DE3516360A1 - Process for removing nitrogen oxides and soot from combustion exhaust gases of diesel engines - Google Patents

Process for removing nitrogen oxides and soot from combustion exhaust gases of diesel engines

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Abstract

The invention relates to a process for removing nitrogen oxides and soot from combustion exhaust gases of diesel engines by means of a catalyst at elevated temperature with addition of ammonia. For a simple, efficient and configuration of such a process, cost-effective it is proposed that upstream of the catalyst an ignition aid for the soot is admixed, for example is injected, into the combustion exhaust gases.

Description

Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden und Ruß aus Process for removing nitrogen oxides and soot from

Verbrennungsabgasen von Dieselmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden und Ruß aus Verbrennungsabgasen von Dieselmaschinen mittels Katalysator bei erhöhter Temperatur unter Zugabe von Ammoniak. Combustion exhaust gases from diesel engines The invention relates to to a method for removing nitrogen oxides and soot from combustion exhaust gases of diesel engines by means of a catalytic converter at an elevated temperature with the addition of Ammonia.

Verbrennungsmotore geben ein Abgas mit verschiedenen schädlichen Verunreinigungen wie Stickoxid, verbrannte bzw. zum Teil reduzierte Kohlenwasserstoffe, usw. an die Umgebungsluft ab. Es ist bekannt, Stickoxide mittels relativ billiger und unempfindlicher Eisen-Chromoxid-Katalysatoren aus Rauchgasen zu entfernen. Bei Dieselmaschinen kommen als Verunreinigungen der Verbrennungsabgase noch Rußpartikel hinzu, welche eventuell zur Verminderung der Stickoxide eingesetzte Katalysatoren verstopfen bzw. in der katalytischen Reduktionswirkung erblinden lassen. Auch können Ansammlungen von Ruß im Katalysator beim zufälligen Entzünden während des Betriebs bzw.Internal combustion engines emit an exhaust gas with various harmful impurities such as nitrogen oxide, burned or partially reduced hydrocarbons, etc. to the Ambient air. It is known to use nitrogen oxides relatively cheaper and less sensitive Remove iron-chromium oxide catalysts from flue gases. Come with diesel engines soot particles are added as impurities to the combustion exhaust gases, which may be Catalysts used to reduce nitrogen oxides clog or in the blind the catalytic reducing effect. Build-ups of soot can also occur in the catalytic converter in the event of accidental ignition during operation or

nach Stillstand zu gefährlich hohen Temperaturen führen.lead to dangerously high temperatures after standstill.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art vorzuschlagen, welches wirksam, zuverlässig und kostengünstig ausführbar ist.The object of the present invention is to provide a method of the generic type Type to propose which is effective, reliable and inexpensive to carry out.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß den Verbrennungsabgasen vor dem Katalysator ein Zündhilfsmittel für den Ruß zugemischt, z.B.This object is achieved according to the invention in that the combustion exhaust gases An ignition aid for the soot is mixed in upstream of the catalyst, e.g.

eingespritzt wird.is injected.

Hierdurch wird eine Verstopfung bzw. Erblindung der eingesetzten Katalysatoren verhindert.This causes clogging or blindness of the catalysts used prevented.

Das Zündhilfsmittel kann dauernd oder in bestimmten Zeitintervallen in den Verbrennungsabgasstrom in der Weise vor dem Katalysator eingegeben werden, daß jeweils nur relativ geringe Rußmengen ohne gefährliche Temperaturerhöhungen des Katalysators durch den hohen Sauerstoffgehalt des Dieselverbrennungsabgases verbrannt werden und Ruß auch nicht mehr in die Atmosphäre gelangt.The ignition aid can be permanent or at certain time intervals be introduced into the combustion exhaust gas flow in the manner upstream of the catalytic converter, that only relatively small amounts of soot without dangerous temperature increases of the catalytic converter due to the high oxygen content of the diesel combustion exhaust gas can be burned and soot is no longer released into the atmosphere.

Gemäß einem weiteren Erfindungsmerkmal wird das Zündhilfsmittel in Abhängigkeit von dem Druckverlust der Verbrennungsabgase in dem Katalysator aufgrund der Rußverstopfung zugeführt. Dadurch werden die Rußablagerungen auf den Katalysatorflächen von beispielsweise verwendeten Freipassagen-Katalysatoren immer selbsttätig auf einem gewünschten Mindestmaß gehalten.According to a further feature of the invention, the ignition aid in Depending on the pressure loss of the combustion exhaust gases in the catalytic converter fed to the soot clogging. This removes the soot deposits on the catalyst surfaces for example used free passage catalytic converters always automatically kept to a desired minimum.

