DE3504514A1 - Verfahren und vorrichtung zur abgaskatalyse von dieselmotoren - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur abgaskatalyse von dieselmotoren

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DE3504514A1 DE19853504514 DE3504514A DE3504514A1 DE 3504514 A1 DE3504514 A1 DE 3504514A1 DE 19853504514 DE19853504514 DE 19853504514 DE 3504514 A DE3504514 A DE 3504514A DE 3504514 A1 DE3504514 A1 DE 3504514A1
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Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Abgaskatalyse von Dieselmo-
  • toren Die Erfindung betri++t einen Abgaskatalysator f ür Di eselmotoren der die unverbrannten Teile, insbesondere Ruß und unverbrannte Kohlenwasserstoffe als Reduktionsmittel für die Stickoxidreduktion verwendet. Die unverbrannten Komponenten werden dabei mit dem Sauerstoffüberschuß des Abgases und dem Sauerstoff der Stickoxide verbrannt und so unschädlich gemacht.
  • Für Dieselmotoren wurden bisher Rußfilter vorgeschlagen, die die unverbrannten Substanzen in der Wandfläche von Keramikkörpern speicherten und anschließend bei Erreichen der Verbrennungstemperaturen verbrannten. Die Verbrennungstemperatur wurde dabei teilweise heruntergesetzt durch das Einbringen von Katalysatoren.
  • Diese Filter bendtigen ein großes Volumen, um den Druckverlust des Auspuffes nicht zu groß werden zu lassen.
  • Außerdem verbleiben in den Filterwänden auch ölaschereste, die beim Abbrennen nicht mehr herausgelbst werden und so den Druckverlust des Filters kontinuierlich erhöhen. Es kommt schließlich zum Reißen der Wände und zum Unbrauchbarwerden des Filters.
  • Die Nachteile versuchte eine Erfindung P 40 682 zu umgehen, indem ein Abgaskatalysator in den Abgasstrom eines Dieselmotors geschaltet wurde, der die Verbrennung der unverbrannten komponenten bewerkstelligen soll. Besondere Schwierigkeiten bereitet bei dieser Erfindung der im Startvorgang reichlich anfallende Fuß da in der Phase noch nicht die Reaktionstemperatur des Katalysators erreicht wurde.
  • u+gabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Vorteile beider Systeme zur Geltung kommen zu lassen und sowohl eine Rußspeicherung beim Start des Dieselmotors als auch eine Rußverbrennung während der Lastphase mit Stickoxidreduktion zu ermöglichens ohne daß sich zu hohe Druckverluste aufbauen können. Insbesondere soll die Erfindung keine Zunahme des Druckverlustes während des Betriebes zulassen.
  • Erfindungsgemäß geschieht dieses durch die Fombination eines Füllkörper- und eines Wabenkatalysators in der Weise, daß das Abgas zuerst in einem Füllkörperkatalysator von den Rußpartikeln befreit wird und anschlieRend in einem Wabenkatalysator zur Reduziprung der Stickoxide und zur Nachverbrennung weiter gereinigt wird.
  • Dabei ist der Füllkörperkatalysator so ausgebildet, daß bei Erhöhung des Druckverlustes sich das Bett ausdehenen kann, sodaß eine stärkere Ansammlung von Ruß in der Kaltstartphase nicht zu einer wesentlichen Erhöhung des Druckverlustes führen kann. Desweiteren sind die freien Strömungsquerschnitte so ausgebildet, daß bei der gegebenen Größe des Gerätes ein Minimum an Druckverlust entsteht.
  • Erfindugsgemäß wird dieses so gelöst, daß nach Verlassen des Abgases vom Motor, dieses in eine Ringkammer eingeleitet wird, in der sich am unteren Ende ein FiJtllko'rperkatlysator- und -+ilter befindet. Dabei ist die Ringkammer exzentrisch ausgebildet, soda sich ein besonders großer Strömungsquerschnitt in dem Füllkörper und somit ein geringerer Druckverlust bildet.
  • Zur überleitung in den Wabenkatalysator wird in der Ringkammer ein Rbschlußlochblech eingebaut, das die Füllk:ör perteilchen am Verlassen der Füllkörperschüttung hindert.
  • Nach dem Lochblech beginnt die überleitung des Abgases in die iffatalysatorwabe. Insgesamt strömt somit das Abgas etwa 270 grd durch die Ringkammer und passiert dabei die katalytische Füllkörperschüttung und wird dann um 180 grd umgelenkt, sodaß insgesamt eine senkrechte Anströmung des Gerätes und eine waagerechte Fortleitung der abgase entsteht.
