CO 2 + 2H 2 O (Equation 1)

Als Reduktionsmittel für den SCR-Reduktionskatalysator wird NH3 oder eine NH3-Vorlaufersubstanz stromaufwärts des CH4-Oxidationskatalysators in das Abgas eingebracht. Die Reduktion der Stickoxide am SCR- Katalysator erfolgt nach folgenden Gleichungen 2NO + 2NH3+ 0,5O2 → N2 + 3H2O (Gleichung 2) NO + NO2 + 2NH3 → N2 + H2O (Gleichung 3) As a reducing agent for the SCR reduction catalyst, NH 3 or an NH 3 precursor substance is introduced into the exhaust gas upstream of the CH 4 oxidation catalyst. The reduction of nitrogen oxides on the SCR catalytic converter takes place according to the following equations 2NO + 2NH3 + 0.5O 2 → N 2 + 3H 2 O (Equation 2) NO + NO 2 + 2NH 3 → N 2 + H 2 O (equation 3)

Mit der Erfindung wird also vorgeschlagen, bei einer Abgasnachbehandlung des Abgases einer einen gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine, deren Abgas sowohl über einen CH4-Oxidationskatalysator als auch über einen SCR-Reduktionskatalysator geführt wird, das NH3 oder die NH3-Verläufersubstanz nicht stromabwärts des CH4-Oxidationskatalysators, sondern vielmehr stromaufwärts des CH4-Oxidationskatalysators in das Abgas einzubringen. Dadurch kann auf eine lange Mischstrecke zwischen dem CH4-Oxidationskatalysator und dem SCR-Reduktionskatalysator verzichtet werden. Hierdurch können Bauraumvorteile realisiert werden. Ein das Verfahren ausführendes Abgasnachbehandlungssystem kann deutlich kompakter ausgeführt werden.The invention therefore proposes that, during exhaust gas aftertreatment of the exhaust gas from an internal combustion engine which burns a gaseous fuel and whose exhaust gas is passed both over a CH 4 oxidation catalyst and an SCR reduction catalyst, the NH 3 or the NH 3 precursor substance not downstream of the CH 4 oxidation catalyst, but rather to be introduced into the exhaust gas upstream of the CH 4 oxidation catalyst. This means that there is no need for a long mixing section between the CH 4 oxidation catalyst and the SCR reduction catalyst. This allows installation space advantages to be realized. One executing the procedure The exhaust aftertreatment system can be made much more compact.

Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Abgas zuerst über den CH4-Oxidationskatalysator und anschließend über einen separaten SCR-Reduktionskatalysator geführt, wobei das NH3 oder die NH3-Vorlaufersubstanz stromaufwärts des CH4-Oxidationskatalysators in das Abgas eingebracht wird. Nach dieser ersten Weiterbildung sind der CH4-Oxidationskatalysator und der SCR-Reduktionskatalysator als separate, getrennte Katalysatoren ausgeführt. In diesem Fall ist dann der CH4-Oxidationskatalysator bevorzugt stromaufwärts des SCR-Reduktionskatalysators angeordnet, wobei der CH4-Oxidationskatalysator eine vernachlässigbare NH3-Oxidationsaktivität durch Sauerstoff aufweist. Insbesondere ist vorgesehen, dass der CH4- Oxidationskatalysator kein Element der Platinmetallgruppe enthält, um die Oxidation des NH3 mit Hilfe von O2 zu N2, NO, NO2 oder N2O zu vermeiden.According to a first advantageous development of the invention, the exhaust gas is first passed over the CH 4 oxidation catalyst and then over a separate SCR reduction catalyst, the NH 3 or the NH 3 precursor substance being introduced into the exhaust gas upstream of the CH 4 oxidation catalyst. According to this first development, the CH 4 oxidation catalyst and the SCR reduction catalyst are designed as separate, separate catalysts. In this case, the CH 4 oxidation catalyst is then preferably arranged upstream of the SCR reduction catalyst, the CH 4 oxidation catalyst having negligible NH 3 oxidation activity due to oxygen. In particular, it is provided that the CH 4 oxidation catalyst does not contain any element of the platinum metal group in order to avoid the oxidation of the NH 3 with the aid of O 2 to N 2 , NO, NO 2 or N 2 O.

Nach einer alternativen, zweiten und besonders bevorzugten vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Abgas über einen kombinierten oder integrierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator geführt. Das NH3 oder die NH3-Vorlaufersubstanz wird stromaufwärts des kombinierten oder integrierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysators in das Abgas eingebracht. Das über den kombinierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator zu führende Abgas weist vorzugsweise einen NO2-Anteil, bezogen auf einen Gesamtanteil an Stickoxiden, von mindestens 25%, bevorzugt von mindestens 35%, besonders bevorzugt von mindestens 55%, auf. Zudem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der NO2- Anteil mindestens 0,1 mal den NOx- Umsatz, vorteilhaft mindestens 0,2 mal den NOx- Umsatz, äußerst vorteilhaft mindestens 0,3 mal den NOx-Umsatz beträgt. Dadurch ist sichergestellt, dass sowohl für die CH4- Oxidation nach Gleichung 1, als auch für die NOx- Reduktion nach Gleichung 3 ausreichend NO2 zur Verfügung steht. Bei getrennter Ausführung aus CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator weist Abgas stromauf des CH4- Oxidationskatalysators vorzugsweise einen NO2-Anteil, bezogen auf einen Gesamtanteil an Stickoxiden, von mindestens 15%, bevorzugt von mindestens 30%, besonders bevorzugt von mindestens 50%, auf.According to an alternative, second and particularly preferred advantageous development of the invention, the exhaust gas is passed over a combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalytic converter. The NH 3 or the NH 3 precursor substance is introduced into the exhaust gas upstream of the combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst. The exhaust gas to be passed over the combined CH 4 oxidation and SCR reduction catalytic converter preferably has an NO 2 proportion, based on a total proportion of nitrogen oxides, of at least 25%, preferably of at least 35%, particularly preferably of at least 55% . In addition, it has proven to be advantageous if the NO 2 proportion is at least 0.1 times the NO x conversion, advantageously at least 0.2 times the NO x conversion, extremely advantageously at least 0.3 times the NO x conversion . This ensures that sufficient NO 2 is available both for the CH 4 oxidation according to equation 1 and for the NO x reduction according to equation 3. If the CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst are designed separately, exhaust gas upstream of the CH4 oxidation catalyst preferably has an NO 2 content, based on a total content of nitrogen oxides, of at least 15%, preferably at least 30%, particularly preferably at least 50 %, on.

