DE112009003760T5

DE112009003760T5 - NOx-Verminderungssystem mit einem Separator

Info

Publication number: DE112009003760T5
Application number: DE112009003760T
Authority: DE
Inventors: Liu Yafeng; Michael S. Bond; James J. Driscoll; Jonathan P. Jackson
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2008-12-22
Filing date: 2009-12-18
Publication date: 2012-07-19
Also published as: WO2010075205A2; CN102300623A; WO2010075205A3

Abstract

Es ist ein NOx-Verminderungssystem mit einem Separator zur Verwendung mit einem Verbrennungsmotorabgas offenbart. Das System umfasst einen Verbrennungsmotor mit einem Abgaskrümmer. Ein Separator ist stromabwärts von dem Motorabgaskrümmer in einem Abgassystem angeordnet. Der Separator ist so aufgebaut, dass er Dampf von dem Abgas in dem Abgassystem extrahiert und ein Element ist so aufgebaut, dass es den extrahierten Dampf aufnimmt und ein NOx-verminderndes Mittel erzeugt, das zur Verminderung der Menge von NOx in dem Abgas verwendet wird, bevor es in die Luft freigesetzt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorlegende Offenbarung bezieht sich auf ein NOx-Verminderungssystem und insbesondere ein NOx-Verminderungssystem mit einem Separator.
Hintergrund
Verbrennungsmotoren, einschließlich Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere bekannte Motoren, geben ein komplexes Gemisch von chemischen Verbindungen ab. Die chemischen Verbindungen können aus gasförmigen Verbindungen, die Stickstoffoxide (NOx) umfassen können, und festen teilchenförmigen Materialien, die Ruß umfassen können, zusammengesetzt sein. Aufgrund eines steigenden Umweltbewußtseins wurden Abgasemissionsstandards strikter und die Menge an Schadstoffen, die von einem Motor an die Luft abgegeben werden, wird üblicherweise abhängig von der Art des Motors, der Größe des Motors und/oder der Klasse des Motors reglementiert.
Die NOx-Menge in einem Abgas, die an die Luft abgegeben wird, ist einer dieser reglementierten Schadstoffe. Ein Verfahren zur Verminderung der NOx-Menge in dem Abgasstrom eines Motors erfordert das Einbringen eines Sekundärfluids, wie z. B. Harnstoff oder Ammoniak, in das Abgas. Während solche Systeme auf der Basis eines Sekundärfluids NOx in einem Abgasstrom vermindern können, kann die Verwendung eines solchen Sekundärfluids zu zusätzlichen Herausforderungen führen, die problematisch sein können. Beispielsweise erfordert ein solches System ein Zuführungssystem zur Abgabe des Sekundärfluids, wie z. B. Harnstoff, und die erforderlichen Einrichtungen und/oder die erforderliche Infrastruktur zum Wiederauffüllen des Fluids. Zusätzlich kann die Verwendung eines Sekundärfluids, wie z. B. Harnstoff, die Anzahl von toxischen Nanoteilchen erhöhen, die in einem Abgasstrom vorliegen. Solche Teilchen können Ammoniumsulfat (NH₄HSO₄), Ammoniumnitrat (NH₄NO₃) und HCNO-Produkte, wie z. B. Ammelin, Ammelid, einen polymeren Melaminkomplex und Ammonium umfassen. Solche Nanoteilchen können nur sehr schwer eingefangen werden, bevor das Abgas in die Luft abgegeben wird und aktuelle Untersuchungen zeigen, dass die Freisetzung solcher Nanoteilchen in die Luft nicht erwünscht ist.
Ein Beispiel eines Systems, das zur NOx-Verminderung verwendet wird, ist im US-Patent Nr. 5,272,871 („das '871-Patent”) für Oshima et al., erteilt am 28. Dezember 1993, beschrieben. Das '871-Patent betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verminderung von NOx von Verbrennungsmotoren. In dem '871-Patent wird Wasserstoffgas von einem Wasserstofferzeuger zum Zumischen in Abgase, die NOx und Sauerstoffgas umfassen, an einer stromaufwärtigen Position eines Katalysators zugeführt, der in einer Abgasleitung bereitgestellt ist. Der Wasserstofferzeuger erzeugt das Wasserstoffgas durch Elektrolyse von Wasser oder Wasserdampf. Eine solche Elektrolyse wird gleichzeitig mit einer Diffusion über eine Polymerelektrolytmembran durchgeführt. Anschließend initiiert der Katalysator eine katalytische Reaktion zwischen dem Wasserstoffgas und NOx, was zu Stickstoffgas und Wasserdampf führt, Das NOx wird dann mit dem Wasserstoffgas in einer Niedertemperaturatmosphäre von nicht höher als 350°C reduziert.
Obwohl das Verfahren des '871-Patents eine Verminderung von NOx in einem Abgasstrom bereitstellen kann, kann die Geschwindigkeit, mit der NO-Gase zu NO₂ umgewandelt werden, suboptimal sein. Eine suboptimale Umwandlung findet statt, wenn das Abgas keine ausreichende Menge von NOx-vermindernden Mitteln enthält. Es kann erwünscht sein, die Geschwindigkeit der NOx-Verminderung durch Erzeugen einer größeren Menge von H₂ in einem Abgasstrom zu erhöhen. Eine solche Zunahme von H₂ wird die Umwandlung von NO-Gasen zu NO₂ durch Oxidation vorantreiben. Ferner ist das System des '871-Patents gegebenenfalls auf die Bedingungen einer Niedertemperaturatmosphäre beschränkt. Daher kann sich das System bei den extremen Bedingungen, die durch einen Motor erzeugt werden, schnell verschlechtern. Das offenbarte Abgassystem ist auf die Lösung eines oder mehrere der oben geschilderten Probleme gerichtet.
