DE602005000689T2 - Einspritzdüse und Verfahren zur gleichmässigen Einspritzung eines Fluidstroms in einen Gasstrom mittels einer Einspritzdüse bei hoher Temperatur - Google Patents

Einspritzdüse und Verfahren zur gleichmässigen Einspritzung eines Fluidstroms in einen Gasstrom mittels einer Einspritzdüse bei hoher Temperatur Download PDF

Info

Publication number
DE602005000689T2
DE602005000689T2 DE602005000689T DE602005000689T DE602005000689T2 DE 602005000689 T2 DE602005000689 T2 DE 602005000689T2 DE 602005000689 T DE602005000689 T DE 602005000689T DE 602005000689 T DE602005000689 T DE 602005000689T DE 602005000689 T2 DE602005000689 T2 DE 602005000689T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
nozzle
tube
nozzle head
injection
fluid stream
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE602005000689T
Other languages
English (en)
Other versions
DE602005000689D1 (de
Inventor
Ingvard Bjorn
Pär Gabrielsson
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Topsoe AS
Original Assignee
Haldor Topsoe AS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Haldor Topsoe AS filed Critical Haldor Topsoe AS
Publication of DE602005000689D1 publication Critical patent/DE602005000689D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE602005000689T2 publication Critical patent/DE602005000689T2/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/36—Arrangements for supply of additional fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/14—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having thermal insulation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/01—Adding substances to exhaust gases the substance being catalytic material in liquid form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/02—Adding substances to exhaust gases the substance being ammonia or urea
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/08—Adding substances to exhaust gases with prior mixing of the substances with a gas, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2610/00—Adding substances to exhaust gases
    • F01N2610/14—Arrangements for the supply of substances, e.g. conduits
    • F01N2610/1453—Sprayers or atomisers; Arrangement thereof in the exhaust apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/30—Arrangements for supply of additional air
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Nozzles (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft das Einspritzen eines Fluids in ein Gas mittels einer Düse. Die Erfindung betrifft insbesondere das Einspritzen einer Lösung in ein heißes Gas, wobei eine spezifische Verwendung der Erfindung mit der NOx Entfernung aus einem Abgas aus einem Dieselmotor zusammenhängt.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Düsen werden weit verbreitet zur Einspritzung eines Fluids in ein anderes verwendet, jedoch auch im Zusammenhang mit der NOx Entfernung aus Abgasen von Motoren.
  • In der Patentanmeldung WO 96/36797 offenbart Hofmann et al. das Einspritzen einer Urealösung/Luft-Mischung in ein Abgas in einem Fahrzeug. Die Mischung wird in das Abgasrohr ins Innere des Rohres in der Nähe der Rohrwand gesprüht, so dass die Lösung nicht zu heiß wird, bevor sie in das Gas gesprüht wird. Die Verteilung der eingespritzten Flüssigkeit ist nicht gleichmäßig, wenn sie von einem Querschnitt des Abgasrohres betrachtet wird.
  • Tsuneaki offenbart ein anderes Abgasreinigungssystem in der JP 2001152831 . Hierbei werden die Stickstoffoxide auch durch eine in das Abgas eines Motors eingespritzte Urealösung reduziert. Die Einspritzdüse wird durch die Wand eines Abgasrohres eingeführt, welche sich nur einen kurzen Abstand von der Innenoberfläche erstreckt, und ein ungleichmäßiges Flussmuster erzeugt.
  • Kupper et al. offenbaren in dem US Patent Nr. 4,502,196 eine Einspritzdüse für Kraftstoff, umfassend zwei koaxiale Rohre mit einem engen Raum dazwischen, welcher mit isolierendem Material gefüllt ist. Das äußere Rohr bildet auch eine Haube um die Spitze der Düse, um den Brennstoff unter einer Temperatur zu halten, bei welcher die Bildung von Koks beginnt. Der Kraftstoff wird nur durch ein Loch nur durch beide das innere Rohr und die Haube in koaxialer Richtung zur Düse herausgespritzt.
  • Ein anderes Gasreinigungsverfahren wird von Zauderer in dem US Patent Nr. 6,048,510 beschrieben. Der Anteil an Stickstoffoxiden in einem Abgas eines mit Kohle befeuerten Boilers wird durch Einspritzen von luftzerstäubten Wassertröpfchen, welche aufgelöstes Urea oder Ammoniak enthalten, reduziert. Die Tröpfchen werden eingespritzt, wo die Temperatur optimal ist und die Größe der Tröpfchen wird durch die Düsenkonstruktion auf diese Temperatur eingestellt.