Der kombinierte oder integrierte CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator weist zur CH4-Oxidation und zur NOx-Reduktion als katalytisch aktive Verbindung vorzugsweise einen Beta Zeolith, insbesondere einen Beta-polymorph A-Typ (BEA) Zeolith und/oder einen Chabasit (CHA) Zeolith und/oder einen Pentasil-Typ-Zeolith, insbesondere vom MFI- Typ, wie z.B. ZSM-5 und/oder einen Mordenit (MOR)- Zeolith auf, wobei vorzugsweise Elemente des jeweiligen Zeolithe mit Metallen der Seltenen Erden und/oder Eisen und/oder Cobalt und/oder Nickel und/oder Kupfer und/oder Mangan ausgetauscht oder substituiert sind. Mit der zweiten Weiterbildung kann das Abgasnachbehandlungssystem noch kompakter ausgeführt werden. CH4-Oxidationskatalysator und SCR-Reduktionskatalysator sind nach der zweiten Weiterbildung über einen kombinierten oder integrierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator bereitgestellt. Um in dem kombinierten oder integrierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator eine hocheffiziente CH4-Oxidation und NOx-Reduktion zu ermöglichen, kommt dabei erstens eine definierte katalytisch aktive Verbindung im Katalysator zum Einsatz, nämlich ein Beta- Zeolith, insbesondere ein BEA-Zeolith und/oder ein CHA-Zeolith und/oder einen Pentasil-Typ- Zeolith, insbesondere vom MFI- Typ, wie z.B. ZSM-5, und/oder ein Mordenit (MOR)- Zeolith. Ferner wird der NO2-Anteil im Abgas bezogen auf den Gesamtanteil an Stickoxiden auf mindestens 55 %, bevorzugt von mindestens 60%, besonders bevorzugt von mindestens 70%, stromaufwärts des kombinierten oder integrierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysators eingestellt.The combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalytic converter preferably has a beta zeolite, in particular a beta polymorph A-type (BEA) zeolite and / or a catalytically active compound for CH 4 oxidation and NO x reduction Chabazite (CHA) zeolite and / or a pentasil type zeolite, in particular of the MFI type, such as ZSM-5 and / or a mordenite (MOR) zeolite, preferably elements of the respective zeolite with rare earth metals and / or iron and / or cobalt and / or nickel and / or copper and / or manganese are exchanged or substituted. With the second development, the exhaust gas aftertreatment system can be made even more compact. CH 4 oxidation catalyst and the SCR reducing catalyst are provided 4 -Oxidations- and SCR reducing catalyst according to the second modification, a combined or integrated CH. In order to enable highly efficient CH 4 oxidation and NOx reduction in the combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst, a defined catalytically active compound is first used in the catalyst, namely a beta zeolite, in particular a BEA Zeolite and / or a CHA zeolite and / or a pentasil type zeolite, in particular of the MFI type, such as ZSM-5, and / or a mordenite (MOR) zeolite. Furthermore, the NO 2 proportion in the exhaust gas, based on the total proportion of nitrogen oxides, is set to at least 55%, preferably at least 60%, particularly preferably at least 70%, upstream of the combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalytic converter.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist in Anspruch 11 definiert.The internal combustion engine according to the invention is defined in claim 11.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:

  • 1 eine stark schematisierte Ansicht einer ersten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung,
  • 2 eine stark schematisierte Ansicht einer zweiten erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung.
Preferred developments of the invention emerge from the subclaims and the following description. Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail with reference to the drawing, without being restricted thereto. It shows:
  • 1 a highly schematic view of a first internal combustion engine according to the invention to illustrate the method according to the invention for exhaust gas aftertreatment,
  • 2 a highly schematic view of a second internal combustion engine according to the invention to illustrate the method according to the invention for exhaust gas aftertreatment.

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine, in welcher ein gasförmiger Kraftstoff verbrannt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases der den gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine in which a gaseous fuel is burned. The invention also relates to a method for aftertreatment of the exhaust gas from the internal combustion engine that burns the gaseous fuel.

1 zeigt ein stark schematisiertes Schema einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über mindestens einen Zylinderblock 2 mit Zylindern 3. In den Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1 wird ein gasförmiger Kraftstoff verbrannt, so zum Beispiel Erdgas. Bei der Brennkraftmaschine 1 handelt es sich entweder um einen Gasmotor oder um einen Dual-Fuel-Motor, der in einem Gaskraftstoffbetriebsmodus betrieben werden kann. 1 shows a highly schematic diagram of an internal combustion engine according to the invention 1 . The internal combustion engine 1 has at least one cylinder block 2 with cylinders 3 . In the cylinders 3 the internal combustion engine 1 a gaseous fuel is burned, for example natural gas. In the internal combustion engine 1 it is either a gas engine or a dual fuel engine that can be operated in a gas fuel operating mode.

1 visualisiert mit einer Zuführung 4, dass den Zylindern 3 der Brennkraftmaschine gasförmiger Kraftstoff zugeführt wird, insbesondere ein Gemisch aus Ladeluft und Gas. Eine Abführung 5 visualisiert, dass bei der Verbrennung entstehendes Abgas von den Zylindern 3 abgeführt und über ein Abgasnachbehandlungssystem 6 der Brennkraftmaschine 1 geführt wird. 1 visualized with a feed 4th that the cylinders 3 the internal combustion engine is supplied with gaseous fuel, in particular a mixture of charge air and gas. A discharge 5 visualizes that exhaust gas from the cylinders is produced during combustion 3 discharged and via an exhaust aftertreatment system 6th the internal combustion engine 1 to be led.