Zusammenfassung
In einem Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Vermindern von NOx in einem Strom von Hochtemperatur-Motorabgas, welches das Leiten eines Teils eines Stroms von Hochtemperatur-Abgas von einem Abgaskrümmer eines Motors zu einem Separator umfasst. Das Verfahren umfasst ferner das Abtrennen von Dampf von dem Strom von Hochtemperatur-Abgas mit dem Separator und das Verwenden von Komponenten des abgetrennten. Dampfes zum Vermindern von NOx in dem Hochtemperatur-Abgas.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Vermindern von NOx in einem Strom von Motorabgas, welches das Leiten des Abgasstroms von dem Motor zu einem Separator umfasst. Das Verfahren umfasst ferner das Abtrennen von Dampf und CO von dem Abgasstrom mit dem Separator und das Bilden von CO₂ und H₂ unter Verwendung von CO und Dampf, die abgetrennt worden sind.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Vermindern von NOx in einem Strom von Hochtemperatur-Motorabgas, welches das Leiten mindestens eines Teils des Hochtemperatur-Abgases durch einen Separator umfasst. Das Verfahren umfasst ferner das Abtrennen von Dampf von dem Strom von Hochtemperatur-Abgas mit dem Separator und das Verwenden des abgetrennten Dampfes in einem Hochtemperatur-Elektrolysereaktor zur Bildung von H₂ und O₂. Das Verfahren umfasst auch das Vermindern von NOx in dem Hochtemperatur-Abgas mit dem gebildeten H₂.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Vermindern von NOx in einem Strom von Motorabgas, welches das Abtrennen von Dampf von dem Abgasstrom mit einem Separator umfasst. Das Verfahren umfasst ferner das Mischen des abgetrennten Dampfes mit einem Kohlenwasserstoffkraftstoff zur Bildung von H₂ und das Vermindern von NOx in dem Abgas mit dem gebildeten H₂.
In einem anderen Aspekt betrifft die vorliegende Offenbarung ein System, das einen Verbrennungsmotor, einen Motorabgaskrümmer und einen Separator, der stromabwärts von dem Motorabgaskrümmer in einem Abgasstromweg angeordnet ist, umfasst. Der Separator ist so aufgebaut, dass er Dampf von Abgas in dem Abgasstromweg extrahiert. Das System umfasst auch ein Element, das so aufgebaut ist, dass es den extrahierten Dampf aufnimmt und ein NOx-verminderndes bzw. -reduzierendes Mittel erzeugt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung eines beispielhaft offenbarten NOx-Verminderungssystems, das einen Wassergas-Shiftreaktor umfasst.
2 ist eine Darstellung eines beispielhaft offenbarten NOx-Verminderungssystems, das einen Hochtemperatur-Elektrolysereaktor umfasst.
3 ist eine Darstellung eines beispielhaft offenbarten NOx-Verminderungssystems, das einen Dampfreformierreaktor umfasst.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaft offenbartes Verfahren zum Betreiben des NOx-Verminderungssystems von 1 darstellt.
5 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaft offenbartes Verfahren zum Betreiben des NOx-Verminderungssystems von 2 darstellt.
6 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaft offenbartes Verfahren zum Betreiben des NOx-Verminderungssystems von 3 darstellt,
Detaillierte Beschreibung
1 veranschaulicht ein beispielhaftes Leistungssystem 10. Das Leistungssystem 10 ist hier lediglich beispielhaft bezüglich eines mit Diesel betriebenen Verbrennungsmotors 12 beschrieben. Es ist vorgesehen, dass der Motor 12 jedweder andere Typ von Motor sein kann, wie z. B. ein Benzinmotor, ein Erdgasmotor und ein Motor mit äußerer Verbrennung. Der Motor 12 kann einen Motorblock 14 aufweisen, der mindestens teilweise eine Mehrzahl von Zylindern 16 definiert. Jeder Zylinder 16 kann z. B. mit einem Kraftstoffinjektor, einem Motoransaugkrümmer 18, einem Motorabgaskrümmer 20 und einer Hubkolbenanordnung, die innerhalb jedes Zylinders 16 bewegbar ist, versehen sein. Es ist vorgesehen, dass der Motor 12 jedwede Anzahl von Zylindern 16 aufweisen kann und dass Zylinder 16 in einer „Reihen”-Konfiguration, einer „V”-Konfiguration oder jedweder anderen herkömmlichen Konfiguration angeordnet sein können. Eine Kurbelwelle 22 des Motors 12 kann innerhalb des Motorblocks 14 drehbar angeordnet sein.
Das Leistungssystem 10 kann mit einer Maschine verwendet werden. Die Maschine kann als mobile oder stationäre Maschine ausgeführt sein, die bestimmte Betriebstypen ausführt, die einer Industrie, wie z. B. Gewinnung, Bauwirtschaft, Landwirtschaft, Transport, oder jedweder anderen bekannten Industrie zugeordnet sind. Beispielsweise kann die Maschine eine Erdbewegungsmaschine, wie z. B. ein geländegängiges Nutzfahrzeug, ein Radlader, ein Motorgrader, oder jedwede andere geeignete Erdbewegungsmaschine sein. Die Maschine kann alternativ als Straßen-LKW, Personenkraftwagen oder jedwede andere, einen Betrieb ausführende Maschine ausgeführt sein.
Das Leistungssystem 10 kann ein Luftansaugsystem 30 umfassen. Das Luftansaugsystem 30 kann dem Leistungssystem 10 zugeordnet sein und Komponenten aufweisen, die verdichtete Luft aufbereiten und mittels des Ansaugkrümmers 18 in den Zylinder 16 einbringen kann. Beispielsweise kann das Luftansaugsystem 30 einen Luftfilter 32 und einen Verdichter 34 umfassen, der angeschlossen ist, um Ansaugluft durch den Luftfilter 32 anzusaugen. Es ist vorgesehen, dass das Luftansaugsystem 30 andere oder zusätzfläche Komponenten aufweist, die herkömmlich bekannt sind.
Der Verdichter 34 kann stromabwärts von dem Luftfilter 32 angeordnet und so aufgebaut sein, dass er die Luft, die in das Leistungssystem 10 strömt, verdichtet. Der Verdichter 34 kann jedweder bekannte Verdichtertyp sein. Das Leistungssystem 10 kann gegebenenfalls ein Abgasrückführungssystem (EGR) (nicht gezeigt) umfassen. Ein EGR-System kann in an sich bekannter Weise zur Kontrolle von Emissionen von unerwünschten Schadstoffgasen und -teilchen während des Betriebs eines Verbrennungsmotors verwendet werden.