  • Das Einspritzen einer zerstäubten Lösung in ein heißes Gas wird von Huffman et al. in der WO 2004/030827 beschrieben, wobei das heiße Gas ein Risiko erzeugt, das eine zerstäubende Düse verstopft wird, wenn die Kristallisierung der Lösung auftritt. Um die Bildung von Teilchen aufgrund der erwärmten Lösung zu verhindern, wird ein Teil der Lösung von dem Ende des Lösungszufuhrrohres zurückgeführt und zurück durch ein kreisförmiges Rohr außerhalb des Zufuhrrohres. Die zerstäubte Luft wird der zerstäubenden Düse durch ein kreisförmiges Rohr außerhalb des Rückführrohres zugeführt, und das Abkühlen wird durch eine Kühlflüssigkeit oder eine Kühlluft sichergestellt, die auf der Außenseite des kreisförmigen Rohres der zerstäubten Luft fließt. Diese Einrichtung umfasst hierbei vier konzentrische Rohre, jeweils mit Einlass- und Auslasseinrichtungen, um zu verhindern, dass der Zerstäubungsdüsenkopf verstopft, wodurch die Einrichtung kompakt und starr wird.
  • Diese Düsen neigen jedoch dazu zu verstopfen und keine der Einspritzungen stellen ein hohes Maß an gleichförmiger Verteilung des eingespritzten Materials sicher.
  • Es ist ein allgemeiner Gegenstand dieser Erfindung, ein Verfahren und eine Düse zum Einspritzen einer wässrigen Lösung eines Salzes bereitzustellen, wodurch eine stabile und gut verteilte Einspritzung erzielt wird. Das darauf gerichtete Einspritzen muss in der Lage sein unter allen Bedingungen ohne Unterbrechungen betrieben zu werden, die durch ein Verstopfen der Düse bewirkt werden. Gleichzeitig muss es mit einem hohen Maß an gleichmäßiger Verteilung des eingesprühten Fluids in das Gas betrieben werden, in welches es gesprüht wird.
  • Ein Verfahren und eine Düse wurden nun ermittelt, so dass, wenn die Düse gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist, eine Urealösung in ein Abgas eines Kraftfahrzeuges gesprüht werden kann, und eine sehr gleichmäßige Verteilung in dem Abgas erzielt wird.
  • Eine Düse der Erfindung wird für einen langen Zeitraum ohne Verstopfen der Düsen betrieben.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung umfasst ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichförmigen Einspritzen eines Fluidstromes in einen Gasstrom bei erhöhter Temperatur mittels einer Einspritzdüse umfassend einen Düsenkopf und ein inneres Zufuhrrohr, welches konzentrisch von einem äußeren Gehäuserohr umgeben ist, welches von dem inneren Zufuhrrohr beabstandet ist. Es umfasst das Durchführen des Fluidstromes durch das innere Rohr und den Düsenkopf und Beibehalten der Temperatur des Fluidstromes in dem inneren Rohr durch das Bereitstellen einer thermischen Isolierung in wenigstens einem Teil des kreisförmigen Raumes zwischen dem inneren Rohr und dem äußeren Rohr. Des Weiteren umfasst es das Beibehalten eines konstanten Flusses des Fluids im Inneren des inneren Rohres indem der Düsenkopf an dem Auslassende verstopft ist und der Fluidstrom durch eine Anzahl von Düsenlöchern gesprüht wird, die in dem Düsenkopf neben dem Auslassende des Düsenkopfes bereitgestellt sind. Es umfasst auch das Sprühen des Fluidstromes durch die Düsenlöcher in eine Richtung mit einem im wesentlichen rechten Winkel zu der Flussrichtung des Gasstromes und neben die Mittelachse des Gasstromkanals, und schließlich das gleichförmige Verteilen des gesprühten Fluidstromes in den Gasstrom durch eine konische Verengung des äußeren Gehäuserohres in einem Bereich in der Nähe des Düsenkopfes.
  • Das bevorzugte Isoliermaterial ist Keramik und wird aus einer dünnen Schicht des Materials gebildet und in eine gewünschte Form unter Verwendung von organischem Klebstoff aufgewickelt.
  • Das Innenrohr kann mit einer 90° Biegung versehen sein, zwischen dem Ende des Außenrohres und dem Ende des inneren Rohres.
  • Das Fluid kann eine Mischung aus Luft und einer wässrigen Lösung aus Urea mit 20 – 50 Gew.-% Urea sein, vorzugsweise mit 30 – 35 % und besonders bevorzugt mit 32,5 Gew.-% Urea.
