ES2207199T3 - Procedimiento y dispositivo para la eliminacion catalitica de una substancia contaminante en un gas de escape de una instalacion de combustion. - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la eliminacion catalitica de una substancia contaminante en un gas de escape de una instalacion de combustion.

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Abstract

Procedimiento para la eliminación catalítica de una substancia contaminante en un gas de escape (6) de una instalación de combustión con estados e funcionamiento de diferentes emisiones de substancias contaminantes, donde en función de la concentración de la substancia contaminante se introduce, por unidad de tiempo, una cantidad predeterminada de un agente reductor (10) en el gas de escape (6) y se transforma junto con la substancia contaminante en un catalizador (9), caracterizado porque se forma un valor medio temporal para la concentración de la substancia contaminante generada por la instalación de combustión sobre varios estados de funcionamiento con diferentes emisiones de substancia contaminante y porque en el caso de un catalizador (8) que, dada una dosificación estequiométrica del agente reactivo (10) con la substancia contaminante, está diseñado para la conversión esencialmente completa de la substancia contaminante, el agente reactivo (10) es introducido en el gas de escape (6)en una proporción subestequiométrica con relación al valor medio temporal de la concentración de substancia contaminante.

Description

Procedimiento y dispositivo para la eliminación catalítica de una substancia contaminante en un gas de escape de una instalación de combustión.
La invención se refiere a un procedimiento para la eliminación catalítica de una substancia contaminante en un gas de escape de una instalación de combustión, donde en función de la concentración de la substancia contaminante se introduce, por unidad de tiempo, una cantidad predeterminada de un agente reductor en el gas de escape y se transforma junto con la substancia contaminante en un catalizador. La invención se refiere, además, a un dispositivo para la realización del procedimiento mencionado.
Durante la combustión de un combustible fósil o de basura en una instalación de combustión se producen en una extensión considerable substancias contaminantes como óxidos nítricos, hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de azufre y especialmente dioxinas y furanos, que pueden llegar al medio ambiente a través del gas de escape de la instalación de combustión. Una instalación de combustión que emite tales substancias contaminantes es, por ejemplo, una instalación de caldera, una central eléctrica de fósiles quemada con carbón, petróleo o gas, una turbina de gas o, en cambio, también un motor de combustión, especialmente un motor Diesel. También una instalación de combustión de basura emite las substancias contaminantes mencionadas.
En virtud de las disposiciones legales estrictas, que limitan la cantidad de las substancias contaminantes mencionadas anteriormente contenidas en los gases de escape, es necesario para las instalaciones de combustión mencionadas un tratamiento adicional de los gases de escape para la reducción de las substancias contaminantes contenidas en ellos. A tal fin se han desarrollado en el pasado una pluralidad de catalizadores, que convierten las substancias contaminantes mencionadas en compuestos no peligrosos.
Así, por ejemplo, se conocen para la reducción de las substancias contaminantes en el gas de escape de un motor Otto catalizadores que contienen metales nobles, en los que se convierten hidrocarburos y monóxido de carbono con óxidos nítricos en dióxido de carbono, nitrógeno y/o agua. También se conocen catalizadores para la eliminación de dioxinas y/o furanos, que comprenden un material catalíticamente activo sobre la base de dióxido de titanio, en los que las dioxinas y/o furanos se oxidan con oxígeno residual presente en el gas de escape en compuestos no contaminantes.
Cuando la composición del gas de escape no es adecuada, es necesario muchas veces que se añada al gas de escape adicionalmente un agente reactivo, que reacciona en un catalizador adecuado con la substancia contaminante a eliminar para formar compuestos no contaminantes. Por ejemplo, para la eliminación de óxidos nítricos en gases de escape que contienen oxígeno debe añadirse al gas de escape, como agente reactivo, un agente reductor adecuado, que también en presencia de oxígeno reduce los óxidos nítricos presentes en el gas de escape en nitrógeno no contaminante. Esta reacción se puede catalizar con un llamado catalizador de DeNOx sobre la base de dióxido de titanio con aportaciones de pentóxido de vanadio, trióxido de molibdeno y/o trióxido de volframio, que convierte según el procedimiento SCR de la reducción catalítica selectiva los óxidos nítricos con un agente reductor adecuado como amoníaco en nitrógeno y agua.