Das Leistungssystem 10 kann ferner ein Abgassystem 40 umfassen, das ein Nachbehandlungssystem 50 umfasst. Das Abgassystem 40 kann eine Turbine 52 aufweisen, die so angeordnet ist, dass sie Abgas aufnimmt, welches das Leistungssystem 10 über den Abgaskrümmer 20 verlässt. Die Turbine 52 kann mit dem Verdichter 34 des Luftansaugsystems 30 mittels einer gemeinsamen Welle zur Bildung eines Turboladers verbunden sein. Wenn sich die heißen Abgase, die das Leistungssystem 10 verlassen, durch die Turbine 52 bewegen und auf die Turbine 52 einwirken, d. h., gegen Schaufeln (nicht gezeigt) expandieren, kann sich die Turbine 52 drehen und den Verdichter 34 antreiben, so dass er Ansaugluft mit Druck beaufschlagt. Es ist vorgesehen, dass mehr als eine Turbine 52 in das Abgassystem 40 einbezogen werden kann und in einer parallelen Beziehung oder einer Reihenbeziehung angeordnet sein kann.
In den 1 bis 3 sind drei verschiedene beispielhafte Nachbehandlungssysteme 50, 150 bzw. 250 gezeigt. Das Nachbehandlungssystem 50 kann Komponenten umfassen, die Abgas aufbereiten und entlang des Abgassystems 40 leiten, wenn es die Turbine 52 verlässt. Wie es in der 1 gezeigt ist, kann das Nachbehandlungssystem 50 z. B. einen Direktoxidationskatalysator (DOC) 54, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 56 und eine NOx-Reduktionsfalle (NRT) 58 aufweisen.
Der DOC 54 kann so positioniert sein, dass er Abgas aufnimmt, das aus der Turbine 52 austritt. Der DOC 54 kann Schadstoffe in dem Abgasstrom in umweltfreundlichere Komponenten umwandeln. Beispielsweise kann der DOC 54 einen Katalysator nutzen, wie z. B. einen Übergangsmetallkatalysator, um teilchenförmige Materialien in dem Abgasstrom durch Oxidation zu vermindern.
Der DPF 56 kann sich stromabwärts von und in Fluidverbindung mit dem DOC 54 befinden. Der DPF 56 kann jedweden bekannten Typ von Filter aufweisen, wie z. B. einen Filter des Kordieritschaum-, Sintermetall-, Keramik- oder Siliziumcarbid-Typs. Mindestens ein Teil des DPF 56 kann in einer Wabenkonfiguration, Netzkonfiguration und/oder einer anderen geeigneten Konfiguration ausgebildet sein, um teilchenförmige Materialien in dem Abgasstrom zu filtern oder einzufangen, wenn dieser durch den DPF 56 strömt. Der DPF 56 kann Katalysatormaterialien enthalten, einschließlich z. B. Aluminium, Platin, Rhodium, Barium, Cer und/oder Alkalimetalle, Erdalkalimetalle, Seltenerdmetalle oder Kombinationen davon. Diese Katalysatormaterialien können verwendet werden, um bei der passiven Regenerierung des DPF 56 zu unterstützen, wodurch die Abgastemperaturen auf ein Niveau erhöht werden, das zur Verbrennung von gefiltertem und eingefangenem Ruß ausreichend ist.
Die NRT 58 kann stromabwärts von dem DPF 56 bereitgestellt sein zum Umwandeln von NOx-Schadstoffen in dem Abgasstrom in umweltfreundlichere Komponenten. Die NRT 58 kann z. B. eine Falle zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) sein, in der ein Reduktionsmittel zur Umwandlung von NOx in umweltfreundlichere Komponenten verwendet wird. Alternativ kann die NRT 58 z. B. eine Mager-NOx-Falle (LNT) sein, in der ein Washcoat, der Zeolithe enthält, verwendet wird, um NOx in umweltfreundlichere Komponenten umzuwandeln. Es sollte beachtet werden, dass die Positionen des DOC 54, des DPF 56 und der NRT 58 innerhalb des Nachbehandlungssystems 50 in geeigneter Weise anders angeordnet werden können, ohne vom Bereich dieser Offenbarung abzuweichen.
Das Nachbehandlungssystem 50 kann auch einen Separator 60 umfassen, der so aufgebaut ist, dass er bestimmte Bestandteile von dem Abgasstrom abtrennt, wie z. B. CO und Dampf. Der Separator 60 kann z. B. eine Membran, ein poröses Element oder eine röhrenförmige Vorrichtung sein, die in einer Wabenkonfiguration, einer Netzkonfiguration und/oder einer anderen geeigneten Konfiguration ausgebildet ist, um ausgewählte Komponenten aus dem Abgas zu extrahieren. Der Separator 60 kann in der Umgebung des Abgaskrümmers 20 angeordnet sein und kann in solchen Fällen aus Materialien hergestellt sein, die den Temperaturen widerstehen können, die mit einer solchen Anordnung einhergehen. Beispielsweise kann der Separator 60 ein keramisches, metallisches oder irgendein anderes bekanntes Material sein, das hohen Temperaturen widerstehen kann, wie z. B. Temperaturen bis zu 400 bis 800°C, insbesondere 500 bis 600°C. Der Separator 60 wird in der weiteren Offenbarung lediglich beispielhaft als eine Membran beschrieben. Eine solche Beschreibung sollte nicht beschränkend aufgefasst werden. Wie es in der 1 gezeigt ist, kann die Membran 60 stromabwärts von dem Abgaskrümmer 20 und stromaufwärts von der Turbine 52 angeordnet sein. Poren (nicht gezeigt) der Membran 60 können eine Größe aufweisen, so dass Dampf und CO aus dem Abgas extrahiert werden. Beispielsweise können Poren der Membran 60 eine Größe aufweisen, die derart ist, dass sie einen Durchmesser aufweisen, der ein Diffusionsvolumen von mindestens 63,41 cm³/g·mol ermöglicht. Eine solche Porengröße kann groß genug sein, um sowohl Dampf- als auch CO Moleküle durchzulassen, während der Durchgang von größeren Abgasmolekülen beschränkt wird. Die Extraktion über die Membran 60 kann durch den Druck des Abgases bewirkt werden, das aus dem Abgaskrümmer 20 austritt. Alternativ kann die Membran 60 stromabwärts von der Turbine 52 angeordnet sein. In einer solchen Position kann es bevorzugt sein, eine Pumpe (nicht gezeigt) einzubeziehen, um die Extraktion über die Membran 60 zu bewirken.