Das Abgasnachbehandlungssystem 6 umfasst einen CH4-Oxidationskatalysator 7. Das Abgasnachbehandlungssystem 6 umfasst ferner einen SCR-Reduktionskatalysator 8.The exhaust aftertreatment system 6th comprises a CH 4 oxidation catalyst 7. The exhaust gas aftertreatment system 6th further comprises an SCR reduction catalyst 8th .

Im Ausführungsbeispiel der 1 sind der CH4-Oxidationskatalysator 7 und der SCR-Reduktionskatalysator 8 als separate oder getrennte Katalysatoren ausgeführt. Der SCR-Reduktionskatalysator 8 ist im Ausführungsbeispiel der 1 stromabwärts des CH4-Oxidationskatalysators 7 angeordnet. Abgas, welches den CH4-Oxidationskatalysator 7 verlässt, wird zur Reduktion des Stickoxidanteils im Abgas über den SCR-Reduktionskatalysator 8 geführt.In the embodiment of 1 are the CH 4 oxidation catalyst 7 and the SCR reduction catalyst 8th designed as separate or separate catalysts. The SCR reduction catalytic converter 8th is in the embodiment of 1 arranged downstream of the CH 4 oxidation catalyst 7. Exhaust gas that leaves the CH 4 oxidation catalytic converter 7 is used to reduce the nitrogen oxide content in the exhaust gas via the SCR reduction catalytic converter 8th guided.

Dabei ist in Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromaufwärts des CH4-Oxidationskatalysators 7 eine Einbringeinrichtung 9 zum Einbringen von NH3 oder NH3-Vorläufersubstanz in das Abgas angeordnet, um Stickoxide im Abgas im Bereich des SCR-Reduktionskatalysators 8 effektiv abzubauen bzw. zu reduzieren. In this case, upstream of the CH 4 oxidation catalytic converter 7, seen in the flow direction of the exhaust gas, there is an introduction device 9 arranged for introducing NH 3 or NH 3 precursor substance into the exhaust gas in order to eliminate nitrogen oxides in the exhaust gas in the area of the SCR reduction catalytic converter 8th effectively reduce or reduce.

Dadurch, dass die Einbringeinrichtung 9 das NH3 oder die NH3-Verläufersubstanz bereits stromaufwärts des CH4-Oxidationskatalysators 7 in das Abgas einbringt, ist keine Mischstrecke zwischen dem CH4-Oxidationskatalysator 7 und dem SCR-Reduktionskatalysator 8 erforderlich. Dieselben können dann mit geringstem Abstand, vorzugsweise unmittelbar hintereinander, angeordnet und besonders vorteilhaft in einem gemeinsamen Gehäuse 11 angeordnet werden.The fact that the feeding device 9 the NH 3 or the NH 3 precursor substance already introduces into the exhaust gas upstream of the CH 4 oxidation catalyst 7, there is no mixed section between the CH 4 oxidation catalyst 7 and the SCR reduction catalyst 8th required. The same can then be arranged with the smallest possible spacing, preferably directly one behind the other, and particularly advantageously in a common housing 11 to be ordered.

Im Ausführungsbeispiel der 1 enthält der CH4-Oxidationskatalysator 7 zur CH4-Oxidation als katalytisch aktive Verbindung wenigstens ein Pyrochlor und/oder wenigstens einen Zeolith.In the embodiment of 1 contains the CH 4 oxidation catalyst 7 for CH 4 oxidation as a catalytically active compound at least one pyrochlore and / or at least one zeolite.

Dann, wenn im Ausführungsbeispiel der 1 der CH4-Oxidationskatalysator 7 zur CH4-Oxidation zumindest ein Pyrochlor aufweist, kann das mindestens eine Pyrochlor aus folgender Gruppe ausgewählt sein:

  • Sm2Zr2O7
  • Sm2Mo2O7
  • La2Ti2O7
  • La2COxSn2-xO7-δ
  • La2CoxZr2-xO7-δ
  • Mn2CoxZr2-xO7-δ
  • Pr2Ru2O7
  • ZrTiGd2O7
  • Pr2Co2O7
  • Pr2CoxZr2-xO7-δ
wobei 0≤δ≤2 und 0≤x≤1Then, if in the embodiment of the 1 the CH 4 oxidation catalyst 7 for CH 4 oxidation has at least one pyrochlore, the at least one pyrochlore can be selected from the following group:
  • Sm 2 Zr 2 O 7
  • Sm 2 Mo 2 O 7
  • La 2 Ti 2 O 7
  • La 2 CO x Sn 2-x O 7-δ
  • La 2 Co x Zr 2-x O 7-δ
  • Mn 2 Co x Zr 2-x O 7-δ
  • Pr 2 Ru 2 O 7
  • ZrTiGd 2 O 7
  • Pr 2 Co 2 O 7
  • Pr 2 Co x Zr 2-x O 7-δ
where 0≤δ≤2 and 0≤x≤1

Der CH4-Oxidationskatalysator 7 kann eines oder mehrere oder alle der obigen Pyrochlore aufweisen.The CH 4 oxidation catalyst 7 can comprise one or more or all of the above pyrochlores.

Dann, wenn im Ausführungsbeispiel der 1 der CH4-Oxidationskatalysator 7 zur CH4-Oxidation zumindest einen Zeolith aufweist, kann der mindestens eine Zeolith aus folgender Gruppe ausgewählt sein:

  • MOR Zeolithe
  • FER Zeolithe
  • PER Zeolithe
  • NFI Zeolithe
  • LTL Zeolithe
  • LAU Zeolithe
  • CHI Zeolithe
  • Beta- Zeolithe, insbesondere BEA Zeolithe
  • CHA Zeolithe
  • FAU Zeolithe
  • LSX Zeolithe
Then, if in the embodiment of the 1 the CH 4 oxidation catalyst 7 for CH 4 oxidation has at least one zeolite, the at least one zeolite can be selected from the following group:
  • MOR zeolites
  • FER zeolites
  • PER zeolites
  • NFI zeolites
  • LTL zeolites
  • LAU zeolites
  • CHI zeolites
  • Beta zeolites, especially BEA zeolites
  • CHA zeolites
  • FAU zeolites
  • LSX zeolites

Der CH4-Oxidationskatalysator 7 kann eines oder mehrere oder alle der obigen Zeolithe aufweisen.The CH 4 oxidation catalyst 7 can comprise one or more or all of the above zeolites.

