ES2892151T3 - Dispositivo y procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel - Google Patents

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Abstract

Dispositivo para la disminución de monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas de hollín en gases de escape de motores diésel, que comprende un tubo de escape (10) y como componente del mismo, en combinación y en sentido de flujo del gas de escape en este orden: 1. un catalizador de oxidación diésel (20) para la oxidación de monóxido de carbono; 2. un primer dispositivo para la adición de amoniaco (30) y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar; 3. un filtro de partículas activado catalíticamente (40) que contiene un sustrato filtrante de flujo de pared, que comprende un material catalíticamente activo que favorece la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno; 4. un segundo dispositivo para la adición de amoniaco (30') y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar; así como 5. un catalizador (50) para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno, caracterizado por que delante o detrás del catalizador de oxidación diésel (20) está dispuesto un primer sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar en el sentido de flujo del gas de escape, mientras que entre el filtro de partículas activado catalíticamente (40) y el segundo dispositivo para la adición de amoniaco (30') y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar está dispuesto un segundo sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel
La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para la reducción de monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas de hollín en el gas de escape de motores diésel, en especial a un dispositivo y a un correspondiente procedimiento bajo empleo de un filtro de partículas activado catalíticamente, que comprende un material catalíticamente activo que favorece la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno.
El gas de escape de motores diésel, aparte de monóxido de carbono (CO), hidrocarburos (HC), óxidos de nitrógeno (NOx) y partículas de hollín (P.M), contiene hasta 10 % en volumen de oxígeno. Para la reducción de monóxido de carbono e hidrocarburos son apropiados los catalizadores de oxidación diésel convencionales, que favorecen eficazmente la reacción de monóxido de carbono e hidrocarburos con el oxígeno contenido en el gas de escape para dar dióxido de carbono (CO2) inofensivo. La disminución de óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape mediante reducción de los mismos para dar nitrógeno resulta complicada, ya que esta requiere la presencia de un agente reductor apropiado en cantidad suficiente. Para la solución de esta tarea, por el estado de la técnica son conocidos diversos métodos, a modo de ejemplo el empleo de los denominados catalizadores HC-DeNOx, que fomentan la reacción de óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape con los hidrocarburos, igualmente contenidos en el gas de escape, para dar nitrógeno, o el empleo de los denominados catalizadores de almacenamiento de óxido de nitrógeno. El procedimiento para la reducción de óxidos de nitrógeno en gases de escape de motores diésel aplicado con mayor frecuencia en el presente es la denominada reducción catalítica selectiva (Selective Catalytic Reduction SCR). En este procedimiento se añade amoniaco y/o un compuesto que se descompone para dar amoniaco, a modo de ejemplo urea o carbamato amónico, como agente reductor de una fuente independiente del motor al gas de escape a purificar. En un catalizador apropiado a tal efecto, el denominado catalizador SCR, los óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape se hacen reaccionar con amoniaco en una reacción de comproporción para dar nitrógeno inofensivo.
Las partículas de hollín se producen en el proceso de combustión interno del motor bajo condiciones en las que la combustión del combustible diésel se desarrolla de manera incompleta. Estas están constituidas típicamente por hollín, al que se pueden adherir hidrocarburos de cadena larga (Soluble Organic Fraction, SOF). Según combustible diésel empleado, al hollín se puede adherir además una denominada fracción inorgánica soluble, a modo de ejemplo fracciones de ácido sulfúrico formadas por vapor de agua y óxidos de azufre, que se producen a partir de la combustión de componentes de combustible diésel que contienen azufre en el espacio de combustión del cilindro. Para la eliminación de partículas de hollín a partir del gas de escape de motores diésel se emplean típicamente filtros de partículas diésel. En este caso se trata preferentemente de los denominados filtros “cerrados”, que contienen un sustrato filtrante de flujo de pared, a través del cual se hace pasar el gas de escape a purificar, véase la Figura 1. Tales sustratos filtrantes de flujo de pared (1) presentan canales de circulación (4), a través el gas de escape a purificar, que contiene partículas de hollín, circula en el filtro, y están cerrados herméticamente a gases (7) en el lado de salida (3) del filtro. A través de una pared porosa (5), el gas de escape llega a los denominados canales de descarga (6). Los canales de descarga están cerrados herméticamente a gases (7) en el lado de entrada (2). La pared porosa entre canales de entrada y salida está configurada de modo que solo se retienen las partículas de hollín (8) en los canales de circulación del filtro. Para impedir un bloqueo del filtro, las partículas de hollín retenidas en el filtro se hacen reaccionar al menos parcialmente a temperaturas de gas de escape apropiadas con componentes oxidantes del gas de escape (dióxido de nitrógeno y/u oxígeno) para dar monóxido de carbono gaseoso y/o dióxido de carbono.
El cumplimiento de la actual y futura legislación sobre emisión requiere la clara disminución de todos los gases nocivos contenidos en el gas de escape de motores diésel (CO, HC, NOx), así como una clara disminución de las partículas de hollín contenidas en el gas de escape. En el estado de la técnica son ya conocidos procedimientos para la purificación de gas de escape, que presentan soluciones a esta tarea.