  • Die Erfindung ist besonders geeignet für das gleichförmige Verteilen einer wässrigen Lösung aus Urea, welche in ein heißes Dieselabgas gesprüht wird, wobei Wasser verkochen kann, was zu einer Ureakristallisation führt. Insbesondere vorteilhaft ist die Erfindung in großen Lastwagen und Kleintransportern.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt einen Querschnitt einer geraden Düse gemäß der Erfindung.
  • 2 zeigt einen Querschnitt der Düse mit einer 90° Biegung gemäß der Erfindung.
  • 3 zeigt einen Querschnitt eines Abgasrohres mit einer Düse gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • 4 zeigt eine Vorderansicht der Düse mit einer 90° Biegung gemäß der Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In Fahrzeugen, die mit Dieselmotoren angetrieben werden, findet die Verbrennung mit einer bestimmten Menge an überschüssiger Luft statt. Dies führt zu der Bildung von Stickstoffoxiden NOx in dem Abgas, was eine ernste Verunreinigung der Umwelt darstellt.
  • NOx kann durch Ammoniak, NH3, reduziert werden, was schwierig in Kraftfahrzeugen zu lagern ist, und eine wässrige Lösung aus Urea, H2NCONH2 wird daher als Reduktionsmittel verwendet.
  • Das Ammoniak wird gebildet, wenn sich Urea zersetzt, während es in das heiße Abgas gesprüht und mit diesem vermischt wird, gemäß der folgenden Reaktion: H2NCONH2 + H2O → 2 NH3, + CO2
  • Das Urea zersetzt sich nur vollständig, wenn die Temperatur 200 °C überschreitet. Daher sind 200 °C die niedrigste Temperatur bei welcher Urea in das Abgas eingespritzt werden kann.
  • Die Mischung aus Abgas und Reduktionsmittel, Ammoniak, wird dann über einen Katalysator geleitet, in welchem die Stickstoffoxide, Stickstoffmonoxid, NO und Stickstoffdioxid, NO2 mit dem Ammoniak reagiert, um Stickstoff und Wasser zu bilden, gemäß der folgenden Gleichungen: 4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O, und 6 NO2 + 8 NH3 → 7 N2 + 12 H2O
  • Während des normalen Betriebes soll das Abgas heiß sein und wird es sein, gleichzeitig ist es wichtig, dass die Urealösung im Inneren der Einspritzdüse die Temperatur nicht überschreitet, bei welcher Wasser verdampft, was zu einer Kristallisation des Urea führt und die Einspritzdüse verstopft.
  • Die Erfindung stellt des Weiteren eine Düse für das Einspritzen einer Urealösung/Luft-Mischung in ein heißes Abgas ohne Kristallisation von Urea zur Verfügung. Die Einspritzdüse umfasst ein äußeres Gehäuserohr, ein koaxiales inneres Zufuhrrohr und ein Isolationsmaterial in dem kreisförmigen Raum zwischen den zwei Rohren. Dies verhindert, dass das heiße Abgas die wässrige Urealösung auf die Temperatur erwärmt, bei welcher Wasser verdampft und das Urea kristallisiert.
  • In dem Auslassbereich ist das innere Rohr mit einem Düsenkopf mit einem Stopfen versehen. In der Nähe des Stopfen sind die Düsenöffnungen angeordnet. Dies stellt einen Fluss der Lösung in dem gesamten Volumen des Innenrohres sicher, so dass ein „totes Volumen" vermieden wird, welches sich sonst erwärmen würde, was zu einer Ureakristallisation führt. Der Stopfen kann zum Reinigen des inneren Rohres entfernt werden.
  • Durch diesen Aufbau der Düsenspitze, kann die Lösung in einem rechten Winkel zu der Achse der Düse herausfließen, was eine gute Verteilung sicherstellt, ohne das Risiko der Bildung von festem Urea und das Verstopfen der Düse.
  • Sobald die Urealösung/Luft-Mischung durch die Düsenöffnungen herausfließt, bildet sich ein Aerosol. Wenn das heiße Abgas das Aerosol erwärmt, wird das Urea zu Ammoniak umgewandelt und Ammoniak reduziert die Stickstoffoxide in dem Abgas zu Stickstoff auf einem Katalysator, welcher stromabwärts der Düse angeordnet ist.
  • Da der Katalysator in dem gesamten Querschnittsbereich eines vergrößerten Teils des Abgasrohres angeordnet ist, ist eine gleichförmige Verteilung des Urea/Ammoniak in dem Rohr zur Umwandlung von Stickstoffoxiden sehr wichtig.
