ES2754211T3 - Procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel - Google Patents

Procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel Download PDF

Info

Publication number
ES2754211T3
ES2754211T3 ES15000200T ES15000200T ES2754211T3 ES 2754211 T3 ES2754211 T3 ES 2754211T3 ES 15000200 T ES15000200 T ES 15000200T ES 15000200 T ES15000200 T ES 15000200T ES 2754211 T3 ES2754211 T3 ES 2754211T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
exhaust gas
hwl
scr
ammonia
heated
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
ES15000200T
Other languages
English (en)
Inventor
Meike Roos
Ulf Klein
Gerald Leyh
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.)
Deutz AG
Original Assignee
Deutz AG
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 Deutz AG filed Critical Deutz AG
Application granted granted Critical
Publication of ES2754211T3 publication Critical patent/ES2754211T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • B01D53/9477—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts with catalysts positioned on separate bricks, e.g. exhaust systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74—General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86—Catalytic processes
    • B01D53/90—Injecting reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9436—Ammonia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/944—Simultaneously removing carbon monoxide, hydrocarbons or carbon making use of oxidation catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9459—Removing one or more of nitrogen oxides, carbon monoxide, or hydrocarbons by multiple successive catalytic functions; systems with more than one different function, e.g. zone coated catalysts
    • 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
    • F01N13/009—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 two or more separate purifying devices arranged in series
    • 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
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/023—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters using means for regenerating the filters, e.g. by burning trapped particles
    • 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
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/033—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices
    • F01N3/035—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters in combination with other devices with catalytic reactors, e.g. catalysed diesel particulate filters
    • 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
    • F01N3/103—Oxidation catalysts for HC and CO only
    • 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
    • F01N3/105—General auxiliary catalysts, e.g. upstream or downstream of the main catalyst
    • F01N3/106—Auxiliary oxidation catalysts
    • 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]
    • F01N3/208—Control of selective catalytic reduction [SCR], e.g. dosing of reducing agent
    • 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
    • F01N9/00—Electrical control of exhaust gas treating apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2251/00—Reactants
    • B01D2251/20—Reductants
    • B01D2251/206—Ammonium compounds
    • B01D2251/2067—Urea
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/904—Multiple catalysts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2255/00—Catalysts
    • B01D2255/90—Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/915—Catalyst supported on particulate filters
    • B01D2255/9155—Wall flow filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/01—Engine exhaust gases
    • B01D2258/012—Diesel engines and lean burn gasoline engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34—Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/92—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases
    • B01D53/94—Chemical or biological purification of waste gases of engine exhaust gases by catalytic processes
    • B01D53/9404—Removing only nitrogen compounds
    • B01D53/9409—Nitrogen oxides
    • B01D53/9413—Processes characterised by a specific catalyst
    • 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
    • F01N2610/10—Adding substances to exhaust gases the substance being heated, e.g. by heating tank or supply line of the added substance
    • 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
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • 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)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

Procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel con los siguientes pasos de procedimiento: a. tránsito del gas de escape a purificar a través de un catalizador de oxidación diésel (DOC) para la oxidación de hidrocarburos residuales gaseosos (HC) y de monóxido de carbono (CO) para dar dióxido de carbono (CO2) y para la oxidación al menos parcial de monóxido de nitrógeno contenido en el gas de escape (NO) para dar dióxido de nitrógeno (NO2); b. adición de disolución acuosa de urea (HWL) preacondicionada en el motor, es decir, calentada a 80 - 90 °C, al gas resultante del paso a.) y liberación de amoniaco de la urea añadida mediante termólisis e hidrólisis; c. tránsito del gas de escape resultante del paso b.) a través de un filtro de partículas activado mediante catálisis SCR (SDPF) para la reducción de las partículas contenidas en el gas de escape y de los óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape; d. tránsito del gas resultante del paso c.) a través de un catalizador de oxidación de amoniaco selectivo (ASC) para la reducción de contenidos residuales en amoniaco, encontrándose la HWL en un tanque de HWL (3) dispuesto en la zona del motor de combustión y calentándose a través de un cambiador de calor (14) que está integrado en el cárter o en la culata del cilindro del motor de combustión, y transportándose la HWL por medio de la bomba de transporte de líquido (12) al sector de la zona del cárter, o bien de la culata del cilindro, que conduce agua refrigerante, y calentándose a través del cambiador de calor (14).

