DE69831587T2 - Verfahren zur reinigung von abgasen und gasbrenner - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen und außerdem auf einen Gasbrenner.
  • Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen, die aus einem Gasbrenner oder irgendeiner anderen Verbrennungsquelle stammen, wie beispielsweise öl-befeuerten Brennern, oder Abgasen von Verbrennungsmotoren. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Gasbrenner, in dem das Verfahren angewendet wird.
  • Normalerweise werden industrielle Öfen mit Gasbrennern beheizt. Ein normaler Brennstoff in dieser Hinsicht ist natürliches Gas, obwohl andere Gase verwendet werden können, wie beispielsweise Propan, Butan sowie in Flaschen abgefülltes Gas.
  • In dem Fall eines effizienten Gasbrenners ist der Brenner von der Art, bei der der Brennerkopf an einem Ende eines inneren Rohrs angeordnet ist, um das herum ein äußeres, schützendes Rohr angeordnet ist, das an dem Boden geschlossen ist. Die Gase oder der Rauch aus der Brennerkammer strömen innerhalb des inneren Rohrs und zu dem Boden des äußeren Rohrs nach unten und strömen von dort in eine entgegengesetzte Richtung zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr und danach in einen Auslassdurchgang, der zur Umgebung führt. Wärme wird durch das schützende Rohr an einen Ofenraum abgegeben, wobei diese Wärme zu 30 % aus Konvektionswärme und zu 70 % aus Strahlungswärme besteht.
  • Ein anderer, ähnlicher Typ eines Brenners umfasst ebenfalls ein inneres Rohr, an dem ein äußeres, schützendes Rohr angeordnet ist. In diesem Fall ist der Boden des schützenden Rohrs jedoch nicht geschlossen. Das schützende Rohr hat eine gebogene Form, z. B. eine U-Form, wobei ein freies Ende des schützenden Rohrs mit einem Auslassdurchgang verbunden ist. Das innere Rohr mit dem Brennerkopf ist gerade und ist somit innerhalb des geraden Teils des schützenden Rohrs angeordnet.
  • Solche Gasbrenner geben hohe Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickstoffverbindungen (NOx) ab.
  • Es wäre wünschenswert, in der Lage zu sein, die Temperatur des äußeren Rohrs auf ungefähr 1155 bis 1200° C zu erhöhen, um somit die Brennerleistungskonzentration zu erhöhen. Dieses kann erreicht werden, indem das äußere Rohr aus einem Hochtemperaturmaterial hergestellt wird, wie beispielsweise Silizium-Carbid (SiC) oder aus einem Material entsprechend der "verbesserten Pulvermetallurgie (Advanced Powder Metallurgy – APM), wobei ein derartiges Material ungefähr 73 % Fe, 22 % Cr und 5 % Al enthält. Das Pulver wird in eine röhrenförmige Form extrudiert.
  • NOxKonzentrationen erhöhen sich jedoch beträchtlich in Abgasen bei derartigen hohen Temperaturen.
  • Es ist bekannt, die aus Gasbrennern stammenden Gase katalytisch in einer Laborumgebung zu reinigen. Die Gase werden dazu veranlasst, durch einen Drei-Wege-Katalysator hindurchzutreten, der einen keramischen Monolithen enthält. Die NOx Konzentrationen werden damit verringert, indem der Lambda-Wert (L) auf unter L = 1 gebracht wird. Dieses resultiert an Stelle dessen jedoch in einer beträchtlichen Steigerung in dem CO-Gehalt des Gases.
  • Die EP-A-O 555 936 beschreibt ein Verfahren, in dem H2 und H2O vor einem Katalysator in Verbrennungsgase abgegeben werden. Hierdurch wird die Bildung von NH3 zu der gleichen Zeit vermieden, wie NOx zu N2 reduziert wird.
  • In diesem Verfahren wird H2 als ein Reduktionsmedium verwendet, wodurch NH3 gebildet wird, das in einem zweiten Katalysatorschritt zu NOx oxidiert wird.
