JP4146243B2 - 燃焼工程のリーン排ガス中でアンモニアを用いる窒素酸化物の選択的接触還元法 - Google Patents

Description

本発明は燃焼工程のリーン排ガス中でアンモニアを用いて窒素酸化物を選択的に接触還元する方法に関する。

燃焼工程において生じる窒素酸化物は、酸性雨の主な原因に数えられ、こうして環境破壊と結びつく。環境における窒素酸化物の放出源は主に自動車の排ガス並びに焼却装置の排ガス、特に石油燃料、ガス燃料または石炭燃料での発電所からの排ガスまたは固定内燃機関からのまたは産業上の操業からの排ガスである。

これらの工程からの排ガスの特徴はその中に含有される窒素酸化物の還元を困難にするその高い酸素含量である。酸素含量を特徴付けるためにはしばしば空気比ラムダ（λ）が使用される。この際、これは燃焼工程を実施した空気／燃料混合物の化学量論比を基準とした空燃混合比である。化学量論量での燃焼においては空気比は１である。過化学量論的な燃焼（superstoichiometric combustion）においては空気比は１より大であり、生じた排ガスはリーンである。逆な場合は、リッチな排ガスである。

長期にわたって使用されてきた、そのような排ガスから窒素酸化物を除去するための方法は特別に指定された還元触媒でのアンモニアを用いるいわゆる選択的接触還元（SCR:Selective Catalytic Reduction）である。このために好適な触媒は例えば特許明細書ＥＰ０３６７０２５Ｂ１およびＥＰ０３８５１６４Ｂ１中に記載されている。これは酸化チタンとタングステン、ケイ素、バナジウムおよびその他の酸化物との混合物からなる。同様に銅および鉄で交換したゼオライトをベースにする触媒も公知である。これらの触媒の最適な活性は３００〜５００℃で、かつ還元剤のアンモニアと窒素酸化物との間のモル比が０.６〜１.６で達せられる。排ガス中に含有される窒素酸化物はそれぞれの燃焼工程の実施により、触媒の前で６０〜９０容積％まで一酸化窒素からなる。

自動車中でのこの方法の実施のためには、自動車のオンボードに選択的接触還元に必要なアンモニアを積載しなければならない。環境破壊するアンモニアの代わりにアンモニアに変換可能な化合物、例えば尿素を使用することもできる。この方法の利点は、エンジンの作動が排ガス精製に対して独立して最適化することができるということである。しかしながら、この方法の大きな面積の使用は高い尿素−インフラストラクチャーの構造物を必要とする。

尿素−供給の構造物を回避するために、ＥＰ０７７３３５４Ａ１は選択的接触還元のために必要なアンモニアを積載する燃料から自動車のオンボードで生成することを提案している。この目的のために内燃機関をリーンおよびリッチな空気／燃料混合物で交互に作動する。この際生じた排ガスを三元触媒および選択的な接触還元のための触媒上を導通する。リッチ空気／燃料混合物での作動の間、排ガス中に含有される窒素酸化物を三元触媒でリッチ排ガスの還元条件下にアンモニアにまで還元する。この生じたアンモニアをＳＣＲ−触媒が貯蔵する。リーン排ガスでの作動の間、排ガス中に含有される窒素酸化物は三元触媒を通過し、ＳＣＲ触媒で予め貯蔵したアンモニアを使用して窒素と水に還元される。

ＤＥ１９８２０８２８Ａ１中には、内燃機関が同様にリーンおよびリッチ空気／燃料混合物で交互に作動する方法が記載されている。この際排ガス精製システムは３つの触媒を有しており、この際前記方法の三元触媒の前に窒素酸化物貯蔵触媒がエンジンの排ガス路中に設けられている。リーン空気／燃料混合物でのエンジンの作動の間、排ガス中に含有される窒素酸化物の著しい量が貯蔵触媒により貯蔵され、一方残りの窒素酸化物の部分がＳＣＲ−触媒で予め貯蔵したアンモニアの使用下に反応する。リッチな空気／燃料混合物でのエンジンの作動の際に、貯蔵触媒に貯蔵された窒素酸化物は遊離され、次の三元触媒でアンモニアに変換し、次いでこれはＳＣＲ−触媒に貯蔵される。