  • Insgesamt ergibt sich somit eine raumsparende pparateausführungsmöglichkeit.
  • Im Folgenden wird die Vorrichtung des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Es wird an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert.
  • Die Vorrichtung besteht aus einem Abgasstutzen 1 der tangential in die Vorrichtung eingesetzt ist. Dieser endet in dem exzentrischen Ringraum 2, der mit dem Eingangsstutzen strömungstechnisch verbunden ist.
  • In dem Ringraum befindet sich die FiJillkdrperschi&Ltung 7 die aus katalytisch beschichteten Füllkdrpern, beipielsweise Kugeln besteht.
  • Am Ende der Kugelschüttung befindet sich das Abschlußlochblech 4, welches den Austrag der Füllkörper in den uspuff verhindert.
  • Die überleitung des Abgases in die Fatalysatorkammer geschieht in dem Überleitungsteil des Ringraumes 5. An diese schließt sich die Katalysatorkammer 6 an, in der der Katalysator 7 in der Einbettung 8 und der Katalysatorhal- terung 9 eingebettet ist Nn dem Katalysator schließt sich die Gassammelkammer 10 mit dem Auspuffrohr 11 an.
  • Überraschyenderweise wurde nun gefunden, daß die erfindungsezemäße Vorrichtung nicht nur das Optimum in der Raumausnutzung darstellt, sondern auch eine besonders intensive Schalldämmung verursacht. Dadurch kann ein Teil des verursachten Druckverlustes durch Einsparung des Schalldämpf ers wieder kompensiert werden Im Folgenden sollen nun 2 Ausführungsbeispiele das Verfahren und die Vorrichtung näher charakterisieren.
  • Ein 1 6 1 Dieselmotor verbraucht in der Stunde 7 kg Dieselöl. Er wird mit einem Luftverhältnis von 1,36 betrieben. Die Katalysatorwabe hat einen Durchmesser von 100 mm und der Eingangsstutzen hat einen Durchmesser von 40 mm. Die Kugelschütthöhe ist 4 cm, wobei sich eine Temperatur von 600 grd C und ein Druckverlust von 0,25 bar ergibt Dabei ergeben sich 80 % des Druckverlustes allein aus dem Druckverlust der Kugelschüttung.
  • Als 2. Ausführungsbeispiel dient die Beschreibung der Vorrichtung des obigen Ver+ahrensbei spiels.
  • Ein tangentiales Eingangsrohr mit dem Druchmesser von 40 mm ist an eine Ringkammer mit einem Durchmesser von 160 mm angeschweißt. In der Ringkammer ist ca. 20 mm exzentrisch die Katalysatorhalterung mit einem Durchmesser von ca. 120 mm gehaltert.
  • Der Abgaskatalysator wird so installiert, daß bei liegender Anordnung, die größte Ringspaltbreite von ca. 42 mm nach unten zu liegen kommt. Dadurch wird bewirkt, daß die Füllkörper, z.B. Kugeln mit einem Durchmesser von 5 mm, jederzeit am Boden der Ringkammer zu liegen kommen und die er+orderl i chen Strdmungsquerschni tte f rei l assen Als Kugelrückhalteeinrichtung dient ein mit ca. mm großen Bohrungen versehenes Lochblech, das keilförmig so eingebaut wird, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases beim Durchströmen des Bleches konstant bleibt.
  • Der Raum oberhalb des Lochbleches schließt mit einer öffnung von ca. 15 cm an die Katalysatorkammer an, von wo aus das Nbgas den Katalysator durchströmend, in die Gassammelkammer und von dort aus in den Auspuff gelangt.
  • Da bei der Auslegung besonderes Augenmerk auf die Druckverluste gelegt wurde, sind in Tab. 1 einige Druckverlustbeispiele aufgeführt, die auf rechnerischem Wege ermittelt wurden und sich auf die beschriebene Ausführung beziehen.
  • Durch Vergrößerung des äußeren Durchmessers lassen sich jederzeit die Druckverluste weiter reduzieren.