Para conseguir una eliminación completa de la substancia contaminante en el gas de escape, debe añadirse el agente reactivo agregado por separado en una cantidad estequiométrica con respecto a la concentración de la substancia contaminantes. No obstante, puesto que en las instalaciones de combustión, la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape oscila con frecuencia en el tiempo, y puesto que, además, otros factores del gas de escape, como temperatura o presión, influyen en la reacción de las substancias contaminante con el agente reactivo, se produce con mucha frecuencia una sobredosificación del agente reactivo. Esto tiene como consecuencia una emisión del agente reactivo junto con el gas de escape al medio ambiente. Debe evitarse una emisión de agente reactivo de este tipo -designada también como arrastre de agente reactivo- cuando el agente reactivo propiamente dicho no es inocuo. Adicionalmente, una sobredosificación del agente reactivo significa siempre también un modo de trabajo poco rentable, puesto que permanece agente reactivo caro no utilizado en el gas de escape.
Se puede deducir a partir del documento US 5.047.220 una instalación de combustión estacionaria con una emisión de substancia contaminante esencialmente constante. En esta instalación, está prevista la detección de la concentración de óxido nítrico en el gas de escape después de un catalizador. En función de la concentración de óxido nítrico medida después del catalizador se adapta la cantidad del agente reactivo a dosificar. Sin embargo, este sistema es menos adecuado para una instalación de combustión no estacionaria, en la que en virtud de los cambios de carga se producen estados de funcionamiento con diferentes emisiones de substancia contaminante.
Por lo tanto, con gasto técnico considerable se pretende una dosificación estequiométrica lo más exacta posible del agente reactivo, adaptada al estado actual del gas de escape. En este caso, para la determinación de la cantidad de agente reactivo a introducir por unidad de tiempo en el gas de escape no sólo es necesario o bien medir directamente la concentración de la substancia contaminante que predomina en el gas de escape o calcularla con la ayuda de curvas características de los parámetros de la instalación de combustión que son relevantes para el funcionamiento, sino que deben considerarse también parámetros del catalizador que son relevantes para el funcionamiento, por ejemplo temperatura del catalizador, actividad catalítica o capacidad de almacenamiento, y parámetros del gas de escape, por ejemplo presión, composición del gas o temperatura, a través de procedimientos de análisis adecuados. Un procedimiento de este tipo técnicamente costoso para la determinación de la cantidad de dosificación de un agente reactivo en el gas de escape que contiene óxido nítrico se conoce, por ejemplo, a partir del documento EP 0 697 062 B1.
Sin embargo, un procedimiento costoso de este tipo con una analítica de medición cara no es conveniente por razones de costes precisamente para el reequipamiento de instalaciones de combustión anticuadas. Además, precisamente en la instalación de gases de escape de motores de combustión empleados para la tracción de vehículos no existe ya espacio adicional para elementos sensores necesarios para la detección de parámetros específicos de los gases de escape y del catalizador. Adicionalmente, el dispositivo de introducción necesario para una dosificación exacta debe estar diseñado con alta capacidad dinámica, para adaptarse de una manera rápida y exacta a cualquier estado de funcionamiento de la instalación de combustión y a los parámetros correspondientes de los gases de escape. También esto provoca costes altos.
El cometido de la invención es indicar un procedimiento de coste especialmente favorable y sencillo para la eliminación catalítica de la substancia contaminante en un gas de escape de una instalación de combustión a través de la conversión de un agente reactivo, sin que se produzca en este caso un arrastre considerable o un consumo excesivo de agente reactivo. También debe indicarse un dispositivo especialmente sencillo, que requiera poco espacio y, además, que sea de coste favorable para la realización del procedimiento.
