DE2360255A1 - Anordnungen an feuerungsanlagen und/ oder brennkraftmaschinen zur erzielung schadstofffreier abgase - Google Patents

Anordnungen an feuerungsanlagen und/ oder brennkraftmaschinen zur erzielung schadstofffreier abgase

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Description

Anordnungen an Feuerungsanlagen und/oder Brennkraftmaschinen zur Erzielung schadstoffreier Abgase.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung an Feuerungsanlagen und/oder Brennkraftmaschinen zur Erzielung schadstoffreier Abgase durch Verwendung von Ammoniak als Kraftstoff.
Die grundsätzliche Verwendbarkeit von Ammoniak als Kraftstoff für Verbrennungsmotoren ist aus der Zeitschrift 11 C&EN Sept. 28. 196^, Seite 5k und Jan. 18. I965, Seite 37» bekannt. Die mit Rücksicht auf einen guten Wirkungsgrad und hoher Leistung erforderliche vollständige katalytische Ammoniakspaltung konnte aber dort nicht verwirklicht werden.
Weiterhin drängt sowohl das Problem der heutigen Abgase von Feuerungsanlagen und Brennkraftmaschinen, die fossile Brennstoffe, d.h. überwiegend Kohlen-Wasserstoffe verwenden, zu einer Lösung als zusätzlich auch der Tatbestand, daß insbesondere die Erdölvorräte nur begrenzt zur Verfügung stehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, daß bei derartigen Feuerungsanlagen und Brennkraftmaschinen die Probleme sowohl der schadstoffreien Abgase und in diesem Zusammenhang auch die vollständige katalytische Ammoniakspaltung als auch der begrenzten Verfügbarkeit von Erdöl gelöst werden„
Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß Ammoniak durch ein Ventil bei erhöhter Temperatur, mit Hilfe eines Abgaswärmeaustauschers zuerst einem Katalysator zur katalytischen Spaltung und danach einer Feuerungsanlage oder Brennkraftmaschine zugeleitet wird und mittels einem
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weiteren Ventil den Abgasen Ammoniak in einem vorgegebenen Mengenverhältnis in die Leitung zu einem Abgaskatalysator zur Stickoxidreduktion zugemessen wird.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Ammoniakzugabe zu den Abgasen über einen Istwertfühler für Ammoniak und einen weiteren Istwertfühler für Stickoxide durch ein Steuer- oder Regelgerät und einem Ventil auf ein Minimum gesteuert oder geregelt wird.
In vorteilhafterweise kann die Erfindung dadurch erweitert werden, daß eine Brennkraftmaschine mit Schraubendrehkolben nach DP 1 751 091 mit möglichst isothermer Kompression durch Ammoniakeinspritzung während der Verdichtung und/oder mit verminderter Stickoxidbildung durch vollständige Ammoniakspaltung und vorzugsweise isothermer Expansion unterhalb 1500 C verwendet wird.
Der Erfindungsgegenstand wird anhand einer Figur erläutert.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die Abgase am Auslaß 1 einer beliebigen Feuerungsanlage oder Brennkraftmaschine mittels eines Abgaswärmeaustauschers 2 dazu benutzt, um Ammoniak auf die erforderliche Spalttemperatur zu bringen. Dieser Abgaswärmeaustauscher 2 ist mit einem Katalysator kombiniert, wie er beispielsweise aus der Deutschen Auslegeschrift 2 017 5^0 bekannt ist.
Auf diese Weise kann gasförmiges oder flüssiges Ammoniak aus dem Behälter 3 mittels Pumpe k über dem Stell- oder Regelventil 5 der beliebigen Feuerungsanlage oder Brennkraftmaschine 6 mit der Kraftstoffzuführleitung 7 zur Verbrennung zugeführt werden.
Mit dem Ventil 8 wird wahlweise in abhängiger oder unabhängiger Arbeitsweise mit Ventil 5 den Abgasen eine im Verhältnis dazu kleine Menge Ammoniak zugeführt. Im Abgaskatalysator 9 erfolgen die Stickoxidreduktionen und im Wärmeaustauscher 10 kann die Abgaswärme zur Aufheizung
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der Verbrennungsluft für beispielsweise einer Feuerungsanlage bzw. Stirlingmotor oder Gasturbine benutzt werden.