  • Brennstoffmenge 7 8 9 10 11 12 13 m(Br)=kg/h 20 0,0311 0,0386 0,0468 0,0554 0,0605 0,0699 0,0859 Schütthöhe 25 0,0317 0,0390 0,0472 0,0560 0,0612 0,0708 0,0868 (mm) 30 0,0327 0,0404 0,0490 0,0582 0,0638 0,0739 0,0906 T=300 grdC 35 0,0384 0,0479 0,0585 0,0699 0,0780 0,0908 0,1104 40 0,1656 0,2142 0,2690 0,3296 0,3931 0,4651 0,5495 20 0,0386 0,0474 0,0572 0,0635 0,0739 0,0913 0,1042 Schütthöhe 25 0,0390 0,0479 0,0577 0,0642 0,0747 0,0922 0,1054 (mm) 30 0,0402 0,0495 0,0598 0,0668 0,0777 0,0960 0,1097 T=400 grdC 35 0,0470 0,0583 0,0710 0,0805 0,0945 0,1158 0,1330 40 0,1963 0,2537 0,3181 0,3855 0,4634 0,5554 0,6488 20 0,0545 0,0664 0,0799 0,0940 0,1093 0,1259 0,1433 Schütthöhe 25 0,0549 0,0700 0,0806 0,0948 0,1105 0,1271 0,1447 (mm) 30 0,0559 0,0691 0,0833 0,0982 0,1153 0,1320 0,1504 T=600 grdC 35 0,0653 0,0806 0,0978 0,1160 0,1411 0,1577 0,1806 40 0,2590 0,3340 0,4184 0,5117 0,7113 0,7280 0,8496 20 0,0722 0,0874 0,1046 0,1229 0,1423 0,1634 0,1854 Schütthöhe 25 0,0727 0,0881 0,1054 0,1240 0,1436 0,1649 0,1872 (mm) 30 0,0747 0,0907 0,1088 0,1281 0,1486 0,1709 0,1942 T=800 grdC 35 0,0855 0,1048 0,1266 0,1501 0,1751 0,2025 0,2313 40 0,3235 0,4163 0,5206 0,6363 0,7633 0,9034 1,0536 Tab. 1 - Leerseite -

Claims (1)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e Verfahren zur katalytischen und adsorbtiven Nachreinigung von Abgasen aus Dieselmotoren mit einer Katalysatorwabe aus katalytisch beschichteten Material vorzugsweise einem Gemisch aus LaCoO.3 und anderen Komponenten, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das Abgas nacheinander durch einen Schüttkatalysator mit katalytisch beschichteten Teilchen zur Rußadsorption und anschließend durch eine katalytisch beschichtete katalysatorwabe geleitet wird.
    2. Verfahren nach Nnspruch 1 1 d. g. , daß der Schüttkatalysator in einem exzentrischen Ringraum am Fuß der Einrichtung sich befindet und den Querschnitt des Ringraumes annähernd ausfüllt.
    3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, d. g. , daß die Nachverbrennungs- und DeNOx-Einrichtung als Schalldämpfer verwendet wird.
    4. Verfahren nach den ansprüchen 1 bis , d. g., da die Einleitung des Abgases vom Motor tangential erfolgt und das abgas nach 270 grd nach Passieren eines Rückhaltesiebes für die Schttkatalysatoren um 90 grd in Längsrichtung der Einrichtung und anschließend in 180 grd zur Katalysatorwabe umgelenkt wird.
    5. Verfahren nach den ansprüchen 1 bis 4, d. g. S daß das Abgas aus der Fatalysatorwabe direkt durch ein Rohr abgeleitet wird ohne Passieren eines Schalldämpfers» . Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bestehend aus 2 konzentrisch liegenden Zylindern mit tangentialem Zuführungsrohr und zum Innenzylinder mittig liegenden Ableitungsrohr, d. g.q daß im Ringraum eine Festkdrperschütttung sich befindet, die durch eine Rückhaltevorrichtung abgegrenzt ist und der innenliegende Zylinder die hatalysatorwabe trägt.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 6 S d. g., da der Außenzylinder und die Katalysatorwabe außen oder innen isoliert sind.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 6, d.g., daß der tangentiale Einführungsstutzen mittig zur Ringkammer angeordnet ist und der obere Teil der Ringkammer gasdicht gegenüber dem Eintrittsstutzen so abgeschottet ist, d das Abgas durch die Katalysatorschüttung strömen muß.
DE19853504514 1985-02-09 1985-02-09 Verfahren und vorrichtung zur abgaskatalyse von dieselmotoren Withdrawn DE3504514A1 (de)

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DE3825876A1 (de) * 1987-08-03 1989-02-16 Jovan Matijas Verfahren zur aufbereitung von russpartikeln und reinigung von abgasen eines verbrennungsmotors sowie vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens
DE102013000691A1 (de) * 2013-01-15 2014-07-17 Kai Klinder Schallabsorbierender Hohlraum-Absorber mit engmaschiger Wabenstruktur zum Aufbau von Schallschutzeinrichtungen

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