Hierbei kann vorteilhafterweise die Zufuhr des Zündhilfsmittels durch überschreiten des Druckverlustes der Verbrennungsabgase in dem Katalysator aufgrund der Rußverstopfung ausgelöst werden.In this case, the supply of the ignition aid can advantageously be carried out exceed the pressure loss of the combustion exhaust gases in the catalytic converter the soot clogging can be triggered.

Ferner kann in Weiterbildung des Erfindungsvorschlages vorgesehen sein, daß die Dauer der Zufuhr des Zündhilfsmittels von der am Katalysator gemessenen Temperatur bestimmt wird. Auf diese Weise kann trotz wirksamer und rückstandsarmer Verbrennung der Rußablagerungen eine überhitzung des Katalysators vermieden werden.Furthermore, the proposed invention can be provided in a further development be that the duration of the supply of the ignition aid differs from that measured on the catalyst Temperature is determined. In this way it can be effective and with less residue Combustion of the soot deposits and overheating of the catalytic converter can be avoided.

Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Zufuhr des Zündhilfsmittels oberhalb einer vorgegebenen Temperatur des Katalysators abgestellt und unterhalb einer vorgegebenen Temperatur angestellt wird, so daß sich eine gewünschte Katalysatortemperatur einregulieren läßt.It is particularly advantageous if the supply of the ignition aid turned off above a predetermined temperature of the catalyst and below a predetermined temperature is employed, so that a desired catalyst temperature can be regulated.

Die Erfindung schlägt ferner vor, als Zündhilfsmittel unterhalb von etwa 270 C zündende Kohlenwasserstoffgemische, vorzugsweise Pentan oder Heptan zu verwenden. Diese haben insbesondere auch die Eigenschaft, saubere Verbrennungseigenschaften zu zeigen.The invention also proposes as an ignition aid below about 270 C igniting hydrocarbon mixtures, preferably pentane or heptane use. In particular, these also have the property of clean combustion properties to show.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Durchführungsbeispieles anhand der beiliegenden Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung. Die Erfindung bezieht sich also auch auf die anlagenmäßige Realisierung des zuvor geschilderten Verfahrens.Further goals, advantages, features and possible uses of the The present invention emerges from the following description of an implementation example based on the accompanying drawing. All of them are described and / or figurative Characteristics presented for themselves or in any meaningful combination the object of the present invention, also regardless of how they are summarized in the claims or their back-reference. The invention thus also relates to the plant-based Realization of the previously described procedure.

Die einzige Figur veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel einer anlagenmäßigen Realisierung des Erfindungsvorschlages.The single figure schematically illustrates an embodiment a plant-based implementation of the inventive proposal.

Von der Dieselmaschine 1 gelangen die Verbrennungsabgase über eine Leitung 9 zu einem Mischer 2, in welchem den Verbrennungsabgasen von einer Leitung 10 über eine Dosiereinrichtung 11 aus die erforderliche Menge an Ammoniak zugemischt wird. Das Gasgemisch wird dann über eine Leitung 10, einen Mischer 3 und eine Leitung 19 einem Reaktor 4 zugeführt, in welchem ein Katalysator 5, beispielsweise ein Freipassagen-Katalysator, angeordnet ist.The combustion exhaust gases pass from the diesel engine 1 via a Line 9 to a mixer 2, in which the combustion gases from a line 10 admixed the required amount of ammonia via a metering device 11 will. The gas mixture is then via a line 10, a mixer 3 and a line 19 fed to a reactor 4 in which a catalyst 5, for example a free passage catalyst, is arranged.

über eine Leitung 14, eine Dosiereinrichtung 15 und eine Leitung 16 wird dem Mischer 3 erfindungsgemäß ein Zündhilfsmittel, beispielsweise Pentan oder Heptan, dem Verbrennungsabgasstrom vor dem Katalysator 5, beispielsweise durch Einspritzen, zugemischt. Die Zugabe des Zündhilfsmittels kann periodisch erfolgen, um den abgeschiedenen Ruß auf Zündtemperatur zu bringen. Mit dem Sauerstoff des Verbrennungsabgases wird der Ruß dann verbrannt. Das stickoxidarme Verbrennungsabgas wird über eine Leitung 12 aus dem Reaktor 4 einem Wärmetauscher 6 und von dort über eine Leitung 13 aus der Anlage abgeführt. In dem Wärmetauscher 6 kann die Verbrennungswärme des Zündhilfsmittels, des Rußes und noch nicht verbrannter gasförmiger Bestandteile zurückgewonnen werden. Die Dosierung des Zündhilfsmittels erfolgt durch die Dosiereinrichtung 15 in der Weise, daß die freigesetzte Wärme aus der Verbrennung des Rußes und dem Zündhilfsmittel örtlich gerade bis zur höchsttolerierbaren Temperatur am Katalysator 5 führt. Der Katalysator 5 wird vorzugsweise zwischen 320°C und 460 C betrieben. Als Zündhilfsmittel verwendet man vorzugsweise einen leicht lagerbaren, bei niedrigen Tempreaturen mit Sauerstoff oxidierbaren Stoff, wie unterhalb von 270-C zündende Kohlenwasserstoffgemische, vorzugsweise Pentan oder Heptan.via a line 14, a metering device 15 and a line 16 the mixer 3 according to the invention an ignition aid, for example pentane or Heptane, the combustion exhaust gas stream upstream of the catalytic converter 5, for example by injection, mixed in. The addition of the ignition aid can be carried out periodically in order to reduce the deposited Bring soot to ignition temperature. With the oxygen of the combustion exhaust gas is the soot then burned up. The combustion exhaust gas, which is low in nitrogen oxide, is passed through a pipe 12 from the reactor 4 to a heat exchanger 6 and from there via a line 13 discharged from the system. In the heat exchanger 6, the heat of combustion of the ignition aid, the soot and not yet burned gaseous components can be recovered. The ignition aid is metered by the metering device 15 in the Way that the heat released from the combustion of the soot and the ignition aid locally just up to the highest tolerable temperature on the catalyst 5 leads. Of the Catalyst 5 is preferably operated between 320.degree. C. and 460.degree. As a starting aid it is preferable to use an easily storable one at low tempreatures Oxygen oxidizable substance, such as hydrocarbon mixtures igniting below 270-C, preferably pentane or heptane.