Das Nachbehandlungssystem 50 kann auch einen Wassergas-Shiftreaktor (WGSR) 70 aufweisen, der so positioniert ist, dass er den Dampf und CO aufnimmt, die aus dem Abgas durch die Membran 60 extrahiert worden sind. Der Dampf und das CO, die extrahiert worden sind, können dem WGSR 70 z. B. durch den Druck des Abgases zugeführt werden, das aus dem Abgaskrümmer 20 austritt. Der WGSR 70 kann z. B. eine Umhüllung aus massivem Kupfer aufweisen. Alternativ kann der WGSR 70 z. B. eine Umhüllung aufweisen, die eine Beschichtung auf Kupferbasis umfasst. Das Kupfer oder die Beschichtung auf Kupferbasis kann als Katalysator wirken, der chemische Reaktionen innerhalb der Umhüllung initiiert oder erleichtert. Der WGSR 70 nutzt den Dampf und das CO, die extrahiert worden sind, zur Erzeugung einer chemischen Reaktion, die CO₂ und H₂ bildet. Diese Komponenten können dann der NRT 58 zur Verwendung als NOx-vermindernde bzw. -reduzierende Mittel innerhalb des Abgassystems 40 zugeführt werden.
Alternativ kann das Abgassystem 40, wie es in der 2 gezeigt ist, eine Turbine 152 und ein Nachbehandlungssystem 150 umfassen. Entsprechend dem Nachbehandlungssystem 50 kann das Nachbehandlungssystem 150 einen Direktoxidationskatalysator (DOC) 154, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 156, eine NOx-Reduktionsfalle (NRT) 158 und eine Membran 160 umfassen. Es sollte beachtet werden, dass die Positionen des DOC 154, des DPF 156 und der NRT 158 innerhalb des Nachbehandlungssystems 150 in geeigneter Weise anders angeordnet werden können, ohne vom Bereich dieser Offenbarung abzuweichen.
Wie es in der 2 gezeigt ist, kann die Membran 160 stromabwärts von dem Abgaskrümmer 20 und stromaufwärts von der Turbine 152 angeordnet sein. Die Membran 160 kann Poren (nicht gezeigt) aufweisen, die eine Größe aufweisen, so dass Dampf aus dem Abgas extrahiert wird. Daher können Poren der Membran 160 eine Größe aufweisen, die derart ist, dass sie einen Durchmesser aufweisen, der ein Diffusionsvolumen von mindestens 23,25 cm³/g·mol ermöglicht. Eine solche Porengröße ist groß genug, um Dampfmoleküle durchzulassen, während der Durchgang von größeren Abgasmolekülen beschränkt wird. Die Extraktion über die Membran 160 kann durch den Druck des Abgases bewirkt werden, das aus dem Abgaskrümmer 20 austritt. Alternativ kann die Membran 160 stromabwärts von der Turbine 152 angeordnet sein. In einer solchen Position kann es bevorzugt sein, eine Pumpe (nicht gezeigt) einzubeziehen, um die Extraktion über die Membran 160 zu bewirken.
Wie es in der 2 gezeigt ist, kann das Nachbehandlungssystem 150 zusätzlich einen Hochtemperatur-Elektrolysereaktor (HTER) 180 aufweisen, der so angeordnet ist, dass er den extrahierten Dampf aufnimmt und diesen zu H₂ und O₂ elektrolysiert. Der extrahierte Dampf kann z. B. dem HTER 180 durch den Druck des Abgases zugeführt werden, das aus dem Abgaskrümmer 20 austritt. Der HTER 180 kann eine Umhüllung aufweisen, die einen Katalysator auf Edelmetallbasis umfasst, um bei der Elektrolyse des extrahierten Dampfes zu unterstützen. Zum Zuführen der zur Durchführung einer solchen Elektrolyse erforderlichen elektrischen Energie kann das Nachbehandlungssystem 150 auch einen Generator 182 und eine Batterie 184 aufweisen. Der Generator 182 kann so angeordnet sein, dass er mechanische Energie von der Kurbelwelle 22 des Motors 12 in elektrische Energie umwandelt. Die erzeugte elektrische Energie kann der Batterie 184 und entsprechend dem HTER 180 über geeignete elektrische Verbindungen zugeführt werden. Die Batterie 184 kann jedwede geeignete Batterie sein, einschließlich unter anderem jedwede Bordbatterie der Maschine. Das Nachbehandlungssystem 150 kann auch ein zweites Abtrennelement, den Separator 186, aufweisen, das so angeordnet ist, dass es den H₂ und den O₂ aufnimmt, die durch die Elektrolyse erzeugt worden sind. Der Separator 186 kann z. B. eine Membran oder eine röhrenförmige Vorrichtung sein, die in einer Wabenkonfiguration, einer Netzkonfiguration und/oder einer anderen geeigneten Konfiguration ausgebildet ist, um es dem Separator 186 zu ermöglichen, den Hz und den O₂, die von dem HTER 180 empfangen worden sind, zu trennen. Diese Komponenten können dann verschiedenen Elementen des Abgassystems 40 zur Verwendung als NOx-reduzierende Mittel zugeführt werden. Beispielsweise kann der H₂ der NRT 158 über einen ersten Weg zugeführt werden und der O₂ kann dem DOC 154 über einen zweiten Weg zugeführt werden.
Alternativ kann das Abgassystem 40, wie es in der 3 gezeigt ist, eine Turbine 252 und ein Nachbehandlungssystem 250 umfassen. Entsprechend den Nachbehandlungssystemen 50 und 150 kann das Nachbehandlungssystem 250 einen Direktoxidationskatalysator (DOC) 254, einen Dieselpartikelfilter (DPF) 256, eine NOx-Reduktionsfalle (NRT) 258 und eine Membran 260 aufweisen. Es sollte beachtet werden, dass die Positionen des DOC 254, des DPF 256 und der NRT 258 innerhalb des Nachbehandlungssystems 250 in geeigneter Weise anders angeordnet werden können, ohne vom Bereich dieser Offenbarung abzuweichen.
Wie es in der 3 gezeigt ist, kann die Membran 260 stromabwärts von dem Abgaskrümmer 20 und stromaufwärts von der Turbine 252 angeordnet sein. Die Membran 260 kann Poren (nicht gezeigt) aufweisen, die eine Größe aufweisen, so dass Dampf aus dem Abgas extrahiert wird. Daher können Poren der Membran 160 einen Durchmesser aufweisen, der ein Diffusionsvolumen von mindestens 23,25 cm³/g·mol ermöglicht. Eine solche Porengröße ist groß genug, um Dampfmoleküle durchzulassen, während der Durchgang von größeren Abgasmolekülen beschränkt wird. Die Extraktion über die Membran 260 kann durch den Druck des Abgases bewirkt werden, das aus dem Abgaskrümmer 20 austritt. Alternativ kann die Membran 260 stromabwärts von der Turbine 252 angeordnet sein. In einer solchen Position kann es bevorzugt sein, eine Pumpe (nicht gezeigt) einzubeziehen, um die Extraktion über die Membran 260 zu bewirken.