De este modo, el documento EP-B-1 054722 da a conocer un sistema para la reducción catalítica selectiva (SCR) para el tratamiento de gas de combustión que contiene NOx y partículas de producto sólido, que comprende, en combinación y en este orden, un catalizador de oxidación que es eficaz para transformar al menos una parte de NO del NOx en NO2 y aumentar el contenido en NO2 en el gas de escape; un filtro de producto sólido; una reserva para un líquido reductor; dispositivos de inyección para tal líquido reductor, que están dispuestos tras el filtro de producto sólido, y un catalizador SCR. El documento EP-B-2 123 345 da a conocer una correspondiente disposición de los agregados de purificación de gas de escape catalizador de oxidación diésel, filtro de partículas diésel y catalizador SCR, empleándose, no obstante, un filtro de partículas diésel activado catalíticamente, y dándose a conocer una determinada distribución de los componentes de metal noble eficaces en la oxidación platino y paladio a través de catalizador de oxidación diésel y filtro de partículas diésel, que tendrá por consecuencia una mejora del grado de acción del sistema total descrito en el documento EP-B-1 054 722. En principio, ambos sistemas son apropiados para reducir eficazmente monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas de hollín en el gas de escape de motores diésel. Sin embargo, ambos sistemas tienen el inconveniente de que, para la consecución de la eficiencia de purificación necesaria respecto a las legislaciones sobre emisión emergentes, en especial en motores diésel grandes, se deben emplear agregados de purificación de gas de escape muy voluminosos, para los que debe estar previsto mucho espacio de construcción. Esto se considera en especial de cara a la consecución de la eficiencia de purificación necesaria para óxidos de nitrógeno, que se deben hacer reaccionar en el catalizador SCR dispuesto en el lado de descarga.
Los documentos DE112009000229T5 y WO2007/145548A1 dan a conocer dispositivos para la reducción de monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas de hollín en gases de escape de motores diésel.
No obstante, en especial en el sector de máquinas de construcción y agrícolas, el espacio de construcción para agregados de purificación de gas de escape presenta dimensiones muy limitadas.
Por lo tanto, era tarea de la presente invención poner a disposición un dispositivo y un procedimiento para la purificación de gases de escape de motores diésel que posibilitara una eficiencia de purificación considerablemente mejorada frente a los procedimientos descritos en el estado de la técnica, en especial respecto a la disminución de óxidos de nitrógeno, y que posibilitara, por consiguiente, reducciones significativas en el espacio de construcción.
Esta tarea se soluciona mediante un dispositivo para la disminución de monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas de hollín en gases de escape de motores diésel según la reivindicación 1, que comprende un tubo de escape (10) y como componente del mismo, en combinación y en sentido de flujo del gas de escape en este orden:
1. un catalizador de oxidación diésel (20) para la oxidación de monóxido de carbono, hidrocarburos y monóxido de nitrógeno;
2. un primer dispositivo (30) para la adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar;
3. un filtro de partículas activado catalíticamente (40) que contiene un sustrato filtrante de flujo de pared, que comprende un material catalíticamente activo que favorece la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno;
4. un segundo dispositivo (30’) para la adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar; así como
5. un catalizador para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno (catalizador SCR (50)), caracterizado por que delante o detrás del catalizador de oxidación diésel (20) está dispuesto un primer sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar en el sentido de flujo del gas de escape, mientras que entre el filtro de partículas activado catalíticamente (40) y el segundo dispositivo para la adición de amoniaco (30’) y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar está dispuesto un segundo sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar.
Esta tarea se soluciona además mediante un procedimiento según la reivindicación 9 para la disminución de monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas de hollín en gases de escape de motores diésel, que comprende:
1. paso del gas de escape de motores diésel a purificar a través de un catalizador de oxidación diésel, oxidándose monóxido de carbono e hidrocarburos al menos parcialmente para dar dióxido de carbono, y oxidándose monóxido de nitrógeno al menos parcialmente para dar dióxido de nitrógeno;
2. una primera adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas a purificar del lado de descarga respecto al catalizador de oxidación diésel;
3. paso del gas de escape a purificar tras la primera adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco a través de un filtro de partículas activado catalíticamente, separándose las partículas de hollín en el filtro de partículas y oxidándose al menos parcialmente con el dióxido de nitrógeno contenido en el gas de escape para dar monóxido de carbono y/o dióxido de carbono, y reduciéndose al menos parcialmente con amoniaco los óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape a purificar y/o formados en la oxidación de hollín como productos secundarios para dar nitrógeno; 4. una segunda adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar del lado de descarga respecto al filtro de partículas; así como
5. paso del gas de escape a purificar tras la segunda adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco mediante un catalizador para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno (catalizador SCR), reduciéndose monóxido de nitrógeno y dióxido de nitrógeno al menos parcialmente con amoniaco para dar nitrógeno, caracterizado por que delante o detrás del catalizador de oxidación diésel (20) está dispuesto un primer sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar en el sentido de flujo del gas de escape, mientras que entre el filtro de partículas activado catalíticamente (40) y el segundo dispositivo para la adición de amoniaco (30’) y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar está dispuesto un segundo sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar.
Mediante el empleo de un filtro de partículas activado catalíticamente, que comprende un material catalíticamente activo, que favorece la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno, en combinación con dos dispositivos para la adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco como agente reductor, de los cuales uno está colocado del lado de flujo respecto al filtro de partículas activado catalíticamente, mientras que el segundo dispositivo de tal naturaleza está colocado del lado de salida respecto al filtro de partículas y del lado de flujo respecto al catalizador SCR subordinado, es posible mejorar la eficiencia de purificación del sistema respecto a óxidos de nitrógeno de modo que se posibilite una clara reducción de volumen del catalizador SCR situado más abajo y, por consiguiente, una reducción de espacio de construcción considerable. Otra ventaja del sistema según la invención consiste en que, mediante una selección apropiada del material catalíticamente activo en SCR en el filtro de partículas activado catalíticamente y en el catalizador SCR subordinado por otra parte, se puede garantizar un ajuste mejorado de la eficiencia a altas y bajas temperaturas de los agregados de purificación catalíticamente activos en SCR al nivel efectivo de temperatura de gas de escape y una protección mejorada ante envenenamientos de los mismos, a modo de ejemplo debidos a óxidos de nitrógeno y/o hidrocarburos.
Por lo demás, el sistema según la invención presenta tasas de conversión de óxido de nitrógeno considerablemente más elevadas en comparación con sistemas según el estado de la técnica. Estas tasas de conversión de NOx elevadas posibilitan el cumplimiento de actuales y futuros valores límite de emisión sin tener que prever dispositivos para la recirculación de gases de escape. Esto es equivalente a una reducción considerable de costes de material por una parte y gasto de desarrollo y aplicación por otra parte.