Con respecto al procedimiento, se forma un valor medio temporal para la concentración de la substancia contaminante generada por la instalación de combustión sobre varios estados de funcionamiento con diferentes emisiones de substancia contaminante y en el caso de un catalizador que, dada una dosificación estequiométrica del agente reactivo con la substancia contaminante, está diseñado para la conversión esencialmente completa de la substancia contaminante, el agente reactivo es introducido en el gas de escape en una proporción subestequiométrica con relación al valor medio temporal de la concentración de substancia contaminante.
Por lo tanto, en una primera etapa, la invención parte de que se puede evitar un arrastre de agente reactivo, cuando no se requiere una conversión completa, sino sólo una conversión considerable de la substancia contaminante. En tal caso, durante toda la duración del funcionamiento de la instalación de combustión se dosifican a la instalación de combustión proporciones subestequiométricas de acuerdo con la conversión deseada. Esto ofrece una seguridad suficiente en el caso de oscilaciones pequeñas de la concentración de la substancia contaminante en el caso de estados de funcionamiento imprevisibles de la instalación de combustión. Sin embargo, en tal modo de proceder persiste el mismo problema que en una dosificación estequiométrica en cada estado de funcionamiento. También en el caso de una dosificación subestequiométrica debe asegurarse para cada estado de funcionamiento de la instalación de combustión que se dosifica realmente en proporciones subestequiométricas de acuerdo con la concentración actual de la substancia contaminante. Para evitar de esta manera con seguridad un arrastre de agente reactivo, se requieren de nuevo instrumentos de medición analíticos.
La invención parte ahora en una segunda etapa de que se puede evitar tal gasto cuando no se considera cada estado de funcionamiento de la instalación de combustión por sí, sino que se considera la duración de funcionamiento de la instalación de combustión promediada en el tiempo. Si se determina un valor medio temporal para la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape y se introduce en el gas de escape el agente reactivo en proporciones subestequiométricas con relación al valor medio, entonces se interceptan las oscilaciones con respecto a la concentración de la substancia contaminante, sin que se produzca una emisión adicional de agente reactivo. Si la concentración actual de la substancia contaminante en el gas de escape es menor que el valor medio de la concentración promediado sobre un cierto periodo de tiempo o sobre varios estados de funcionamiento, entonces se convierte y se consume totalmente la cantidad excesiva de agente reactivo con la substancia contaminante presente adicionalmente de una manera sencilla en el catalizador. Esto se aplica evidentemente sólo cuando el catalizador está diseñado de tal forma que en el caso de una dosificación estequiométrica del agente reactivo con respecto a la substancia contaminante se consigue una reacción esencialmente completa de la substancia contaminante. Si el valor actual de la concentración de la substancia contaminante excede el valor medio, entonces la cantidad excesiva de substancia contaminante permanece como proporción no convertida en el gas de escape, lo que, sin embargo, no perjudica la conversión general, en efecto, no completa, pero considerable, considerada sobre la duración de funcionamiento de la instalación de combustión.
El procedimiento según la invención ofrece la ventaja de que no son necesarios aparatos de medición analítica y sensores costosos para la supervisión de la composición actual de los gases de escape, para la supervisión de la temperatura actual de los gases de escape o para la supervisión del estado actual del funcionamiento del catalizador y, sin embargo, se evita con seguridad un arrastre de agente reactivo. Tampoco en la instalación de introducción para la introducción del agente reactivo en el gas de escape se plantean altos requerimientos con respecto a la exactitud de la dosificación o con respecto a la dinámica, puesto que las oscilaciones en la cantidad de entrada del agente reactivo son compensadas a través de la dosificación en todo caso subestequiométrica. Todo esto predestina el empleo de este procedimiento para la purificación de los gases de escape en instalaciones antiguas o en instalaciones de combustión, en las que para el cumplimiento de las especificaciones legales sobre gases de escape no se requiere forzosamente la eliminación de la proporción total de substancia contaminante en el gas de escape. Especialmente esto afecta a motores de combustión empleados para la tracción de vehículos, especialmente motores Diesel, para los que se reducen sólo poco a poco los valores límite de las emisiones permitidas de substancias contaminantes.