ＥＰ０８６１９７２Ａ１はこの方法の変法を記載している、この際必要なアンモニアは同様に三元触媒を用いてリッチ排ガス中に含有される窒素酸化物から自動車のオンボードで合成される。リッチ排ガス流の生成のためには、内燃機関の幾つかのシリンダーをリッチ空気／燃料混合物で作動し、その排ガスを残りのシリンダーのリーンな排ガスとは分離してアンモニア合成のために三元触媒上を導通する。

最後の３つの方法の著しい欠点は、エンジン管理においての介入の必要性および触媒の高い開始温度に基づく。アンモニアの形成のために排ガス組成をリッチとリーンとの間で交換する必要性により、エンジン効果レベルに関する最適化能力を推定することはできない。更に、これらの方法は、生じるアンモニアの量を実際に必要な量に適合させることは非常に困難である。このことは特にエンジンの強く変動する負荷条件の場合に該当する。

ＤＥ１９９０３５３３Ａ１中には、酸素含有排ガス中での窒素酸化物の選択的接触還元法を記載している。この際、エンジンのリーンな排ガスに加えて、エンジン作動とは独立してリッチガス流が生じ、このリッチガス流を還元に必要なアンモニアを形成するために電気ガス放電プラズマ中で処理する。このリッチ排ガス流を、例えば化学量論量を下回る空気／燃料混合物で作動し、窒素酸化物を含有する排ガスを排出する分離したバーナーで生成することができる。ここで提案されたプラズマ触媒アンモニア合成はエネルギー的にも装置的にも最後に挙げた３つの解決法より効果的である。

ＤＥ１９９０３５３３Ａ１の方法はアンモニアの合成を内燃機関の排ガスから別にしている。しかしながら、この方法においても、必要量のアンモニアの生成を、例えば交換する負荷条件において迅速に適合させることに大きな問題をなお有している。

本発明の課題は、燃焼工程の排ガスから窒素酸化物を除去するための別な方法を提供することであり、この方法により選択的な接触還元を必要とするアンモニアを燃焼工程と独立して生成し、アンモニアの配量を燃焼工程の迅速に変換する条件にできるだけ適合させることを可能にすることである。

この課題は、第１のリーン空気／燃料混合物で作動する燃焼工程／熱機関のリーン排ガス中でアンモニアを用いて窒素酸化物を選択的に接触還元する方法により解決するが、この際、選択的還元に必要なアンモニアを、ＮＨ_３−合成工程において一酸化窒素を含有する第２のリッチな空気／燃料混合物から生成物ガス流の形成下に一酸化窒素のアンモニアへの還元により獲得する。この方法は生じたアンモニアを生成物流から分離し、選択的接触還元における需要に応じる使用のために貯蔵媒体中に貯蔵することを特徴とする。

以下にアンモニアが記載されている場合、これは熱の作用によりまたは加水分解により容易にアンモニアに変換することのできる化合物も包含する。これには例えば尿素、炭酸アンモニウム、カルバミン酸アンモニウムおよびその他のアンモニアの誘導体を挙げることができる。

本発明においては、燃焼工程は第１の空気／燃料混合物で作動し、アンモニアは第２の空気／燃料混合物から生じ、アンモニアは第１の空気／燃料混合物とは独立して提供されることにより、アンモニアの形成は燃焼工程の条件から分離されている。従来技術として記載されているＤＥ１９９０３５３３Ａ１中で進行する場合とは異なり、生じたアンモニアは瞬時に／直接に選択的接触還元のために提供されず、貯蔵媒体中に中間的に貯蔵される。このことはアンモニアを固定した、効果レベルを最適化した工程において生じさせ、このアンモニアをガス相から液相にすることを可能にする（操作すべき物質流の減少はファクター１０００である）。この際、アンモニアの形成は全ての実質的に、それも全ての生じる燃焼工程の作動状態のために十分に貯蔵されたアンモニアを提供するように実施される。一次的に僅かなアンモニア需要のために貯蔵能力が完全に負荷される場合には、アンモニアの形成を一時的に中断することができる。