Wie es in der 3 gezeigt ist, kann das Nachbehandlungssystem 250 zusätzlich einen Dampfreformierreaktor (SRR) 290 aufweisen, der so angeordnet ist, dass er den extrahierten Dampf von der Membran 260 aufnimmt. Das Nachbehandlungssystem 250 kann auch einen Injektor 292 aufweisen, der so aufgebaut ist, dass er einen Kohlenwasserstoffkraftstoff in den SRR 290 einspritzt, um eine Reaktion innerhalb des SRR 290 zur Bildung von H₂ und CO zu erleichtern. Der extrahierte Dampf kann z. B. durch den Druck des Abgases, das aus dem Abgaskrümmer 20 austritt, in den SRR 290 geleitet werden. Der SRR 290 kann eine Umhüllung aufweisen, die einen Katalysator auf Rhodium-, Platin- oder Nickelbasis umfasst, um bei der Bildung von H₂ und CO zu unterstützen. Diese Komponenten werden als NOx-vermindernde bzw. -reduzierende Mittel innerhalb des Abgassystems 40 verwendet. Der Kohlenwasserstoffkraftstoff kann z. B. von einer Kraftstoffquelle 294 zugeführt werden. Die Kraftstoffquelle 294 kann die gleiche Kraftstoffquelle sein, die von dem Motor 12 genutzt wird. Der H₂ und das CO, die innerhalb des SRR 290 gebildet werden, können z. B. der NRT 258 zur Verwendung bei der Verminderung bzw. Reduktion von NOx innerhalb des Abgases zugeführt werden.
Die 4 bis 6 sind Flussdiagramme, die verschiedene Verfahren des Betriebs der Nachbehandlungssysteme 50, 150 bzw. 250 der 1 bis 3 darstellen. Die 4 bis 6 werden nachstehend detaillierter diskutiert.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das offenbarte NOx-Verminderungssystem kann in jedweder Maschine oder jedwedem Leistungssystem bereitgestellt werden, das eine Leistungsquelle umfasst, die oder das einen Abgasstrom erzeugt, wie z. B. einen Motor. Das offenbarte NOx-Verminderungssystem kann die Menge an NO₂ relativ zu NO in dem Abgasstrom erhöhen, wodurch die Menge an umweltschädlichen Schadstoffen, die in die Luft abgegeben werden, vermindert wird. Der Betrieb der Abgasnachbehandlungssysteme 50, 150, 250 wird nachstehend erläutert.
Atmosphärische Luft kann über den Luftfilter 32 in das Luftansaugssystem 30 angesaugt werden und kann durch den Verdichter 34 geleitet werden, wo sie auf ein vorgegebenes Maß mit Druck beaufschlagt werden kann, bevor sie in die Brennkammer des Motors 12 eintritt. Kraftstoff kann mit der mit Druck beaufschlagten Luft vor oder nach dem Eintreten in die Brennkammer des Motors 12 gemischt werden. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch kann durch den Motor 12 gezündet werden, so dass mechanische Arbeit und ein Abgasstrom, der gasförmige Verbindungen enthält, erzeugt werden. Der Abgasstrom kann ein Fluid sein, das feste teilchenförmige Materialien und Schadstoffe, wie z. B. Kohlenstoff, Schwefel und NOx, enthält. Der Abgasstrom kann von dem Motor 12 entlang des Abgassystems 40 zu der Turbine 52, 152, 252 geleitet werden, wo die Ausdehnung von heißen Abgasen eine Drehung der Turbine 52, 152, 252 verursacht, wodurch der damit verbundene Verdichter 34 gedreht wird, was dazu führt, dass der Verdichter 34 die Ansaugluft verdichtet. Das Abgas, das die Turbine 52, 152, 252 verlässt, kann entlang des Abgassystems 40 durch das Nachbehandlungssystem 50, 150, 250 strömen. Wenn das Abgas durch das Nachbehandlungssystem 50, 150, 250 strömt, kann das Abgas einer Reihe von chemischen Reaktionen unterliegen, welche die Menge von NOx in dem Abgas vermindern, das schließlich in die Luft freigesetzt wird. Alternative beispielhafte Wege in den beispielhaften Nachbehandlungssystemen 50, 150, 250, die in den 1 bis 3 offenbart sind, werden nachstehend detaillierter diskutiert.
Die 4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaft offenbartes Verfahren zum Betreiben des Nachbehandlungssystems 50 von 1 darstellt. Nach dem Verlassen des Abgaskrümmers 20 (Schritt 99) kann ein Teil des Abgases durch die Membran 60 geleitet werden. Die Membran 60 kann so aufgebaut sein, dass sie mindestens einen Teil des Dampfes und des CO von dem Abgasstrom extrahiert (Schritt 100). Ein solcher Aufbau kann durch geeignetes Einstellen des molekularen Durchmessers der Poren der Membran 60 erreicht werden, so dass bestimmte Abgasmoleküle mit ähnlichem oder kleinerem molekularen Durchmesser hindurch treten können, während der Durchgang größerer Abgasmoleküle beschränkt wird.
Der Dampf und das CO, die extrahiert worden sind, werden dann dem WGSR 70 zugeführt, in dem der Dampf und das CO, die extrahiert worden sind, unter Bildung von CO₂ und H₂ gemäß der folgenden chemischen Reaktion reagieren (Schritt 110), was z. B. durch Kupfer oder eine Beschichtung auf Kupferbasis des WGSR 70 erleichtert oder initiiert wird: CO + H₂O → CO₂ + H₂ (1)
Diese Reaktion ist geringfügig exotherm (42 kJ/mol) und kann der NRT 58 zusätzliche Wärme zuführen. Eine solche zusätzliche Wärme kann die Effizienz der NOx-Verminderung bzw. -Reduktion in der NRT 58 verbessern. Dabei ist vorgesehen, dass der WGSR 70 nahe an dem Abgaskrümmer 20 angeordnet sein kann. Eine solche Anordnung ermöglicht es dem WGSR 70, die relativ hohe Temperatur des Abgases zu nutzen, das den Abgaskrümmer 20 verlässt, um ausreichend H₂ mit einer höheren Reaktionsgeschwindigkeit zu erzeugen. Der in dem WGSR 70 erzeugte H₂ kann als Reduktionsmittel verwendet werden und der NRT 58 zugeführt werden, wo dessen Gegenwart die Umwandlung von NOx-Schadstoffen in dem Abgas, das entlang des Abgassystems 40 strömt, in umweltfreundlichere Komponenten unterstützt. Beispielsweise kann der H₂ mit NOx unter Bildung von Dampf und N₂ reagieren. Der H₂ und das CO₂, die in dem WGSR 70 gebildet werden, können durch den Druck des Abgases, das den Abgaskrümmer 20 verlässt, zugeführt werden. Alternativ kann eine Pumpe oder ein anderes geeignetes Mittel verwendet werden, um diese Bestandteile durch das Abgassystem 40 zu leiten.