  • Die Leistung und der Aufbau der Erfindung wird weiter durch die folgende Beschreibung der Zeichnungen deutlich gemacht.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in 1 offenbart, in welcher eine gerade Einspritzdüse dargestellt ist. Die Düse umfasst einen Düsenkopf 1, ein äußeres Gehäuserohr 2 und ein koaxiales inneres Zufuhrrohr 3, wobei der kreisförmige Raum zwischen den Rohren mit einem Isolationsmaterial 4 angefüllt ist. Das Isolationsmaterial 4 ist als ein fester Kreisring ausgebildet und passt zwischen das innere Rohr 3 und das Außenrohr 2.
  • Das Ende des Düsenkopfes 1 ist ein Stopfen in einer Form einer Schraube 5 mit einem flachen Ende. Direkt neben dem flachen Ende sind Düsenöffnungen 6 eingebohrt, wodurch das Düsenvolumen ohne Fluss eliminiert wird. Das Außenrohr endet in einem konischen Teil 7, wobei sich der enge Teil in der Nähe des inneren Rohres 3 in der Nähe des Düsenkopfes 1 befindet. Die Urealösung/Luft-Mischung 8 fließt durch das innere Rohr 3 und wird auf niedriger Temperatur gehalten, bei welcher kein Wasser verdampft und kein Urea kristallisiert. Die Mischung 8 fließt durch die Düsenöffnungen 6 nach außen, wo ein Aerosol gebildet wird. In dem heißen Abgas 9 wird die Urealösung in Ammoniak und Kohlenstoffdioxid umgewandelt.
  • Ein andere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in 2 dargestellt, welche im Prinzip der obigen Einspritzdüse entspricht, mit Ausnahme des Düsenkopfes, welcher mit einer 0° Biegung 10 bereitgestellt ist, wobei 5 mm zwischen der Biegung und den Düsenöffnungen 6 gerade ausgebildet sind.
  • Eine bevorzugte Weise des Einbaus ist in 3 dargestellt. Eine Düse mit einer 90° Biegung wird unter einem rechten Winkel durch die Wand des Abgasrohres 11 eingeführt, wobei die Spitze in Richtung des Abgasflusses zeigt und koaxial in der Mitte des Abgasrohres 11 angeordnet ist. Auf diese Weise fließt die Urealösung durch die Düsenöffnungen 6 unter einem rechten Winkel zu der Abgasflussrichtung heraus und in die Mitte derselben, was zu einer sehr guten Verteilung führt.
  • Wenn die wässrige Urealösung durch die Düsenöffnungen 6 gesprüht wird, wird sie in Ammoniak und Kohlenstoffdioxid umgewandelt; dies und das Abgas fließen zu einem Katalysator 12, in welchem Ammoniakstickstoffoxide zu Stickstoff und Wasser umwandelt. Die optimale Umwandlung in dem Katalysator wird nur durch geeignete Verteilung des Ammoniaks in dem Abgasrohr erzielt.
  • 4 zeigt die Position der Düsenlöcher, wenn die Einspritzdüse mit vier Düsenöffnungen versehen ist. Wenn sie 45° von der vertikalen Richtung eingebaut werden, stört der vertikale Teil der Einspritzdüse den Abgasfluss, welcher von hinter der Einspritzdüse kommt nicht.
  • Die Erfindung ist besonders geeignet zur Verwendung in mit einem Dieselmotor betriebenen Schiffen, Zügen, Lastwägen, Kleintransportern und dergleichen, bei welchen die obigen toxischen Gase gebildet werden und entfernt werden müssen, um die Atmosphäre nicht zu verunreinigen. Das Entfernen der toxischen Gase ist eine Anforderung der Regierung in einer Vielzahl von Ländern, da die Gase für menschliche Wesen, Tiere und sogar Häuser schädlich sind.
  • BEISPIELE
  • Die Abmessungen der Einspritzdüse sind wichtig, um eine gleichmäßige Verteilung von Ammoniak in dem Abgasrohr zu erhalten.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird mit den nachfolgenden Abmessungen hergestellt. Die Abmessungen entsprechen dem Luft- und Lösungsfluss/Verbrauch, welche auch unten angegeben sind, und diese Angaben entsprechend der Verwendung der Erfindung in einem herkömmlichen Lastwagen mit einem mit Diesel angetriebenen Motor.
  • Wenn der Motor betrieben wird, ist ein Luft-Fluss von 20 Nl/Min. geeignet. Der Verbrauch der Urealösung wird eingestellt, um dem NOx Gehalt in dem Abgas zu entsprechen, ein Fluss von 7,5 l/Std. Lösung ist jedoch typisch. Die wässrige Urealösung weist eine Konzentration von 20 – 50 Gew.-%, vorzugsweise 30 – 35 Gew.-% und besonders bevorzugt 32,5 Gew.-% Urea auf.