本発明により、選択的接触還元工程のために予め貯蔵したアンモニアを使用することができる。このことは、迅速に変化する需要においても必要なアンモニアを高い精度でＳＣＲ−触媒の前の排ガス流中に供給することを可能にする。

ＮＨ_３−合成工程中でのアンモニアの形成のためには第２の空気／燃料混合物が一酸化窒素を含有していなければならない。この必要な一酸化窒素は効率的なＮＯ−合成工程において、熱プラズマにより、例えば電気アーク放電またはスパーク放電において空気から獲得することができる。次いで、生じたガス混合物は燃料の供給によりリッチになり、分子状酸素が変換する。選択的にＤＥ１９９０３５３３Ａ１により化学量論量未満の燃焼を実施することもできる、すなわち第２の空気／燃料混合物に、一酸化窒素の形成のためのＮＯ−合成工程において一酸化窒素の形成のために最適化された熱燃焼を実施する。

第２の空気／燃料混合物中に含有される一酸化窒素の形成のために、リッチな空気／燃料混合物をＮＯ−合成工程中で電気ガス放電により処理するのが有利であり、この際ＮＯ−形成および酸素変換がほぼ同時に生じる。

ＮＯ−合成工程からでたガス混合物は形成された一酸化窒素および残りの燃料の他に水蒸気、窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、部分的に酸化された炭化水素および場合によりその他の反応生成物を含有する。アンモニアの形成のために、このガス混合物をＮＨ_３−合成工程中でアンモニアに変換する。アンモニアの形成は本発明により一酸化窒素を含有する第２のリッチな空気／燃料混合物の通常の三元触媒での還元により行われる。この触媒は作動温度に達するまでの時間を短縮するために電気的に加熱することができる。

三元触媒は通常化学量論量で作動するガソリンエンジンの排ガス精製に使用される。三元触媒は、排ガスが実質的に化学量論量の組成を有しているとき、すなわちその空気比が化学量論値１.０を挟んで狭い範囲（１.０±０.００２）で変化する場合、内燃機関の排ガス中に含有される３種の有害物質である一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＣＨ）および窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）を同時に無害な化合物（水、二酸化炭素および窒素）に変換することができる。

この三元触媒という概念は、本発明においてはリッチな排ガス中に含有される一酸化窒素をアンモニアに還元することのできる触媒と同義語である。典型的な三元触媒は触媒活性成分として白金、ロジウムおよびパラジウムを種々の組合せで含有する。これらの貴金属は通常、担体材料としての活性酸化アルミニウム上に高い割合の分散体の形で担持されている。更に、三元触媒はいわゆる酸素貯蔵材料、一般には酸化数の変換により酸素を取り込みまた放出することのできる酸化セリウムを含有する。従って、これは理想的方法において化学量論値の周辺の空気比の僅かな変動を補償するために好適である。

三元触媒がリッチな排ガス条件（空気比＜０.９）下に排ガス中に含有される窒素酸化物をアンモニアにまで還元するということは、すでに以前から公知である（これに関しては、従来技術において記載した特許文献を参照）。本発明の方法においては、三元触媒のこの能力をアンモニアの形成のために利用する。

ＮＨ_３−合成工程を後にした生成物ガス流は、公知技術におけるように内燃機関の排ガス中でその瞬間での窒素酸化物含量の選択的接触還元のために直接使用されない。生成物ガス流中に含有されるアンモニアは本発明においてはまず生成物ガス流から分離され貯蔵媒体中に貯蔵される。生成物ガス流からのアンモニアの分離は有利にアンモニア水中で実施され、この際洗浄液は同時にアンモニアの貯蔵媒体として使用される。洗浄液および貯蔵媒体としては、アンモニアに関して高い溶解性を示すために有利に水を使用する。