Ein Teil des Abgases, das den Abgaskrümmer 20 verlässt, kann durch die Membran 60 geleitet werden. Abgas, das nicht durch die Membran 60 geleitet wird, kann durch die Turbine 52 strömen und den Verdichter 34 antreiben (Schritt 115). Abgas, das die Turbine 52 verlässt, kann zu dem Nachbehandlungssystem 50 strömen, das den DOC 54 umfasst, wo mindestens ein Teil der Schadstoffe in dem Abgasstrom, einschließlich unter anderem teilchenförmige Materialien, zu umweltfreundlicheren Komponenten oxidiert werden kann (Schritt 120). Nach dem Verlassen des DOC 54 kann das Abgas durch den DPF 56 strömen, wo mindestens ein Teil der restlichen teilchenförmigen Materialien in dem Abgas innerhalb des DPF 56 eingefangen werden kann (Schritt 130). Abgas, das den DPF 56 verlässt, kann dann zu der NRT 58 strömen, wo eine Verminderung von NOx durch Umwandeln von NOx-Schadstoffen in dem Abgasstrom in umweltfreundlichere Komponenten erreicht werden kann (Schritt 140). Bestandteile, wie z. B. NOx, innerhalb des Abgases können mit dem CO₂ und H₂ reagieren, die von dem WGSR 70 zu der NRT 58 geleitet worden sind. Alternativ oder zusätzlich kann ein Reduktionsmittel, wie z. B. wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff, mit NOx in der NRT 58 unter Bildung von umweltfreundlicheren Komponenten reagieren, oder ein Washcoat, der Zeolithe enthält, kann mit NOx in der NRT 58 unter Bildung von umweltfreundlicheren Komponenten reagieren. Abgasbestandteile kämen mit dem Reduktionsmittel und/oder dem Washcoat mit oder ohne Vorliegen von CO₂ und H₂, die gebildet worden sind, reagieren. Nach dem Hindurchtreten durch das Nachbehandlungssystem 50 kann das behandelte Abgas in die Umgebungsluft freigesetzt werden (Schritt 145).
Die 5 ist ein Flussdiagramm, das ein alternatives, beispielhaft offenbartes Verfahren zum Betreiben des Nachbehandlungssystems 150 von 2 darstellt. Nach dem Verlassen des Abgaskrümmers 20 (Schritt 199) kann ein Teil des Abgases durch die Membran 160 geleitet werden. Die Membran 160 kann so aufgebaut sein, dass mindestens ein Teil des Dampfes aus dem Abgasstrom extrahiert wird (Schritt 200). Ein solcher Aufbau kann durch geeignetes Einstellen des molekularen Durchmessers der Poren der Membran 160 erreicht werden, so dass bestimmte Abgasmoleküle mit ähnlichem oder kleinerem molekularen Durchmesser hindurch treten können, während der Durchgang größerer Abgasmoleküle beschränkt wird.
Extrahierter Dampf wird dann dem HTER 180 zugeführt, in dem der extrahierte Dampf unter Bildung von H₂ und O₂ gemäß der folgenden chemischen Gleichung elektrolysiert wird (Schritt 210): 2H₂O → 2H₂ + O₂ (2)
Der HTER 180 kann nahe an dem Abgaskrümmer 20 angeordnet sein. Eine solche Anordnung ermöglicht es dem HTER 180, überschüssige Energie in dem Abgasstrom zu nutzen, wodurch das Nachbehandlungssystem 150 effizienter wird. Die Elektrolyse erfordert die Zufuhr von elektrischem Strom. Ein solcher elektrischer Strom kann durch den Generator 182 und die Batterie 184 zugeführt werden. Wie es vorstehend erwähnt worden ist, kann der Generator 182 so angeordnet sein, dass er mechanische Energie von der Kurbelwelle 22 des Motors 12 in elektrische Energie umwandelt. Die erzeugte elektrische Energie kann der Batterie 184 und entsprechend dem HTER 180 über geeignete elektrische Verbindungen zugeführt werden. Die Batterie 184 kann jedwede geeignete Batterie sein, einschließlich unter anderem jedwede Bordbatterie der Maschine. Der H₂ und der O₂, die durch Elektrolyse erzeugt worden sind, können dem Separator 186 zugeführt werden und von diesem aufgetrennt werden.
Der in dem HTER 180 gebildete H₂ kann der NRT 158 zugeführt werden, wo dessen Gegenwart bei der Umwandlung von NOx-Schadstoffen in dem Abgas, das entlang des Abgassystems 40 strömt, in umweltfreundlichere Komponenten unterstützt. Beispielsweise kann der H₂ mit NOx unter Bildung von Dampf und N₂ reagieren. Entsprechend kann der O₂, der in dem HTER 180 gebildet worden ist, dem DOC 154 zugeführt werden, um bei der Oxidation von teilchenförmigen Materialien in dem Abgas, das entlang des Abgassystems 40 strömt, zu unterstützen. Der H₂ und der O₂, die in dem HTER 180 gebildet worden sind, können der NRT 158 bzw. dem DOC 154 durch den Druck des Abgases, das den Abgaskrümmer 20 verlässt, zugeführt werden. Alternativ kann eine Pumpe oder ein anderes geeignetes Mittel verwendet werden, um diese Elemente durch das Abgassystem 40 zu leiten.