  • Die DE-A-33 37 902 beschreibt die Geometrie einer Erfindung, bei der ein reduzierender Teil eines Katalysators von einem oxidierenden Katalysator umgeben ist. Der Katalysator ist so ausgelegt, dass Kohlenstoff in dem oxidierenden Katalysator gesammelt wird, wo er zu CO und/oder CO2 oxidiert wird. Somit offenbart die DE-A-33 37 902 einen Kohlenstoff-Filter.
  • Ein Problem, dem man bei hohen Temperaturen begegnet, besteht darin, dass der Katalysator hohen thermischen Belastungen ausgesetzt ist, die dafür verantwortlich sind, dass ein herkömmlicher Katalysator zerstört wird, der einen keramischen Monolithen enthält, sofern der Katalysator nicht gekühlt wird.
  • Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme und ermöglicht es, dass viel niedrigere Konzentrationen an CO, NOx und HC erreicht werden als diejenigen, die mit einer herkömmlichen katalytischen Reinigung erreicht werden.
  • Dieses ermöglicht es, dass ein Gasbrenner bei höheren Temperaturen arbeitet, ohne dass die Belastung für die Umwelt erhöht wird. Im Gegensatz zu der Erhöhung der Belastung für die Umwelt sind die Konzentrationen der Substanzen bei hohen Temperaturen deutlich niedriger als die Konzentrationen, die mit einem herkömmlichen Brenner bei typischerweise niedrigeren Temperaturen erzielt werden.
  • Ein von der vorliegenden Erfindung erreichter, beträchtlicher Vorteil besteht darin, dass sie in einer entsprechenden Art und Weise dafür eingesetzt werden kann, die Konzentrationen von HC, CO und NOx in den Abgasen von Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise Kraftfahrzeugmotoren, zu verringern.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich somit auf ein Verfahren zum Reinigen von Abgasen von ihren Gehalten an Stickstoffoxid (NOx), Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO), wie beispielsweise den Abgasen oder Auspuffgasen, die aus Brennern und Verbrennungsmotoren stammen, wobei die Abgase oder Auspuffgase für eine katalytische Reinigung der Gase durch einen Katalysator geleitet werden, wobei der Lambda-Wert (L) auf ein Niveau unter L = 1 gebracht wird; und Leiten der Gase durch einen ersten Katalysator und dann durch einen zweiten Katalysator; wobei es dadurch gekennzeichnet ist, dass der Kraftstoff und die Verbrennungsluft vor der Verbrennung gemischt werden, wobei der CO-Gehalt des Gases in dem ersten Katalysator auf ein ausreichend hohes Niveau gebracht wird, um NOx in einem Maß derart auf N2 zu reduzieren, dass der NOx Gehalt auf ein vorgegebenes Niveau gebracht wird; Abgeben von ausreichend Sauerstoff O2 zwischen den ersten und den zweiten Katalysator, um sowohl CO als auch HC in einem Maß derart auf CO2 und H2O zu oxidieren, dass der CO-Gehalt des Gases auf ein vorgegebenes Niveau reduziert wird; und Vorsehen eines Netzes in einem oder beiden der Katalysatoren, das aus gewebtem Hochtemperaturdraht besteht, der mit einer Beschichtung aus Rhodium, Platin und/oder Palladium beschichtet worden ist, oder alternativ dünne, gefaltete Bänder aus einem entsprechenden Material als Katalysatoren.
  • Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen Gasbrenner, der eine katalytische Gasreinigungseinrichtung der zuvor genannten Art umfasst, und der die in Patentanspruch 6 genannten Merkmale aufweist.
  • Die vorliegende Erfindung wird jetzt detaillierter und unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung und außerdem unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
  • 1 eine schematische Querschnittsansicht eines Gasbrenners ist;
  • 2 eine sich auf 3 beziehende Darstellung ist;
  • 3 ein schematisches Diagramm ist, das die Abfolge der Ereignisse darstellt, die in Bezug auf O2, HC, CO und NOx stattfinden, wenn die vorliegende Erfindung angewendet wird;
  • 4 ein Diagramm ist, das die NOx Konzentration gegenüber der Abgastemperatur zeigt, mit und ohne einem Katalysator;
  • 5 ein Diagramm ist, das die NOxKonzentration gegenüber der Temperaturdifferenz über einem Katalysator zeigt;
  • 6 ein Blockschema ist, das eine Steuerschaltung darstellt; und
  • 7 eine schematische geschnittene Ansicht eines Brenners gemäß einer alternativen Ausführungsform ist.