アンモニアを除去した生成物ガス流は燃焼工程の排ガス流に混合するか、または部分的に再びＮＯ−またはＮＨ_３−合成工程の入口に供給することができる。最後の方法は特に好適である、それというのも生成物ガス流中にアンモニアの他に更に残りの未反応の一酸化窒素が含有されていることがあり、これは水中に非常に僅かな溶解性を有し、従ってアンモニア洗浄器中を阻止されずに流出するためである。この未利用の一酸化窒素をＮＨ_３−合成工程に戻すことはアンモニア形成の効果レベルを高める。

この方法の特別な実施形においては、貯蔵媒体をＮＨ_３−合成工程の後に、１つの反応器中にＮＨ_３−合成工程と一緒に設置する。

ＮＯ−合成工程における空気／燃料混合物からの一酸化窒素の形成の際に、化学量論量未満の燃焼によりまたはガス放電により一酸化窒素の他に更に一酸化炭素、二酸化炭素および場合によりその他の反応生成物が生じる。二酸化炭素の存在は、同様に水中に易溶性の炭酸アンモニウムまたは炭酸水素アンモニウムの形成により、洗浄工程の効果を改善する。

この提案する方法は、原則的に種々の燃焼工程からのリーン排ガスから選択的接触還元により窒素酸化物を除去するために好適である。しかし、特にリーン空気／燃料混合物で作動する、自動車の内燃機関、すなわちジーゼルエンジンおよびいわゆるリーン混合気エンジンの排ガス精製のために好適である。この際、この方法は自動車のオンボードでのアンモニアの形成を可能にする。アンモニア溶液または尿素溶液をタンクで積載するための自動車のインフラストラクチュアの構築は、提案する方法においては必要ない。単に貯蔵媒体、すなわち水を時々足す必要がある、それというのも溶けたアンモニアと、かつ場合によりその他の溶けたアンモニウム化合物と一緒にＳＣＲ−触媒と接触する前に直接排ガス中に蒸発するためである。

すでに記載したように、選択的接触還元は貯蔵媒体の需要に応じた配量により貯蔵媒体中に溶けた還元剤が供給される。ＮＯ−およびＮＨ_３−合成工程の作動法により、貯蔵媒体の量およびその中に溶けているアンモニアの濃度は、内燃機関の迅速な負荷交換においてもＳＣＲ−工程への供給のために常に十分であることを、確実にすることができる。

従来技術において公知の、同様に自動車のオンボードでアンモニアの形成を実施する方法とは異なり、提案する方法によりアンモニアは排ガス精製の瞬時での需要に独立して製造され、貯蔵媒体中に保持することができる。このことは、アンモニアの形成のための工程を最適化し、かつその効果レベルを上昇することを可能にする。

一方では僅かな空間を必要とし、他方では高い時空収率により優れている、アンモニア合成マイクロリアクターシステムを使用することができることは特に有利である。提案した工程の３つの全ての工程、すなわちＮＯ−合成工程，ＮＨ_３−合成工程およびアンモニア−洗浄はマイクロリアクター中で実施することができる。この原理はＮＯ−合成工程のために特に利点を示す。ＮＯ−形成の効果レベルを最適化するために、生じた一酸化窒素をできるだけ迅速に反応混合物から除去することが必要である。このことは急冷により、すなわちマイクロリアクターの体積に比較して非常に大きな表面で、反応混合物を急冷することにより行われる。

次に図１および２につき本発明の方法を詳細に説明する：
図１はスパークプラズマリアクターの可能な実施形を示す、
図２は工程スキームを示す。

ＮＯ−合成工程中で一酸化窒素を形成するために、ガス放電プラズマを使用するのが有利である。種々異なるガス放電型を使用することができる。高周波放電、２５０ＭＨｚ（マイクロ波放電）を越える周波数を有する高周波放電、コロナ放電、スパーク放電、アーク放電、断続アーク放電、およびバリヤー放電とも呼ばれる誘電体制約放電（dielectrically hindered discharges）が好適である。場合により容量的にも誘導的にも結合していてよい、前記の電気ガス放電の組合せ型も好適である。アーク放電またはスパーク放電が有利であり、特に１０μｍ〜１０ｍｍの放電距離（clearance）を有する小さい構造のスパーク放電またはアーク放電を使用するのが有利である。