Especialmente se ha mostrado que se puede evitar con seguridad un arrastre de agente reactivo o de productos secundarios derivados del mismo, cuando el agente reactivo es introducido en proporciones subestequiométricas con respecto al valor medio en el gas de escape de la instalación de combustión, de tal manera que se convierte realmente una proporción entre el 55 y el 95% de la substancia contaminante. En este caso, se compensan con seguridad las oscilaciones con respecto a la emisión de substancia contaminante, sin que se produzca una emisión de agente reactivo.
De una manera más ventajosa, el agente reactivo es introducido en proporciones subestequiométricas con respecto al valor medio de tal forma que la proporción convertida de la substancia contaminante presenta un valor del 75%. En este caso, se consigue una eliminación considerable de la substancia contaminante y al mismo tiempo existen reservas de seguridad suficientes para compensar las oscilaciones con respecto a la cantidad de agente reactivo o a la concentración de la substancia contaminante, sin que se produzca una emisión excesiva de agente reactivo detrás del catalizador.
La dosificación del agente reactivo se puede realizar de una manera sencilla introduciendo durante un estado de funcionamiento de la instalación de combustión con una emisión de substancia contaminante aproximadamente constante en el tiempo el agente reactivo en proporcionan subestequiométricas también constantes. Si se desea, por ejemplo, una conversión media de la substancia contaminante del 80% durante el periodo de funcionamiento de la instalación de combustión, entonces se introduce en el gas de escape durante un estado de funcionamiento de este tipo, de acuerdo con la concentración de la substancia contaminante presente en el gas de escape, de una manera sencilla una cantidad de agente reactivo reducida en el factor correspondiente con respecto a la cantidad estequiométrica.
De manera ventajosa, la concentración de la substancia contaminante se puede determinar en el gas de escape directamente a través de un sensor adecuado. A partir de los valores de medición registrados se puede formar entonces un valor medio temporal, en el que se dosifica en proporciones correspondientemente subestequiométricas. El periodo de tiempo sobre el que se realiza el promedio depende en este caso de la instalación de combustión. Tampoco en el caso de una instalación de combustión con cambios de carga frecuentes deben plantearse exigencias altas a un sensor de este tipo con respecto a su velocidad de reacción.
De una manera más ventajosa, el valor de la concentración de la substancia contaminante, determinado por un sensor relativamente lento, se tiene en cuenta directamente como un valor medio para la entrada correspondientemente subestequiométrica del agente reactivo.
De manera alternativa, la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape se puede determinar a partir de parámetros de la instalación de combustión que son relevantes para el funcionamiento. A tal fin, se deposita en una unidad de control adecuada un campo característico correspondiente, que representa una relación funcional entre un estado de funcionamiento de la instalación de combustión, definido a través de los parámetros relevantes para el funcionamiento, y la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape. Los parámetros relevantes para el funcionamiento pueden ser, por ejemplo, la temperatura de la combustión, la conversión del combustible, el consumo de oxígeno o la carga. En el caso de un motor de combustión, están disponibles también como tales parámetros relevantes para el funcionamiento, la posición del pedal del acelerador, el número de revoluciones o el par de torsión.
El procedimiento indicado es adecuado especialmente para la eliminación de óxidos nítricos según el procedimiento SCR. Como un agente reactivo adecuado es ventajoso en este caso amoníaco o una substancia que libera amoníaco, especialmente urea.