Dann, wenn der CH4-Oxidationskatalysator 7 zur CH4-Oxidation und demnach als katalytisch aktive Verbindung ein Pyrochlor und/oder wenigstens einen Zeolith aufweist, sind Elemente des Pyrochlors und/oder des Zeoliths vorzugsweise mit Metallen der seltenen Erden und/oder mit Eisen und/oder mit Cobalt und/oder mit Kupfer und/oder mit Mangan substituiert.If the CH 4 oxidation catalyst 7 for CH 4 oxidation and accordingly has a pyrochlore and / or at least one zeolite as the catalytically active compound, elements of pyrochloride and / or zeolite are preferably with rare earth metals and / or with iron and / or substituted with cobalt and / or with copper and / or with manganese.

Ferner können das Pyrochlor und/oder der Zeolith mit Rh, Ru, Ir, Os, Bi, Cn, Ed angereichert sein, indem diese Elemente in das Pyrochlor und/oder in das Zeolithe eingesetzt sind.Furthermore, the pyrochlore and / or the zeolite can be enriched with Rh, Ru, Ir, Os, Bi, Cn, Ed in that these elements are used in the pyrochlore and / or in the zeolite.

Der CH4-Oxidationskatalysator 7 zur CH4-Oxidation kann auch mindestens eine der folgenden Verbindungen enthalten:

  • CoO-Yb2O3
  • NiO
  • LiNiLaO
  • LiCoLaO
  • LiFeLaO
  • NaNiLaO
  • KNiLaO
  • LiNiCeO
  • LiNiYO
  • LiNiSmOLaNiO
  • Cu-Co-O
  • Cu-Co-O
  • La2O3
  • SrO
  • HfO2
  • YO3
  • ZrO2
  • MnO
  • CuO
  • TiO2
  • Fe2O3
  • MoO3
The CH 4 oxidation catalyst 7 for CH 4 oxidation can also contain at least one of the following compounds:
  • CoO-Yb 2 O 3
  • NOK
  • LiNiLaO
  • LiCoLaO
  • LiFeLaO
  • NaNiLaO
  • KNiLaO
  • LiNiCeO
  • LiNiYO
  • LiNiSmOLaNiO
  • Cu-Co-O
  • Cu-Co-O
  • La 2 O 3
  • SrO
  • HfO 2
  • YO 3
  • ZrO 2
  • MnO
  • CuO
  • TiO 2
  • Fe 2 O 3
  • MoO 3

Ein Anteil an Platin und Palladium an den zur Zersetzung von CH4 genutzten katalytisch aktiven Aktivkomponenten ist dabei jeweils kleiner als 1 %, bevorzugt kleiner als 0,5 %, äußerst bevorzugt kleiner als 500ppm.A proportion of platinum and palladium in the catalytically active active components used for the decomposition of CH 4 is in each case less than 1%, preferably less than 0.5%, extremely preferably less than 500 ppm.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Anteil der Summe aus Platin und Palladium an den zur CH4-Zersetzung genutzten Aktivkomponenten kleiner als 1 %, vorteilhaft kleiner als 0,5 %, äußerst vorteilhaft kleiner als 1000ppm.According to an advantageous development, the proportion of the sum of platinum and palladium in the active components used for the CH 4 decomposition is less than 1%, advantageously less than 0.5%, extremely advantageously less than 1000 ppm.

Besonders bevorzugt ist der CH4- Oxidationskatalysator frei von Platin und Palladium. The CH 4 oxidation catalyst is particularly preferably free from platinum and palladium.

Als Träger für die oben genannten katalytisch aktiven Komponenten werden vorzugsweise Al2O3, TiO2, SiO2 sowie WO3, einzeln oder in Kombination, genutzt. Al 2 O 3 , TiO 2 , SiO 2 and WO 3 , individually or in combination, are preferably used as supports for the abovementioned catalytically active components.

In 1 weist das über den CH4-Oxidationskatalysator 7 zu führende Abgas einen NO2-Anteil, bezogen auf den Gesamtanteil an Stickoxiden im Abgas, von mindestens 15 %, bevorzugt von mindestens 30 %, besonders bevorzugt von mindestens 50 % auf. In 1 umfasst das Abgasnachbehandlungssystem 6 stromaufwärts des CH4-Oxidationskatalysators 7 einen NO-Oxidationskatalysator 10, um das die Zylinder 3 verlassende Abgas zunächst über einen NO-Oxidationskatalysator 10 zu führen und mithilfe des NO-Oxidationskatalysators 10 den Anteil an NO2 im Abgas, bezogen auf den Gesamtanteil an Stickoxiden im Abgas, auf mindestens 15 %, bevorzugt auf mindestens 30 %, besonders bevorzugt auf mindestens 50 % einzustellen. Alternativ oder auch zusätzlich zum NO-Oxidationskatalysator 10 kann der NO2-Anteil im Abgas auch über einen Verbrennungsparameter der den gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine 1 erhöht werden.In 1 If the exhaust gas to be routed via the CH 4 oxidation catalyst 7 has an NO 2 proportion, based on the total proportion of nitrogen oxides in the exhaust gas, of at least 15%, preferably of at least 30%, particularly preferably of at least 50%. In 1 includes the exhaust aftertreatment system 6th upstream of the CH 4 oxidation catalyst 7, an NO oxidation catalyst 10 to which the cylinder 3 leaving exhaust gas first via an NO oxidation catalyst 10 and with the help of the NO oxidation catalyst 10 to adjust the proportion of NO 2 in the exhaust gas, based on the total proportion of nitrogen oxides in the exhaust gas, to at least 15%, preferably to at least 30%, particularly preferably to at least 50%. As an alternative or in addition to the NO oxidation catalytic converter 10 the NO 2 content in the exhaust gas can also be determined via a combustion parameter of the internal combustion engine that burns the gaseous fuel 1 increase.