  • Das innere Rohr der entsprechenden Einspritzdüse weist einen Außendurchmesser von 6 mm und eine Wanddicke von 1,5 mm auf, und das Außenrohr weist einen Außendurchmesser von 25 mm und eine Wanddicke von 1,22 mm auf, und ein keramisches Material ist zwischen den Rohren angeordnet. Die Düse ist mit vier Löchern ausgestattet, die jeweils einen Durchmesser von 0,55 mm aufweisen und gleichmäßig beabstandet sind. Für andere Durchflüsse sind die Anzahl und Größen der Löcher entsprechend eingestellt, häufig werden acht Löcher mit einem Durchmesser von 0,39 mm verwendet.
  • In einer spezifischen Ausführungsform der Erfindung weist die innere Oberfläche des konischen Teils 7 einen Winkel von 30° auf und die Länge des konischen Teils beträgt 44,4 mm. Diese Abmessungen haben sich bewährt, da sie zu einer guten Verteilung des reduzierenden Mediums in dem Abgas führen.
  • Das isolierende Material in dem Raum zwischen den Rohren ist ein keramisches Material, welches zu der gewünschten Form aufgerollt wird und in der Form durch ein organisches Bindemittel gehalten wird. Das keramische Material ist kommerziell unter dem Namen „Isovac" von Keramax a/s, T⌀ll⌀se, Dänemark erhältlich.
  • Neben dem Isolationsmaterial ist ein geeignetes Aufbaumaterial für die Düse ein rostfreier Stahl SS 316.
  • TESTERGEBNISSE
  • Die Düse der Erfindung hat sich als besonders geeignet erwiesen, wenn wässrige Lösungen aus Urea eingesetzt werden, welche in heißes Abgas gespritzt werden, insbesondere Stickstoffoxide, die Dieselabgase enthalten.
  • Ein Urea selektives katalytisches Reduktionssystem wurde im September 2003 für einen Feldtest in einem Bus mit 40 l 150 Hubraumdieselmotor eingebaut. Die für das Einspritzen von Urea verwendete Düse war zu Beginn des Feldtestes nur ein Rohr ohne jede Isolierung. Der Bus wurde in echten Bedingungen im Londoner Stadtverkehr betrieben.
  • Nach einem kurzen Zeitraum von 2 Werktagen, arbeitete das System nicht mehr. Der Grund hierfür war, dass Urea die Düse verstopfte.
  • Die Düse wurde mechanisch gereinigt und das System wurde noch mal in Betrieb genommen.
  • Nach 2 weiteren Tagen war die Düse erneut vollständig von Urearückständen verstopft.
  • Die herkömmliche Düse wurde durch eine Düse von der Haldor T⌀psoe A/S Düse gemäß der Erfindung ersetzt, mit einer Isolierung um das Einspritzrohr.
  • Das System läuft bereits 5 Monate ohne jede Probleme der Verstopfung.

Claims (10)

  1. Verfahren zum gleichförmigen Einspritzen eines Fluidstromes (8) in einen Gasstrom (9) bei erhöhter Temperatur mittels einer Einspritzdüse, umfassend einen Düsenkopf (1), ein inneres Zufuhrrohr (3), welches konzentrisch von einem äußeren Gehäuserohr (2) umgeben ist, welches von dem inneren Zufuhrrohr (3) beabstandet ist, und zum Durchführen des Fluidstromes (8) durch das innere Rohr (3) und den Düsenkopf, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren das Beibehalten der Temperatur des Fluidstromes (8) in dem inneren Rohr (3) umfasst, indem eine thermische Isolierung (4) in wenigstens einem Teil eines kreisförmigen Raums zwischen dem inneren Rohr (3) und dem äußeren Rohr (2) bereitgestellt wird; Beibehalten eines konstanten Flusses des Fluids (8) im Inneren des inneren Rohrs (3) und dem Düsenkopf (1) durch Verstopfen des Düsenkopfes (1) an dem Auslassende und Sprühen des Fluidstromes (8) durch eine Anzahl von Düsenöffnungen (6) die in dem Düsenkopf (1) neben dem Auslassende des Düsenkopfes (1) bereitgestellt sind; Sprühen des Fluidstromes (8) durch die Düsenöffnungen (6) in einer Richtung mit einem im Wesentlichen rechten Winkel zu der Flussrichtung des Gasstromes (9) und neben die Mittelachse des Gasstromkanales (11); und Gleichförmiges Verteilen des gesprühten Fluidstromes (8) in dem Gasstrom (9) durch konisches Verengen des äußeren Gehäuserohres (2) in einem Bereich neben dem Düsenkopf (1).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gasstrom (8) ein Abgas aus einem Dieselmotor ist und der Fluidstrom (8) eine wässrige Lösung ist, enthaltend zwischen 20 und 50 Gew.-%, vorzugsweise zwischen 30 und 35 Gew.-%, Urea.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die wässrige Lösung (8) mittels unter Druck stehender Luft bzw. Druckluft zu dem Düsenkopf (1) geleitet wird.