über einen Druckmesser 18 kann der Druckverlust dP des durch den Katalysator 5 strömenden Verbrennungsabgases gemessen werden. Der Druckverlust steigt mit zunehmender Rußablagerung auf den Katalysatorflächen an.Via a pressure gauge 18, the pressure loss dP des through the catalytic converter 5 flowing combustion exhaust gas can be measured. The pressure loss increases with increasing Soot deposits on the catalyst surfaces.

überschreitet der mit dem Druckmesser 18 gemessene Druckverlust dP einen vorgegebenen Wert, so wird die Dosiereinrichtung 15 entsprechend beaufschlagt, um Zündhilfsmittel in den Verbrennungsabgasstrom einzuspritzen, so daß eine Reduzierung der Rußablagerung durch Verbrennung eintritt. Ist der Druckverlust dP wieder unter einen vorgegebenen Wert gefallen, kann der Druckmesser 18 wieder ein Signal an die Dosiereinrichtung 15 geben, um die Zündhilfsmitteizugabe abzustellen.If the pressure loss measured with the pressure gauge 18 exceeds dP a predetermined value, the metering device 15 is acted upon accordingly, to inject ignition aid into the combustion exhaust gas stream, so that a reduction soot deposition occurs through combustion. If the pressure loss dP is below again If a predetermined value has fallen, the pressure gauge 18 can send a signal to the again Enter metering device 15 to turn off the addition of ignition aid.

Ferner kann mit Hilfe eines Temperaturmessers 17, beispielsweise eines Thermoelementes am Katalysator 5, vorzugsweise in der obersten, gegen überhitzung am meisten gefährdeten Katalysatorlage, die Temperatur des Katalysators 5 gegen überhitzung überwacht werden. überschreitet die am Katalysator 5 gemessene Temperatur einen vorgegebenen Wert, so gibt der Temperaturmesser 17 ein Signal an die Dosiereinrichtung 15, um die Zündhilfsmittelzufuhr zu beenden und einen weiteren Temperaturanstieg zu vermeiden. Unterschreitet die Temperatur des Katalysators 5 einen vorgegebenen Wert, kann über den Temperaturmesser 17 die Dosiereinrichtung 15 wiederum betätigt werden, um die Zündhilfsmittelzufuhr wieder einzuleiten.Furthermore, with the help of a temperature meter 17, for example one Thermocouple on the catalyst 5, preferably in the top one, against overheating most endangered catalyst zone, the temperature of the catalyst 5 against overheating can be monitored. exceeds the temperature measured on catalytic converter 5 a predetermined value, the temperature meter 17 sends a signal to the metering device 15 to end the supply of ignition aid and a further increase in temperature to avoid. If the temperature of the catalytic converter 5 falls below a predetermined one Value, the metering device 15 can in turn be actuated via the temperature meter 17 to initiate the supply of ignition aid again.

Auf diese Weise kann die gewünschte Temperatur des Katalysators 5 einreguliert und eine überhitzung verhindert werden.In this way, the desired temperature of the catalytic converter 5 adjusted and overheating prevented.

Die Erfindung kann nicht nur bei stationären Dieselmaschinen, wie in Heizkraftwerken, sondern beispielsweise auch auf Schiffen eingesetzt werden.The invention can not only apply to stationary diesel engines, such as in thermal power stations, but also, for example, on ships.