Es ist auch möglich, dass dann, wenn wie im Ausführungsbeispiel der 1 gezeigt, der CH4-Oxidationskatalysator 7 und der SCR-Reduktionskatalysator 8 als getrennte bzw. separate Katalysatoren ausgeführt sind, abweichend von 1 den CH4-Oxidationskatalysator 7 stromabwärts des SCR-Reduktionskatalysators 8 anzuordnen. In diesem Fall wird das Abgas der Brennkraftmaschine 1 zuerst über den SCR-Reduktionskatalysator 8 und anschließend über einen separaten CH4-Oxidationskatalysator 7 geführt, wobei in diesem Fall dann das über den SCR-Reduktionskatalysator 8 zu führende Abgas einen NO2-Anteil, bezogen auf einen Gesamtanteil an Stickoxiden, von mindestens 55%, bevorzugt von mindestens 60%, besonders bevorzugt von mindestens 70%, aufweist. Zudem hat es sich in diesem Fall als vorteilhaft erwiesen, wenn der NO2- Anteil mindestens 0,55 mal den NOx- Umsatz, vorteilhaft mindestens 0,65 mal den NOx- Umsatz, äußerst vorteilhaft mindestens 0,75 mal den NOx- Umsatz beträgt, da dadurch am, dem SCR-Katalysator nachgeschalteten CH4- Oxidationskatalysator noch ausreichend NO2 zur Oxidation von Methan zur Verfügung steht. Hinsichtlich der übrigen Details kann auf die obigen Ausführungen zu 1 verwiesen werden.It is also possible that when, as in the exemplary embodiment of the 1 shown, the CH 4 oxidation catalyst 7 and the SCR reduction catalyst 8th are designed as separate or separate catalysts, deviating from 1 the CH 4 oxidation catalyst 7 downstream of the SCR reduction catalyst 8th to arrange. In this case, the exhaust gas of the internal combustion engine 1 first via the SCR reduction catalytic converter 8th and then passed over a separate CH 4 oxidation catalytic converter 7, in which case that over the SCR reduction catalytic converter 8th Exhaust gas to be conducted has an NO 2 proportion, based on a total proportion of nitrogen oxides, of at least 55%, preferably of at least 60%, particularly preferably of at least 70%. In addition, it has proven to be advantageous in this case if the NO 2 content is at least 0.55 times the NO x conversion, advantageously at least 0.65 times the NO x conversion, extremely advantageously at least 0.75 times the NO x - Conversion is, as this means that there is still sufficient NO 2 available on the CH 4 oxidation catalyst downstream of the SCR catalyst for the oxidation of methane. With regard to the other details, refer to the statements above 1 to get expelled.

Während im Ausführungsbeispiel der 1 der CH4-Oxidationskatalysator 7 und der SCR-Reduktionskatalysator 8 als getrennte bzw. separate Katalysatoren ausgeführt sind, zeigt 2 eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung, in welcher der CH4-Oxidationskatalysator 7 und der SCR-Reduktionskatalysator 8 von einem kombinierten bzw. integrierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator 12 bereitgestellt sind. Hierdurch kann das Abgasnachbehandlungssystem 6 noch kompakter mit geringstem Bauraum ausgeführt werden.While in the embodiment of 1 the CH 4 oxidation catalyst 7 and the SCR reduction catalyst 8th are designed as separate or separate catalysts, shows 2 a particularly advantageous embodiment of the invention, in which the CH 4 oxidation catalyst 7 and the SCR reduction catalyst 8th of a combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst 12th are provided. This allows the exhaust gas aftertreatment system 6th can be made even more compact with minimal installation space.

Im Ausführungsbeispiel der 2 ist vorgesehen, dass der Anteil an NO2 im Abgas bezogen auf den Gesamtanteil an Stickoxiden im Abgas stromaufwärts des kombinierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysators 12 auf mindestens 25 %, bevorzugt auf mindestens 35 %, besonders bevorzugt auf mindestens 55 %, eingestellt wird. Dies kann, wie in 2 gezeigt, wiederum über einen NO-Oxidationskatalysator 10 erfolgen, alternativ oder zusätzlich auch über Einstellung eines Verbrennungsparameters der den gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine. Zudem hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der NO2-Anteil mindestens 0,1 mal den NOx- Umsatz, vorteilhaft mindestens 0,2 mal den NOx- Umsatz, äußerst vorteilhaft mindestens 0,3 mal den NOx- Umsatz beträgt.In the embodiment of 2 it is provided that the proportion of NO 2 in the exhaust gas is based on the total proportion of nitrogen oxides in the exhaust gas upstream of the combined CH 4 oxidation and SCR reduction catalytic converter 12th is adjusted to at least 25%, preferably to at least 35%, particularly preferably to at least 55%. As in 2 shown, again via a NO Oxidation catalyst 10 take place, alternatively or additionally also by setting a combustion parameter of the internal combustion engine that burns the gaseous fuel. In addition, it has proven to be advantageous if the NO 2 proportion is at least 0.1 times the NOx conversion, advantageously at least 0.2 times the NO x conversion, extremely advantageously at least 0.3 times the NO x conversion.

Durch den obigen Anteil von NO2 im Abgas kann vermieden werden, dass die SCR-Reduktionsreaktion sämtliches NO2 verbraucht und für die CH4-Oxidation nicht mehr ausreichend NO2 zur Verfügung steht. Mit dem obigen NO2-Anteil im Abgas kann demnach gleichzeitig eine effektive CH4-Oxidation und NOx-Reduktion sichergestellt werden.The above proportion of NO 2 in the exhaust gas can prevent the SCR reduction reaction from consuming all of the NO 2 and no longer providing sufficient NO 2 for the CH 4 oxidation. With the above NO 2 content in the exhaust gas, an effective CH 4 oxidation and NOx reduction can therefore be ensured at the same time.