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel
La invención se refiere a un procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel.
Los motores de las nuevas generaciones muestran una potencia cada vez mayor por volumen de desplazamiento. Esto provoca que, en especial en la aplicación de niveles de rendimiento menores se producen temperaturas de gas de escape cada vez más frías, a las que ya no se puede garantizar el funcionamiento seguro de un sistema de tratamiento posterior de gas de escape “clásico” con catalizador de SCR dispuesto lejos del motor.
En especial en el intervalo de carga reducida, en la dosificación de disolución acuosa de urea (HWL) en el gas de escape apenas se pueden evitar depósitos de la cristalización de urea y productos sucesivos de urea. Los depósitos producidos pueden conducir al bloqueo del sistema de escape en el funcionamiento permanente en el intervalo de carga parcial inferior y, por consiguiente, al fallo de los aparatos. Tampoco se puede garantizar ya una desnitrificación suficiente del sistema SCR en el intervalo de carga reducida, si la HWL en el gas de escape no se puede elaborar completamente para dar el verdadero agente reductor amoniaco a falta de temperaturas de gas de escape suficientes.
En los actuales sistemas EAT según el estado de la técnica, como por ejemplo sistemas según el documento EP-B-1 054722, esto conduce a que los volúmenes de catalizador de SCR se deben aumentar para la consecución de tasas de desnitrificación suficientes. No obstante, generalmente esto no se puede conciliar con el espacio constructivo disponible.
Por lo demás, para motores de tipo de construcción reciente se considera un valor límite de número de partículas. Estos valores límites ya no se pueden cumplir sin introducción de un filtro de flujo de pared cerrado.
El documento DE 10348800 da a conocer un procedimiento para el control de un sistema de alimentación reductor con al menos un elemento de calefacción. El sistema de alimentación está unido en línea de entrada con un catalizador de SCR. En el caso de inyección asistida por aire del reductor en el sistema de alimentación, a través del elemento calentado se forma una mezcla vaporizada de aire y el reductor, que se introduce en una mezcla de gas de escape que entra en el catalizador de SCR. Como reductor se emplea disolución de urea acuosa. El sistema de alimentación total, incluyendo unidad de mezclado para HWL y aire y elemento de calefacción/unidad de evaporador, está integrado en el tubo que conduce gas de escape del lado de la corriente de salida respecto al catalizador de SCR, del lado de la corriente de salida respecto a la descarga del motor. La cantidad de calor necesaria para la evaporación de la mezcla de HWL-aire se genera eléctricamente con ayuda de la corriente de una batería de 12 V.
El documento DE 102007029674 da a conocer un grupo constructivo para la reducción de óxido de nitrógeno en una corriente gaseosa que contiene oxígeno, en especial de un sistema de escape de un motor de combustión, con un catalizador de SCR dispuesto en un conducto de gas que conduce óxidos de nitrógeno y oxígeno, un reactor de reacción que transforma una disolución que contiene un precursor de amoniaco en una disolución de amoniaco, y una unidad de evaporación postconectada al reactor de reacción, configurado como componente separado, en el que se evapora la disolución de amoniaco antes de la introducción en el conducto de gas en línea de entrada del catalizador de SCR. La reacción de la disolución que contiene un precursor de amoniaco (preferentemente disolución acuosa de urea) en una disolución de amoniaco se efectúa según la invención bajo empleo de microondas. Antes de la unidad de evaporación para la disolución de amoniaco realizada como componente separado se puede preconectar un cambiador de calor para el calentamiento de la disolución de amoniaco con el fin de reducir la energía necesaria para la evaporación, utilizándose, a modo de ejemplo, el calor del conducto de recirculación de gas de escape. En el caso del propio evaporador se trata de un elemento de calefacción accionado eléctricamente.
El documento DE 102007042836 da a conocer un dispositivo para el tratamiento posterior de gas de escape de un vehículo a motor por medio de un líquido que libera amoniaco, a modo de ejemplo disolución acuosa de urea, que comprende un depósito de reserva para el almacenamiento del líquido, estando previsto un dispositivo de temperado para el temperado del líquido. El dispositivo de temperado está asignado a un circuito de refrigeración del vehículo a motor para la refrigeración del líquido. En este caso se puede tratar del circuito refrigerante del motor de combustión o de un circuito de sistema de climatización. El dispositivo de temperado está realizado como componente separado. Por medio del dispositivo de temperado se puede calentar el líquido e impedir su congelación, o el líquido se puede calentar a un nivel de temperatura ventajoso, en el que resulta una purificación de gas de escape especialmente conveniente.
El documento DE 102009009538 da a conocer un sistema para el temperado de un aditivo fluido para un sistema de gas de escape de un motor de combustión, preferentemente disolución acuosa de urea, que está caracterizado por medios para un intercambio de calor entre el aditivo y un circuito de agente refrigerante para una instalación de agente refrigerante, en especial un sistema de climatización.
El desarrollo descrito en el documento DE 102007011 184 toma como base la tarea de reducir adicionalmente el contenido en emisión de motores de combustión, en especial motores diésel, y minimizar el espacio constructivo que es necesario para el tratamiento del gas de escape. Para la solución de esta tarea se da a conocer un cambiador de calor para la refrigeración de gas de escape de un motor de combustión de un vehículo a motor para la recirculación de gas de escape al motor de combustión. Este cambiador de calor presenta al menos un primer canal de circulación para el flujo con al menos un primer fluido para la refrigeración y al menos un segundo canal de circulación para el flujo con un segundo fluido a refrigerar, así como una carcasa para el alojamiento del primer canal de circulación, al menos uno, y del segundo canal de circulación, al menos uno. La carcasa presenta al menos una sección de afluencia para la entrada del segundo fluido en el cambiador de calor y al menos una sección de descarga para la salida del segundo fluido del cambiador de calor. El cambiador de calor está caracterizado por al menos un dispositivo para la transformación de una disolución de urea líquida en al menos gas de amoniaco.
El documento WO 2012/022687 da a conocer un procedimiento para el funcionamiento de un dispositivo de tratamiento posterior de gas de escape con al menos un depósito para un agente reductor y al menos una instalación de alimentación para un agente reductor, comprendiendo el procedimiento al menos los siguientes pasos: a) comprobación de un nivel de llenado de al menos un depósito; b) comprobación de la actual corriente másica de gas de escape; c) alimentación de agente reductor cuando el nivel de llenado del depósito, al menos uno, se sitúa por debajo de un mínimo de nivel de carga y la corriente másica de gas de escape se sitúa en un intervalo de carga reducida. En una forma de realización especial, en el paso c) se realiza al menos una de las siguientes acciones: calentamiento al menos de la corriente másica de gas de escape o del agente reductor y alimentación de agente reductor. En este caso, la alimentación de calor al agente reductor se puede garantizar, o bien mejorar, mediante calefacción eléctrica externa.
El documento DE 102009 025 135 da a conocer un dispositivo para la evaporación de una disolución acuosa de urea, que presenta un canal de transporte para la disolución acuosa de urea, que se extiende a través de al menos una primera zona y una segunda zona para la introducción de energía térmica, siendo calentables las dos zonas por separado, y presentando el canal de transporte en la segunda zona, en primer lugar en una segunda area de entrada, un desarrollo en forma de meandro, y a continuación un desarrollo lineal. En la primera zona, la disolución acuosa de urea se calienta previamente a una temperatura en el intervalo de 100°C a 180°C, en la segunda zona se evapora a una temperatura de 420°C a 490°C.