Para la realización del procedimiento se indica un dispositivo para la eliminación catalítica de una substancia contaminante en un gas de escape de una instalación de combustión con un canal de gases de escape, con un dispositivo de introducción para la introducción del agente reactivo en el gas de escape, con un catalizador que puede ser atravesado por una corriente de mezcla de gas de escape / agente reactivo para la reacción del agente reactivo con la substancia contaminante y con una unidad de control para el control del caudal del agente reactivo en el dispositivo de introducción en función de la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape, estando diseñado el catalizador según la invención de tal forma que en el caso de una dosificación estequiométrica del agente reactivo con relación a la concentración de la substancia contaminante, se realiza una conversión esencialmente completa de la substancia contaminante, y donde la unidad de control está diseñada para la determinación de un valor medio temporal, formado sobre varios estados de funcionamiento con diferentes emisiones de substancia contaminante, de la substancia contaminante generada por la instalación de combustión en el gas de escape y para una dosificación subestequiométrica del agente reactivo de acuerdo con este valor medio. De manera más ventajosa, la unidad de control está diseñada para una dosificación subestequiométrica de tal forma que la proporción de la substancia contaminante convertida en el catalizador está entre el 55 y el 95%, con preferencia es el 75%. La unidad de control detecta a tal fin el estado actual de la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape y determina a partir del mismo un valor medio de la concentración promediado sobre un cierto periodo de tiempo. Con un factor de reducción predeterminado con respecto a la cantidad estequiométrica se introduce entonces en el gas de escape una cantidad de agente reactivo correspondientemente subestequiométrica a través del dispositivo de introducción.
En el caso de una instalación de combustión accionada con cambios de carga frecuentes, puede estar previsto a este respecto de una manera más ventajosa que la unidad de control reconozca los estados de funcionamiento con emisión casi constante de substancia contamínate y dosifique durante este tiempo proporciones subestequiométricas de una manera correspondiente. Solamente se requiere predeterminar la conversión media deseada de la substancia contaminante entre el 55 y el 95%, con preferencia el 75%.
El dispositivo de introducción propiamente dicho puede estar realizado de una manera conocida en sí en forma de una válvula de inyección, de una tobera de inyección o en el caso de instalaciones grandes en forma de una rejilla de inyección distribuida sobre la sección transversal del canal de gases de escape. La dosificación se puede realizar en este caso o bien a través de control directo de la tobera de inyección o de la válvula de inyección o a través de una válvula controlable prevista en el conducto de alimentación para el agente reactivo.
Para la detección de la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape está dispuesto de manera más ventajosa un sensor adecuado en el conducto de gases de escape entre la instalación de combustión y el catalizador. Por medio del sensor, en virtud de un tiempo de reacción largo que se extiende sobre diferentes estados de funcionamiento de la instalación de combustión, no es necesario que la unidad de control propiamente dicha reconozca los estados de funcionamiento con emisión aproximadamente constante de substancia contaminante. Solamente se necesita tener en cuenta el valor determinado por medio del sensor de la concentración de la substancia contaminante para la dosificación subestequiométrica.
En otra configuración ventajosa de la invención, la concentración del gas de escape se determina con la ayuda de parámetros de la instalación de combustión que son relevantes para el funcionamiento. A tal fin, como ya se ha descrito, en la unidad de control está depositado un campo de curvas características correspondiente o una curva característica. Para la detección de los parámetros relevantes para el funcionamiento están asociados elementos sensores adecuados a la unidad de control. Se ofrece tal modo de proceder especialmente en el caso de un motor de combustión interna, que dispone de una gestión electrónica del motor y, por lo tanto, de un interfaz electrónico adecuado. A través de tal interfaz se pueden deducir de una manera sencilla informaciones sobre el estado de funcionamiento de la instalación de combustión, como por ejemplo la temperatura de la combustión, el consumo de combustible, el par de torsión, el número de revoluciones, peso también el instante de la inyección y similares. Los sensores previstos para ello pertenecen al estado de la técnica.
Especialmente para la eliminación de óxidos nítricos según el procedimiento SCR es ventajoso que el catalizador esté configurado como un catalizador de DeNOx en forma de panal de abejas y que comprenda los materiales dióxido de titanio de 70 a 95% en peso, trióxido de volframio y/o trióxido de molibdeno de 5 a 20% en peso y menos de 5% en peso de pentóxido de vanadio. Como agente reactivo se puede utilizar a tal fin amoníaco o una substancia que libera amoníaco, tal como urea.