Ein solcher kombinierter oder integrierter CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator 12 verfügt zur CH4-Oxidation und NOx-Reduktion als katalytisch aktive Verbindung ein Beta- Zeolith, insbesondere ein Beta-Polymorph-A-Typ (BEA) Zeolith und/oder ein Chabasit (CHA) Zeolith und/oder einen Pentasil Zeolith (MFI/ZSM-5) und/oder einen Mordernite (MOR) Zeolith und/oder einen Ferrierit (FER) Zeolith. Diese Zeolithe eignen sich sowohl zur CH4-Oxidation als auch gleichzeitig zur NOx-Reduktion.Such a combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst 12th has to CH4 oxidation and NOx reduction as a catalytically active compound is a beta zeolite, in particular a beta polymorph A type (BEA) zeolite and / or a chabazite (CHA) of zeolite and / or a pentasil zeolite (MFI / ZSM-5) and / or a Mordernite (MOR) zeolite and / or a Ferrierite (FER) zeolite. These zeolites are suitable for both CH 4 oxidation and, at the same time, for NOx reduction.

Eine besonders bevorzugte CH4-Oxidation und SCR-Reduktion im kombinierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator 12 ist dann möglich, wenn Elemente des jeweiligen Beta- Zeoliths, insbesondere des BEA-Zeoliths, und/oder CHA-Zeoliths und/oder MFI- Zeoliths und/oder MOR- Zeoliths und/oder FER- Zeoliths mit Metallen der seltenen Erden und/oder Eisen und/oder Kobalt und/oder Kupfer und/oder Mangan ausgetauscht oder substituiert sind.A particularly preferred CH 4 oxidation and SCR reduction in the combined CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst 12th is possible if elements of the respective beta zeolite, in particular the BEA zeolite, and / or CHA zeolite and / or MFI zeolite and / or MOR zeolite and / or FER zeolite with rare earth metals and / or Iron and / or cobalt and / or copper and / or manganese are exchanged or substituted.

Dieser kombinierte Katalysator zeichnet sich zudem dadurch aus, dass bei Temperaturen unter 450°C die Stickstoffselektivität der SCR- Reaktion nach den Gleichungen 2 und 3 mindestens 70%, bevorzugt mindestens 80%, äußerst bevorzugt mindestens 85% beträgt. D.h. die Oxidation von Ammoniak, die nicht nach den oben genannten Gleichungen, sondern über Sauerstoff abläuft, ist zu vernachlässigen. D.h. die Menge an oxidiertem Ammoniak nach folgenden Gleichungen ist in Summe geringer als 30%, bevorzugt geringer als 20%, äußerst bevorzugt geringer als 15% bezogen auf die stromauf des Kombinationskatalysators zugeführte Ammoniakmenge: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (Gleichung 4) 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Gleichung 5) 2NH3 + 2O2 → N2O + 3H2O (Gleichung 6) This combined catalyst is also characterized in that, at temperatures below 450 ° C., the nitrogen selectivity of the SCR reaction according to equations 2 and 3 is at least 70%, preferably at least 80%, extremely preferably at least 85%. This means that the oxidation of ammonia, which does not take place according to the above equations but rather via oxygen, is negligible. Ie the amount of oxidized ammonia according to the following equations is in total less than 30%, preferably less than 20%, extremely preferably less than 15% based on the amount of ammonia fed in upstream of the combination catalyst: 4NH3 + 3O 2 → 2N 2 + 6H 2 O (Equation 4) 4NH 3 + 5O 2 → 4NO + 6H 2 O (Equation 5) 2NH 3 + 2O 2 → N 2 O + 3H 2 O (Equation 6)

Der kombinierte Katalysator 12 zur CH4-Oxidation und NOx- Reduktion kann auch mindestens eine der folgenden Verbindungen enthalten:

  • V2O5
  • V2O4
  • CoO-Yb2O3
  • NiO
  • LiNiLaO
  • LiCoLaO
  • LiFeLaO
  • NaNiLaO
  • KNiLaO
  • LiNiCeO
  • LiNiYO
  • LiNiSmOLaNiO
  • Cu-Co-O
  • Cu-Co-O
  • La2O3
  • SrO
  • HfO2
  • YO3
  • ZrO2
  • MnO
  • CuO
  • TiO2
  • Fe2O3
  • MoO3
The combined catalyst 12th for CH 4 oxidation and NO x reduction can also contain at least one of the following compounds:
  • V 2 O 5
  • V 2 O 4
  • CoO-Yb 2 O 3
  • NOK
  • LiNiLaO
  • LiCoLaO
  • LiFeLaO
  • NaNiLaO
  • KNiLaO
  • LiNiCeO
  • LiNiYO
  • LiNiSmOLaNiO
  • Cu-Co-O
  • Cu-Co-O
  • La 2 O 3
  • SrO
  • HfO 2
  • YO 3
  • ZrO 2
  • MnO
  • CuO
  • TiO 2
  • Fe 2 O 3
  • MoO 3

Bei der Brennkraftmaschine 1 kann es sich sowohl um einen Gasmotor als auch um einen Dual-Fuel-Motor, der in einem Gaskraftstoffbetriebsmodus betrieben werden kann, handeln.In the internal combustion engine 1 it can be both a gas engine and a dual-fuel engine that can be operated in a gas-fuel operating mode.