図１にはＮＯの合成（ＮＯ−合成工程）のためのスパークプラズマリアクターの原理的な構造が示されている。両方の先端（３３）および（３４）の間のスパーク放電（３０）を生じさせるために、スイッチ（３２）を用いてコンデンサー（３１）で生じる電圧を先端に供給する。コンデンサーにより放電に供給されるエネルギーは制限される。このコンデンサーは放電の後電圧供給装置（３５）により再び充電される。スイッチ（３２）を閉じた時に、２つの先端（３３）および（３４）の間の電気フラッシュオーバー（ガス領域の破裂放電）に導く、すなわちパルス状の放電の形成、いわゆるスパーク放電（３０）に導く。スパーク放電の時間的および空間的展開は多くのパラメータ：圧力、ガスの種類、電極の形状、電極材料、電極の間隔、電気回路中の外部エレメント（external element）等に依存し；かつ非常に複雑な動力学的工程を示す。

電気スパーク（３０）においてガス温度は１００００Ｋより高温に達し、このことは空中での放電の際にＮＯの形成を非常に効果的に可能にする。このためには電気エネルギーに関してＮＯ−分子あたり約１０〜２０ｅＶを消費しなければならないことが見いだされた。すでに記載したように、ＮＯ−形成の効果レベルを最適化するためには生じた一酸化窒素をできるだけ迅速に例えば低温面と接触させることにより冷却することが必要である。従って、この工程を実施するためにも体積に比較して非常に大きな表面積を有するマイクロリアクターが著しく好適である。

スパーク放電は０.１ミリバール〜１０バールの間の圧力で作動することができる。放電を電気的に起こすためには電極に交流電圧を印加することにより行われる。放電空間中の圧力、電極の間隔、交流電圧の周波数および振幅により、放電はスパーキング電圧を越える際に生じる。この熱いプラズマはその体積に比べて大きな冷たい表面積を有する、このことは特に反応壁の他に急冷工程が遂行する（１０^８Ｋ／ｓまでの急冷速度［１秒あたり０.１ギガケルビン］）。放電時間は励起および放電回路の電気接続に依存し、１マイクロ秒〜数秒であり、有利に数ミリ秒の範囲である。

交流電圧に関して述べる場合、これはパルス直流電圧または時間と共に任意に変化する電圧を含む。

すでに記載したように、両方の電極に十分な交流電圧を印加するとき、所望の放電が生じる。必要な電圧は電極の間のフリーな距離ｄ（放電距離）並びに放電区間の圧力、ガス組成および場合により存在する放電空間中の先端の間のインサートに依存する。距離ｄは有利に０.０１〜１０ｍｍに調節する。マイクロシステムにおいて必要な電圧は１０Ｖｐ〜１００ｋＶｐ；有利に１００Ｖｐ〜１５ｋＶｐ、特に有利には５００Ｖｐ〜１.５ｋＶｐである。交流電圧の周波数は１０Ｈｚ〜３０ＧＨｚ、有利に５０Ｈｚ〜２５０ＭＨｚである。

図１中のプラズマリアクターは本発明を実施するためにペレットまたは顆粒の形の好適な触媒で充填されていてよい。電気放電はペレットの表面で特に沿面放電の形で行われる。このことにより更に高い急冷速度が達せられる。更に、このことにより触媒の表面に隣接する空間中のイオンおよびラジカルの濃度は上昇する。

以降にペレットと述べる場合、これは粒状物、粉末状物または粉末またはその他の粒状のものをも包含する。直径は１００ｎｍ〜１０ｍｍ、有利に１０μｍ〜１ｍｍで変化することができる。