  • 1 stellt einen bekannten Typ eines Gasbrenners zum Beheizen von Öfen dar. Der Gasbrenner ist von der Art, bei der der Brennerkopf 1 in einem Ende eines inneren Rohrs 2 angeordnet ist, das in einem äußeren, schützenden Rohr 3 untergebracht ist. Der Boden 4 des schützenden Rohrs 3 ist geschlossen. Dieses bedeutet, dass die Gase von dem Brennerkopf in dem inneren Rohr 2 zu dem Boden 4 des äußeren Rohrs 3 nach unten strömen, wo die Gase umdrehen und zwischen dem äußeren Rohr und dem inneren Rohr in der entgegengesetzten Richtung strömen und danach in einen Abgasdurchgang 5 eintreten, der zu der Umgebung führt.
  • Die Erfindung ist nicht auf irgendeinen bestimmten Gasbrenner oder einen anderen Brenner beschränkt, sondern kann genauso gut mit Bezug auf den zuvorgenannten Typ von Brenner beschrieben werden, der ein inneres Rohr aufweist, das in einem äußeren, schützenden Rohr untergebracht ist, dessen Boden nicht geschlossen ist, aber bei dem sich das schützende Rohr in einem Bogen erstreckt, wobei sein freies Ende mit einem Abgasdurchgang verbunden ist.
  • Ein Rekuperator besteht aus dem Teil des inneren Rohrs 2, das den Brennerkopf umgibt. Alternativ kann ein Rekuperator ein gesondertes Rohr umfassen, das den Brennerkopf umgibt, wobei ein gesondertes inneres Rohr in der Verlängerung des gesonderten Rohrs vorgesehen ist. Das gesonderte Rohr und das gesonderte innere Rohr sind somit axial auf einer Linie zueinander angeordnet. Das gesonderte innere Rohr beginnt an dem offenen Ende des gesonderten Rohrs.
  • Gasförmiger Kraftstoff wird durch einen Einlass 6 zugeführt und Luft wird durch einen Einlass 7 zugeführt.
  • Gemäß der Erfindung sind zwei Katalysatoren 8, 9 nacheinander in der Strömungsrichtung angeordnet. Wenn die Konzentration von Kohlenmonoxid in dem Auspuffgas oder Abgas ausreichend hoch ist, arbeitet der erste Katalystor 8 so, dass NOx in einem Maß auf N2 reduziert wird, in dem der NOx Gehalt des Gases auf ein vorgegebenes Niveau heruntergebracht wird. Ein Sauerstoffeinlass 10 ist zwischen dem ersten und dem zweiten Katalysator 8 und 9 vorgesehen. Wenn Sauerstoff durch den Einlass 10 zugeführt wird, arbeitet der zweite Katalysator so, dass Kohlenmonoxid CO und HC zu Kohlendioxid CO2 und Wasser H2O in einem Maß derart oxidiert wird, dass der Kohlenmonoxid-Gehalt des Gases auf ein vorgegebenes Niveau reduziert wird. Der zugeführte Sauerstoff liegt vorzugsweise in der Form von Luft vor.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Lambda-Wert (L) auf unter einen Wert von L = 1 gebracht. Das Auspuffgas oder Abgas wird somit durch den ersten Katalysator 8 und dann durch den zweiten Katalysator geleitet. Als ein Ergebnis des sub-stöchiometrischen Lambda-Werts wird die CO-Konzentration in dem ersten Katalysator ausreichend hoch für die Reduktion von NOx in einem Maß derart auf N2, dass die NOx Konzentration auf einen vorgegebenen Wert reduziert wird. Die NOxreduzierende Reaktion kann geschrieben werden als NOx + CO → 1/2 N2 + CO2. Eine Steigerung in dem CO-Gehalt des Abgases wird diese Reaktion weiter auf die rechte Seite treiben.
