DE4342297A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der im Abgas von Verbrennungsanlagen enthaltenen Stickoxidanteile - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der im Abgas von Verbrennungsanlagen enthaltenen StickoxidanteileInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Verminderung der im Abgas von Verbrennungsanlagen enthaltenen
Stickoxide gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Aus der US-PS 39 86 350 ist eine Brennkraftmaschine bekannt, in
deren Abgasleitung ein Katalysator zur Umwandlung von Stick
oxiden angeordnet ist. Stromauf des Katalysators kann mittels
einer Leitung zur Bildung einer reduzierenden Atmosphäre Wasser
stoffgas in die Abgasleitung eingebracht werden.
Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß der Wasserstoff
gemeinsam mit dem Abgas zum Katalysator transportiert wird.
Daher können Konkurrenzreaktionen, beispielsweise mit dem
Restsauerstoff im Abgas nicht verhindert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zu schaffen, mit der die im Abgas enthaltenen
Stickoxide mit hoher Selektivität durch den Wasserstoff am
Katalysator umgewandelt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
Dadurch, daß die Stickoxide und der Wasserstoff erst in Gegen
wart des katalytischen Materials in Kontakt kommen, können
Konkurrenzreaktionen weitestgehend vermieden und somit die
Selektivität für die gewünschte Reaktion erheblich verbessert
werden. Außerdem liegt der Wasserstoff in der Membran nicht in
gasförmiger, sondern in gespaltener Form vor, so daß eine ver
besserte Umwandlungsrate erreicht werden kann.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteran
sprüchen und der Beschreibung hervor. Die Erfindung ist
nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei
Fig. 1 ein mit Wasserstoffgas beaufschlagter Membranreaktor zur
selektiven katalytischen Reduktion von in Abgasen
enthaltenen Stickoxiden,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1 ablaufenden Reaktionen,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Membranreaktors, in dem der zur Reduktion benötigte
Wasserstoff durch Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird,
und
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der beim Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 3 ablaufenden Reaktionen zeigt.
Fig. 1 zeigt eine Abgasleitung 1 einer nicht dargestellten Ver
brennungsanlage, beispielsweise einer Diesel-Brennkraftmaschine.
In der Abgasleitung 1 ist ein Membranreaktor 2 angeordnet. Der
aus einer Membran 3 gebildete Membranreaktor 2 weist eine ge
schlossene zylindrische Form auf und wird über eine Zuleitung 4
mit Wasserstoffgas H₂ beaufschlagt. Die Membran 3 besteht aus
einem für Wasserstoff H durchlässigen Material, welches für die
Reduktion der Stickoxide NOx mittels Wasserstoff H eine kataly
tische Wirkung besitzt. Beispielsweise kann hierzu eine Legie
rung aus Palladium mit 25 Atomprozenten Silber verwendet werden.
Denkbar ist aber auch die Verwendung anderer Pd-Legierungen mit
Ag, Cu oder Sb oder auch von V-, Ti- oder Zr-Legierungen. Grund
sätzlich kann hierbei auch auf andere Werkstoffe, die bei der
Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden Verwendung finden,
zurückgegriffen werden. Da die Membran 3 aber auch die Fähigkeit
besitzen muß, Stickoxide NOx zu adsorbieren, wird vorzugsweise
ein Composite aus den genannten Materialien und einem Zeolith,
das diese Fähigkeit besitzt, verwendet.
In Fig. 2 ist die Funktion der Membran 3 schematisch darge
stellt. Das Wasserstoffgas H₂ trifft auf eine Grenzfläche B der
Membran 3. Die Membran 3 enthält Metalle oder intermetallische
Verbindungen, die in der Lage sind, die Spaltung und
anschließende Adsorption des Wasserstoffs H durch die Membran
katalytisch zu beschleunigen. An der anderen Grenzfläche A der
Membran 3 werden Stickoxide NOx aus dem Abgas adsorbiert. Der
aktive Wasserstoff H diffundiert aufgrund des Konzentrations
gradienten durch die Membran 3 und trifft im Bereich der Grenz
fläche A auf die adsorbierten Stickoxide NOx. Dort werden die
Stickoxide NOx durch den Wasserstoff H nach einer bekannten SCR-
Methode (Selective Catalytic Reduction) zu Stickstoff N₂ und
Wasserdampf H₂O reduziert, wobei die Endprodukte in den vorbei
strömenden Abgasstrom entweichen. Dieses Verfahren hat den Vor
teil, daß die Stickoxide NOx erst unmittelbar in der Nähe des
katalytischen Materials mit dem Reduktionsmittel Wasserstoff H
in Kontakt kommen. Dadurch können Konkurrenzreaktionen des
Wasserstoffs H, beispielsweise mit dem Restsauerstoff in den
Abgasen, weitestgehend vermieden und eine besonders hohe
Selektivität für die NOx-Reduktion erreicht werden.