触媒ペレットは有利に酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化セリウム、二酸化ケイ素、酸化マグネシウム、またはこれらの混合した酸化物、および／またはゼオライトの群から選択された少なくとも１種の微細な担持材料からなる。更にこの材料はその表面上に白金族、特に白金、パラジウム、ロジウムおよびイリジウムの貴金属の高く分散した形での析出により、または材料タイプ、例えばバリウム−イットリウム−銅酸化物、鉄酸化物で、並びにその他のドーピング（イオンインプランテーション）により触媒的に活性化することができる。この目的のためには担持材料の比表面積が少なくとも１０ｍ^２／ｇ（ＤＩＮ６６１３２により測定）を有しているべきである。スパーク放電における電極の僅かな熱負荷により、低い温度安定性を有する材料、例えばプラスチック、繊維材料並びにいわゆるマイクロチューブを使用することもできる。

プラズマリアクターの電極は相互に平行に設けられた面状の構造体として構成されていても、または環状電極により包囲された中心電極を有する同軸配置に構成されていてもよい。短時間の放電を形成することを容易にするために、任意の形の空間的な不均一性（鱗状である、腐食された後のような粒状の表面の、孔を有する、山脈のような、尖った刃先を有する鋸歯のような形）；有利には表面上に分布するピーク、特に有利に表面上に分布する鋸歯を設ける、これは局所的な場における上昇、これによる放電の形成および特にピークからピークへの移動にも導く。

放電は種々の交流電圧により起こすことができる。リアクターの放電空間における放電の特徴値である温度、イオン化度等の変更のために、パルス状の励起電圧は特に好適である。パルス作動でのパルス時間は特にガスシステム、電極材料、電極の形状、並びに放電距離により決め、有利には１０ｎｓ〜１ｍｓである。マイクロシステムにおいては、電圧増幅は１０Ｖｐ〜１００ｋＶｐ；有利に１００Ｖｐ〜１５ｋＶｐ、特に有利には５００Ｖｐ〜１.５ｋＶｐであってよい。パルス直流電圧は高い繰り返し速度（１０ｎｓパルスの場合に１０ＭＨｚ（占有率１０：１））から低い周波数（１０〜０.０１Ｈｚ）まで操作することができ、吸収されたものの反応を可能にするために、例えば“バースト・ファンクション（burst function）”として調整することができる。

ＮＯ−合成工程のリアクターは全ての電気的および熱的に好適な材料から製造されていてよい。特に、プラスチック、セラミックおよびガラス（絶縁性または電導性）を挙げることができる。同様に種々の材料からのハイブリッド構造、例えばドープされたダイヤモンドで仕上げされた表面、または強誘電性／誘電性材料でウェットパックした（wet-packed）凹部であってよい。エレクトロテクニックの分野からのこれらの材料（ＤＩＮ４０６８５を比較）は誘電性または容量性を有し、こうして時間的および／または電気的放電挙動に、およびこうして生じたプラズマの特性または特徴、例えばスパークの温度に影響を与える。これらの他にも、他の電気的特徴、例えば電圧振幅、並びにその時間的経過も放電特性に影響を与え、例えば電極の寿命に、またはＮＯ−形成の効果に作用する（放電温度）。

すでに、記載したように強誘電性または誘電性材料での好適な凹部のウェットパックは、電気スイッチ素子の構造、すなわちキャパシターのまたはフェライト−誘電性の構造に作用する、これは一方では有利なスパーク放電または一時的なアーク放電を放電自体の間、電流／電力源から分離し、この時間を制限する。従って、短時間の熱い放電は、小さい構造およびこれにより小さい放電体積がすでに記載された急冷工程のために必要であるので、特にＮＯ−合成において特に有利である。