Dann, wenn die Ausführungsform der 2 bei einem Dual-Fuel-Motor zum Einsatz kommt, in welchem in einem Gaskraftstoffbetriebsmodus sowohl gasförmiger Kraftstoff als auch Flüssigkraftstoff verbrannt wird, kann vorgesehen sein, mit zunehmendem Anteil des gasförmigen Kraftstoffs und demnach mit zunehmender Verringerung des Anteils an verbranntem Flüssigkraftstoff die in das Abgas eingebrachte NH3-Menge oder Menge an NH3-Vorläufersubstanz zu verringern. Dadurch geht die am Katalysator mit SCR- Aktvität umgesetzte NOx- und damit die umgesetzte NO2- Menge zurück. Dadurch steht dann im kombinierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator 12 eine ausreichende Menge an NO2 zur Verfügung, um das CH4 effektiv zu oxidieren. Wird hingegen bei dem Dual-Fuel-Motor ein höherer Anteil an Flüssigkraftstoff mit zurückgehendem Anteil an gasförmigen Kraftstoff verbrannt, so fallen auch weniger CH4-Emissionen an und die für die CH4-Oxidation benötigte NO2-Menge geht zurück, sodass mehr NH3 bzw. mehr an der NH3-Verläufersubstanz zur NOx-Reduktion in das Abgas eingebracht wird, so dass die umgesetzte NOx- Menge ansteigt.Then when the embodiment of the 2 is used in a dual-fuel engine, in which both gaseous fuel and liquid fuel are burned in a gas fuel operating mode, can be provided with an increasing proportion of the gaseous fuel and accordingly with an increasing reduction in the proportion of burned liquid fuel that is introduced into the exhaust gas to reduce amount of NH 3 or NH 3 amount of -Vorläufersubstanz. As a result, the NO x converted on the catalytic converter with SCR activity - and thus the converted NO 2 - amount decreases. As a result, there is then a combined CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst 12th a sufficient amount of NO 2 is available to effectively oxidize the CH 4. If, on the other hand, a higher proportion of liquid fuel with a decreasing proportion of gaseous fuel is burned in the dual-fuel engine, fewer CH 4 emissions are produced and the amount of NO 2 required for the CH 4 oxidation is reduced, so that more NH 4 is produced 3 or more of the NH 3 precursor substance for NOx reduction is introduced into the exhaust gas, so that the amount of NO x converted increases.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22
ZylinderblockCylinder block
33
Zylindercylinder
44th
ZuführungFeed
55
AbführungDischarge
66th
AbgasnachbehandlungssystemExhaust aftertreatment system
77th
CH4-OxidationskatalysatorCH 4 oxidation catalyst
88th
SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
99
EinbringeinrichtungFeeding device
1010
NO-OxidationskatalysatorNO oxidation catalyst
1111
Gehäusecasing
1212th
CH4-Oxidations- und SCR-ReduktionskatalysatorCH 4 oxidation and SCR reduction catalyst

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102015001495 A1 [0005, 0006, 0007]DE 102015001495 A1 [0005, 0006, 0007]

Claims (14)