Durch den Istwertfühler 11 für Ammoniak und durch den Istwertfühler 12 für Stickoxide werden dem Steuer- bzw. Regelgerät 13 die Istwertsignale geliefert, die das Ventil 8 so beeinflußen, daß die im Abgas 22 verbleibenden Ammoniak- und Stickoxidkonzentrationen auf ein Minimum gehalten, werden.
Im Anwendungsfall auf ein beispielsweise einwelliges Verbrennungskraftmaschinenaggregat mit einer Verbrennungskraftmaschine 6, Zündeinrichtung 14, Kühlmittelzufuhr 15, Verbindungswellen 16, Verdichter 17, Generator 18, Verbrennungsluftzufuhr 19 wird mit dem Ventil 20, dem Verdichter 17 bereits Ammoniak auch teilweise schon während der Kompression durch die Leitung 21 zugeführt.
Die Wirkungsweise ist folgende:
Die Abgaswärme am Auslaß 1 einer beliebigen Feuerungsanlage oder Brennkraftmaschine liefert im Abgaswärmeaustauscher die notwendige Spalttemperatur für Ammoniak, das aus dem Behälter 3» mittels der Pumpe h, dem Ventil 5 zur Verbrennung beispielsweise in einer Dampfkesselanlage oder in einer Wärmekraftmaschine 6, über die Zuleitung 7 zugeführt wird. Bei Feuerungsanlagen, Gasturbinen, Stirlingmotoren und insbesondere Schraubendrehkolben-Brennkraftmaschinen nach DP 1 751 091 kann dabei die vollständige katalytisch^ " Spaltung bei hoher Temperatur durchgeführt werden. Das gespaltene Ammoniak wird den vorgenannten Maschinen direkt zugeführt. Mit Katalysatoren beispielsweise nach der Deutschen Auslegeschrift 2 017 5^0 wird dabei Ammoniak bis zu Prozentsätzen von mehr als 98 # bei 600 - 720 °C gespalten. Ammoniak, das heute im Herstellungspreis mit Benzin vergleichbar ist, ist deshalb als Flüssiggas beispielsweise für Fahrzeuge verwendbar und liefert bis auf eventuelle Stickoxide sonat keine schadhaften Abgase.
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Durch den Abgaskatalysator 9 kann in Verbindung mit der zugemessenen Menge mittels des Ventils 8 sogar noch das bei der Verbrennung entstandene Stickoxid so reduziert werden, daß die Abgase 22 vollkommen schadstoffrei sind.
Die Ammoniakzufuhr zur Reduktion der Stickoxyde mittels Ventil 8 kann dabei bereits auch vor dem Abgaswärmeaustauscher 2 erfolgen und ist nur daran gebunden, daß sie vor dem Abgaskatalysator 9 an beliebiger Stelle nach der Verbrennung in der Feuerungsanlage oder Verbrennungskraftmaschine 6 erfolgt.
Die Zuordnung der Ammoniakmenge, die durch Ventil 8 zur Reduktion der Stickoxide den Abgasen zugeführt wird, ist durch Meßreihen an der jeweiligen Feuerungsanlage oder Brennkraftmaschine zu ermitteln und bei Anlagen die nur geringen Aufwand zulassen durch eine abhängige Arbeitsweise der Ventile 5 und 8 festgelegt. Damit ist gemeint, daß durch Versuchsreihen festgestellt wird, welcher über Ventil 5 der Verbrennung sugeführten Ammoniakmenge einer über Ventil 8 zugeführten Ammoniakmenge entsprechen muß, damit ein Minimum von AbgaeSchadstoffen entsteht.
