DE4425420A1 - Verfahren zur Verminderung des Gehaltes an Stickstoffoxiden in den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Gehaltes an Stickstoffoxiden in den Abgasen von Verbrennungs­ kraftmaschinen gemäß dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches, wie es z. B. gattungsbildend aus der DE-PS 38 30 045 hervorgeht.

Zwecks Reinhaltung der Luft wird es heute als besonders notwendig angesehen, den Gehalt der an die Umwelt abgegebenen Stickstoffoxidemissionen aus den Abgasen von stationären und mobilen Verbrennungskraftmaschinen zu vermindern. Dies gilt insbesondere auch für die Abgase von Dieselmotoren, bei denen eine exakte Einhaltung von geringen Stickstoffoxidgrenzwerten in den Abgasen mit rein innermotorischen Maßnahmen nur schwer möglich ist.

Aus dem Stande der Technik sind bereits verschiedene selektiv katalytisch arbeitende Reduktionsverfahren für Stickstoffoxide in den Abgasen von mobilen Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei denen Ammoniak als Redaktionsmittel eingesetzt wird. So wird in der DE-AS 24 14 333 ein Verfahren zur Reduktion der Stickstoffoxide in den Abgasen in Gegenwart von Vanadium­ katalysatoren angegeben. Auch in der DE-PS 24 58 888 wird ein Verfahren zur reduktiven Zerstörung von Stickstoffoxiden in den Abgasen mittels Ammoniak in Gegenwart eines wenigstens ein Metalloxid enthaltenden Katalysators beschrieben. Nachteilig ist bei diesen Verfahrensweisen, daß das für den Menschen schäd­ liche, da schon in geringeren Konzentrationen ätzende Ammoniakgas, in einem eigenen Behälter in dem Kraftfahrzeug mitgeführt werden muß. Bei einem Unfall des Kraftfahrzeuges und Beschädigung des Behälters kann leicht eine gesundheitliche Gefährdung für die Kraftfahrzeuginsassen eintreten und es können auch für die Umwelt Gefahren durch das entweichende Ammoniakgas entstehen. Aus diesen Gründen hat eine Reduktion von Stickstoffoxiden mit Ammoniak, die im Kraftwerksbereich möglich ist, aus sicherheitsrelevanten Gründen in Kraftfahrzeugen keinen Eingang gefunden.

Aus der DE-PS 38 30 045 ist es bekannt, als Reduktionsmittel für Stickstoffoxide in den Abgasen von Dieselmaschinen als Reduktionsmittel eine Harnstoff enthaltende Substanz in Gestalt einer wäßrigen Lösung zuzugeben. Bei dieser Verfahrensweise muß der Harnstoff mindestens auf eine Temperatur von 133°C erhitzt werden, da erst oberhalb dieser Schmelzpunkttemperatur eine Abspaltung von Ammoniak eintritt unter gleichzeitiger Bildung Biuret, das in dem Harnstoffbehälter verbleibt und der entsprechend immer wieder gereinigt werden muß. Außerdem entstehen hohe Energiekosten.

Aus dem Stand der Technik ist es auch bereits bekannt, bei der Reinigung von Abgasen unerwünschte Abgasbestandteile durch Mikroorganismen in unschädliche Produkte umzuwandeln; z. B. aus der DE-OS 37 42 219. Nach der DE-PS 34 23 285 werden dazu heterotropene Bakterien in Gegenwart von Methanol und in der US- PS 5 077 208 Schwefelbakterien eingesetzt. Wegen der dazu notwendigen aufwendigen apparativen Apparaturen sind diese Verfahren nur für eine stationäre, immobile Verfahrungs­ durchführung geeignet und kommen deshalb für eine Anwendung im Kraftfahrzeug nicht in Betracht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des 1. Patentanspruches zu schaffen, das mit einer einfachen apparativen Vorrichtung durchzuführen ist und wobei keine Notwendigkeit besteht, das aus gesundheitlichen Gründen problematische Reduktionsmittel Ammoniak als solches in dem Umfeld von Kraftwerksanlagen zu lagern bzw. in dem Kraftfahrzeug gespeichert mitzuführen.