A continuación se describen detalladamente diversas formas de realización del dispositivo según la invención y del procedimiento según la invención.
Según la presente invención, el gas de escape de motores diésel a purificar se conduce en primer lugar a través de un catalizador de oxidación diésel, oxidándose parcialmente monóxido de carbono e hidrocarburos para dar dióxido de carbono. Además, el monóxido de nitrógeno contenido en el gas de escape se oxida al menos parcialmente para dar dióxido de nitrógeno. Como catalizador de oxidación diésel son apropiados catalizadores convencionales conocidos en el estado de la técnica, que contienen típicamente uno o varios metales nobles seleccionados a partir del grupo de platino, paladio, rodio y mezclas de los mismos. Por lo demás, además de componentes de revestimiento habituales como óxido de aluminio, dióxido de silicio, óxido de cerio, óxido de zirconio y/o mezclas de estos, en el catalizador de oxidación diésel también pueden estar contenidos alumosilicatos y/o zeolitas y/o compuestos similares a zeolita, que poseen la propiedad de almacenar hidrocarburos a temperaturas de gas de escape por debajo de 250°C y desorber de nuevo y hacer reaccionar estos al menos parcialmente con oxígeno y/o dióxido de nitrógeno contenido en el gas de escape para dar dióxido de carbono a temperaturas de gas de escape más elevadas.
Tras una primera adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar, el paso del mismo a través del filtro de partículas activado catalíticamente, así como una segunda adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco, el gas de escape a purificar se conduce a través de un catalizador para la reducción catalítica de óxidos de nitrógeno (catalizador SCR), haciéndose reaccionar monóxido de nitrógeno y dióxido de carbono al menos parcialmente con amoniaco para dar nitrógeno en una reacción de comproporción. Como catalizador SCR son apropiados igualmente catalizadores convencionales, convenientemente conocidos por el estado de la técnica, que pueden contener uno o varios de los siguientes componentes activos:
• óxidos de metal de transición seleccionados a partir del grupo constituido por óxido de vanadio, óxido de wolframio, óxido de titanio, óxido de cerio, óxido de zirconio, óxido de lantano, óxido de praseodimio, óxido de neodimio, óxido de niobio, óxido de molibdeno, óxido de hierro y/o mezclas o óxidos mixtos de estos; • zeolitas y/o compuestos similares a zeolita sustituidos con uno o varios metales de transición, seleccionándose los metales de transición a partir del grupo constituido por hierro, cobre, platino, iridio, plata, cerio y/o mezclas de estos: y seleccionándose las zeolitas y/o los compuestos similares a zeolita a partir del grupo constituido por ZSM-5, ZSM-20, USY, p-zeolita, FER, MOR, CHA, SAPO, ALPO y/o mezclas de estos.
El dispositivo según la invención contiene además dos dispositivos para la adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar, de los cuales un primero está dispuesto entre el catalizador de oxidación diésel y el filtro de partículas activado catalíticamente, y un segundo está dispuesto entre el filtro de partículas activado catalíticamente y el catalizador SCR. Ambos dispositivos posibilitan la dosificación de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco como agente reductor para óxidos de nitrógeno a partir de una fuente independiente del motor. Dispositivos mecánicos correspondientes como tales son conocidos por el estado de la técnica, asimismo por la construcción de sistemas SCR convencionales, y se pueden emplear en el dispositivo según la invención para la realización del procedimiento según la invención.
El filtro de partículas activado catalíticamente empleado en el dispositivo según la invención y en el procedimiento según la invención contiene un sustrato filtrante de flujo de pared que comprende un material catalíticamente activo, que favorece la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno. Como se representa esquemáticamente en la Figura 1 y se ha explicado ya detalladamente con anterioridad, un sustrato filtrante de flujo de pared presenta canales de flujo y descarga, que están cerrados herméticamente a gases del lado de cambio y están separados entre sí mediante una pared porosa, permeable para el gas de escape a purificar.
En el ámbito de la presente invención, el propio sustrato de flujo de pared se puede fabricar ya a partir de un material catalíticamente activo que favorezca la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno. A modo de ejemplo, sustratos correspondientes se pueden fabricar a partir de óxidos de metales de transición seleccionados a partir del grupo constituido por óxido de vanadio, óxido de wolframio, óxido de titanio, óxido de cerio, óxido de zirconio, óxido de lantano, óxido de praseodimio, óxido de neodimio, óxido de niobio, óxido de molibdeno, óxido de hierro y/o mezclas y óxidos mixtos de los mismos en forma completamente extruida.
En las formas preferentes de realización de esta invención, el material catalíticamente activo presente en el filtro de partículas activado catalíticamente se presenta como revestimiento catalíticamente activo, que favorece la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno (revestimiento SCR). De modo especialmente preferente, tal revestimiento catalíticamente activo se introduce en la pared porosa, que separa físicamente los canales de flujo y descarga, de un sustrato filtrante de flujo de pared, catalíticamente inerte por lo demás, de modo que esta pared porosa comprende concomitantemente el correspondiente revestimiento SCR. En la Figura 3A se representa esquemáticamente una forma de realización correspondiente.
El gas de escape que entra en el filtro de partículas activado catalíticamente contiene, además de trazas de monóxido de carbono e hidrocarburos de una reacción incompleta en el catalizador de oxidación diésel previo, presentes en caso dado, sobre todo partículas de hollín, así como monóxido de nitrógeno y dióxido de nitrógeno y amoniaco. En el paso del gas de escape a través de la pared, las partículas de hollín permanecen en los canales de flujo. Estas se oxidan en los mismos -en función de la temperatura de gas de escape al menos parcialmentecon el dióxido de nitrógeno, presente igualmente en el gas de escape, bajo formación de monóxido de nitrógeno para dar monóxido de carbono y/o dióxido de carbono gaseoso (la denominada “reacción CRT” según el procedimiento descrito en el documento EP-B-0 341 832). En el paso a través de la pared, el monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno no transformado en la oxidación de partículas de hollín se hace reaccionar con amoniaco al menos parcialmente para dar nitrógeno en el material catalíticamente activo en SCR, o bien en el revestimiento catalíticamente activo en SCR.