El documento DE 102008 012 087 da a conocer una unidad de evaporación para la generación de una corriente gaseosa que comprende amoniaco a partir de disolución acuosa de urea, que se realiza igualmente como componente separado.
Los motores industriales según el estado de la técnica funcionan típicamente con sistemas de tratamiento posterior de gas de escape (ANB) de eficacia catalítica según el documento EP-B-1 054722 citado anteriormente - o también los llamados "sistemas SCRT®", constituidos por DOC/(c)DPF SCR/ASC, con dosificación de disolución acuosa de urea (HWL) antes del catalizador de SCR/ASC, para cumplir las prescripciones de emisión vigentes (Tier4 final / EU grado IV y siguientes).
Para que el sistema ANB pueda trabajar con la eficiencia de purificación requerida son necesarias temperaturas de gas de escape mínimas y temperaturas de operación de catalizador de 230°C y más.
En estados de operación de carga reducida, las temperaturas de gas de escape mínimas se pueden poner a disposición solo por medio de medidas de calentamiento motor (por ejemplo estrangulamiento del motor). La energía que se introduce en el gas de escape para la puesta a disposición de las temperaturas de gas de escape necesarias se pierde para la cadena cinemática. La consecuencia son grados de eficacia de propulsión del motor reducidos y consumos de combustible elevados y, por consiguiente, también emisiones de CO2 elevadas.
La regeneración del filtro de partículas diésel cerrado tiene una influencia negativa especialmente grande sobre el consumo de combustible. Para la combustión controlada del hollín alojado en el filtro son necesarias temperaturas de gas de escape de aproximadamente 600°C. Para alcanzar éstas, además de la regeneración pasiva, generalmente son necesarias medidas activas, como por ejemplo una inyección posterior de combustible adicional y una reacción exotérmica de los hidrocarburos no consumidos resultantes en DOC o medidas de regeneración activas, a modo de ejemplo por medio de quemadores accionados por combustible según el documento EP-A-2177 728, EP-A-2192279, o bien WO 2010/139429.
Para el funcionamiento del sistema SCR, típicamente se emplea como agente reductor una disolución acuosa de urea que contiene 32,5 % de urea.
Para liberar amoniaco a partir de ésta, en primer lugar se debe liberar 67,5 % de agua y descomponer la urea por vía hidrolítica para dar amoniaco y CO2.
En actuales sistemas SCR, la disolución acuosa de urea (disolución de agua-urea HWL, nombre comercial AdBlue®) necesaria para la generación del agente reductor amoniaco se inyecta en estado líquido, no temperado, en el gas de escape del lado de la corriente de salida respecto al catalizador de SCR. La cantidad de calor que se requiere para trasladar la HWL completamente y bajo liberación (cuantitativa) de amoniaco en la fase gaseosa (= preparación de urea), se debe poner a disposición completamente mediante el gas de escape caliente.
El documento US2005/0031514 da a conocer un sistema para la reducción de óxidos de nitrógeno y emisiones de partículas de motores diésel.
El documento DE102005059581 da a conocer un dispositivo para el calentamiento de un tanque para disolución acuosa de urea de un vehículo a motor.
No obstante, en especial en puntos de funcionamiento de baja carga, la cantidad de calor presente en el gas de escape es frecuentemente insuficiente para preparar completamente la disolución de urea-agua (HWL) inyectada, que se requiere para la reducción completa de los óxidos de nitrógeno presentes igualmente en el gas de escape. La consecuencia son depósitos de urea y productos derivados de urea, como ácido isociánico, ácido cianúrico y melamina en el sistema de escape (cristalización), que pueden conducir al bloqueo, en caso dado completo, del sistema de escape, así como a pérdidas de conversión en la reacción SCR debidas a la puesta a disposición incompleta de la cantidad estequiométrica de amoniaco necesaria para la reducción de óxido de nitrógeno.
Es tarea de la presente invención poner a disposición un procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel que no presente los inconvenientes descritos anteriormente de procedimientos actuales, en especial en el caso de funcionamiento del motor de combustión en el intervalo de carga reducida, y que presente una eficiencia energética mejorada, simultáneamente con eficiencia de costes lo más elevada posible del sistema total. Esta tarea se soluciona mediante un procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel con los siguientes pasos de procedimiento:
tránsito del gas de escape a purificar a través de un catalizador de oxidación diésel (DOC) para la oxidación de hidrocarburos residuales gaseosos (HC) y de monóxido de carbono (CO) para dar dióxido de carbono (CO2 ) y para la oxidación al menos parcial de monóxido de nitrógeno contenido en el gas de escape (NO) para dar dióxido de nitrógeno (NO2 );
adición de disolución acuosa de urea (HWL) preacondicionada en el motor, es decir, calentada a 80 - 90 °C, al gas resultante del paso a.) y liberación de amoniaco de la urea añadida mediante termólisis e hidrólisis;
tránsito del gas de escape resultante del paso b.) a través de un filtro de partículas activado mediante catálisis SCR (SDPF) para la reducción de las partículas contenidas en el gas de escape y de los óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape;
tránsito del gas resultante del paso c.) a través de un catalizador de oxidación de amoniaco selectivo (ASC) para la reducción de contenidos residuales en amoniaco,
encontrándose la HWL en un tanque de HWL (3) dispuesto en la zona del motor de combustión y calentándose a través de un cambiador de calor (14) que está integrado en el cárter o en la culata del cilindro del motor de combustión, y transportándose la HWL por medio de la bomba de transporte de líquido (12) al sector de la zona del cárter, o bien de la culata del cilindro, que conduce agua refrigerante, y calentándose a través del cambiador de calor (14).
El preacondicionado de la disolución acuosa de urea en el motor se efectúa preferentemente por medio del dispositivo dado a conocer en el documento DE 102014001 879.2.
La dosificación de disolución de urea (HWL) acondicionada, es decir, precalentada a una temperatura de 80 - 90°C, en la fase de gases de escape posibilita por una parte la dosificación a menores temperaturas de gas de escape (180 - 200°C) que en procedimientos de dosificación convencional (200 - 230°C). Ya que para la elaboración de la HWL para dar amoniaco se debe introducir menos energía térmica que en sistemas convencionales, esta ventaja se puede utilizar por otro lado para el acortamiento del tramo de mezclado antes de SPDF, o bien antes de catalizador de SCR, en lugar de la reducción de la temperatura umbral de dosificación.
El sistema de tratamiento posterior de gas de escape dispuesto del lado de la corriente de salida en el motor tras la turbina comprende un DOC, un dispositivo para la dosificación de HWL, un filtro de partículas activado catalíticamente por SCR (SPDF) y un catalizador de oxidación de amoniaco, así como opcionalmente un segundo catalizador de SCR dispuesto en el SPDF y catalizador de oxidación de amoniaco (también: catalizador de deslizamiento de amoniaco ASC).
Mediante la integración (parcial) del volumen de catalizador de SCR en el filtro de partículas es posible una reducción del sistema ANB en comparación con sistemas convencionales. Una característica de calefacción mejorada del sistema ANB tras el inicio en frío y pérdidas por calor claramente menores a través del sistema de escape son la consecuencia. Además se producen ventajas de espacio constructivo. El catalizador de SCR, que está dispuesto en el sentido de circulación del gas de escape tras el filtro de partículas, se emplea de manera opcional, y precisamente si el volumen SCR integrable en el filtro de partículas no es suficiente para garantizar una conversión de NOx del sistema total durante el periodo (8000 horas de funcionamiento) de más de 97 %.