Ein Teil des Abgases, das den Abgaskrümmer 20 verlässt, kann durch die Membran 160 geleitet werden. Abgas, das nicht durch die Membran 160 geleitet wird, kann durch die Turbine 152 strömen und den Verdichter 34 antreiben (Schritt 215). Abgas, das die Turbine 152 verlässt, kann zu dem Nachbehandlungssystem 150 strömen, das den DOC 54 umfasst, wo mindestens ein Teil der Schadstoffe in dem Abgasstrom, einschließlich unter anderem teilchenförmige Materialien, zu umweltfreundlicheren Komponenten oxidiert werden kann (Schritt 220). Nach dem Verlassen des DOC 154 kann das Abgas durch den DPF 156 strömen, wo mindestens ein Teil der restlichen teilchenförmigen Materialien in dem Abgas innerhalb des DPF 156 eingefangen werden kann (Schritt 230). Abgas, das den DPF 156 verlässt, kann dann zu der NRT 158 strömen, wo eine Verminderung von NOx durch Umwandeln von NOx-Schadstoffen in dem Abgasstrom in umweltfreundlichere Komponenten erreicht werden kann (Schritt 240). Bestandteile, wie z. B. NOx, innerhalb des Abgases können mit dem H₂ reagieren, der von dem HTER 180 zu der NRT 158 geleitet worden ist. Alternativ oder zusätzlich kann ein Reduktionsmittel, wie z. B. wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff, mit NOx in der NRT 158 unter Bildung von umweltfreundlicheren Komponenten reagieren, oder ein Washcoat, der Zeolithe enthält, kann mit NOx in der NRT 158 unter Bildung von umweltfreundlicheren Komponenten reagieren. Abgasbestandteile können mit dem Reduktionsmittel und/oder dem Washcoat mit oder ohne Vorliegen des gebildeten H₂ reagieren. Nach dem Hindurchtreten durch das Nachbehandlungssystem 150 kann das behandelte Abgas in die Umgebungsluft freigesetzt werden (Schritt 245).
Die 6 ist ein Flussdiagramm, das ein alternatives, beispielhaft offenbartes Verfahren zum Betreiben des Nachbehandlungssystems 250 von 3 darstellt. Nach dem Verlassen des Abgaskrümmers 20 (Schritt 299) kann ein Teil des Abgases durch die Membran 260 geleitet werden. Die Membran 260 kann so aufgebaut sein, dass mindestens ein Teil des Dampfes aus dem Abgasstrom extrahiert wird (Schritt 300). Ein solcher Aufbau kann durch geeignetes Einstellen des molekularen Durchmessers der Poren der Membran 260 erreicht werden, so dass bestimmte Abgasmoleküle mit ähnlichem oder kleinerem molekularen Durchmesser hindurch treten können, während der Durchgang größerer Abgasmoleküle beschränkt wird.
Extrahierter Dampf wird dann dem SRR 290 zugeführt, in dem der extrahierte Dampf gemäß der folgenden endothermen chemischen Gleichung mit einem eingespritzten Kohlenwasserstoffkraftstoff vereinigt wird (Schritt 310): 1,5 n H₂O + C_nH_2n → 0,5 n CO₂ + 0,5 n CO + 1,5 n H₂ (3)
Der von dieser Reaktion benötigte Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis kann durch den Injektor 292 eingespritzt werden. Der benötigte Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis kann auch von der gleichen Kraftstoffquelle zugeführt werden, die von dem Motor 12 genutzt wird, wodurch keine zusätzliche Infrastruktur erforderlich ist. Alternativ kann eine separate Kraftstoffquelle bereitgestellt werden. Endotherme chemische Reaktionen erfordern für deren Durchführung Wärme. Dabei ist vorgesehen, dass der SRR 290 nahe an dem Abgaskrümmer 20 angeordnet wird. Eine solche Anordnung ermöglicht es dem SRR 290, überschüssige Energie in dem Abgasstrom zu nutzen, wodurch das Nachbehandlungssystem 250 effizienter wird. Da ferner endotherme Reaktionen Wärme absorbieren, kann das Anordnen des SRR 290 nahe an dem Abgaskrümmer 20 die Temperatur des Abgases senken, das den Abgaskrümmer 20 verlässt. Eine solche Senkung der Temperatur kann die Haltbarkeit des Abgaskrümmers 20 sowie von anderen stromabwärtigen Komponenten erhöhen.
Das CO und der H₂, die in dem SRR 290 gebildet worden sind, können der NRT 258 zugeführt werden, wo deren Gegenwart bei der Umwandlung von NOx-Schadstoffen in dem Abgas, das entlang des Abgassystems 40 strömt, in umweltfreundlichere Komponenten unterstützt. Beispielsweise kann der H₂ mit NOx unter Bildung von Dampf und N₂ reagieren. Das CO und der H₂, die in dem SRR 290 gebildet worden sind, können durch den Druck des Abgases, das den Abgaskrümmer 20 verlässt, zugeführt werden. Alternativ kann eine Pumpe oder ein anderes geeignetes Mittel verwendet werden, um diese Elemente durch das Abgassystem 40 zu leiten.
Ein Teil des Abgases, das den Abgaskrümmer 20 verlässt, kann durch die Membran 260 geleitet werden. Abgas, das nicht durch die Membran 260 geleitet wird, kann durch die Turbine 252 strömen und den Verdichter 34 antreiben (Schritt 315). Abgas, das die Turbine 252 verlässt, kann zu dem Nachbehandlungssystem 250 strömen, das den DOC 254 umfasst, wo mindestens ein Teil der Schadstoffe in dem Abgasstrom, einschließlich unter anderem teilchenförmige Materialien, zu umweltfreundlicheren Komponenten oxidiert werden kann (Schritt 320). Nach dem Verlassen des DOC 254 kann das Abgas durch den DPF 256 strömen, wo mindestens ein Teil der restlichen teilchenförmigen Materialien in dem Abgas innerhalb des DPF 256 eingefangen werden kann (Schritt 330). Abgas, das den DPF 256 verlässt, kann dann zu der NRT 258 strömen, wo eine Verminderung von NOx durch Umwandeln von NOx-Schadstoffen in dem Abgasstrom in umweltfreundlichere Komponenten erreicht werden kann (Schritt 340). Bestandteile, wie z. B. NOx, innerhalb des Abgases können mit dem H₂ und dem CO reagieren, die von dem SRR 290 zu der NRT 258 geleitet worden sind. Alternativ oder zusätzlich kann ein Reduktionsmittel, wie z. B. wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff, mit NOx in der NRT 258 unter Bildung von umweltfreundlicheren Komponenten reagieren, oder ein Washcoat, der Zeolithe enthält, kann mit NOx in der NRT 258 unter Bildung von umweltfreundlicheren Komponenten reagieren. Abgasbestandteile können mit dem Reduktionsmittel und/oder dem Washcoat mit oder ohne Vorliegen von H₂ und CO, die gebildet worden sind, reagieren. Nach dem Hindurchtreten durch das Nachbehandlungssystem 250 kann das behandelte Abgas in die Umgebungsluft freigesetzt werden (Schritt 350).