Es sabido que la reacción SCR con amoniaco, en función de la proporción de monóxido de nitrógeno respecto a dióxido de nitrógeno contenida en el gas de escape, se puede desarrollar según tres mecanismos de reacción diferentes, esto es:
(1) NO NO2 + 2 NH3 ^ 2N2 + 3 H2O
(2) 2 NO 2 NH3+ 1/2 O2 ^ 2 N2 + 3 H2O
(3) 6 NO2 + 8 NH3 ^ 7 N2 + 12 H2O
De estas reacciones, la reacción (1) es la más rápida, la reacción (3) es la más lenta. Por lo tanto, la reacción SCR se favorece especialmente si la proporción molar de monóxido de nitrógeno respecto a dióxido de nitrógeno en el gas de escape se sitúa aproximadamente en 1 : 1.
Ya que también se consume dióxido de nitrógeno a través de la reacción CRT, en el filtro de partículas activado catalíticamente se produce una competencia entre una oxidación efectiva de partículas de hollín por una parte y la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno por otra parte. Bajo condiciones de operación en las que la reacción CRT transcurre de modo especialmente efectivo se produce poco dióxido de nitrógeno a través de la pared entre canales de flujo y descarga que comprende el material catalíticamente activo en SCR, o bien el revestimiento catalíticamente activo en SCR, de modo que en esta se desarrolla predominantemente la reacción (2). Esto puede tener por consecuencia una disminución de la eficiencia de desnitrificación. Por lo tanto, para completar la conversión de NOx del sistema total, tras el filtro de partículas catalíticamente activo es necesario prever un segundo dispositivo para la adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco y un catalizador SCR, en el que se puede efectuar la conversión de óxidos de nitrógeno restantes con amoniaco para dar nitrógeno. No obstante, en este caso, en comparación con sistemas según el estado de la técnica se puede seleccionar un volumen de catalizador SCR considerablemente menor, ya que una gran parte de la reducción de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno se efectúa ya en el filtro de partículas catalíticamente activo previo.
En formas especialmente preferentes de realización del dispositivo según la invención se puede obtener un aumento adicional de la eficiencia de desnitrificación conteniendo el filtro de partículas catalíticamente activo, por lo demás, al menos un revestimiento catalíticamente activo que favorezca la oxidación de monóxido de carbono e hidrocarburos para dar dióxido de carbono y la oxidación de monóxido de nitrógeno para dar dióxido de nitrógeno. Tal revestimiento catalítico para la oxidación se puede aplicar en especial en la pared en los canales de descarga, como se representa esquemáticamente en la Figura 3B. Este revestimiento catalíticamente activo en oxidación se puede aplicar a lo largo de la longitud L total del sustrato filtrante de flujo de pared o como zona del lado de descarga. En este revestimiento catalítico para la oxidación, mediante oxidación al menos parcial del monóxido de nitrógeno que pasa a través de la pared se puede adaptar la proporción molar de monóxido de nitrógeno respecto a dióxido de nitrógeno de nuevo a un valor próximo a 1 : 1. De este modo se efectúa un aumento ulterior de la eficiencia de desnitrificación del catalizador SCR situado más abajo, con lo cual se posibilitan reducciones de volumen adicionales del catalizador SCR situado más abajo. Además, un revestimiento catalíticamente activo en oxidación dispuesto en los canales de descarga conduce a que las emisiones secundarias de monóxido de carbono resultantes de la reacción CRT se puedan hacer reaccionar con oxígeno presente en el gas de escape para dar dióxido de carbono inofensivo.
Además, en formas muy especialmente preferentes de realización del dispositivo según la invención se puede aplicar otro revestimiento catalítico para la oxidación en los canales de flujo del filtro de partículas catalíticamente activo. Tal revestimiento se aplica preferentemente como zona del lado de flujo a lo largo de una longitud L del sustrato filtrante de flujo de pared, como se representa esquemáticamente en la Figura 3C. Si el poder oxidante del revestimiento aplicado de este modo es suficiente para oxidar adecuadamente las proporciones de monóxido de carbono e hidrocarburos presentes en el gas de escape bruto del motor diésel y para poner a disposición además tasas de conversión suficientes para monóxido de nitrógeno respecto a dióxido de nitrógeno, el catalizador de oxidación diésel previo, no objeto de la invención, se puede evitar completamente en caso dado, y el espacio de construcción necesario para el sistema total se puede reducir de manera significativa.
Como ya se ha explicado anteriormente, en el filtro de partículas activado catalíticamente que se emplea en el dispositivo según la invención, o bien en el procedimiento según la invención, se presenta un conflicto de objetivos entre una elevada oxidación de partículas de hollín por una parte y una reducción de óxidos de nitrógeno lo más efectiva posible por otra parte, ya que la reacción CRT que motiva la combustión de hollín y la reacción SCR compiten por el reactivo dióxido de nitrógeno. Las formas de realización descritas anteriormente son convenientemente apropiadas sobre todo si el aumento de la eficiencia de desnitrificación del sistema total es determinante junto a las reducciones de espacio de construcción a obtener.
Si la eficiencia del sistema, además de la reducción del espacio de construcción conseguido mediante la reducción de volumen del catalizador SCR situado más abajo, se deben aumentar respecto a la reacción CRT, son especialmente preferentes formas de realización en las que se aplica sobre la pared porosa un revestimiento catalíticamente activo para la reducción catalítica selectiva en el filtro de partículas activado catalíticamente en los canales de descarga. De este modo, el gas de escape que entra en el filtro de partículas, que contiene dióxido de nitrógeno, se pone en contacto completamente con las partículas de hollín a oxidar, que se separan en los canales de descarga. El contacto con el revestimiento catalíticamente activo en SCR se efectúa solo a continuación -por separado físicamente- en los canales de descarga.