  • Das aus dem ersten Katalysator 8 austretende Abgas enthält im wesentlichen Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC).
  • Gemäß der Erfindung wird zwischen dem ersten Katalysator 8 und dem zweiten Katalysator 9 ausreichend Sauerstoff zugeführt, um sowohl Kohlenmonoxid als auch Kohlenwasserstoffe in einem Maß zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) zu oxidieren, bei dem der Kohlenmonoxid-Gehalt des Gases auf einen vorgegebenen Wert reduziert wird. Der Sauerstoff wird vorzugsweise zugeführt, indem Luft dazu veranlasst wird, durch den Einlass 10 einzuströmen. Die Reaktionen, die in dem zweiten Katalysator 9 stattfinden, können geschrieben werden als CO + 1/2 O2 → CO2 und HnCm + (m + n/2) O2 → mCO2 + n/2 H2O. Diese Reaktionen können sehr weit nach rechts getrieben werden, indem ausreichend Sauerstoff durch den Einlass 10 zugeführt wird.
  • Kohlenmonoxid wirkt somit als Kraftstoff zum Reduzieren des Stickstoffoxids (NOx). Tests haben gezeigt, dass der CO-Gehalt des Gases stromaufwärts von dem ersten Katalysator ausreichend hoch sein sollte, damit der CO-Gehalt stromabwärts von dem ersten Katalysator in der Größenordnung von 5000 ppm ist. Der Sauerstoff-Gehalt stromabwärts von dem ersten Katalysator ist damit ungefähr 0 ppm.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Lambda-Wert auf einen Wert zwischen 0,940 und 0,995 gebracht. Es wird bevorzugt, bei einem Lambda-Wert von 0,970 zu arbeiten. Dieser Lambda-Wert liefert einen hohen Kohlenmonoxid-Gehalt, der ausreichend hoch ist, um den NOx-Gehalt auf sehr niedrige Werte in dem ersten Katalysator 8 zu reduzieren.
  • Es wird bevorzugt, dass der Lambda-Wert so ist, dass bewirkt wird, dass der NOx Gehalt stromabwärts von dem zweiten Katalysator geringer ist als 50 bis 100 ppm. Der Nachteil bei einem Lambda-Wert unter L = 1 besteht darin, dass nicht der gesamte Kraftstoff verwendet wird.
  • Es wird außerdem bevorzugt, Sauerstoff zwischen dem ersten Katalysator 8 und dem zweiten Katalysator 9 in einer solchen Menge zuzuführen, dass der CO-Gehalt stromabwärts von dem zweiten Katalysator 9 geringer ist als 5 bis 20 ppm. Der HC-Gehalt wird damit auch geringer sein als 5 bis 20 ppm.
  • Gemäß einem in hohem Maße bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst (umfassen) einer oder beide Katalysatoren 8, 9 ein/einen gewebtes/n Hochtemperatur-Filament oder -Draht, der/das mit einer Schicht beschichtet ist, die Rhodium, Platin und/oder Palladium als Katalysator(en) umfasst. Solche Hochtemperatur-Filamente oder -Drähte werden von den Anmeldern der vorliegenden Patentanmeldung hergestellt, und sie enthalten im wesentlichen die gleichen Bestandteile wie das zuvorgenannte APM-Material. Dünne gefaltete Bänder aus einem entsprechenden Material können an Stelle von Netzen verwendet werden. Diese Bänder werden von Sandvik AB, Schweden, geliefert.
  • Die Bezugsziffer 11 in 1 bezeichnet ein ringförmiges Netz in dem ersten Katalysator 8, während die Bezugsziffer 12, ein scheibenförmiges Netz in dem zweiten Katalysator 9 bezeichnet. Der Vorteil solcher Katalysatoren besteht darin, dass sie höheren Temperaturen standhalten als keramische monolithische Katalysatoren. Der Strömungswiderstand ist außerdem geringer als derjenige herkömmlicher Katalysatoren.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des oben beschriebenen Typs eines Gasbrenners ist der erste Katalysator 8 zwischen dem inneren Rohr 2 und dem äußerem Rohr 3 an der Stelle des Rekuperators 13 angeordnet, und der zweite Katalysator 9 ist in dem Abgasdurchgang angeordnet.