Im zweiten Ausführungsbeispiel, welches in Fig. 3 und 4 darge
stellt ist, wird der atomare Wasserstoff H durch Elektrolyse aus
Wasser H₂O gewonnen. Der Membranreaktor 2 ist als Wasser
reservoir 5 ausgeführt, dem über die Zuleitung 4 Wasser H₂O
zugeführt wird. Im Bereich der Längsachse des Membranreaktors 2
ist eine Elektrode 6 angeordnet. Die Membran 2 wird gegenüber
der Elektrode 6 auf ein negatives Potential gelegt. Durch die
angelegte Spannung wird das Wasser H₂O elektrolytisch zersetzt,
wobei der Wasserstoff H an der auf negativem Potential liegenden
Membran 2 adsorbiert und der Sauerstoff O₂ an der Anode 6 abge
schieden wird. Zur Abfuhr des Sauerstoffs O₂ ist eine Abström
leitung 7 vorgesehen. Die Reduktion der Stickoxide NOx erfolgt
entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel in der Membran 3.
Claims (7)
1. Verfahren und Vorrichtung zur Verminderung der im Abgas von
Verbrennungsanlagen enthaltenen Stickoxidanteile, wobei die
Stickoxide unter Zugabe von Wasserstoff an einem in einer
Abgasleitung angeordneten Katalysator zu Stickstoff reduziert
werden,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß in der Abgasleitung (1) eine katalytisch wirkende und für den Wasserstoff (H) durchlässige Membran (3) vorgesehen ist,
- - daß die Membran (3) auf einer Seite mit Abgas beaufschlagt ist, wobei an dieser ersten Grenzfläche (A) Stickoxide (NOx) adsorbiert werden,
- - daß an der gegenüberliegenden Grenzfläche (B) der Membran (3) der Wasserstoff (H) adsorbiert und anschließend absorbiert wird, und
- - daß die Stickoxide (NOx) an der ersten Grenzfläche (A) der Membran (3) durch den Wasserstoff (H) reduziert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (3) mit Wasserstoffgas (H₂) beaufschlagt wird,
wobei die Membran (3) die Eigenschaft besitzt, das Wasserstoff
gas (H₂) zu spalten und den atomaren Wasserstoff (H) zu
absorbieren.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (3) mit einem Wasserreservoir (5) in Kontakt
steht, daß eine gegenüber der Membran (3) positiv geladene
Elektrode (6) im Wasserreservoir (5) vorgesehen ist und daß der
bei der Elektrolyse des Wassers (H₂O) entstehende Wasserstoff
(H) von der Membran (3) absorbiert wird.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Membran (3) ein Composite aus Zeolith und einer Pd-
Legierung mit Ag, Cu oder Sb besteht.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Membran (3) ein Composite aus Zeolith und einer V-, Ti-
oder Zr-Legierung besteht.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (3) zu einem geschlossenen zylindrischen
Membranreaktor (2) ausgeformt ist, der in der Abgasleitung (1)
angeordnet ist und dem über eine Zuleitung (4) das Wasserstoff
gas (H₂) zugeführt wird.
7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Membran (3) auf negatives Potential gelegt ist, daß im
Bereich der Zylinderlängsachse des Membranreaktors (2) eine
positiv geladene Elektrode (5) angeordnet ist und daß eine
Abströmleitung (7) zur Abfuhr des bei der Elektrolyse
entstehenden Sauerstoffs (O₂) in die Abgasleitung (1) oder an
die Umgebung vorgesehen ist.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE4342297C2 (de) | 1998-01-29 |
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