En este caso, son muy especialmente preferentes formas de realización que presentan adicionalmente un revestimiento catalíticamente activo en oxidación y/o un revestimiento que reduce la temperatura de combustión de hollín en el filtro de partículas activado catalíticamente, como se representa en la Figura 3D, en la pared porosa entre canales de flujo y descarga.
Para poder efectuar un control de la eficiencia de desnitrificación respecto a la aplicación, el dispositivo según la invención comprende, por lo demás, sensores para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar. En el sentido de flujo del gas de escape está dispuesto preferentemente un primero de estos sensores delante o detrás del catalizador de oxidación diésel, mientras que un segundo sensor está dispuesto entre el filtro de partículas activado catalíticamente y el segundo dispositivo para la adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar. Estos dos sensores posibilitan un cálculo exacto de la cantidad de dosificación de amoniaco, o bien de un compuesto que se descompone para dar amoniaco, necesaria para la desnitrificación del gas de escape. En formas de realización preferentes, un tercer sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape se encuentra en el sentido de flujo del gas de escape tras el catalizador SCR subordinado. Mediante este tercer sensor se pueden disponer módulos de diagnóstico para el control de la eficiencia de desnitrificación del sistema total a obtener.
Ya que los sensores para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape (a purificar) muestran interferencias respecto a amoniaco, de modo que el amoniaco contenido en el gas de escape conduce a falseamientos de los valores de registro para óxido de nitrógeno, en especial en casos en los que el filtro de partículas activado catalíticamente no contiene un revestimiento catalítico para la oxidación del lado de descarga, es ventajoso que esté dispuesto un catalizador de oxidación, que favorece la oxidación de amoniaco, del lado de descarga respecto al filtro de partículas activado catalíticamente y del lado de flujo respecto al segundo sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar. Ya que tal catalizador puede ser muy reducido y se puede conectar directamente al lado de salida del filtro de partículas en una carcasa de catalizador, la pérdida de espacio de construcción, producida mediante integración de tal catalizador, frente a la reducción de volumen de catalizador en el catalizador SCR subsiguiente, es insignificante frente a procedimientos y dispositivos según el estado de la técnica.
Para impedir eficazmente el escape de amoniaco al medio ambiente, en formas preferentes de realización del dispositivo según la invención, del lado de descarga respecto al catalizador para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno está dispuesto otro catalizador para la oxidación de amoniaco. Para no interferir innecesariamente en las reducciones del espacio de construcción obtenibles, este se dispone de modo especialmente como zona de revestimiento sobre el catalizador SCR del lado de descarga (-el denominado catalizador de deslizamiento-) y presenta una selectividad lo más elevada posible para dar nitrógeno.
En su posibilidad de configuración concreta, el dispositivo según la invención y el procedimiento según la invención presentan una flexibilidad marcadamente elevada, que posibilita encontrar soluciones optimizadas para motores diésel de las más diversas clases de rendimiento respecto a eficiencia de purificación de gas de escape y requisitos de espacio de construcción. De este modo, mediante selección de los diversos revestimientos catalíticamente activos y su disposición en el filtro de catalizador catalíticamente activo, en combinación con un control adaptado de la adición de agente reductor a través de los dos dispositivos de adición presentes para amoniaco y/o un compuesto que se descompone para dar amoniaco, se pueden solucionar de manera optima diversas tareas de purificación, que resultan del ajuste de la combustión en el espacio de combustión del motor diésel para diversas clases de rendimiento y del empleo de diferentes combustibles diésel. El gas de escape de motores diésel de diferentes clases de rendimiento, que se accionan, en caso dado, con diferentes calidades de combustible diésel, se diferencia en la proporción de los contaminantes contenidos en el gas de escape monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas, así como en la temperatura de gas de escape, en la corriente másica de gas de escape y en la proporción de posibles venenos de catalizador, como por ejemplo óxidos de azufre.
El revestimiento catalíticamente activo contenido en el filtro de partículas activado catalíticamente, que favorece la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno respecto a nitrógeno (revestimiento SCR), contiene preferentemente uno o varios componentes activos seleccionados a partir de:
• óxidos de metal de transición seleccionados a partir del grupo constituido por óxido de vanadio, óxido de wolframio, óxido de titanio, óxido de cerio, óxido de zirconio, óxido de lantano, óxido de praseodimio, óxido de neodimio, óxido de niobio, óxido de molibdeno, óxido de hierro y/o mezclas o óxidos mixtos de estos; • zeolitas y/o compuestos similares a zeolita sustituidos con uno o varios metales de transición, seleccionándose los metales de transición a partir del grupo constituido por hierro, cobre, platino, iridio, plata, cerio y/o mezclas de estos: y seleccionándose las zeolitas y/o los compuestos similares a zeolita a partir del grupo constituido por ZSM-5, ZSM-20, USY, p-zeolita, FER, MOR, CHA, SAPO, ALPO y/o mezclas de estos.
Los componentes activos seleccionados a partir de estos grupos de sustancias muestran diferentes intervalos de temperatura de trabajo y selectividad y diferentes propensiones al envenenamiento. De este modo, por ejemplo revestimientos SCR que contienen óxido de vanadio se distinguen, entre otras cosas, por que los hidrocarburos contenidos en el gas de escape en estos se pueden oxidar ya a temperaturas medias de gas de escape sin que en este caso se resienta la eficiencia de conversión de NOx del revestimiento. A tal efecto, los revestimientos SCR que contienen óxido de vanadio a temperaturas de operación por encima de 4602C presentan una pérdida de selectividad respecto a nitrógeno, ya que a estas temperaturas se producen sobreoxidaciones de amoniaco para dar óxidos de nitrógeno. A diferencia de esto, los revestimientos SCR que contienen predominantemente zeolitas sustituidas con hierro se distinguen por que presentan excelentes conversiones de NOx para dar nitrógeno también en el intervalo de temperaturas por encima de 450°C; no obstante, lamentablemente, estos son muy propensos al envenenamiento debido a hidrocarburos. Ante estos antecedentes, con un revestimiento SCR que contiene óxido de vanadio, en el filtro de partículas activado catalíticamente del lado de flujo y en un catalizador SCR del lado de descarga que contiene zeolitas sustituidas con hierro se obtienen excelentes eficiencias de desnitrificación si el gas de escape a purificar presenta concentraciones de hidrocarburos relativamente elevadas, que no se pueden eliminar completamente mediante el catalizador de oxidación diésel del lado de flujo; y/o si se presentan condiciones de operación bajo las cuales se forman emisiones secundarias de hidrocarburos en los canales de flujo del filtro de partículas activado catalíticamente en el caso de combustión de hollín; y/o si además de la regeneración pasiva de filtro de partículas (efecto CRT) se adoptan medidas de calentamiento para la regeneración activa de filtro de partículas, durante la cual se pueden producir contenidos en hidrocarburos significativamente elevados en el gas de escape a purificar antes del filtro de partículas.