A continuación se explica en detalle un ejemplo de realización de la invención con la ayuda del dibujo. En este caso:
La figura 1 muestra un motor Diesel con un dispositivo conectado para la eliminación catalítica de los óxidos nítricos desde el gas de escape.
En la figura 1 se muestra como una instalación de combustión 1 un motor Diesel, que está equipado con un dispositivo de purificación de gases de escape para la eliminación de óxidos nítricos. Este motor Diesel presenta un interfaz 3, en el que se pueden tomar por vía electrónica los valores actuales de parámetros relevantes para el funcionamiento. A través de una alimentación 4 de combustible y de una aspiración de aire 5 se pone a la disposición del motor Diesel una mezcla de combustible / aire para la combustión. El gas de escape 6 del motor Diesel es conducido a través de un codo a un canal 7 de gases de escape y es guiado hacia el exterior a través de un catalizador 8. En este caso, el catalizador 7 está configurado como un llamado catalizador de DeNOx, que descompone óxidos nítricos, de acuerdo con el procedimiento SCR conocido, con la ayuda del agente reactivo amoníaco para formar nitrógeno molecular y agua. La cantidad de amoníaco necesaria se obtiene a través de hidrólisis a partir de urea dosificada.
Para la dosificación de la urea está previsto un dispositivo de introducción 9, que comprende para el agente reactivo 10 (= urea) un depósito de reserva 11, un conducto de alimentación 12, una válvula dosificadora 13 y una boquilla de inyección 14.
El catalizador 8 para la eliminación de óxidos nítricos está configurado como un cuerpo extruido macizo en forma de panal de abejas compuesto por una masa cerámica de 90% en peso de dióxido de titanio, 8% en peso de trióxido de volframio y menos de 2% en peso de pentóxido de vanadio. El diseño del catalizador 8 se selecciona de tal forma que también en el caso de emisión máxima de óxidos nítricos, con una dosificación estequiométrica del agente reactivo 10, se lleva a cabo una eliminación esencialmente completa de los óxidos nítricos.
Adicionalmente, entre la instalación de combustión 1 y el catalizador 8 en el canal 7 de gases de escape está dispuesto un sensor 15 de substancias contaminantes convencional para la detección de la concentración de óxido nítrico a través de la modificación de la conductividad.
Para el control del dispositivo de introducción está prevista una unidad de control 18. A través de las salidas 19, 20 y 21 del interfaz 3 del motor Diesel están a la disposición de la unidad de control los valores actuales para el consumo de combustible, el número de revoluciones o bien el par de torsión. Además, a través de la salida 22 del sensor 15 de substancia contaminante se puede recurrir a la emisión de óxidos nítricos medida del motor Diesel.
Opcionalmente, se puede utilizar directamente la concentración de óxido nítrico determinada a través del sensor 15 de substancias contaminantes o calculada a través de una curva característica implementada en la unidad de control 18, a partir de los parámetros relevantes para el funcionamiento consumo de combustible, número de revoluciones y par de torsión, para la determinación de la cantidad de agente reactivo 10 a introducir por unidad de tiempo.
En los estados de funcionamiento de la instalación de combustión con un desarrollo temporal aproximadamente constante de la concentración de óxidos nítricos en el gas de escape, la unidad de control 18 controla la válvula dosificadora 13 del dispositivo de introducción 9 de tal forma que se añade al gas de escape 6 por unidad de tiempo, de acuerdo con un factor de reducción predeterminable frente a la cantidad estequiométrica de agente reactivo 10 una cantidad correspondientemente reducida de agente reactivo 10. La urea introducida se descompone en el gas de escape 6 a través de hidrólisis en amoníaco y restos, reaccionando el amoníaco como un agente reactivo con los óxidos nítricos en el catalizador 8. Para la unidad de control se puede introducir un valor de conversión para la substancia contaminante entre el 55% y el 95%.