図２は提案する方法に関する方法スキームを示す。ここでは示されていない燃焼工程または熱機関の排ガスは排ガス中に含有される窒素酸化物の除去のためにＳＣＲ−触媒（１３）上を導通される。燃焼工程または熱機関は第１のリーン空気／燃料混合物中で作動する。ＳＣＲ−反応に必要なアンモニアは図２中に示された方法スキームで製造される。このためには第２のリッチ空気／燃料混合物（４）が必要であり、これは一酸化窒素を含有する。この第２の空気／燃料混合物は、例えば、ポンプ（２）および（３）により、空気および炭化水素（ＫＷ）をＮＯ−合成リアクター中に供給し、そこでＮＯの形成下に例えばリッチに燃焼される。有利な実施形においては、ＮＯ−合成リアクター中でＮＯを形成するために熱プラズマバーナーをまたはその他の有利な実施形においてはスパーク放電バーナーをまたは低温プラズマ中での低温燃焼を使用する。ポンプ（２）は通常の燃料注入ポンプであってよい。スパーク放電バーナーは高温プラズマ、例えば“光アーク（electric arcs）”により、短時間しかし、周期的に繰り返し生成することのできる技術も包含する。

このように形成された、実質的にＮＯ、Ｈ_２Ｏ、Ｎ_２、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、Ｃ_ｘＨ_ｙ並びに部分的に酸化された炭化水素からなる、第２のリッチな空気／燃料混合物（４）をＮＨ_３−合成リアクター（触媒リアクター）（５）中でアンモニアの形成下に処理する。有利には触媒は電気的に加熱される。

（５）の出口で生成物ガス流（６）中に含有されるアンモニアをアンモニア洗浄器（７）でその他の成分から分離する。洗浄溶液としては有利に水を使用し、これは同時にアンモニアの貯蔵媒体としての役割も有する。生じたアンモニア溶液は直ぐにＳＣＲ−反応に使用せずに、まず中間的に貯蔵する。この目的のためには有利に多くの貯蔵容器（８ａ、８ｂ、８ｃ）を使用する。洗浄液中のアンモニア濃度を上昇させるためにポンプ（１１）を設ける、このポンプは所望のＮＨ_３−濃度が達せられるまで洗浄液を循環させる。その都度容器の１つ、例えば（８ａ）はこの洗浄循環中に接続され、他の、例えば（８ｃ）からアンモニア溶液は取り出され、選択的な接触還元の実施のための排ガス流中に注入される。この際アンモニア溶液の配量を、できるだけ僅かなアンモニア排出で達成することができるように排ガス中の窒素酸化物のその時点での濃度に適合させる。

排ガス精製に使用することにより、洗浄液は消費される。消費された量は新鮮な洗浄液を洗浄循環に供給することにより補われる。

種々の媒体流への貯蔵容器の接続は相応するバルブ装置を介して実施される。図２中には例えば好適なバルブ配置が図示されている。

アンモニアのための貯蔵媒体としては、有利に水を使用する。アンモニアは水中に高い溶解性を有し、この溶解性は生成物流中に存在する二酸化炭素の同時の吸収により更に改善される。両方の成分同士の反応により、炭酸アンモニウム、炭酸水素アンモニウムおよびカルバメートが生じる。アンモニア洗浄器中に入る前のガス流は６０〜８００℃、有利に６０〜３５０℃、特に有利に６０〜１５０℃と熱いので、例えば水蒸気部分の不所望な上昇に導くことがある。この場合にはアンモニア洗浄器の後に凝縮器を接続するか、または冷却器を吸収装置中に設ける。

全体の方法は、種々の工程の制御のためにシグナルが制御モジュール（１２）中で評価されるセンサーを用いて監視される。装置のエネルギー供給は相応する電力源もしくは電流源により行われる。センサーとしては全ての使用可能なテクノロジー、例えばサーモメーターによる温度測定、電導性の測定、キャパシティー測定、ＮＨ_３−センサー、ＮＯ−センサー、アレイセンサー、表面波センサー、光学的センサー等を動力学的または擬似動力学的測定法および評価法との組合せを考慮することができる。