  • 2 ist eine Darstellung, die sich auf 3 bezieht und die die Flamme 12 in der Brennerkammer, die Abgasströmung 13 zu dem ersten Katalysator 8 hin, die Abgasströmung 14 zu dem Katalysator 9 hin und die Zufuhrluft 15 über den Einlass 10 sowie das schließlich gereinigte Abgas 16 darstellt.
  • 3 ist ein Diagramm, welches schematisch den Ablauf der Ereignisse in Bezug auf O2, HC, CO und NOx darstellt, wenn die vorliegende Erfindung angewendet wird. Die Y-Achse zeigt den Gehalt und die X-Achse die physikalische Position des Auspuffgases oder Abgases. Die aufrechte Linie 16 bezieht sich auf die Position nach der Verbrennung des Kraftstoffs, die aufrechte Linie 17 bezieht sich auf den Eintritt des Abgases in den ersten Katalysator 8, die aufrechte Linie 18 bezieht sich auf den Eintritt des Abgases in den zweiten Katalysator 9 und die aufrechte Linie 19 bezieht sich auf den Austritt des Abgases aus dem zweiten Katalysator 9.
  • Aus 3 ist somit ersichtlich, dass der CO-Gehalt in der Folge der Verbrennung hoch ist und dass der NOx Gehalt in dem ersten Katalysator reduziert wird, während der CO-Gehalt und der HC-Gehalt noch hoch sind. Die Zufuhr von Sauerstoff resultiert in der Oxidation von CO und HC in dem zweiten Katalysator 9, so dass das das System verlassende Abgas einen sehr niedrigen Gehalt an HC, CO und NOx hat.
  • Vollständige Versuche wurden mit einem sogenannten WS 80 Millimeter Brenner durchgeführt, der ein aus APM-Material hergestelltes äußeres Rohr 3 mit einem äußeren Durchmesser/inneren Durchmesser von 91/78 mm hatte. Die entsprechenden Abmessungen des inneren Rohrs 2 betrugen 64/56 mm. Der erste Katalysator 8 umfasste zehn Netze, die aus Hochtemperatur-Filamenten bestanden, während der zweite Katalysator 9 fünf derartige Netze umfasste.
  • Mittels Standardwerten wurden ungefähr 240 Liter Verbrennungsluft pro Minute zugeführt, während ungefähr 30 Liter Luft an den Einlass 10 pro Minute zugeführt wurden. Dieses gab dem Brenner eine Leistung von ungefähr 10 kW.
  • Es wird bevorzugt, Luft zwischen die Katalysatoren in einer Menge zuzuführen, die ungefähr 10 bis 20 % der Menge von an den Brenner zugeführter Verbrennungsluft entspricht.
  • 4 stellt diagrammartig das erzielte Ergebnis dar in Bezug auf den NOx-Gehalt gegen die Abgastemperatur stromabwärts von dem zweiten Katalysator, mit und ohne Katalysatoren. Die Kurven zeigen, dass die höchsten NOx Gehalte ohne Katalysatoren und mit einem Lambda-Wert unter L = 1 erzielt werden; siehe die Kurve, die ausgefüllte Quadrate aufweist. Eine gewisse Reduktion in dem NOx-Gehalt wird bei einem Lambda-Wert von L = 1,15 erreicht; siehe die Kurve, die offene Quadrate mit einem Mittelpunkt aufweist. Wenn kein Katalysator vorhanden ist, steigt der NOx-Wert mit der Abgastemperatur.