En el caso del cálculo de la concentración de la substancia contaminante a partir de los parámetros relevantes para el funcionamiento, la unidad de control 18 promedia durante un periodo de tiempo de minutos. En el caso de la determinación de la concentración por medio del sensor 15 de substancias contaminantes se utiliza el valor medido directamente como un valor medio.

Claims (14)

1. Procedimiento para la eliminación catalítica de una substancia contaminante en un gas de escape (6) de una instalación de combustión con estados e funcionamiento de diferentes emisiones de substancias contaminantes, donde en función de la concentración de la substancia contaminante se introduce, por unidad de tiempo, una cantidad predeterminada de un agente reductor (10) en el gas de escape (6) y se transforma junto con la substancia contaminante en un catalizador (9), caracterizado porque se forma un valor medio temporal para la concentración de la substancia contaminante generada por la instalación de combustión sobre varios estados de funcionamiento con diferentes emisiones de substancia contaminante y porque en el caso de un catalizador (8) que, dada una dosificación estequiométrica del agente reactivo (10) con la substancia contaminante, está diseñado para la conversión esencialmente completa de la substancia contaminante, el agente reactivo (10) es introducido en el gas de escape (6) en una proporción subestequiométrica con relación al valor medio temporal de la concentración de substancia contaminante.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente reactivo (10) es introducido en el gas de escape (6) en una proporción subestequiométrica con respecto al valor medio, de tal forma que la proporción de la substancia contaminante realmente convertida en el catalizador (8) esté entre 55 y 95%.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el agente reactivo (10) es introducido en proporciones subestequiométricas con respecto al valor medio, de tal forma que la proporción de la substancia contaminante convertida es el 75%.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el agente reactivo (10) es introducido también de una manera constante en el tiempo en proporciones subestequiométricas durante estados de funcionamiento de la instalación de combustión (1) con una emisión de substancia contaminante aproximadamente constante en el tiempo.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el valor medio temporal se forma a través de una medición de la concentración de la substancia contaminante directamente en el gas de escape (6).
6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque el valor medio temporal se forma a través de un sensor (15) de substancia contaminante con tiempo de reacción largo.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el valor medio temporal se determina a partir de parámetros de la instalación de combustión (1) que son relevantes para el funcionamiento.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el agente reactivo (10) es amoníaco o una substancia que libera amoníaco, especialmente urea, y como substancia contaminante se eliminan óxidos nítricos según el procedimiento de la reducción catalítica selectiva en un catalizador de DeNOx.
9. Dispositivo para la eliminación catalítica de una substancia contaminante en un gas de escape (6) de una instalación de combustión (1) con estados de funcionamiento de diferentes emisiones de substancia contaminante, con un canal de escape de gases (7), con un dispositivo de introducción (9) para la introducción de un agente reactivo (10) en el gas de escape (6), con un catalizador (8) que puede ser atravesado por la corriente de gases de escape (6) para la reacción del agente reactivo (10) con la substancia contaminante y con una unidad de control (18) para el control del caudal de agente reactivo en el dispositivo de introducción (9) en función de la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape (6), caracterizado porque el catalizador (8) está diseñado de tal forma que, en el caso de una dosificación estequiométrica del agente reactivo (10) con relación a la concentración de la substancia contaminante, se realiza una conversión esencialmente completa de la substancia contaminante, y porque la unidad de control (18) está diseñada para la determinación de un valor medio temporal, formado sobre varios estados de funcionamiento con diferentes emisiones de substancia contaminante, de la substancia contaminante generada por la instalación de combustión en el gas de escape (6) y para una dosificación subestequiométrica del agente reactivo (10) de acuerdo con este valor medio.
10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque la unidad de control (18) está diseñada para una dosificación subestequiométrica del agente reactivo (10), de tal manera que la proporción de la substancia contaminante convertida en el catalizador (8) está entre el 55 y el 95%, con preferencia el 75%.