  4. Einspritzdüse zur Verwendung bei einem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche umfassend einen Düsenkopf (1), welcher mit einem Fluidstromzufuhrrohr (3) verbunden ist, wobei das Zufuhrrohr (3) konzentrisch von einem äußeren Gehäuserohr umgeben und von diesem beabstandet ist; dadurch gekennzeichnet, dass der Raum zwischen dem Zufuhrrohr (3) und dem Gehäuserohr (2) wenigstens teilweise mit einem thermisch isolierenden Material (4) angefüllt ist; sich das äußere Gehäuserohr (2) konisch zu der benachbarten Außenwand des inneren Zufuhrrohres (3) in einem Bereich neben dem Düsenkopf (1) verengt; der Düsenkopf (1) an dem Auslassende mit einem Stopfen (5) verstopft ist; und der Düsenkopf (1) mit einer Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Düsenöffnungen (6) in einem Bereich neben dem Stopfen (5) des Düsenkopfes (1) versehen ist.
  5. Einspritzdüse nach Anspruch 4, wobei die Größe des Außendurchmessers und Innendurchmessers des Düsenkopfes (1) den Größen des Außendurchmessers und Innendurchmessers des Zufuhrrohrs (3) entsprechen.
  6. Einspritzdüse nach Anspruch 4, wobei der Düsenkopf (1) ein Rohr ist, welches mit einer 90° Biegung (10) zwischen dem Zufuhrrohr und den Düsenöffnungen versehen ist.
  7. Einspritzdüse nach Anspruch 4, wobei das thermisch isolierenden Material (4) ein keramischer Verbund ist.
  8. Einsprtzdüse nach Anspruch 4, wobei die innere Oberfläche des konisch verengten Teils (7) des äußeren Gehäuserohrs einen Winkel von 30° aufweist.
  9. Einsprtzdüse nach Anspruch 4, wobei das Zufuhrrohr (3) einen Außendurchmesser von 6 mm und einer Wanddicke von 1,5 mm aufweist, das äußere Gehäuserohr (2) einen Außendurchmesser von 25 mm und eine Wanddicke von 1,22 mm aufweist, und der Düsenkopf (1) mit vier gleichmäßig beabstandeten Öffnungen (6), die jeweils einen Durchmesser von 0,55 mm aufweisen, oder mit acht gleichmäßig beabstandeten Öffnungen, die jeweils einen Durchmesser von 0,39 mm aufweisen, ausgestattet ist.
  10. Einspritzdüse nach Anspruch 6, wobei der gerade Teil des Düsenkopfes (1) zwischen der Biegung (10) und den Düsenöffnungen (6) eine Länge von 5 mm aufweist.
DE602005000689T 2004-02-05 2005-01-17 Einspritzdüse und Verfahren zur gleichmässigen Einspritzung eines Fluidstroms in einen Gasstrom mittels einer Einspritzdüse bei hoher Temperatur Active DE602005000689T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DK200400175 2004-02-05
DKPA200400175 2004-02-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE602005000689D1 DE602005000689D1 (de) 2007-04-26
DE602005000689T2 true DE602005000689T2 (de) 2007-06-28

Family

ID=34673556

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE602005000689T Active DE602005000689T2 (de) 2004-02-05 2005-01-17 Einspritzdüse und Verfahren zur gleichmässigen Einspritzung eines Fluidstroms in einen Gasstrom mittels einer Einspritzdüse bei hoher Temperatur

Country Status (9)

Country Link
US (1) US7252243B2 (de)
EP (1) EP1561919B1 (de)
JP (1) JP4298664B2 (de)
KR (1) KR101092336B1 (de)
CN (1) CN100460636C (de)
AT (1) ATE356924T1 (de)
CA (1) CA2496085C (de)
DE (1) DE602005000689T2 (de)
ES (1) ES2282933T3 (de)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102005008855A1 (de) * 2005-02-26 2006-08-31 Daimlerchrysler Ag Zugabevorrichtung zur Zugabe von Reduktionsmittel in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine
ATE531909T1 (de) 2006-07-12 2011-11-15 Delphi Tech Holding Sarl Isolierte reaktionsmittel dosiervorrichtung