Otro ejemplo de una configuración ventajosa del revestimiento SCR en el filtro de partículas activado catalíticamente por una parte y el catalizador SCR dispuesto del lado de descarga por otra parte es la combinación de un revestimiento SCR que contiene zeolitas y/o compuestos similares a zeolita sustituidos con cobre en el filtro de partículas activado catalíticamente por una parte y zeolitas sustituidas con hierro en el catalizador SCR del lado de descarga por otra parte.
Si el sistema se acciona con un combustible diésel que contiene azufre, el revestimiento SCR que contiene cobre contenido en el filtro de partículas activado catalíticamente muestra una mayor propensión al envenenamiento frente a óxidos de azufre, mientras que el revestimiento de catalizador SCR que contiene hierro se puede clasificar como resistente a azufre. No obstante, ya que el filtro de partículas activado catalíticamente, debido a su posición de instalación cercana al motor, está expuesto a temperaturas de gas de escape claramente más elevadas que el catalizador SCR situado más abajo, en el funcionamiento se asegura una desulfuración regular del revestimiento que contiene cobre. Por consiguiente, la propensión al envenenamiento por SOx del revestimiento SCR en el filtro activado catalíticamente en esta disposición es inofensivo respecto a la eficiencia de desnitrificación.
Si un sistema correspondiente se acciona con combustible diésel pobre en azufre, el filtro de partículas activado catalíticamente se equipa ventajosamente de un revestimiento SCR que contiene zeolitas sustituidas con hierro, mientras que para el revestimiento del catalizador SCR situado más abajo son apropiadas zeolitas sustituidas con cobre. Esta disposición tiene en cuenta el hecho de que las zeolitas sustituidas con hierro muestran típicamente grados óptimos de acción de NOx en el intervalo de temperaturas entre 350°C y 5502C, mientras que las zeolitas y/o compuestos similares a zeolita sustituidos con cobre muestran grados óptimos de acción de NOx en el intervalo de temperaturas entre 250°C y 400°C, pero tienden a la sobreoxidación de amoniaco a temperaturas más elevadas. La disposición de revestimientos citada anteriormente tiene en cuenta la temperatura de gas de escape descendente en el sentido de flujo.
Otras formas ventajosas de realización del dispositivo según la invención y del procedimiento según la invención se pueden enumerar, resultan de la enseñanza técnica de esta invención para el especialista sin excesiva dificultad experimental de por sí, y están incluidas en el ámbito de las reivindicaciones.
Otras adaptaciones a la tarea de purificación de gas de escape planteada, bajo optimización simultánea del espacio de construcción requerido para el dispositivo según la invención, resultan de un control adaptado selectivamente de las cantidades de adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco como agente reductor a través de ambos dispositivos de adición presentes en el dispositivo según la invención.
De este modo, las formas de realización del procedimiento según la invención que están caracterizadas por que la primera adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar se efectúa de modo que la cantidad de amoniaco añadida, o bien producida a partir del compuesto, es mayor que la cantidad de amoniaco necesaria para la reducción de óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape a purificar para dar nitrógeno según la correspondiente estequiometría de reacción, son preferentes en especial si la eficiencia de conversión de NOx del filtro de partículas activado catalíticamente se debe aumentar al máximo posible, de modo que se obtenga el menor volumen posible respecto a catalizador SCR situado más abajo. Los óxidos de nitrógeno, en caso dado resultantes de la sobreoxidación de amoniaco en el filtro de partículas activado catalíticamente, se pueden transformar en el catalizador SCR situado más abajo. En este caso, la cantidad de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco añadida a través del segundo dispositivo de adición se controla preferentemente de modo que la cantidad de amoniaco añadida, o bien resultante de la descomposición del compuesto, corresponde a la cantidad de amoniaco necesaria según la correspondiente estequiometría de reacción. Para aumentar adicionalmente la eficiencia de desnitrificación del sistema total, en tal forma de realización del procedimiento según la invención se emplea de modo especialmente preferente un filtro de partículas activado catalíticamente que presenta un revestimiento SCR en la pared porosa entre canales de flujo y descarga y un revestimiento catalíticamente activo en oxidación sobre la pared en los canales de descarga (véase la Figura 3B), para disponer de nuevo una proporción de NO y NO2 optimizada respecto a la reacción SCR (1) para el catalizador SCR situado más abajo.
Si para el funcionamiento del dispositivo según la invención se valora especialmente una elevada tasa de reacción CRT, son especialmente preferentes formas de realización del procedimiento según la invención en las que la primera adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar se efectúa de modo que la cantidad de amoniaco añadida, o bien producida a partir del compuesto, es menor que la cantidad de amoniaco necesaria para la reducción de los óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape a purificar para dar nitrógeno según la correspondiente estequiometría de reacción. En este caso, no se dispone de suficiente agente reductor para una conversión completa de NOx para la reacción SCR que compite con la reacción CRT en el filtro de partículas catalíticamente activo, de modo que se dispone de cantidades de NO2 más elevadas para la reacción CRT.