Bei größeren und aufwendigeren Anlagen mit hohen Forderungen an die Schadstoffreiheit der Abgase wird mittels der Steueroder Regeleinrichtung 13 mit Hilfe der Istwertfühler 11 für die Ammoniakkonzentration bzw. Istwertfühler 12 für Stickoxidkonzentration eine selbsttätige und unabhängige Arbeitsweise des Ventils 8 sichergestellt. Auf diese Weise erfolgt die Einstellung eines Schadstoff-Minimums ohne eine Koppelung an den Betriebszustand einer davor angeordneten Feuerungsanlage oder Brennkraftmaschine.
Bei Anwendung der Einrichtungen entsprechend der Erfindung auf die üblichen Hubkolbenmaschinen nach dem Ottoverfahren ergibt sich das Problem einer Vorzündung oder Frühzündung, falls das in Wasserstoff und Stickstoff gespaltene Ammoniak direkt bei 600 .- 720 °C zugeführt wird. In diesem Fall wird
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also eine Zwischenkühlung des Spaltgases erforderlich oder eben, wie in der Zeitschrift "C & EN" beschrieben, mit Rücksicht auf eine maximal zulässige Spaltgastemperatur nur ein Verhältnis von 1 : 7 bis 1 : k von Wasserstoffzu Ammoniakgas möglich.
Besonders vorteilhaft läßt sich Ammoniak als Kraftstoff für Schraubendrehkolben-Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung anwenden. In diesem Falle kann entsprechend Deutscher Patentschrift 1 751 091 über Ventil 20 je nach Leistungsbedarf des Aggregates bereits eine gewisse Menge Ammoniak im flüssigen Zustand über die Zuleitung 21 in einen Verdichter 17 zum Zwecke einer möglichst isothermen arbeitssparenden Kompression eingespritzt werden. Zur Sicherstellung einer schnellen Zündung und Verbrennung wird über Ventil 5 eine bestimmte Mindestmenge Spaltgas der Schraubendrehkolben-Brennkraftmaschine so zugeführt, daß sich möglichst immer eine isotherme Expansion ergibt. Als weitere Bedingung kommt hinzu, daß die Verbrennungstemperatur en ca. 1500 C im Hinblick auf eine geringe Stickoxidbildung von sich aus möglichst nicht überschreiten. Auf diese Weise können Gasarbeitsaggregate nach dem vorteilhaften Ericsson-Prozeß sowohl entsprechend des Erfindungsgegenstandes mit schadstoffreien Abgasen als auch mit Wirkungsgraden betrieben werden, die weit höher als kO $ liegen.
Mit dem vorgeschlagenen Kraftstoff und der vorgeschlagenen Arbeitsweise wird nicht nur ein Umweltproblem, sondern auch noch ein Energieproblem gelöst, da Ammoniak aus jeder beliebigen Primärenergie heute preiswert hergestellt werden kann.
3 Patentansprüche
1 Figur
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Claims (3)

- ir - Patentansprüche
1. Anordnung an Feuerungsanlagen und/oder Brennkraftmaschinen zur Erzielung schadstoffreier Abgase durch Verwendung von Ammoniak als Kraftstoff dadurch gekennzeichnet, daß Ammoniak durch ein Ventil bei erhöhter Temperatur mit Hilfe eines Abgaswärmeaustauschers zuerst einem Katalysator zur katalytischen Spaltung und danach einer Feuerungsanlage oder Brennkraftmaschine zugeleitet wird und mittels einem weiteren Ventil den Abgasen Ammoniak in einem vorgegebenen Mengenverhältnis in die Leitung zu einem Abgaskatalysator zur Stickoxidreduktion zugemessen wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniakzugabe zu den Abgasen über einen Istwertfühler für Ammoniak und einen weiteren Istwertfühler für Stickoxid durch ein Steuer- oder Regelgerät und einem Ventil auf ein Minimum gesteuert oder geregelt wird.
3. Einrichtungen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennkraftmaschine mit Schraubendrehkolben nach DP 1 751 091 mit möglichst isotiiermerKompression durch Ammoniakeinspritzung während der Verdichtung und/oder mit verminderter Stickoxidbildung durch vollständige Ammoniakspaltung und vorzugsweise isothermer Expansion unterhalb 1500 °C verwendet wird.
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