  • Der NOx-Gehalt wird jedoch beträchtlich verringert, wenn die vorliegende Erfindung angewendet wird. Dieses ist durch die unterste Kurve dargestellt, die leere Quadrate umfasst, wobei der Lambda-Wert L = 0,950 bis 0,995 beträgt und die Katalysatoren 8, 9 verwendet werden. Wie man erkennt, beträgt der NOx-Wert ungefähr 20 ppm relativ unabhängig von der Abgastemperatur. Der CO-Gehalt und HC-Gehalt betrugen im wesentlichen 0 ppm in den zuvor genannten Versuchen.
  • 5 ist eine schematische Darstellung des NOx-Gehalts gegenüber der Temperaturdifferenz über dem zweiten Katalysator 9. Die Temperatur wird mit einem ersten Thermoelement 20 an dem Einlass zu dem zweiten Katalysator und mit einem zweiten Thermoelement 21 an dem Katalysatorausgang gemessen.
  • Die Kurven auf der linken Seite in 5 zeigen Messungen ohne Katalysatoren bei dem Lambda-Wert L = 1,15 bzw. unter L = 1. Der NOx-Gehalt liegt damit zwischen 100 und 250 ppm. In diesem Fall hat der HC-Gehalt einen Mittelwert von 350 ppm.
  • Die Reaktionen, die in dem zweiten Katalysator stattfinden, sind insgesamt exothermisch. Große Mengen an Luft werden außerdem durch den Einlass 10 zugeführt. Es wurde festgestellt, dass die Temperaturdifferenz über dem zweiten Katalysator dazu verwendet werden kann, den Lambda-Wert zu steuern, indem das Volumen der an den Brenner zugeführten Luft verändert wird. Dieses liegt daran, dass mehr Kohlenmonoxid bei einem niedrigeren Lambda-Wert gebildet wird, wobei dieses Kohlenmonoxid in dem zweiten Katalysator verbrannt wird und in einer Steigerung der Temperaturdifferenz resultiert, und umgekehrt.
  • Es wurde außerdem festgestellt, dass der NOx Wert niedrig ist und innerhalb eines bestimmten Intervalls ungefähr konstant ist; in 5 bei einer Temperaturdifferenz von –10° C bis 40° C. Der NOx-Wert steigt dann leicht an.
  • 7 zeigt eine alternative Ausführungsform des in 1 dargestellten Brenners. In dieser alternativen Ausführungsform ist das innere Rohr in zwei innere Rohre 25, 26 unterteilt, die in einer axialen Richtung eines hinter dem anderen liegen. Der längs gerichtete Abstand zwischen den inneren Rohr 25, 26 kann mindestens 5 bis 30 mm oder etwas größer sein. In dieser Ausführungsform werden die Abgase oder der Auspuffrauch dazu veranlasst, teilweise um das untere innere Rohr 25 herum zurück zu zirkulieren, wie es durch die Pfeile 27, 28 angegeben ist.
  • Dieses resultiert in einer niedrigeren Abgastemperatur und einer einheitlicheren Temperatur über das äußere Rohr 3. Außerdem wird eine vollständige Verbrennung erreicht, was bedeutet, dass eine kleinere Menge an nicht-verbranntem CO und HC in den Abgasdurchgang eintritt. Dieses ermöglicht es, dass gleichzeitig sowohl niedrigere NOx-Gehalte als auch niedrigere CO-Gehalte erreicht werden.
  • In dem Vorstehenden wird erwähnt, dass gasförmiger Kraftstoff durch den Einlass 6 zugeführt wird und dass Luft durch den Einlass 7 zugeführt wird. Es wurde festgestellt, dass die Verbrennung vollständiger wird, wenn der Kraftstoff gut mit der Verbrennungsluft gemischt wird. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform wird eine bestimmte Menge an Luft zusammen mit dem Kraftstoff in den Kraftstoffeinlass 6 zugeführt, während der verbleibende Teil der Verbrennungsluft durch den Einlass 7 zugeführt wird. Dieses gilt sowohl für die Brennerausführungsform der 1 als auch die Brennerausführungsform der 7.