Anteriormente se describe el sistema según la invención, prescindiéndose exclusivamente del empleo de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco como agente reductor. Cabe señalar que, en principio, también son apropiados otros agentes reductores para la reducción catalítica selectiva de nitrógeno según el procedimiento SCR. Esto se considera en especial para hidrocarburos, en este caso, en este caso, la reacción SCR se desarrolla según el denominado principio de "HC-DeNOx". El dispositivo según la invención y el procedimiento según la invención también son apropiados de manera análoga en el caso de empleo de correspondientes agentes reductores en lugar de amoniaco, siendo necesarias algunas adaptaciones en la aplicación, que resultan de ensayos rutinarios de aplicación para el especialista.
La invención se explica más detalladamente a continuación por medio de algunas figuras. Muestran:
Figura 1: representación esquemática de un sustrato filtrante de flujo de pared; en esta designan: L la longitud total del sustrato filtrante de flujo de pared;
^ el sentido de flujo del gas de escape;
(1) el sustrato filtrante de flujo de pared;
(2) el lado de entrada del sustrato filtrante de flujo de pared;
(3) el lado de salida del sustrato filtrante de flujo de pared;
(4) canales de flujo;
(5) la pared porosa que separa físicamente entre sí los canales de flujo y descarga;
(6) canales de descarga;
(7) cierre hermético a gases de canales de flujo, o bien descarga;
(8) partículas de hollín.
Figura 2: representación esquemática del dispositivo según la invención;
en esta designan:
^ el sentido de flujo del gas de escape;
(10) un tubo de escape de gas;
(20) un catalizador de oxidación diésel;
(30), (30’) dispositivos de adición para amoniaco y/o un compuesto que se descompone para dar amoniaco;
(40) un filtro de partículas activado catalíticamente que contiene un sustrato filtrante de flujo de pared con un revestimiento catalíticamente activo, que favorece la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno;
(50) un catalizador SCR.
Figura 3: diversas formas de realización del filtro de partículas activado catalíticamente empleado en el dispositivo según la invención y en el procedimiento según la invención;
en esta designan:
L la longitud total del sustrato filtrante de flujo de pared;
^ el sentido de flujo del gas de escape;
(1) el sustrato filtrante de flujo de pared;
(2) el lado de entrada del sustrato filtrante de flujo de pared;
(3) el lado de salida del sustrato filtrante de flujo de pared;
(4) canales de flujo;
(5) la pared porosa que separa físicamente entre sí los canales de flujo y descarga; (6) canales de descarga;
(7) cierre hermético a gases de canales de flujo, o bien descarga;
(150) un revestimiento catalíticamente activo en SCR;
(120) un revestimiento catalíticamente activo en oxidación.

Claims (11)

REIVINDICACIONES1 Dispositivo para la disminución de monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas de hollín en gases de escape de motores diésel, que comprende un tubo de escape (10) y como componente del mismo, en combinación y en sentido de flujo del gas de escape en este orden:
1. un catalizador de oxidación diésel (20) para la oxidación de monóxido de carbono;
2. un primer dispositivo para la adición de amoniaco (30) y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar;
3. un filtro de partículas activado catalíticamente (40) que contiene un sustrato filtrante de flujo de pared, que comprende un material catalíticamente activo que favorece la reducción selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno;
4. un segundo dispositivo para la adición de amoniaco (30’) y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar; así como
5. un catalizador (50) para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno, caracterizado por que delante o detrás del catalizador de oxidación diésel (20) está dispuesto un primer sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar en el sentido de flujo del gas de escape, mientras que entre el filtro de partículas activado catalíticamente (40) y el segundo dispositivo para la adición de amoniaco (30’) y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar está dispuesto un segundo sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar.
2. - Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que el material catalíticamente activo contenido en el filtro de partículas (40) activado catalíticamente es un revestimiento catalíticamente activo, que favorece la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno.
3. - Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado por que el sustrato filtrante de flujo de pared (1) presenta canales de flujo (4) cerrados herméticamente a gases en el lado de descarga y canales de descarga cerrados herméticamente a gases en el lado de flujo, así como una pared porosa, que separa físicamente entre sí los canales de flujo y descarga, que es permeable para el gas de escape a purificar y comprende el revestimiento catalíticamente activo para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno.
4. - Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado por que el sustrato filtrante de flujo de pared (1) presenta canales de flujo cerrados herméticamente a gases en el lado de descarga y canales de descarga cerrados herméticamente a gases en el lado de flujo, así como una pared porosa, que separa físicamente entre sí los canales de flujo y descarga, y que es permeable para el gas de escape a purificar, y aplicándose el revestimiento catalíticamente activo para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno para dar nitrógeno sobre la pared porosa en los canales de descarga.
5. - Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que en el sentido de flujo del gas de escape está dispuesto un tercer sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape tras el catalizador SCR (50).
6. - Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 5, caracterizado por que, del lado de descarga respecto al filtro de partículas activado catalíticamente (40) y del lado de flujo respecto al segundo sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar, está dispuesto un catalizador de oxidación que favorece la oxidación de amoniaco.
7. - Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que, del lado de descarga respecto al catalizador para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno, está dispuesto un catalizador para la oxidación de amoniaco.
8. - Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por que el filtro de partículas activado catalíticamente contiene por lo demás al menos un revestimiento catalíticamente activo, que favorece la oxidación de monóxido de carbono e hidrocarburos para dar dióxido de carbono y la oxidación de monóxido de nitrógeno para dar dióxido de nitrógeno.