Es versteht sich für den Fachmann, dass bei dem NOx-Verminderungssystem der vorliegenden Offenbarung verschiedene Modifizierungen und Variationen durchgeführt werden können, ohne von dem Bereich der Offenbarung abzuweichen. Andere Ausführungsformen sind für den Fachmann durch Studieren der Beschreibung und Ausführen des hier offenbarten Systems offensichtlich. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich beispielhaft sein, wobei der wahre Bereich der Offenbarung durch die folgenden Ansprüche und deren Äquivalente angegeben ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5272871 [0004, 0005]

Claims

Verfahren zur Verminderung von NOx in einem Strom von Hochtemperatur-Motorabgas, welches umfasst: Leiten eines Teils eines Stroms von Hochtemperatur-Abgas von einem Abgaskrümmer eines Motors zu einem Separator, Abtrennen von Dampf von dem Strom von Hochtemperatur-Abgas mit dem Separator und Verwenden von Komponenten des abgetrennten Dampfes zur Verminderung von NOx in dem Hochtemperatur-Abgas.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Leiten des abgetrennten Dampfes zu einem Wassergas-Shiftreaktor, einem Dampfreformierreaktor oder einem Hochtemperatur-Elektrolysereaktor.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst: Abtrennen von CO von dem Strom von Hochtemperatur-Abgas mit dem Separator, Leiten des abgetrennten Dampfes zu dem Wassergas-Shiftreaktor und Bilden von CO₂ und H₂ unter Verwendung des CO und des Dampfes, die abgetrennt worden sind, in dem Wassergas-Shiftreaktor.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst: Leiten des abgetrennten Dampfes zu dem Hochtemperatur-Elektrolysereaktor und Elektrolysieren des abgetrennten Dampfes zur Bildung von H₂ und O₂.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner umfasst: Leiten des abgetrennten Dampfes zu dem Dampfreformierreaktor, Einspritzen eines Kohlenwasserstoffkraftstoffs in den Dampfreformierreaktor und Bilden von H₂ und CO in dem Dampfreformierreaktor.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Abtrennen von Dampf von dem Strom von Hochtemperatur-Abgas mit dem Separator das Abtrennen von Dampf von dem Abgasstrom mit einer Membran umfasst.
Verfahren zur Verminderung von NOx in einem Strom von Motorabgas, welches umfasst: Leiten des Abgasstroms von dem Motor zu einem Trennelement, Abtrennen von Dampf und von CO von dem Abgasstrom mit dem Trennelement und Bilden von CO₂ und H₂ unter Verwendung des CO und des Dampfes, die abgetrennt worden sind.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Bilden des CO₂ und des H₂ das Bilden des CO₂ und des H₂ in einem Wassergas-Shiftreaktor umfasst,
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst: Vermindern von NOx in dem Abgasstrom durch Leiten des gebildeten H₂ zu einer NOx-Reduktionsfalle.
Verfahren zur Verminderung von NOx in einem Strom von Motorabgas, welches umfasst: Leiten mindestens eines wesentlichen Teils des Abgasstroms durch einen Separator, Abtrennen von Dampf von dem Abgasstrom mit dem Separator, und Verwenden des abgetrennten Dampfes in einem Hochtemperatur-Elektrolysereaktor zur Bildung von H₂ und O₂ und Vermindern von NOx in dem Abgas mit dem gebildeten H₂.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner umfasst: Vermindern von teilchenförmigen Materialien in dem Abgas mit dem in dem Hochtemperatur-Elektrolysereaktor gebildeten O₂.
Verfahren zur Verminderung von NOx in einem Strom von Motorabgas, welches umfasst: Abtrennen von Dampf von dem Abgasstrom mit einem Separator, Mischen des abgetrennten Dampfes mit einem Kohlenwasserstoffkraftstoff zur Bildung von H₂ und Vermindern von NOx in dem Abgas mit dem gebildeten H₂.
Verfahren nach Anspruch 12, das ferner umfasst: Bilden von CO zusätzlich zu dem H₂ in einem Dampfreformierreaktor, wobei das Vermindern von NOx in dem Abgasstrom das Leiten des CO und des H₂, die gebildet worden sind, zu einer NOx-Reduktionsfalle umfasst.
Verbrennungsmotorsystem, welches umfasst: einen Verbrennungsmotor, einen Motorabgaskrümmer, einen Separator, der stromabwärts von dem Motorabgaskrümmer in einem Abgasströmungsweg angeordnet ist, wobei der Separator so aufgebaut ist, dass er Dampf von dem Abgas in dem Abgasströmungsweg extrahiert, und ein Element, das so aufgebaut ist, dass es den extrahierten Dampf aufnimmt und ein NOx-verminderndes Mittel erzeugt.
System nach Anspruch 14, bei dem das Element ein Wassergas-Shiftreaktor, ein Dampfreformierreaktor oder ein Hochtemperatur-Elektrolysereaktor ist.
System nach Anspruch 14, bei dem der Separator ferner so aufgebaut ist, dass er CO von dem Abgasstrom extrahiert und bei dem das Element ein Wassergas-Shiftreaktor ist, der so aufgebaut ist, dass er den Dampf und das CO zur Bildung des NOx-vermindernden Mittels umsetzt.
System nach Anspruch 16, bei dem das NOx-vermindernde Mittel H₂ ist.
System nach Anspruch 14, bei dem das Element einen Hochtemperatur-Elektrolysereaktor umfasst, der so aufgebaut ist, dass er den extrahierten Dampf elektrolysiert.
System nach Anspruch 14, bei dem das Element einen Dampfreformierreaktor umfasst, der so aufgebaut ist, dass er das NOx-vermindernde Mittel erzeugt, das H₂ und CO umfasst, und ferner einen Kraftstoffinjektor umfasst, der so aufgebaut ist, dass er einen Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis in den Dampfreformierreaktor einspritzt.
System nach Anspruch 14, bei dem der Separator eine Membran umfasst, die Poren mit einer Größe aufweist, die derart ist, dass Dampf aus dem Abgas extrahiert wird.