  • Gemäß einer in hohem Maße bevorzugten Ausführungsform wird die Temperaturdifferenz über dem zweiten Katalysator 9 gemessen und der Lambda-Wert so eingestellt, dass die Temperaturdifferenz innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs liegt. Der aktuelle Temperaturbereich kann sich mit den Abgasströmungen und in Bezug auf die Konstruktion der Katalysatoren und der Brenner im allgemeinen verändern. Durch die Messung der NOx Gehalte wird der Fachmann jedoch keine Schwierigkeiten haben, das Temperaturintervall zu bestimmen, innerhalb dem die Temperaturdifferenz über dem zweiten Katalysator liegen soll, um einen niedrigen NOx Gehalt zu erhalten.
  • 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem für diese Einstellung darstellt. Die Thermoelemente 20, 21 liefern ein Signal an einen Mikroprozessor 22 oder dergleichen, der dafür ausgelegt ist, einen Schrittmotor 23 zu betätigen, der wiederum so arbeitet, dass ein Ventil 24 betätigt wird, mit dem die Luftzufuhr zu dem Brenner gesteuert wird.
  • Der Vorteil dieser Steuerung liegt darin, dass es damit viel einfacher und billiger ist, als den Lambda-Wert während des Betriebs mit einer Lambda-Sonde zu messen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde oben unter Bezugnahme auf die Reinigung von Abgasen oder Auspuffgasen beschrieben, die in Gasbrennern erzeugt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch gleichermaßen auch in Bezug auf Abgase aus anderen Typen von Brennern und auch in Bezug auf eine Reinigung von Auspuffgasen aus Verbrennungsmotoren angewendet werden, wie beispielsweise Dieselmotoren und Benzinmotoren.
  • Es ist offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung die in der Einleitung genannten Probleme löst.
  • In Bezug auf spezielle Kraftfahrzeugbenzinmotoren wird der erste Katalysator in der Nähe des Motorverteilers angeordnet. Der zweite Katalysator wird in geeigneter Weise unter einem kurzen Abstand von dem ersten Katalysator entlang des Abgasrohrs angeordnet. Ein Lufteinlass ist zwischen den Katalysatoren vorgesehen. Der Fachmann wird keine Schwierigkeiten haben, die Katalysatoren zu dimensionieren, die in geeigneter Weise gewebten Hochtemperaturdraht oder dünne gefaltete Bänder umfassen, wie zuvor gesagt, oder bezüglich ihrer Positionierung oder der Größe und Auslegung des Lufteinlasses.
  • Es versteht sich somit, dass die Erfindung so verändert und angepasst werden kann, dass sie zu verschiedenen Bedingungen passt, wie beispielsweise Brennertyp, Motortyp, etc., ohne dass von dem Konzept der Erfindung abgewichen wird, nämlich durch einen sub-stöchiometrischen Lambda-Wert ausreichend Kohlenmonoxid zu erzeugen, um NOx in einem ersten Katalysator zu reduzieren und HC und CO in einem zweiten Katalysator zu oxidieren, indem dort Sauerstoff zugeführt wird, so dass die Abgase oder Auspuffgase danach im wesentlich H2O, CO2 und O2 enthalten.