De modo especialmente preferente, el procedimiento según la invención comprende un concepto de regeneración pasivo para el filtro de partículas activados catalíticamente por SCR (SDPF), que se describe aún a continuación. En el ámbito del servicio se efectúa una regeneración en reposo adicional, así como el control de la contrapresión de gas de escape a través de SDPF, para poder realizar las denominadas regeneraciones no en reposo en el caso de tasas de regeneración de hollín fuera de los intervalos de servicio.
El filtro de partículas activado catalíticamente por SCR (SDPF) se acciona con un concepto de regeneración de filtro pasivo en acondicionamientos especialmente preferentes del procedimiento según la invención. Esto incluye la abrasión de hollín almacenado tras la reacción denominada CRT®, en la que la oxidación de partículas de hollín almacenadas se efectúa con NO2 , que se genera en el primer paso del procedimiento según la invención a través del DOC dispuesto del lado de flujo respecto a SDPF.
Reacción CRT®: Cn 2n NO2 n CO2 + 2n NO
Esta reacción CRT® compite con la reacción SCR. Para la reacción SCR existen tres mecanismos de reacción que transcurren con diferentes velocidades de reacción (RG):
Figure imgf000005_0001
Para poner a disposición suficiente NO2 para la combustión de hollín para la regeneración pasiva del filtro de partículas, el DOC almacenado previamente debe poner a disposición más de 50 % de NO2 en el NOx en puntos de funcionamiento hasta una temperatura de gas de escape de 350 - 375°C. El exceso de NO2 está a disposición para la combustión de hollín si la "reacción CRT®" transcurre más rápidamente que la reacción "SCR lenta", de modo que se garantiza una regeneración pasiva de filtro de partículas.
A una temperatura de funcionamiento de DOC por encima de aproximadamente 300°C se abandona la zona controlada cinéticamente. La concentración de NO2 generable por medio de catalizador en el gas de escape ya no depende solo del rendimiento del catalizador, sino de la posición de equilibrio termodinámico. A temperaturas de más de 400°C ya no son generables concentraciones de NO2 de más de 50 % en el NOx.
Ya a partir de 250°C se establece la reacción de hollín con NO2. A partir de 300°C es posible una regeneración pasiva del filtro de partículas con alta seguridad de funcionamiento (fuente: C. Hagelüken et al, "Autoabgaskatalysatoren“, 2a edición, editorial expert 2005, página 102). Bajo estas condiciones de reacción, en la puesta a disposición de concentraciones de NO2 suficientemente elevadas es manejable la competencia entre reacción SCR y "reacción CRT®".
Si la cantidad de NO2 disponible mediante el DOC no fuera suficiente para resolver productivamente la situación de competencia entre reacción SCR por una parte y regeneración de hollín por otra parte, existe la posibilidad de limitar la eficiencia de desnitrificación del filtro activado catalíticamente por SCR mediante restricción de la cantidad de agente reductor a dosificar, con el fin de garantizar una regeneración pasiva suficiente del filtro de partículas. Para este caso, en una configuración alternativa está previsto un segundo punto de dosificación para disolución acuosa de urea (HWL) antes de un catalizador de SCR subordinado (adicional). Por medio de este segundo punto de dosificación se alimenta disolución acuosa de urea (HWL) preacondicionada, es decir, calentada a 80 - 90°C el gas de escape resultante del paso c.) para garantizar la eficiencia de desnitrificación del sistema total requerida, de > 97 %. Otra configuración ventajosa, no según la invención, prevé un motor industrial con un sistema ANB de DOC SDPF SCR/ASC, empleándose un dispositivo para la dosificación de amoniaco gaseoso en lugar de un dispositivo para la dosificación de disolución acuosa de urea en el gas de escape a purificar. En tal configuración, la elaboración de la urea para dar amoniaco se efectúa en un reactor montado en el motor, al que se alimenta disolución acuosa de urea como educto, y en el que, en un procedimiento catalítico a través de termólisis de urea para dar ácido isociánico y amoniaco y subsiguiente hidrólisis del ácido isociánico resultante para dar amoniaco y CO2 , se realiza la elaboración de la urea para dar amoniaco independientemente de las condiciones de funcionamiento dominantes en el sistema de escape.
Mediante el traslado de la elaboración de urea para dar amoniaco del sistema de escape y la dosificación directa de amoniaco en el sistema ANB, el umbral de temperatura para la dosificación del agente reductor se puede reducir claramente a menos de 200 - 230°C, preferentemente a temperaturas en el intervalo de 120 - 180°C.
La limitación del umbral de dosificación de temperatura inferior citado anteriormente se sitúa en el intervalo de la ventana de temperatura de trabajo del catalizador de SCR. Mediante la dosificación de amoniaco gaseoso no existe ningún riesgo de cristalización de urea y productos derivados de urea, como ácido isociánico, ácido cianúrico o melamina, que resultan de la degradación incompleta de urea y pueden conducir a un bloqueo completo del sistema de escape a temperaturas de funcionamiento demasiado bajas. Además, en este procedimiento no existe ninguna limitación de la eficiencia de desnitrificación mediante elaboración de urea insuficiente para dar amoniaco. Son innecesarias sobredosificaciones de agente reductor para la compensación de una elaboración de urea incompleta en puntos de baja carga. Son posibles una reducción de ASC y/o la prevención completa de emisión secundaria de amoniaco de 10 Vppm (permitidas) en media temporal sin ASC.
La invención, así como el entorno técnico se explican a continuación por medio de las figuras. Se debe indicar que la invención no está limitada al objeto de las figuras. Muestra esquemáticamente:
la Figura 1 una variante de realización preferente del dispositivo para la realización del procedimiento según la invención,
la Figura 2 el cárter de un motor de combustión con cambiador de calor de HWL integrado.
La Figura 1 muestra un motor de combustión 1 con una fase de gas de escape 2 y un tanque de disolución de ureaagua 3. En la fase de gas de escape 2 en el sentido de circulación del gas de escape, entre DOC 5 y SDPF 6 está dispuesto un sensor de NOx 9 y un dispositivo de entrada HWL, que se alimenta desde el cambiador de calor de HWL 14. El cambiador de calor de HWL 14 puede abastecer también el dispositivo de entrada HVL entre SDPF 6 y el SCR 7 con HWL. En el sentido de circulación del gas de escape se encuentra un catalizador de deslizamiento de amoniaco (ASC) 8 tras el SCR 7. Al final de la fase de gas de escape 2 está dispuesto un sensor de NOx 9. En una configuración alternativa, no según la invención, está previsto que el cambiador de calor de HWL 14 esté dispuesto esencialmente en un tubo de gas de escape de pared doble 11, que presenta dos sensores de NOx 9, estando dispuesto un sensor de NOx 9 entre DOC 5 y SDPF 6 y el otro tras el ASC 8.
En la Figura 2 se muestra un cárter de un motor de combustión 1 con cambiador de calor de HWL 14 integrado en el circuito refrigerante, o bien la camisa de agua 13. La HWL se encuentra en el tanque de disolución de urea-agua 3 dispuesto en la zona del motor de combustión. La HWL se transporta por medio de la bomba de alimentación de urea líquida 12 en el sector de la zona que conduce agua refrigerante del cárter del motor de combustión 1, en el que se encuentra el cambiador de calor de HWL 14 y a través del cual se calienta la HWL. En una configuración alternativa no representada está previsto que el cambiador de calor de HWL 14 esté dispuesto en la culata del cilindro del motor de combustión 1. La HWL calentada llega al dispositivo de dosificación 15 por medio de la bomba de alimentación de urea líquida 12 después de abandonar el cambiador de calor de HWL 14. Después de que la HWL ha abandonado el dispositivo de dosificación 15, ésta llega al tramo de mezclado en la tubería de gas de escape 16, en la que se calienta posteriormente.
Entre filtro de partículas revestido con SCR y catalizador de oxidación de amoniaco, en caso necesario se puede integrar ventajosamente otro volumen de catalizador de SCR. En este caso, el ASC se aplica como zona del lado de la corriente de salida sobre el catalizador de SCR. Mediante integración (parcial) del volumen de catalizador de SCR en el filtro de partículas, el espacio constructivo requerido en total para el sistema de tratamiento posterior de gas de escape es claramente aún menor que el de un sistema convencional según el documento EP-B-1 054766.