Mit der Erfindung gelingt es, unter Einsatz von relativ geringen Mitteln die Umgebungsluft reinzuhalten, weil der Katalysator durch Rußablagerung nicht mehr beeinträchtigt und die Abluft von Rußpartikeln befreit wird. Die Möglichkeit der Verbrennung des Rußes wird von dessen Eigenschaften beeinflußt. Der Ruß sollte möglichst rückstandsarm verbrennen. Dieselmaschinen sollten daher bei Anwendung der Erfindung möglichst mit Dieselöl betrieben werden. Auch der Einsatz von Dieselmaschinen mit Zündstrahlbetrieb ist möglich.With the invention it is possible to use relatively few resources to keep the ambient air clean because the catalytic converter is no longer due to soot deposits and the exhaust air is freed from soot particles. The possibility of Combustion of the soot is influenced by its properties. The soot should if possible Burn with little residue. Diesel engines should therefore when applying the invention be operated with diesel oil if possible. Also the use of diesel engines with Pilot jet operation is possible.

Zur Erprobung der Erfindung wurde bei einem üblichen Diesel betrieb für die intermittierende Zufuhr des Zündhilfsmittels zu den Verbrennungsabgasen ein Zeitintervall von 2,5 bis 3 Stunden ermittelt, bis erneut Zündhilfsmittel gegeben werden mußte. Hierbei hat sich auch gezeigt, daß etwa 0,5 1 Zündhilfsmittel für 1000 m3/h (iN) Verbrennunvgsabgas genügt, um den dabei anfallenden Ruß abzubrennen.To test the invention, a conventional diesel was used for the intermittent supply of the ignition aid to the combustion exhaust gases a time interval of 2.5 to 3 hours is determined until ignition aid is given again had to become. It has also been shown that about 0.5 1 ignition aid for 1000 m3 / h (iN) combustion exhaust gas is sufficient to burn off the soot that arises.

Bezugszeichenliste 1 Dieselmaschine 2 Mischer 3 Mischer 4 Reaktor 5 Katalysator 6 Wärmetauscher 9 Leitung 10 Leitung 11 Dosiereinrichtung für NH3 12 Leitung 13 Leitung 14 Leitung 15 Dosiereinrichtung für Zündhilfsmittel 16 Leitung 17 Temperaturmesser 18 Durchmesser 19 LeitungLIST OF REFERENCE NUMERALS 1 diesel engine 2 mixer 3 mixer 4 reactor 5 Catalyst 6 Heat exchanger 9 Line 10 Line 11 Dosing device for NH3 12 line 13 line 14 line 15 metering device for ignition aid 16 line 17 temperature meter 18 diameter 19 pipe

Claims (7)

Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden und Ruß aus Verbrennungsabgasen von Dieselmaschinen Pa tenta n s p rU c h e : 1. Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden und Ruß aus Verbrennungsabgasen von Dieselmaschinen mittels Katalysator bei erhöhter Temperatur unter Zugabe von Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß den Verbrennungsabgasen vor dem Katalysator ein Zündhilfsmittel für den Ruß zugemischt, z.B. Process for removing nitrogen oxides and soot from combustion exhaust gases of diesel engines P a tenta n p rU c h e: 1. Process for removing nitrogen oxides and soot from combustion exhaust gases from diesel engines by means of a catalytic converter at increased Temperature with the addition of ammonia, characterized in that the combustion exhaust gases An ignition aid for the soot is mixed in upstream of the catalyst, e.g. eingespritzt wird. is injected. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündhilfsmittel intermittierend zugeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the ignition aid is supplied intermittently. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündhilfsmittel in Abhängigkeit von dem Druckverlust der Verbrennungsabgase in dem Katalysator aufgrund der Rußverstopfung zugeführt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the Ignition aid depending on the pressure loss of the combustion exhaust gases in the Catalyst is supplied due to the soot clogging. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Zündhilfsmittels durch Oberschreiten des Druckverlustes der Verbrennungsabgase in dem Katalysator aufgrund der Rußverstopfung ausgelöst wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the supply of the ignition aid by exceeding the pressure loss of the combustion exhaust gases is triggered in the catalyst due to soot clogging. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Zufuhr des Zündhilfsmittels von der am Katalysator gemessenen Temperatur bestimmt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in, that the duration of the supply of the ignition aid differs from that measured on the catalyst Temperature is determined. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhr des Zündhilfsmittels oberhalb einer vorgegebenen Temperatur des Katalysators abgestellt und unterhalb einer vorgegebenen Temperatur angestellt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in, that the supply of the ignition aid above a predetermined temperature of the catalyst turned off and turned on below a predetermined temperature. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man als Zündhilfsmittel unterhalb von etwa 270 °C zündende Kohlenwasserstoffgemische, vorzugsweise Pentan oder Heptan, verwendet.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in, that igniting hydrocarbon mixtures below about 270 ° C are used as ignition aids, preferably pentane or heptane is used.
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