US20090210631A1 (en) * 2006-09-22 2009-08-20 Bea Systems, Inc. Mobile application cache system
JP4906525B2 (ja) * 2007-01-26 2012-03-28 ボッシュ株式会社 還元剤噴射弁の詰まり判定装置及び還元剤噴射弁の詰まり判定方法
DE102007031817A1 (de) 2007-07-07 2009-01-08 Eberspächer Unna GmbH & Co. KG Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung
EP2014885B1 (de) * 2007-07-09 2010-11-17 Delphi Technologies Holding S.à.r.l. Dosierungssystem für Reagensmittel
US20090137350A1 (en) * 2007-11-26 2009-05-28 Jason Lenig Game Ball with Enhanced in Flight Movement
US7806064B2 (en) * 2008-03-12 2010-10-05 Wellman John G Friction reducing pollution control system for marine vehicles
US8408480B2 (en) * 2008-04-25 2013-04-02 Confluent Surgical, Inc. Self-cleaning spray tip
US8033483B2 (en) 2008-04-25 2011-10-11 Confluent Surgical Inc. Silicone spray tip
US8210453B2 (en) 2008-09-12 2012-07-03 Confluent Surgical, Inc. Spray applicator
EP2406487B1 (de) 2009-03-13 2018-05-09 Powercell Sweden AB Kraftstoffeinspritzvorrichtung und verfahren für einen kraftstoffreformer
JP5546205B2 (ja) * 2009-10-28 2014-07-09 ダイムラー・アクチェンゲゼルシャフト 還元剤噴射ノズル
DE112010005351A5 (de) * 2010-03-05 2012-12-20 Elringklinger Ag Reduktionsmittel-Dosier- und Einspritzmodul für die Abgasreinigung bei Verbrennungskraftmaschinen
US8336791B1 (en) * 2010-09-07 2012-12-25 J.M. Parish Enterprises, LLC Insert assembly for a nozzle
CN102042063A (zh) * 2010-09-30 2011-05-04 中国人民解放军军事交通学院 一种用于柴油机尾气氮氧化物净化还原剂的雾化喷射装置
US8549840B2 (en) 2010-11-12 2013-10-08 Cummins Cal Pacific, Llc Fluid injector
US20120177553A1 (en) * 2010-12-07 2012-07-12 Lindemann Scott H Injector And Method For Reducing Nox Emissions From Boilers, IC Engines and Combustion Processes
DE102011086798A1 (de) 2011-11-22 2013-05-23 Robert Bosch Gmbh Dosiermodul mit Luftspaltisolierung
CN102606264A (zh) * 2012-03-18 2012-07-25 杭州银轮科技有限公司 一种尿素喷嘴及其加工方法
US10309430B2 (en) 2012-08-10 2019-06-04 Confluent Surgical, Inc. Pneumatic actuation assembly
EP3125774B1 (de) 2014-04-04 2020-05-27 HyperBranch Medical Technology, Inc. Sprühapplikator mit verlängerter spitze für chirurgisches zwei-komponenten-dichtmittel und verfahren zur verwendung davon
GB2537598B (en) * 2015-04-13 2017-09-13 Perkins Engines Co Ltd Method of controlling an engine system
CN106150612A (zh) * 2016-07-04 2016-11-23 武汉理工大学 气体射流式添蓝组合喷射器及其应用
CN108126644B (zh) * 2018-01-19 2023-08-29 德山化工（浙江）有限公司 氯硅烷液体中和处理装置及处理方法
CN108915829B (zh) * 2018-08-16 2023-09-08 湖北芙源春贸易有限公司 文丘里换向装置及基于该装置的尿素反抽装置
EP3908401A1 (de) 2019-01-08 2021-11-17 UMICORE AG & Co. KG Passiver stickoxid-adsorber mit oxidationskatalytisch aktiver funktion
JP2023542828A (ja) 2020-09-30 2023-10-12 ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト ディーゼル酸化触媒を含有するビスマット
EP3978100A1 (de) 2020-09-30 2022-04-06 UMICORE AG & Co. KG Bismut enthaltender gezonter dieseloxidationskatalysator
CN113244803B (zh) * 2021-04-28 2022-11-11 哈尔滨石油学院 一种提高石油采收率用调剖剂混合装置及混合方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3671025A (en) * 1971-05-03 1972-06-20 Perry R Elliott Fluid mixing device
JPS5549162A (en) * 1978-10-03 1980-04-09 Ikeuchi:Kk Mist producting device
DE3004033C2 (de) 1980-02-05 1986-04-10 Klöckner-Humboldt-Deutz AG, 5000 Köln Wärmegeschützte Kraftstoffeinspritzdüse für Brennkraftmaschinen und Verfahren zur Herstellung einer solchen Einspritzdüse
CA2088713C (en) * 1992-02-24 1999-11-16 Hans Thomas Hug Cleaning exhaust gases from combustion installations
TW301701B (de) 1995-03-30 1997-04-01 Mitsubishi Heavy Ind Ltd