La dosificación de HWL preacondicionada en la fase de gas de escape posibilita no solo la dosificación a menores temperaturas de gas de escape que en el caso de procedimientos de dosificación convencionales. Ya que para la elaboración de la HWL para dar amoniaco se debe introducir menos energía térmica que en sistemas convencionales, esta ventaja se puede aprovechar en el caso de no reducir el umbral de dosificación de temperatura para un acortamiento del tramo de mezclado.
Los sistemas con filtro revestido con SCR, que se describen en el estado de la técnica sobre todo en aplicaciones Pkw, se regeneran típicamente de manera activa, es decir, a modo de ejemplo por medio de postinyección de combustible y oxidación exotérmica de los hidrocarburos resultantes a través de un catalizador de oxidación diésel antepuesto al filtro. En el procedimiento según la invención se efectuará una regeneración pasiva del filtro de partículas. A tal efecto son necesarias cantidades suficientes de NO2 en el gas de escape antes del filtro de partículas. Por lo tanto, el catalizador de oxidación antepuesto debe presentar tasas de oxidación de NO elevadas, de modo que se presente una proporción NO2/NOx > 0,5 en el gas de escape antes del filtro de partículas revestido con SCR. En este caso se puede partir de que solo reacciona NO2 , que se presenta en proporción 1:1 en el gas de escape antes del filtro revestido con SCR, en la reacción SCR ("SCR rápida" tener en cuenta diferentes velocidades de reacción!!). Se dispone de proporciones superiores de NO2 para la combustión de hollín según el efecto CRT®. A temperaturas de funcionamiento menos óptimas, en una configuración alternativa se puede disponer ventajosamente un segundo punto de dosificación de HWL entre el filtro de partículas revestido con SCR y un SCR/ASC del lado de la corriente de salida. Para garantizar una regeneración pasiva completa, antes del filtro revestido con SCR se pone a disposición una cantidad subestequiométrica de agente reductor. La desnitrogenación residual se efectúa tras una segunda inyección de HWL en el catalizador de SCR/ ASC subordinado.
El concepto reducción catalítica selectiva (en inglés selective catalytic reduction, SCR) designa una técnica para la reducción de óxidos de nitrógeno en gases de escape de instalaciones de combustión, instalaciones de incineración de basura, turbinas de gas, instalaciones industriales y motores. La reacción química en el catalizador de SCR es selectiva, es decir, preferentemente se reducen los óxidos de nitrógeno (NO, NO2), mientras que se suprimen sensiblemente reacciones secundarias no deseadas (como por ejemplo la oxidación de óxido de azufre para dar trióxido de azufre).
Para el transcurso de la reacción se requiere amoniaco (NH3), que se libera a partir de la disolución acuosa de urea añadida al gas de escape. Los productos de reacción son agua (H2O) y nitrógeno (N2). Desde el punto de vista químico, en el caso de la reacción se trata de una comproporcionación de óxidos de nitrógeno con amoniaco para dar nitrógeno. Existen diversos tipos de catalizadores. Un tipo consiste esencialmente en dióxido de titanio, pentóxido de vanadio y dióxido de wolframio. Otro tipo emplea zeolitas.
El procedimiento según la invención prevé la integración de al menos una parte del volumen de catalizador de SCR en el volumen del filtro de partículas mediante empleo de un filtro de partículas activado catalíticamente por SCR. En la técnología automotriz se aplica el procedimiento SCR para reducir las emisiones de óxido de nitrógeno en el caso de vehículos diésel. Con ayuda de esta técnica, los vehículos industriales pueden cumplir la normativa Euro-V, las maquinarias agrícolas la norma Tier 3b, y PKW la muy estricta normativa sobre gases de escape americana BIN5, así como la normativa Euro-6. Esta tecnología se emplea también para el cumplimiento de las normativas sobre gases de escape US Tier 4 final y EU grado IV.
El amoniaco necesario para la reacción SCR no se emplea directamente, es decir, en forma pura, sino que se genera en la instalación de gas de escape a partir de una disolución de urea al 32,5 por ciento. La composición de la HWL se regula en la norma DIN 70070. Esta disolución acuosa se inyecta antes del catalizador de SCR en la fase de gas de escape, por ejemplo por medio de bomba de dosificación o inyector. A partir de la disolución acuosa de urea se producen amoniaco y CO2 mediante termólisis y una reacción de hidrólisis. El amoniaco generado de este modo puede reaccionar con los óxidos de nitrógeno en el gas de escape en un catalizador de SCR especial a temperatura correspondiente. La cantidad de urea inyectada es dependiente de la emisión de óxido de nitrógeno del motor y, de este modo, del número de revoluciones momentáneo y del momento de giro del motor. El consumo de disolución acuosa de urea asciende aproximadamente a 2 hasta 8 % de la cantidad de combustible diésel empleado dependiendo de la emisión bruta del motor. Por lo tanto, se debe transportar concomitantemente un volumen de tanque correspondiente. Para la consecución de tasas de reducción de NOx elevadas es importante que la disolución acuosa de urea (AdBlue®) se dosifique en la proporción correcta para la emisión de óxido de nitrógeno. Ya que los catalizadores SCR pueden acumular NH3 hasta un cierto límite, la dosificación en el medio debe corresponder a la emisión de NOx. Si la dosificación es demasiado reducida, el grado de acción de reducción de óxido de nitrógeno disminuye, si se dosifica demasiada urea, el amoniaco formado a partir de ésta no puede reaccionar con NOx, y puede llegar a la atmósfera. Ya que amoniaco tiene un olor penetrante y se puede percibir ya en concentraciones muy reducidas, esto conduciría a una carga por olor en la proximidad del vehículo en el caso de una sobredosificación. Se pone remedio a esta situación incorporándose un catalizador de oxidación en el catalizador de SCR. En el caso de una sobredosificación de amoniaco, éste transforma de nuevo el NH3 en nitrógeno y agua. Otra posibilidad de impedir el deslizamiento de amoniaco es obtener un mayor diseño de catalizador y, de este modo, una cierta función de almacenamiento.
La termólisis es una reacción química en la que una sustancia de partida se descompone en varios productos mediante calentamiento. En contrapartida a la descomposición térmica (= pirólisis), la termólisis se emplea selectivamente para la síntesis de productos definidos o etapas intermedias reactivas.
La hidrólisis es la disociación de compuestos químicos con agua. Generalmente se considera:
Termólisis de urea:
(NH2)2CO ^ NH3 + HNCO (ácido isociánico)
Hidrólisis de ácido isociánico resultante:
HNCO H2O ^ NH3 + CO2
Reducción de óxidos de nitrógeno:
4 NH3 + 4 NO O2 ^ 4 N2 + 6 H2O ("SCR estándar")
2 NH3 + NO NO2 ^ 2 N2 + 3 H2O ("SCR rápida")
4 NH3 + 3 NO2 ^ 3,5 N2 + 6 H2O ("SCR lenta")
La reducción de óxido de nitrógeno se efectúa sin modificación de la combustión del motor, y de este modo se obtiene un muy buen grado de acción de motores diésel.
Lista de abreviaturas:
AdBlue Disolución de urea acuosa al 32,5 %
ANB T ratamiento posterior de gas de escape
ASC Catalizador de deslizamiento de amoniaco
CRT Trampa de regeneración continua
CSF Filtro de partículas con un revestimiento para la oxidación de componentes de gas de escape
DOC Catalizador de oxidación diésel
DPF Filtro de partículas diésel
NH3 Amoniaco
NOx Suma de óxidos de nitrógeno que se producen en la combustión del motor (NO, NO2 , N2O etc.)
RG Velocidad de reacción
SCR Reducción catalítica selectiva
SDPF Filtros de partículas diésel con un revestimiento activo por SCR
Signos de referencia
1 Motor de combustión
2 Fase de gas de escape
3 Tanque de disolución de urea-agua
SDPF
SCR ASC
Sensor de NOx
Culata del cilindro
Tubo de gas de escape de pared doble
Bomba de transporte de urea líquida
Camisa de agua en el cárter
Cambiador de calor, cambiador de calor espiral, de haz de tubos Dispositivo de dosificación
Tramo de mezclado