9. - Procedimiento para la disminución de monóxido de carbono, hidrocarburos, óxidos de nitrógeno y partículas de hollín en gases de escape de motores diésel, que comprende:
1. paso del gas de escape de motores diésel a purificar a través de un catalizador de oxidación diésel, oxidándose monóxido de carbono e hidrocarburos al menos parcialmente para dar dióxido de carbono, y oxidándose monóxido de nitrógeno al menos parcialmente para dar dióxido de nitrógeno;
2. una primera adición de amoniaco (30) y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas a purificar del lado de descarga respecto al catalizador de oxidación diésel;
3. paso del gas de escape a purificar tras la primera adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco a través de un filtro de partículas activado catalíticamente (40), separándose las partículas de hollín en el filtro de partículas y oxidándose al menos parcialmente con el dióxido de nitrógeno contenido en el gas de escape para dar monóxido de carbono y/o dióxido de carbono, y reduciéndose al menos parcialmente con amoniaco los óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape a purificar y/o formados en la oxidación de hollín como productos secundarios para dar nitrógeno;
4. una segunda adición de amoniaco (30’) y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar del lado de descarga respecto al filtro de partículas; así como
5. paso del gas de escape a purificar tras la segunda adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco mediante un catalizador (50) para la reducción catalítica selectiva de óxidos de nitrógeno, reduciéndose monóxido de nitrógeno y dióxido de nitrógeno al menos parcialmente con amoniaco para dar nitrógeno, caracterizado por que delante o detrás del catalizador de oxidación diésel (20) está dispuesto un primer sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar en el sentido de flujo del gas de escape, mientras que entre el filtro de partículas activado catalíticamente (40) y el segundo dispositivo para la adición de amoniaco (30’) y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar está dispuesto un segundo sensor para la determinación del contenido en óxido de nitrógeno en el gas de escape a purificar.
10. - Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que la primera adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar se efectúa de modo que la cantidad de amoniaco añadida, o bien producida a partir del compuesto, es mayor que la cantidad de amoniaco necesaria para la reducción de óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape a purificar para dar nitrógeno según la correspondiente estequiometría de reacción.
11. - Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que la primera adición de amoniaco y/o de un compuesto que se descompone para dar amoniaco al gas de escape a purificar se efectúa de modo que la cantidad de amoniaco añadida, o bien producida a partir del compuesto, es menor que la cantidad de amoniaco necesaria para la reducción de óxidos de nitrógeno contenidos en el gas de escape a purificar para dar nitrógeno según la correspondiente estequiometría de reacción.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014001880A1 (de) * 2014-02-14 2015-08-20 Deutz Aktiengesellschaft Verfahren zum Reinigen von Dieselmotorenabgassen
GB2581303B (en) * 2014-07-18 2020-12-16 Cummins Emission Solutions Inc Exhaust after-treatment with dual closed-loop reductant dosers
WO2016010558A1 (en) 2014-07-18 2016-01-21 Cummins Emission Solutions, Inc. Exhaust after-treatment with dual closed-loop reductant dosers
US20180045097A1 (en) * 2015-03-19 2018-02-15 Basf Corporation Filter Catalyzed With SCR Catalyst, Systems And Methods
RU2696654C1 (ru) 2015-08-27 2019-08-05 Сканиа Св Аб Способ и система для очистки потока выхлопных газов
EP3281699A1 (de) 2016-08-11 2018-02-14 Umicore AG & Co. KG Partikelfilter mit scr-aktiver beschichtung
KR20200112891A (ko) * 2018-02-19 2020-10-05 바스프 코포레이션 업스트림 scr 촉매를 갖는 배기 가스 처리 시스템
EP3738663A1 (en) * 2019-05-14 2020-11-18 Johnson Matthey Public Limited Company Exhaust system including paticulate filter with oxidation zone capable of generating no2 under lean conditions

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4902487A (en) 1988-05-13 1990-02-20 Johnson Matthey, Inc. Treatment of diesel exhaust gases
EP0614398B1 (en) * 1991-11-26 2000-03-08 Engelhard Corporation Oxidation catalyst and method of use
GB9802504D0 (en) 1998-02-06 1998-04-01 Johnson Matthey Plc Improvements in emission control
WO2003054364A2 (en) * 2001-12-20 2003-07-03 Johnson Matthey Public Limited Company Method and apparatus for filtering partriculate matter and selective catalytic reduction of nox
ES2551703T3 (es) * 2006-06-13 2015-11-23 Volvo Lastvagnar Ab Sistema catalítico para diésel
US7799289B2 (en) * 2007-07-31 2010-09-21 Caterpillar Inc Exhaust treatment system with NO2 control
US8151558B2 (en) * 2008-01-31 2012-04-10 Caterpillar Inc. Exhaust system implementing SCR and EGR
DE102008019814A1 (de) * 2008-04-19 2009-10-22 Daimler Ag Abgasreinigungskörper und Brennkraftmaschine mit Abgasreinigungskörper
DE502008001082D1 (de) * 2008-05-23 2010-09-16 Umicore Ag & Co Kg Vorrichtung zur Reinigung von Dieselabgasen
US8544260B2 (en) * 2008-12-24 2013-10-01 Basf Corporation Emissions treatment systems and methods with catalyzed SCR filter and downstream SCR catalyst
KR101699923B1 (ko) * 2009-02-20 2017-01-25 할도르 토프쉐 에이/에스 디젤 엔진으로부터 배기 가스의 정화방법
US8887495B2 (en) * 2009-07-14 2014-11-18 GM Global Technology Operations LLC Ash filter, exhaust gas treatment system incorporating the same and method of using the same
US8409515B2 (en) * 2009-07-14 2013-04-02 GM Global Technology Operations LLC Exhaust gas treatment system
JP6114305B2 (ja) * 2011-12-23 2017-04-12 ボルボ ラストバグナー アーベー 排気後処理システム及びそのシステムを操作する方法
WO2013127473A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-06 Haldor Topsøe A/S Method and system for the removal of noxious compounds from engine exhaust gas
US9162183B2 (en) * 2012-03-06 2015-10-20 Cummins Inc. System and method to manage SCR catalyst NO2/NOX ratio
US9371767B2 (en) * 2013-09-20 2016-06-21 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Soot load determination system
US20150337702A1 (en) * 2014-05-23 2015-11-26 Tenneco Automotive Operating Company Inc. Exhaust aftertreatment system with low-temperature scr
US9879580B2 (en) * 2015-08-19 2018-01-30 Cummins, Inc. Diagnostic methods for a high efficiency exhaust aftertreatment system
US9616385B1 (en) * 2015-09-30 2017-04-11 Deere & Company System and method for regulating exhaust emissions

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