Verfahren zur Nachbehandlung des Abgases einer einen gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine (1), nämlich eines Gasmotors oder eines Dual-Fuel-Motors, der in einem Gaskraftstoffbetriebsmodus betrieben werden kann, wobei das Abgas über einen CH4-Oxidationskatalysator (7) und über einen SCR-Reduktionskatalysator (8) geführt wird, wobei als Reduktionsmittel für den SCR-Reduktionskatalysator (8) NH3 oder eine NH3-Vorläufersubstanz stromaufwärts des CH4-Oxidationskatalysators (7) in das Abgas eingebracht wird.Method for the aftertreatment of the exhaust gas of an internal combustion engine (1) which burns a gaseous fuel, namely a gas engine or a dual-fuel engine which can be operated in a gas fuel operating mode, the exhaust gas being supplied via a CH 4 oxidation catalyst (7) and via an SCR -Reduction catalyst (8) is performed, with NH 3 or an NH 3 precursor substance being introduced into the exhaust gas upstream of the CH 4 oxidation catalyst (7) as the reducing agent for the SCR reduction catalyst (8). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas der Brennkraftmaschine (1) zuerst über den CH4-Oxidationskatalysator (7) und anschließend über einen separaten SCR-Reduktionskatalysator (8) geführt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the exhaust gas from the internal combustion engine (1) is first passed over the CH 4 oxidation catalytic converter (7) and then over a separate SCR reduction catalytic converter (8). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das über den CH4-Oxidationskatalysator (7) zu führende Abgas einen NO2-Anteil, bezogen auf einen Gesamtanteil an Stickoxiden, von mindestens 15%, bevorzugt von mindestens 30%, besonders bevorzugt von mindestens 50%, aufweist.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the exhaust gas to be routed via the CH 4 oxidation catalyst (7) has an NO 2 proportion, based on a total proportion of nitrogen oxides, of at least 15%, preferably of at least 30%, particularly preferably of at least 50% . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas der Brennkraftmaschine (1) zuerst über den SCR-Reduktionskatalysator (8) und anschließend über einen separaten CH4-Oxidationskatalysator (7) geführt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the exhaust gas from the internal combustion engine (1) is first passed over the SCR reduction catalytic converter (8) and then over a separate CH 4 oxidation catalytic converter (7). Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das über den SCR-Reduktionskatalysator (8) zu führende Abgas einen NO2-Anteil, bezogen auf einen Gesamtanteil an Stickoxiden, von mindestens 55%, bevorzugt von mindestens 60%, besonders bevorzugt von mindestens 70%, aufweist.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the exhaust gas to be routed via the SCR reduction catalytic converter (8) has an NO 2 proportion, based on a total proportion of nitrogen oxides, of at least 55%, preferably of at least 60%, particularly preferably of at least 70%. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der CH4-Oxidationskatalysator (7) zur CH4-Oxidation und demnach als aktive Verbindung wenigstens ein Pyrochlor und/oder wenigstens einen Zeolith aufweist, wobei vorzugsweise Elemente des Pyrochlors und/oder des Zeoliths mit Metallen der Seltenen Erden und/oder Eisen und/oder Cobalt und/oder Kupfer und/oder Mangan ausgetauscht oder substituiert sind.Method according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the CH 4 oxidation catalyst (7) for CH 4 oxidation and accordingly has at least one pyrochlore and / or at least one zeolite as the active compound, preferably elements of pyrochloride and / or zeolite with rare earth metals and / or iron and / or cobalt and / or copper and / or manganese are exchanged or substituted. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgas der Brennkraftmaschine (1) über einen kombinierten oder integrierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator (12) geführt wird, wobei das NH3 oder die NH3-Vorlaufersubstanz stromaufwärts des kombinierten oder Oxidations-und SCR-Reduktionskatalysator (12) in das Abgas eingebracht wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the exhaust gas of the internal combustion engine (1) is passed over a combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst (12), the NH 3 or the NH 3 precursor substance upstream of the combined or oxidation and SCR -Reduction catalyst (12) is introduced into the exhaust gas. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der kombinierte oder integrierte CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator (12) zur CH4-Oxidation und zur NOx-Reduktion als katalytisch aktive Verbindung wenigstens einen Zeolith, insbesondere einen Beta Zeolith, insbesondere einen Beta polymorph A-Typ (BEA) Zeolith, und/oder einen Chabasit (CHA) Zeolith und/oder einen Zeolith vom Pentasil-typ (MFI) und/oder einen Mordenit (MOR) Zeolith und/oder einen Ferrierit (FER) Zeolith enthält, wobei vorzugsweise Elemente des jeweiligen Zeoliths mit Metallen der Seltenen Erden und/oder Eisen und/oder Cobalt und/oder Kupfer und/oder Mangan ausgetauscht oder substituiert sind.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst (12) for CH 4 oxidation and NO x reduction as a catalytically active compound, at least one zeolite, in particular a beta zeolite, in particular a beta polymorph A -Type (BEA) zeolite, and / or a chabazite (CHA) zeolite and / or a zeolite of the pentasil type (MFI) and / or a mordenite (MOR) zeolite and / or a ferrierite (FER) zeolite, with preferably Elements of the respective zeolite are exchanged or substituted with rare earth metals and / or iron and / or cobalt and / or copper and / or manganese. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass , das über den kombinierten oder integrierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator (12) zu führende Abgas einen NO2-Anteil, bezogen auf einen Gesamtanteil an Stickoxiden, von mindestens 25%, bevorzugt von mindestens 35%, besonders bevorzugt von mindestens 55%, aufweist.Procedure according to Claim 7 or 8th , characterized in that the exhaust gas to be conducted via the combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalytic converter (12) has an NO 2 proportion, based on a total proportion of nitrogen oxides, of at least 25%, preferably of at least 35% , particularly preferably of at least 55%. Verfahren nach Anspruch 3, 5 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der NO2-Anteil im Abgas über mindestens einen Verbrennungsparamater der den gasförmigen Kraftstoff verbrennenden Brennkraftmaschine (1) eingestellt wird, und/oder der NO2-Anteil im Abgas über einen NO-Oxidationskatalysator (10) eingestellt wird.Procedure according to Claim 3 , 5 or 9 , characterized in that the NO 2 proportion in the exhaust gas is set via at least one combustion parameter of the internal combustion engine (1) which burns the gaseous fuel, and / or the NO 2 proportion in the exhaust gas is set via an NO oxidation catalytic converter (10). Brennkraftmaschine (1), nämlich Gasmotor oder Dual-Fuel-Motor, mit Zylindern (3), in denen ein gasförmiger Kraftstoff verbrennbar ist, mit einem Abgasnachbehandlungssystem (6), wobei das Abgasnachbehandlungssystem (6) einen CH4-Oxidationskatalysator (7) und einen SCR-Reduktionskatalysator (8) aufweist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (6) eine stromaufwärts des CH4-Oxidationskatalysators (7) angeordnete Einbringeinrichtung (9) zum Einbringen von NH3 oder einer NH3-Vorläufersubstanz in das Abgas als Reduktionsmittel für den SCR-Reduktionskatalysator (8) aufweist.Internal combustion engine (1), namely a gas engine or dual-fuel engine, with cylinders (3) in which a gaseous fuel is combustible, with an exhaust gas aftertreatment system (6), the exhaust gas aftertreatment system (6) having a CH 4 oxidation catalyst (7) and an SCR reduction catalytic converter (8), the exhaust gas aftertreatment system (6) having an introduction device (9) arranged upstream of the CH 4 oxidation catalytic converter (7) for introducing NH 3 or an NH 3 precursor substance into the exhaust gas as a reducing agent for the SCR Has reduction catalyst (8). Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der CH4-Oxidationskatalysator (7) und der und der SCR-Reduktionskatalysator (8) als separate oder getrennte Katalysatoren ausgebildet sind, wobei der CH4-Oxidationskatalysator (7) stromaufwärts des SCR-Reduktionskatalysators (8) angeordnet ist.Internal combustion engine after Claim 11 , characterized in that the CH 4 oxidation catalyst (7) and the and the SCR reduction catalyst (8) as separate or separate catalysts are formed, wherein the CH 4 oxidation catalyst (7) is arranged upstream of the SCR reduction catalyst (8). Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der CH4-Oxidationskatalysator (7) und der und der SCR-Reduktionskatalysator (8) als separate oder getrennte Katalysatoren ausgebildet sind, wobei der CH4-Oxidationskatalysator (7) stromabwärts des SCR-Reduktionskatalysators (8) angeordnet ist.Internal combustion engine after Claim 11 , characterized in that the CH 4 oxidation catalyst (7) and the and the SCR reduction catalyst (8) are designed as separate or separate catalysts, the CH 4 oxidation catalyst (7) being arranged downstream of the SCR reduction catalyst (8) . Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der CH4-Oxidationskatalysator (7) und der SCR-Reduktionskatalysator (8) von einem kombinierten oder integrierten CH4-Oxidations- und SCR-Reduktionskatalysator (12) bereitgestellt sind.Internal combustion engine after Claim 11 , characterized in that the CH 4 oxidation catalyst (7) and the SCR reduction catalyst (8) are provided by a combined or integrated CH 4 oxidation and SCR reduction catalyst (12).
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US20170341022A1 (en) * 2016-05-31 2017-11-30 Johnson Matthey Public Limited Company Method and exhaust system for treating nox in exhaust gas from stationary emission sources

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