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. - Procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel con los siguientes pasos de procedimiento:
a. tránsito del gas de escape a purificar a través de un catalizador de oxidación diésel (DOC) para la oxidación de hidrocarburos residuales gaseosos (HC) y de monóxido de carbono (CO) para dar dióxido de carbono (CO2) y para la oxidación al menos parcial de monóxido de nitrógeno contenido en el gas de escape (NO) para dar dióxido de nitrógeno (NO2);
b. adición de disolución acuosa de urea (HWL) preacondicionada en el motor, es decir, calentada a 80 - 90 °C, al gas resultante del paso a.) y liberación de amoniaco de la urea añadida mediante termólisis e hidrólisis;
c. tránsito del gas de escape resultante del paso b.) a través de un filtro de partículas activado mediante catálisis SCR (SDPF) para la reducción de las partículas contenidas en el gas de escape y de los óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape;
d. tránsito del gas resultante del paso c.) a través de un catalizador de oxidación de amoniaco selectivo (ASC) para la reducción de contenidos residuales en amoniaco,
encontrándose la HWL en un tanque de HWL (3) dispuesto en la zona del motor de combustión y calentándose a través de un cambiador de calor (14) que está integrado en el cárter o en la culata del cilindro del motor de combustión, y transportándose la HWL por medio de la bomba de transporte de líquido (12) al sector de la zona del cárter, o bien de la culata del cilindro, que conduce agua refrigerante, y calentándose a través del cambiador de calor (14).
2. - Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el gas resultante del paso c.), antes del tránsito a través del catalizador de oxidación de amoniaco selectivo (ASC) en el paso d.), se conduce en primer lugar entre un filtro de partículas activado catalíticamente por SCR y catalizador de SCR dispuesto en ASC, adicional.
3. - Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que la proporción de NO2 en el NOx generado en el paso a.) en el gas de escape resultante del paso a.) asciende a más de 50 %.
4. - Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que el filtro de partículas (SDPF) activado catalíticamente por SCR se acciona con un concepto de regeneración pasivo.
5. - Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado por que la oxidación de partículas de hollín almacenadas en el SDPF se efectúa al menos parcialmente con NO2, que se generó en el paso a.).
6. - Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que entre el filtro de partículas activado catalíticamente por SCR y el catalizador de SCR subordinado adicional está un segundo punto de dosificación, por medio del cual se alimenta disolución acuosa de urea (HWL) preacondicionada, es decir, calentada a 80 - 90°C, al gas de escape resultante del paso c.).
7. - Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado por que la eficiencia de desnitrificación del filtro de partículas activado catalíticamente por SCR se limita mediante restricción de la cantidad de disolución acuosa de urea alimentada en el paso b.).
ES15000200T 2014-02-14 2015-01-23 Procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel Active ES2754211T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014001880.6A DE102014001880A1 (de) 2014-02-14 2014-02-14 Verfahren zum Reinigen von Dieselmotorenabgassen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2754211T3 true ES2754211T3 (es) 2020-04-16