Diese gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Patentanspruches gelöst.

In der Praxis wird in einem Reaktionsgefäß eine 0,1 bis 30%ige, insbesondere eine 1,0 bis 10%ige wäßrige Harnstofflösung mit dem Enzym umgesetzt. Bei der Umsetzung mit dem Enzym Urease (EC-Nr. 3.5. 1.5) bilden sich aus einem Molekül Harnstoff über die Zwischenstufe Carbamidsäure 2 Moleküle Ammoniak und ein Molekül Kohlenstoffdioxid.

Das Reaktionsgefäß wird während der Umsetzung der wäßrigen Harnstofflösung mit Urease auf eine Temperatur von 40 bis 65°C gehalten.

Das in dem Reaktionsgefäß entstandene Ammoniak wird der von der Verbrennungskraftmaschine kommenden Abgasleitung zugeführt und vermischt sich mit den stickstoffoxidhaltigen Abgasen. Anschließend wird das Gasgemisch über einen Katalysator geleitet, in dem die Reduktion der in dem Abgas enthaltenen Stickstoffoxide erfolgt. Zur praktischen Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung können grundsätzlich die üblichen eingesetzten Katalysatoren Verwendung finden, deren Reaktionsbereich zwischen 150 und 550°C liegt.

Die Zugabe des Ammoniak als Reduktionsmittel zu den stickstoffoxidhaltigen Abgasen wird bei Kraftfahrzeugen in bekannter Weise in Abhängigkeit von der Betriebsweise bzw. Betriebsgrößen der die Abgase erzeugenden Einrichtung, also der Verbrennungskraftmaschine gesteuert oder geregelt. Bekannterweise ergeben sich bei der Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeuges im Fahrbetrieb in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebspunkt der Maschine, der u. a. durch die Drehzahl und der Last definiert ist, im Abgas bestimmte Konzentrationen an Stickstoffoxiden. Die Steuerung bzw. Regelung der Reduktionsmittelzugabe erfolgt entsprechend so, daß das Abgas in Strömungsrichtung hinter dem Katalysator möglichst geringe Anteile an Reduktionsmittel und Stickstoffoxiden enthält.

Die mit dem Erfindungsgegenstand erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei stationären Kraftwerksanlagen kein Ammoniak gelagert werden muß und in den Vorratsbehältern in dem Kraftfahrzeug nur ungefährliche und ungiftige Substanzen, nämlich Harnstoff und das Enzym Urease mitgeführt werden. Das als Reduktionsmittel für die in den Abgasen enthaltenen Stickstoffoxide benötigte Ammoniak wird jeweils nur in kleinen, gerade benötigten Mengen durch Umsetzung der beiden Komponenten erzeugt. Bei einem Unfall des Kraftfahrzeuges werden keine giftigen und/oder umweltschädlichen Stoffe freigesetzt. Eine gesundheitliche Gefährdung vor allem für die Insassen des Kraftfahrzeuges ist nicht gegeben.

Claims (3)

1. Verfahren zur Verminderung des Gehaltes an Stickstoffoxiden in den sauerstoffhaltigen Abgasen von stationären und mobilen Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere von Dieselmotoren und mager betriebenen Ottomotoren, mittels einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) der Stickstoffoxide zu molekularem Stickstoff unter Zugabe von Ammoniak aus einem ammoniakfrei­ setzenden Stoff zu den Abgasen, wobei das Gasgemisch über einen Katalysator geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das den Abgasen zugesetzte Ammoniak laufend vor der Vermischung mit den Abgasen örtlich gesondert durch Umsetzung des mitgeführten ammoniakfreisetzenden Stoffes mit einem ebenfalls mitgeführten Enzym hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das den Abgasen zugesetzte Ammoniak durch Umsetzung von in einer wäßrigen Lösung vorliegenden Harnstoff mit Urease hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine 0,1 bis 30%ige, insbesondere eine 1,0 bis 10%ige, wäßrige Harnstofflösung mit Urease umgesetzt wird.