生成物ガス流（６）中で高いＮＯ−濃度に、こうしてこのアンモニア製造のための貴重な原料の損失に導くことがある。従って、生成物ガス流中に高いＮＯ−濃度が生じる際には、アンモニア洗浄器（７）から出た後にこのガス流をポンプ（１０）で、再びＮＯ合成リアクターまたはＮＨ_３−合成リアクターの入口に戻す。そうでなければ、このガス流を（１２）により制御されるバルブ（９）を介してエンジンの排ガス中に供給する。その他の図示していない方法においては、洗浄器の後に、例えば合成ガスを空気と混合し、その中に含有されるＮＯを可逆的な貯蔵体、例えばＢａＯ中に吸収し、次いで残りのガス流を（１２）により制御されるバルブ（９）を介してエンジン排ガス流中に配量し、これと一緒に有害物質を精製する。短い時間間隔で合成ガスに空気を供給しない；こうして貯蔵体からＮＯの脱着が行われ、これをリッチなままで残る合成ガスとＮＯ−またはＮＨ_３−合成リアクターの入口に戻す。ＮＯの脱着のためには化学において汎用される全ての方法、例えば加熱したキャリヤーによる熱的脱着等も挙げることができる。その他に示していない方法は、特に高い還元剤要求においてＮＨ_３を含有する合成ガス（６）を直接排ガス流と混合することもできる。

装置のプラズマ電気的特性におよび／または触媒特性にマイナスに作用することのある、例えば炭素の強い堆積が生じることがある場合には、この課題のために作動の間空気だけを装置中を通すことにより、炭素を容易に除去することができる（再生）。

必要である場合、制御モジュール（１２）は排ガス中のＳＣＲ−工程の制御および調整を包含していてもよいし、または選択的な方法として、ＳＣＲ−工程のための外部制御装置を備えていてもよい。

スパークプラズマリアクターの可能な実施形を示す図。

本発明の工程スキームを示す図。

Claims (12)

1. 第１のリーン空気／燃料混合物で作動する燃焼工程のリーン排ガス中でアンモニアを用いて窒素酸化物を選択的に接触還元する方法であって、この際、選択的還元に必要なアンモニアを、ＮＨ_３−合成工程において、一酸化窒素を含有する第２のリッチな空気／燃料混合物から生成物ガス流の形成下に一酸化窒素のアンモニアへの還元により獲得する、選択的接触還元法において、一酸化窒素のアンモニアへの還元のためにＮＨ_３−合成工程において一酸化窒素を含有する第２の空気／燃料混合物を三元触媒上を通し、このようにして生じたアンモニアをアンモニア洗浄器により生成物ガス流から分離して、選択的接触還元における需要に応じて使用するために、アンモニアのための貯蔵媒体として働く洗浄液により吸収して該貯蔵媒体中に貯蔵することを特徴とする、窒素酸化物の選択的接触還元法。
2. 第２の空気／燃料混合物中に含有される一酸化窒素をＮＯ−合成工程において熱プラズマまたは電気アーク放電により空気から獲得し、生じたガス混合物を燃料の添加によりリッチにする、請求項１記載の方法。
3. 第２の空気／燃料混合物中に含有される一酸化窒素を形成するために、リッチな空気／燃料混合物をＮＯ−合成工程において電気ガス放電により処理する、請求項１記載の方法。
4. ＮＯ−合成工程において一酸化窒素の形成のために、第２の空気／燃料混合物に一酸化窒素の形成のために最適化された熱燃焼を実施する、請求項１記載の方法。
5. アンモニアの分離の後、生成物ガス流を燃焼工程の排ガス流に添加混合する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. アンモニアの分離の後、生成物ガス流の一部をＮＯ−合成工程またはＮＨ_３−合成工程の入口に供給する、請求項５記載の方法。
7. 三元触媒および貯蔵媒体がＮＨ_３−合成工程においてリアクター中に相前後して設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. アンモニアのための貯蔵媒体として水を使用する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. アンモニアの吸収を二酸化炭素の同時の吸収により改善する、請求項８記載の方法。
10. 燃焼工程が自動車の内燃機関中での過化学量論組成の空気／燃料混合物の燃焼である、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. ＮＯ−合成工程、ＮＨ_３−合成工程並びにアンモニア−洗浄器がマイクロリアクターシステムの形で構成されている、請求項１０記載の方法。
12. 三元触媒が電気的に加熱される、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。

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