Family

ID=52434509

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES15000200T Active ES2754211T3 (es) 2014-02-14 2015-01-23 Procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel

Country Status (9)

Country Link
US (1) US9561470B2 (es)
EP (1) EP2907564B1 (es)
JP (1) JP6622967B2 (es)
KR (1) KR102309224B1 (es)
CN (1) CN104847460B (es)
DE (1) DE102014001880A1 (es)
DK (1) DK2907564T3 (es)
ES (1) ES2754211T3 (es)
PT (1) PT2907564T (es)

Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014001879A1 (de) 2014-02-14 2015-08-20 Deutz Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine
US9561469B2 (en) * 2014-03-24 2017-02-07 Johnson Matthey Public Limited Company Catalyst for treating exhaust gas
US9644515B2 (en) * 2015-03-24 2017-05-09 Cummins Emission Solutions, Inc. Gaseous ammonia injection system
US9879580B2 (en) * 2015-08-19 2018-01-30 Cummins, Inc. Diagnostic methods for a high efficiency exhaust aftertreatment system
US9702291B2 (en) 2015-11-03 2017-07-11 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust aftertreatment system with ammonia gas generator
US10458302B2 (en) 2015-08-20 2019-10-29 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust aftertreatment system with ammonia gas generator
SE539133C2 (sv) 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Avgasbehandlingssystem och förfarande för behandling av en avgasström
SE539129C2 (en) 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Process and system for processing a single stream combustion exhaust stream
EP3341596B1 (en) * 2015-08-27 2021-07-28 Scania CV AB Method and exhaust treatment system for treatment of an exhaust gas stream
SE539134C2 (sv) 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Avgasbehandlingssystem och förfarande för behandling av en avgasström
SE539130C2 (sv) * 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Förfarande och avgasbehandlingssystem för behandling av en avgasström
SE539131C2 (sv) 2015-08-27 2017-04-11 Scania Cv Ab Förfarande och avgasbehandlingssystem för behandling av en avgasström
DE102015012736A1 (de) * 2015-10-01 2017-04-06 Man Truck & Bus Ag Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems
US9790830B2 (en) 2015-12-17 2017-10-17 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust after-treatment system including electrolysis generated H2 and NH3
US10036291B2 (en) 2016-01-20 2018-07-31 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust after-treatment system including ammonia and hydrogen generation
JP6586377B2 (ja) * 2016-02-23 2019-10-02 日野自動車株式会社 排気浄化装置
KR101776762B1 (ko) * 2016-05-03 2017-09-08 현대자동차 주식회사 차량의 배기 가스 정화장치
CN110050110B (zh) * 2016-12-01 2021-07-06 庄信万丰股份有限公司 延长NOx固定来源的排放系统中老化的SCR催化剂床使用寿命的方法
EP3339591B1 (en) * 2016-12-21 2019-08-14 Perkins Engines Company Limited Control method and apparatus for a selective catalytic reduction system
DE102017102523A1 (de) 2017-02-09 2018-08-09 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Zuführung von Reduktionsmittel
KR102301890B1 (ko) 2017-04-03 2021-09-13 현대자동차주식회사 Sdpf의 재생 제어
DE102017118214A1 (de) 2017-08-10 2019-02-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
KR102394626B1 (ko) * 2017-11-30 2022-05-09 현대자동차주식회사 엔진의 이산화질소 배출량 예측 방법
DE102017222301A1 (de) * 2017-12-08 2019-06-13 Continental Automotive Gmbh SCR-Dosiereinheit zur Förderung und Bereitstellung eines flüssigen Abgasreinigungsadditivs
EP3775510A1 (en) * 2018-03-29 2021-02-17 Johnson Matthey Public Limited Company Exhaust system including scrf catalyst with oxidation zone
CN110761874B (zh) * 2018-07-26 2023-01-17 罗伯特·博世有限公司 车辆废气处理系统及废气处理方法
EP3881147A4 (en) * 2018-11-15 2022-09-14 Dürr Systems AG EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM AND METHOD AND DATA PROCESSING SYSTEM FOR MONITORING AT LEAST ONE EXHAUST GAS PURIFICATION SYSTEM
EP3741449A1 (en) * 2019-05-21 2020-11-25 Haldor Topsøe A/S A process for the removal of dinitrogen oxide in process off-gas
DE102019115155A1 (de) * 2019-06-05 2020-12-10 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungssystem sowie Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE112020005937T5 (de) * 2019-12-04 2022-10-20 Cummins Emission Solutions Inc. Systeme und Verfahren zur reaktiven Regenerierung von Katalysatoren für selektive katalytische Reduktion
JP2022067434A (ja) * 2020-10-20 2022-05-06 株式会社三井Ｅ＆Ｓマシナリー 高融点配管閉塞物質の生成抑制装置及び方法
KR102431789B1 (ko) * 2020-12-28 2022-08-12 (주) 세라컴 노후 경유차 배기가스 후처리 시스템의 환원제 분사 시스템
KR102441028B1 (ko) * 2021-09-23 2022-09-07 (주)세라컴 탈질촉매가 코팅된 필터를 포함한 디젤엔진용 배기가스 후처리 시스템
CN114575971B (zh) * 2022-03-01 2022-12-23 东风商用车有限公司 利用纯氨气的后处理系统及其方法