  • Die vorliegende Erfindung soll daher nicht als auf ihre zuvor beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen beschränkt angesehen werden, da Veränderungen und Abwandlungen innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Patentansprüche vorgenommen werden können.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Reinigen von Abgasen von ihren Gehalten an Stickstoffoxid (NOx), Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO), wie beispielsweise den Abgasen oder Auspuffgasen, die aus Brennern und Verbrennungsmotoren stammen, wobei die Abgase oder Auspuffgase für eine katalytische Reinigung der Gase durch einen Katalysator geleitet werden, wobei der Lambda-Wert (L) auf ein Niveau unter L = 1 gebracht wird; und Leiten der Gase durch einen ersten Katalysator (8) und dann durch einen zweiten Katalysator (9); dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoff und die Verbrennungsluft vor der Verbrennung gemischt werden, wobei der CO-Gehalt des Gases in dem ersten Katalysator (8) auf ein ausreichend hohes Niveau gebracht wird, um NOx in einem Maß derart auf N2 zu reduzieren, dass der NOx Gehalt auf ein vorgegebenes Niveau gebracht wird; Abgeben von ausreichend Sauerstoff (O2) zwischen den ersten und den zweiten Katalysator (8, 9), um sowohl CO als auch HC in einem Maß derart auf CO2 und H2O zu oxidieren, dass der CO-Gehalt des Gases auf ein vorgegebenes Niveau reduziert wird; und Vorsehen eines Netzes (11, 12) in einem oder beiden der Katalysatoren (8, 9), das aus gewebtem Hochtemperaturdraht besteht, der mit einer Beschichtung aus Rhodium, Platin und/oder Palladium beschichtet worden ist, oder alternativ dünne, gefaltete Bänder aus einem entsprechenden Material als Katalysatoren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambda-Wert auf L = 0,940 – 0,995 gebracht wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambda-Wert auf ein Niveau derart gebracht wird, dass der NOx Gehalt stromabwärts von dem zweiten Katalysator (9) geringer ist als 50 bis 100 ppm.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch ein Einbringen von Sauerstoff zwischen den ersten Katalysator (8) und den zweiten Katalysator (9) in einer Menge, bei der der CO-Gehalt geringer ist als 5 bis 20 ppm stromabwärts von dem zweiten Katalysator (9).
  5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch ein Messen der Temperaturdifferenz über den zweiten Katalysator (9) und durch ein Einsteilen des Lambda-Werts derart, dass die Temperaturdifferenz innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs liegt.
  6. Gasbrenner zum Heizen von Öfen, wobei der Gasbrenner von der Art ist, bei der der Brennerkopf in einem Ende eines inneren Rohrs (2) angeordnet ist, das innerhalb eines äußeren schützenden Rohrs (3) untergebracht ist, und wobei die Verbrennungsgase von dem Brennerkopf (1) innerhalb des inneren Rohrs und innerhalb des äußeren Rohrs und danach in einen Abgasdurchgang (5) strömen, der zu der Umgebung führt, wobei der Brenner zwei Katalysatoren (8, 9) aufweist, die einer nach dem anderen in der Strömungsrichtung angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einlass (6) für Kraftstoff und eine bestimmte Menge an Verbrennungsluft vorhanden ist, dass der erste Katalysator (8) dafür ausgelegt ist, NOx bei der Anwesenheit eines ausreichend hohen CO-Gehalts des Abgases in einem Maß derart auf N2 zu reduzieren, dass der NOx Gehalt auf einen vorgegebenen Wert reduziert wird, dass der Brenner einen Sauerstoff-(O2)-Einlass (10) zwischen dem ersten Katalysator (8) und dem zweiten Katalysator (9) aufweist, dass der zweite Katalysator (9) dafür ausgelegt ist, CO und HC in Reaktion auf die Zufuhr von Sauerstoff durch den Einlass (10) in einem Maß derart auf CO2 und H2O zu oxidieren, dass der CO-Gehalt auf einen vorgegebenen Wert reduziert wird, und dass einer oder beide Katalysatoren (8, 9) Netze (11, 12) aus gewebtem Hochtemperaturdraht oder Filament aufweisen, der/das mit einer Beschichtung beschichtet worden ist, die Rhodium, Platin und/oder Palladium umfasst, oder alternativ dünne, gefaltete Bänder aus einem entsprechenden Material als Katalysatoren.
  7. Gasbrenner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Brenner dafür ausgelegt ist, bei einem Lambda-Wert innerhalb des Bereichs von L = 0,940 – 0,995 zu arbeiten.
  8. Gasbrenner nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Katalysator (8) zwischen dem inneren Rohr (2) und dem äußeren Rohr (3) an der Stelle des Rekuperators angeordnet ist; und dass der zweite Katalysator (9) in dem Abgasdurchgang angeordnet ist.
  9. Gasbrenner nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Rohr in zwei innere Rohre (25, 26) aufgeteilt ist, die in der axialen Richtung eines hinter dem anderen liegen, wobei der längs gerichtete Abstand zwischen den inneren Rohren (25, 26) mindestens 5 bis 30 mm beträgt.
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