11. Dispositivo según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque la unidad de control (18) está diseñada para la formación del valor medio durante estados de funcionamiento de la instalación de combustión (1) con emisión aproximadamente constante de la substancia contaminante.
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque en el canal de gases de escape (7), entre la instalación de combustión (1) y el catalizador (8) está dispuesto un sensor (15) de substancias contaminantes, conectado con la unidad de control (18), para la detección de la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape.
13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, caracterizado porque parámetros relevantes para el funcionamiento de la instalación de combustión (1) están disponibles para la unidad de control (18), y porque la unidad de control (18) está diseñada para la determinación de la concentración de la substancia contaminante en el gas de escape a partir de los parámetros relevantes para el funcionamiento.
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque el catalizador (8) está configurado como catalizador de DeNOx en forma de panal de abejas para la eliminación de óxidos
nítricos por medio de un agente reductor y comprende los materiales dióxido de titanio de 70 a 95% en peso, trióxido de volframio y/o trióxido de molibdeno de 5 a 20 % en peso y menos de 5% en peso de pentóxido de vanadio.
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7575931B2 (en) * 2002-06-19 2009-08-18 E.I. Du Pont De Nemours And Company Method and apparatus for reducing a nitrogen oxide, and control thereof
US6993900B2 (en) * 2002-10-21 2006-02-07 Ford Global Technologies, Llc Exhaust gas aftertreatment systems
EP1477655A1 (en) * 2003-05-13 2004-11-17 Haldor Topsoe A/S Process for controlled addition of a reducing agent into nitrogen oxides containing exhaust gas
US7846405B2 (en) * 2004-05-21 2010-12-07 General Electric Company Method and apparatus for measuring and controlling selective catalytic reduction (SCR) emission control systems
US7644577B2 (en) * 2004-10-29 2010-01-12 Philip Morris Usa, Inc. Reducing agent metering system for reducing NOx in lean burn internal combustion engines
JP4388103B2 (ja) 2007-06-27 2009-12-24 株式会社デンソー 排気浄化剤の添加量制御装置、及び排気浄化システム
JP4459987B2 (ja) 2007-06-27 2010-04-28 株式会社デンソー 排気浄化剤の添加量制御装置、及び排気浄化システム
KR100907315B1 (ko) * 2007-12-17 2009-07-13 한국기계연구원 질소산화물의 흡장 탈질 장치 및 질소산화물의 흡장 탈질방법
DE102008008748A1 (de) * 2008-02-12 2009-08-13 Man Nutzfahrzeuge Ag Vorrichtung zur Verminderung von Dibenzo-Dioxin- und Dibenzo-Furan-Emissionen aus übergangsmetallhaltigen Katalysatoren

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5047220A (en) * 1989-03-27 1991-09-10 Foster Wheeler Energy Corporation Catalytic denitrification control process and system for combustion flue gases
WO1991004780A1 (de) * 1989-10-06 1991-04-18 Babcock Deutsche Babcock Anlagen Ag Verfahren zur verringerung der emission von organischen produkten unvollständiger verbrennung
JP3248920B2 (ja) * 1991-02-21 2002-01-21 住友ケミカルエンジニアリング株式会社 脱硝方法
DE4315278A1 (de) * 1993-05-07 1994-11-10 Siemens Ag Verfahren und Einrichtung zur Dosierung eines Reduktionsmittels in ein stickoxidhaltiges Abgas
JP4087914B2 (ja) * 1996-07-25 2008-05-21 日本碍子株式会社 脱硝システム及び脱硝方法
DE19651212C3 (de) * 1996-12-10 2003-10-30 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Minderung von Stickoxiden in Gasgemischen
DE19719998C2 (de) * 1997-05-13 2003-10-30 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Stickoxidreduktion im Abgas einer Verbrennungseinrichtung
DE29708591U1 (de) * 1997-05-14 1997-07-17 HJS Fahrzeugtechnik GmbH & Co, 58706 Menden Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniak in den Abgasstrom eines Verbrennungsmotors

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US6737033B1 (en) 2004-05-18

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