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4432577A1 (de) * 1994-09-13 1996-03-14 Siemens Ag Einrichtung zur Einbringung einer Flüssigkeit in ein Strömungsmedium
GB9802504D0 (en) 1998-02-06 1998-04-01 Johnson Matthey Plc Improvements in emission control
US6451396B1 (en) 1998-02-13 2002-09-17 Gore Enterprise Holdings, Inc. Flexure endurant composite elastomer compositions
DE10100419A1 (de) * 2001-01-08 2002-07-11 Bosch Gmbh Robert Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems
US6895747B2 (en) 2002-11-21 2005-05-24 Ford Global Technologies, Llc Diesel aftertreatment systems
US7229597B2 (en) * 2003-08-05 2007-06-12 Basfd Catalysts Llc Catalyzed SCR filter and emission treatment system
SE529158C2 (sv) * 2005-02-23 2007-05-15 Scania Cv Abp Sätt och anordning för tillförsel av tillsats för avgasrening jämte ledning
US20070119153A1 (en) 2005-11-29 2007-05-31 Pierz Patrick M Superheated urea injection for aftertreatment applications
DE102005059581B4 (de) * 2005-12-14 2009-02-26 Man Nutzfahrzeuge Ag Vorrichtung zur Beheizung eines Tanks für Harnstoffwasserlösung
DE102007011184A1 (de) 2007-03-06 2008-09-11 Behr Gmbh & Co. Kg Wärmetauscher zur Kühlung von Abgas, Vorrichtung zur Überführung einer flüssigen Harnstofflösung in zumindest gasförmiges Ammoniak, System zur Abgaskühlung, Verfahren zur Rückführung von Abgas und zur Stickoxidreduzierung
DE102007019460A1 (de) * 2007-04-25 2008-11-06 Man Nutzfahrzeuge Ag Abgasnachbehandlungssystem
US7874147B2 (en) * 2007-04-26 2011-01-25 Emcon Technologies Llc Method and apparatus for a non-catalytic NOx reduction
DE102007029674A1 (de) 2007-06-27 2009-01-08 Emcon Technologies Germany (Augsburg) Gmbh Baugruppe sowie Verfahren zur Stickoxidminderung in einer sauerstoffhaltigen Gasströmung
DE102007042836B4 (de) 2007-09-10 2018-11-29 Volkswagen Ag Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Abgasstroms eines Kraftfahrzeuges
JP2009097479A (ja) * 2007-10-19 2009-05-07 Bosch Corp 還元剤供給装置の制御装置及び制御方法
US8151558B2 (en) * 2008-01-31 2012-04-10 Caterpillar Inc. Exhaust system implementing SCR and EGR
DE202008002696U1 (de) 2008-02-26 2009-07-02 Voss Automotive Gmbh System zum Temperieren eines SCR-Additivs in einem Kraftfahrzeug
DE102008012087A1 (de) 2008-02-29 2009-09-03 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Verdampfungseinheit zur Erzeugung gasförmigen Ammoniaks
KR100969378B1 (ko) * 2008-03-31 2010-07-09 현대자동차주식회사 배기 가스 정화 장치
JP4666018B2 (ja) * 2008-07-29 2011-04-06 株式会社デンソー 内燃機関の排気浄化装置
US20100077739A1 (en) * 2008-09-30 2010-04-01 Rodman Anthony C Exhaust system implementing dual stage SCR
DE102008051830A1 (de) 2008-10-17 2010-04-22 Deutz Ag Verfahren und Vorrichtung zur thermischen Regeneration von Partikelfiltern an Brennkraftmaschinen mittels eines katalytischen Brenners
DE102008059078A1 (de) 2008-11-26 2010-05-27 Deutz Ag Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine
US8844274B2 (en) * 2009-01-09 2014-09-30 Ford Global Technologies, Llc Compact diesel engine exhaust treatment system
DE102009023550A1 (de) * 2009-05-30 2010-12-09 Deutz Ag Abgasnachbehandlungssystem
DE102009025135A1 (de) 2009-06-17 2010-12-23 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung zur Verdampfung einer Harnstoff-Wasser-Lösung
US8561392B2 (en) * 2009-06-18 2013-10-22 Cummins Ip, Inc. Apparatus, system, and method for reductant line heating control
US20110064632A1 (en) 2009-09-14 2011-03-17 Ford Global Technologies, Llc Staged Catalyst System and Method of Using the Same
JP2011152496A (ja) * 2010-01-26 2011-08-11 Isuzu Motors Ltd ディーゼルエンジン排気ガス中のｎｏｘの脱硝方法
DE102010010528A1 (de) * 2010-03-05 2011-09-08 Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh Vorrichtung zur Bereitstellung eines flüssigen Reduktionsmittels
JP2013534291A (ja) 2010-08-18 2013-09-02 エミテック ゲゼルシヤフト フユア エミツシオンステクノロギー ミツト ベシユレンクテル ハフツング 排ガス処理装置の作動方法
CN103118780B (zh) * 2010-09-15 2016-06-01 庄信万丰股份有限公司 组合的逸失催化剂和烃放热催化剂
EP2590730B1 (en) * 2011-05-31 2014-06-25 Johnson Matthey Public Limited Company Dual function catalytic filter
ES2892151T3 (es) * 2011-11-22 2022-02-02 Deutz Ag Dispositivo y procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel
GB2500194A (en) * 2012-03-12 2013-09-18 Jaguar Cars Exhaust temperature control during SCR injection events
SE538193C2 (sv) * 2012-07-05 2016-03-29 Scania Cv Ab SCR-system och förfarande vid ett SCR-system
EP2684597A1 (de) * 2012-07-14 2014-01-15 Deutz AG Verfahren zur Verminderung von Stickoxiden aus Dieselmotorenabgasen
JP6062771B2 (ja) * 2013-03-07 2017-01-18 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
DE102014001879A1 (de) 2014-02-14 2015-08-20 Deutz Aktiengesellschaft Brennkraftmaschine

Also Published As

Publication number Publication date
US20150231565A1 (en) 2015-08-20
PT2907564T (pt) 2019-10-29
EP2907564B1 (de) 2019-09-18
JP2015152009A (ja) 2015-08-24
KR20150096329A (ko) 2015-08-24
JP6622967B2 (ja) 2019-12-18
DE102014001880A1 (de) 2015-08-20
US9561470B2 (en) 2017-02-07
CN104847460B (zh) 2020-01-03
EP2907564A1 (de) 2015-08-19
CN104847460A (zh) 2015-08-19
DK2907564T3 (da) 2019-12-09
KR102309224B1 (ko) 2021-10-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2754211T3 (es) Procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel
US10060319B2 (en) Internal combustion engine
US8418443B2 (en) Method of treating pollutants contained in exhaust gases, notably of an internal-combustion engine, and system using same
CN111527288B (zh) 具有混合动力推进系统的车辆的启动方法
US9381466B2 (en) Exhaust gas purification system
ES2567031T3 (es) Procedimiento de control de las emisiones contaminantes de un motor de combustión
BR112016017572B1 (pt) Método e sistema para controlar emissões de óxido de nitrogênio a partir de um motor de combustão
US9267410B2 (en) Injector cooling apparatus
ES2474617T3 (es) Procedimiento de control de un sistema de tratamiento de los gases de escape de un motor de combustión interna
DE102014019427A1 (de) Verfahren zur Reinigung von Dieselmotorenabgasen
WO2013036308A1 (en) Cold start startup unit for urea-based systems
BRPI0900652B1 (pt) Motor de combustão interna com um sistema de gás de escape
Latha et al. A review on scr system for nox reduction in diesel engine
US20100229539A1 (en) Hydrocarbon scr aftertreatment system
US10167758B2 (en) Product for the depollution of exhaust gases, especially from an internal combustion engine, and method for the depollution of exhaust gases using said product
US20150321145A1 (en) Internally Heated Urea Reactor/Injector For Use With SCR Emissions Control Device
US20140325964A1 (en) Ammonia gas pressure booster
CN104136099B (zh) 用于从发动机废气中除去有害化合物的方法和系统
Gupta et al. Systems and methods to mitigate NO x and HC emissions
BR112016017582B1 (pt) Método e sistema para impactar a quantidade de óxidos de nitrogênio em gases de exaustão provenientes de um motor de combustão interna