DE59600784D1 (de) * 1995-05-19 1998-12-10 Siemens Ag Vormischkammer für eine abgas-reinigungsanlage
DE19726392A1 (de) * 1997-06-21 1998-12-24 Bosch Gmbh Robert Gemischabgabevorrichtung
US6048510A (en) 1997-09-30 2000-04-11 Coal Tech Corporation Method for reducing nitrogen oxides in combustion effluents
JP3733815B2 (ja) 1999-11-22 2006-01-11 いすゞ自動車株式会社 排気浄化システム
WO2004030827A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-15 Spraying Systems Co. Lance-type liquid reducing agent spray device

Also Published As

Publication number Publication date
CN1651728A (zh) 2005-08-10
EP1561919A1 (de) 2005-08-10
DE602005000689D1 (de) 2007-04-26
CA2496085C (en) 2012-01-10
JP4298664B2 (ja) 2009-07-22
US7252243B2 (en) 2007-08-07
ATE356924T1 (de) 2007-04-15
CA2496085A1 (en) 2005-08-05
CN100460636C (zh) 2009-02-11
EP1561919B1 (de) 2007-03-14
ES2282933T3 (es) 2007-10-16
US20050173553A1 (en) 2005-08-11
JP2005220913A (ja) 2005-08-18
KR20060041640A (ko) 2006-05-12
KR101092336B1 (ko) 2011-12-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602005000689T2 (de) Einspritzdüse und Verfahren zur gleichmässigen Einspritzung eines Fluidstroms in einen Gasstrom mittels einer Einspritzdüse bei hoher Temperatur
EP1206630B1 (de) Vorrichtung zum einbringen eines zuschlagstoffes in ein abgas
EP1969213B1 (de) Einbauteil zur montage in einem abgasstrang einer verbrennungskraftmaschine
DE102011051875B4 (de) Dosiermodul für ein abgasnachbehandlungssystem eines fahrzeugs
DE102007055874B4 (de) Abgasemissionsteuerungsvorrichtung mit Additiveinspritzeinrichtung
EP2726414B1 (de) Ammoniakgasgenerator sowie verfahren zur erzeugung von ammoniak zur reduzierung von stickoxiden in abgasen
EP1908933B1 (de) Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine
WO2015071233A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem
EP2691618A1 (de) Kompakte abgasbehandlungseinheit mit mischbereich und verfahren zur vermischung eines abgases
DE102009053950A1 (de) Vorrichtung zur Nachbehandlung von Abgasen von Brennkraftmaschinen
DE102009015419A1 (de) Verfahren zur Zufuhr von Reduktionsmittel in ein Abgassystem und entsprechendes Abgassystem
WO2005073524A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur nachbehandlung eines abgases einer verbrennungsmaschine
EP1554474B2 (de) Abgasreinigungsanlage einer brennkraftmaschine und verfahren zur reinigung deren abgase
DE112014005333T5 (de) Mischer
WO2020208125A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung von lackdrähten
DE102011105419B4 (de) Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden
DE102013104579B4 (de) Einströmkammer für einen katalysator einer abgasreinigungsanlage
DE102011106237A1 (de) Ammoniakgasgenerator sowie Verfahren zur Erzeugung von Ammoniak zur Reduzierung von Stickoxiden in Abgasen
DE102010040365A1 (de) Druckluftzerstäuber
DE102007022678A1 (de) Abgasnachbehandlungseinheit auf Ammoniakbasis und Verfahren zur Reinigung stickoxidhaltiger Abgase von Verbrennungskraftmaschinen
DE60032850T2 (de) Verfahren und Einrichtung zur Reinigung der Abgase von Brennkraftmaschinen
DE102011106243A1 (de) Ammoniakgasgenerator zur Erzeugung von Ammoniak zur Reduzierung von Stickoxiden in Abgasen
DE202020100584U1 (de) Zerstäuberdüse zum Eindüsen eines Reduktionsmittels in das Rauchgas einer Verbrennungsanlage
DE102016222105A1 (de) Gaseinleitung als frostschutz für harnstofflösung
DE102012208929A1 (de) Abgasnachbehandlungseinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition