JP6530222B2 - Exhaust gas aftertreatment system and method for exhaust gas aftertreatment - Google Patents
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Description
本発明は、排気ガス後処理システムに関する。本発明は、さらに、排気ガス後処理のための方法に関する。 The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system. The invention further relates to a method for exhaust gas aftertreatment.
燃焼からの炭素含有粒子状物質を最小化するために、いわゆる粒子フィルタが通常使用される。典型的な粒子フィルタ構成は、特許文献1から知られている。そのような粒子フィルタでは、セラミック、金属、または繊維質基材で構成されるフィルタ媒体が、排気ガスの貫通流を受ける。排気ガスに含まれる粒子は、フィルタ材料内に蓄積され、したがって、フィルタの清浄ガス側に到達することが防止される。フィルタは、使用年数の増加に伴って、燃焼されたエンジンオイルまたは燃料からの灰で詰まるので、定期的な間隔で清掃または交換されなければならない。交換のために、施設は、シャットダウンされなければならず、これは、特に、高い年間使用年数および可用性要件を有する発電所または船舶の設備に関係するとき、望ましくない停止時間につながる。 In order to minimize carbon-containing particulate matter from combustion, so-called particle filters are usually used. A typical particle filter configuration is known from US Pat. In such particulate filters, a filter media comprised of a ceramic, metal or fibrous substrate receives a throughflow of exhaust gas. Particles contained in the exhaust gas are accumulated in the filter material and are thus prevented from reaching the clean gas side of the filter. The filter must be cleaned or replaced at regular intervals as it will plug with ash from the burned engine oil or fuel as the age of use increases. For replacement, the facility has to be shut down, which leads to undesirable down time, especially when it comes to power plant or ship equipment with high age and availability requirements.
経験から、粒子フィルタと、排気ガスの流れ方向で見て粒子フィルタの上流に配置された少なくとも1つの排気ガス後処理アセンブリと、排気ガスの流れ方向で見て粒子フィルタの下流に配置された少なくとも1つの排気ガス後処理アセンブリとを備える、内燃機関の排気ガス後処理システムが知られている。粒子フィルタの流れ方向で見て上流に配置された排気ガス後処理アセンブリは、具体的には、二酸化窒素(NO2)への一酸化窒素(NO)の酸化のための酸化触媒コンバータである。粒子フィルタの流れ方向で見て下流に配置された排気ガス後処理アセンブリは、消音器であり得る。具体的には、排気ガス流の流れ方向で見たとき、NO2へのNOの酸化のための酸化触媒コンバータは、粒子フィルタの上流に配置され、NOは、以下の式に従って、NO2に流れ込む排気ガスに含まれる残留酸素O2の助けにより、酸化触媒コンバータ内で酸化される。
2NO+O2⇔2NO2
From experience, the particle filter, at least one exhaust gas post-treatment assembly disposed upstream of the particle filter in the flow direction of the exhaust gas, and at least downstream of the particle filter in the flow direction of the exhaust gas An exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine is known, comprising one exhaust gas aftertreatment assembly. The exhaust gas post-treatment assembly arranged upstream in the flow direction of the particle filter is, in particular, an oxidation catalytic converter for the oxidation of nitric oxide (NO) to nitrogen dioxide (NO 2 ). The exhaust gas aftertreatment assembly arranged downstream in the flow direction of the particle filter may be a silencer. Specifically, when viewed in the flow direction of the exhaust gas stream, an oxidation catalytic converter for the oxidation of NO to NO 2 is placed upstream of the particle filter, and NO is converted to NO 2 according to the formula It is oxidized in the oxidation catalytic converter with the aid of residual oxygen O 2 contained in the exhaust gas flowing into it.
2NO + O 2 ⇔ 2NO 2
二酸化窒素への一酸化窒素のこの酸化の間、高温での酸化反応の平衡は、一酸化窒素の側にある。これにより、二酸化窒素の達成可能な成分は、高温では大きく制限される。 During this oxidation of nitric oxide to nitrogen dioxide, the equilibrium of the oxidation reaction at high temperature is on the side of nitric oxide. The achievable constituents of nitrogen dioxide are thereby largely limited at high temperatures.
粒子フィルタでは、酸化触媒コンバータで抽出された二酸化窒素は、粒子フィルタ内に集まる炭素含有粒子、いわゆる煤により、一酸化炭素(CO)、二酸化炭素(CO2)、窒素(N2)、および一酸化窒素(NO)に変換される。そのプロセスでは、粒子フィルタ内に蓄積された炭素含有粒子状物質の、または煤の連続的な除去が、粒子フィルタの受動的な再生という意味で行われ、この変換は、以下の式に従って行われる。
2NO2+C→2NO+CO2
NO2+C→NO+CO
2C+2NO2→N2+2CO2
In a particulate filter, the nitrogen dioxide extracted by the oxidation catalytic converter is carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen (N 2 ), and one of carbon-containing particles, so-called soot, collected in the particulate filter. It is converted to nitric oxide (NO). In the process, continuous removal of carbon-containing particulate matter or soot accumulated in the particle filter is performed in the sense of passive regeneration of the particle filter, this conversion is performed according to the following equation .
2NO 2 + C → 2NO + CO 2
NO 2 + C → NO + CO
2C + 2NO 2 → N 2 + 2CO 2
具体的には、粒子フィルタのそのような受動的再生により、粒子フィルタ内に蓄積された炭素含有粒子状物質の、または煤の完全な変換が行われ得ないとき、粒子フィルタ内の炭素成分または煤成分は、増加し、粒子フィルタは、次いで、目詰まりに向かう傾向を有し、その結果として、最終的には、排気ガス後処理システムの上流に配置された内燃機関でのいわゆる排気ガス背圧が増大する。内燃機関での増大する排気ガス背圧は、内燃機関のパワーを低減し、燃料消費量の増加を引き起こす。 In particular, if such a passive regeneration of the particle filter does not allow a complete conversion of the carbon-containing particulate matter accumulated in the particle filter or soot, the carbon component in the particle filter or The soot content increases, and the particulate filter then has a tendency towards clogging, as a result of which the so-called exhaust gas profile in the internal combustion engine located upstream of the exhaust gas aftertreatment system is eventually The pressure increases. The increasing exhaust gas back pressure in an internal combustion engine reduces the power of the internal combustion engine and causes an increase in fuel consumption.
粒子フィルタ内の炭素含有粒子状物質の、または煤の増加を回避するために、したがって、粒子フィルタの目詰まりを回避するために、粒子フィルタに触媒コーティングを施すことも、経験からすでに知られている。ここでは、優先的に、プラチナ含有コーティングが用いられる。触媒コーティングを有するそのような粒子フィルタの使用は、しかしながら、不十分な程度にのみ、炭素含有粒子状物質、すなわち煤による粒子フィルタの詰まりを防止することができる。 It is also already known from experience to apply a catalytic coating to the particle filter to avoid an increase in or of the carbon-containing particulate matter in the particle filter and thus to avoid clogging of the particle filter There is. Here, platinum-containing coatings are preferentially used. The use of such a particulate filter with a catalytic coating, however, can only prevent clogging of the particulate filter by the carbon-containing particulate matter, ie soot, to an insufficient extent.
具体的には、これが、典型的には船用ディーゼル機関で、排気ガス後処理システムが動作される内燃機関が、例えば、重油燃料のような、硫黄を多く含有する燃料で動作される場合であるとき、灰の集中的な蓄積のせいで、排気ガス後処理システムの粒子フィルタの目詰まりが同様に生じる可能性があるというさらなる問題が存在する。具体的には、重油燃料で動作される内燃機関の場合には、粒子フィルタのメンテナンス間隔は、灰によって劇的に短くされる可能性があり、そのため、排気ガス後処理システムの意味がある動作がもはや不可能となる。 Specifically, this is typically a marine diesel engine, where the internal combustion engine on which the exhaust gas aftertreatment system is operated is operated with a high sulfur content fuel, such as, for example, heavy oil fuel. Sometimes there is a further problem that, due to the intensive accumulation of ash, clogging of the particulate filter of the exhaust gas aftertreatment system can likewise occur. Specifically, in the case of heavy oil fuel operated internal combustion engines, the maintenance intervals of the particle filter can be dramatically shortened by the ash, so that the meaningful operation of the exhaust gas aftertreatment system It will no longer be possible.
このことから始めて、本発明は、新しいタイプの排気ガス後処理システムと、排気ガス後処理のための新しいタイプの方法とを作成する目的に基づく。この目的は、請求項1による排気ガス後処理システムによって解決される。 Starting from this, the invention is based on the object of creating a new type of exhaust gas aftertreatment system and a new type of method for exhaust gas aftertreatment. This object is solved by an exhaust gas aftertreatment system according to claim 1.
本発明による排気ガス後処理システムは、排気ガスから煤または灰粒子を除去するための、内燃機関の下流の粒状体含有移動床反応器または流動床反応器の形態の粒子分離器を備え、粒子分離器では、浄化されるべき排気ガスが、少なくとも1つの排気ガス供給ラインを介して粒子分離器に供給され得、粒子分離器では、浄化された排気ガスが、少なくとも1つの排気ガス排出ラインを介して粒子分離器から排出され得、粒状体が、少なくとも1つの粒状体供給部を介して粒子分離器に供給され得、粒状体が、少なくとも1つの粒状体排出部を介して粒子分離器から排出され得、粒子分離器内の排気ガスが、粒状体のあたりを流れ、プロセスでは、煤および灰粒子が、粒状体に付着し、かつ/または、粒状体に結合され、かつ/または、粒状体と反応し、煤および灰粒子ならびに/またはその反応生成物と一緒の粒状体が、前記または各粒状体排出部を介して粒子分離器から排出され得る。 The exhaust gas aftertreatment system according to the invention comprises a particle separator in the form of a particulate-containing moving bed reactor or fluidized bed reactor downstream of the internal combustion engine for removing soot or ash particles from the exhaust gas, In the separator, the exhaust gas to be purified can be supplied to the particle separator via at least one exhaust gas supply line, and in the particle separator the purified exhaust gas can be at least one exhaust gas discharge line The particulates can be discharged via the particulate separator via the at least one particulate supply and the particulates can be fed to the particulate separator via the at least one particulate discharge from the particulate separator via the at least one particulate discharge. Exhaust gas in the particle separator may flow around the particles, and in the process, soot and ash particles adhere to the particles and / or are bound to the particles and / or particulate Body and reaction , Granulate together with soot and ash particles and / or reaction products thereof, may be discharged from the particle separator through the or each granulate discharge unit.
さらに、本発明による排気ガス後処理システムは、粒状体と一緒の、粒子分離器から放出された煤および灰粒子ならびに/またはその反応生成物を粒状体から分離するため、ならびに、煤および灰粒子から、かつ/またはその反応生成物から分離された粒状体の、少なくとも1つの粒状体供給部を介する粒子分離器内への少なくとも部分的な戻りのための、粒子分離器に割り当てられた分離デバイスを備える。 Furthermore, the exhaust gas post-treatment system according to the invention is for separating soot and ash particles emitted from the particle separator and / or their reaction products from the particulates together with the particulates, and for the soot and ash particles Separation device assigned to a particle separator for at least partial return of particles separated therefrom and / or from their reaction products into a particle separator via at least one particle feed Equipped with
本発明は、粒状体含有移動床反応器または流動床反応器の形態の少なくとも1つの粒子分離器と、粒子分離器に割り当てられた分離デバイスとを備える排気ガス後処理システムを提案する。粒子分離器では、煤および灰粒子は、排気ガスから効果的に分離され得、粒状体を介して排出され得る。分離デバイスでは、粒状体は、浄化された粒状体を少なくとも部分的に粒子分離器に再び戻すために、煤および灰粒子から、かつ/または、粒状体と煤および灰粒子の反応生成物から分離され得る。したがって、効果的な排気ガス浄化、すなわち、内燃機関の排気ガスからの煤および灰粒子の除去が可能である。具体的には、例えば、船舶で用いられる、重油燃料で動作される内燃機関の場合、内燃機関の排気ガスからの煤および灰粒子の効果的な除去が実現され得る。 The invention proposes an exhaust gas aftertreatment system comprising at least one particle separator in the form of a particulate-containing moving bed reactor or a fluidized bed reactor and a separation device assigned to the particle separator. In the particle separator, soot and ash particles can be effectively separated from the exhaust gas and can be discharged via particulates. In the separation device, the particulates are separated from the soot and ash particles and / or from the reaction products of the particulates and soot and ash particles, in order to at least partially return the cleaned particulates back to the particle separator. It can be done. Thus, effective exhaust gas purification, ie removal of soot and ash particles from the exhaust gas of an internal combustion engine, is possible. Specifically, for example, in the case of heavy oil fuel operated internal combustion engines used on ships, effective removal of soot and ash particles from the exhaust gases of the internal combustion engine may be realized.
有利なさらなる発展によれば、粒子分離器は、排気ガスが、水平方向に粒子分離器を通過し、粒状体が、前記または各粒状体供給部を介して粒子分離器に供給され得、底部から前記または各粒状体排出部を介して排出され得、垂直方向の前記または各粒状体供給部と前記または各粒状体排出部との間の粒状体の移動または流れ方向が、排気ガスの流れ方向に対して交差するように、排気ガスおよび粒状体のクロスフローの移動床反応器または流動床反応器として設計される。そのようなクロスフロー粒子分離器は、内燃機関の排気ガスからの煤および灰粒子の特に効果的な除去を可能にする。 According to an advantageous further development, the particle separator can be such that the exhaust gas passes horizontally through the particle separator, the particles can be fed to the particle separator via the or each particle feed and the bottom The particulate matter may be discharged from the or each granular material discharge part, and the movement or flow direction of the granular material between the or each granular material supply part and the or each granular material discharge part in the vertical direction may be the flow of exhaust gas. It is designed as a cross-flow moving bed reactor or fluidized bed reactor for exhaust gas and particulates so as to cross the direction. Such cross flow particle separators allow particularly effective removal of soot and ash particles from the exhaust gases of internal combustion engines.
優先的に、粒子分離器は、多段で具体化され、排気ガスは、粒子分離器の個々の段を通って連続的に流れ、個々の段では、粒状体の化学組成、および/または、粒状体のサイズ、および/または、粒状体の移動もしくは流れの速度、および/または、排気ガスの流速が、互いからずれる。内燃機関の排気ガスからの煤および灰粒子の除去の有効性は、それによってさらに向上され得る。 Preferentially, the particle separator is embodied in multiple stages and the exhaust gas flows continuously through the individual stages of the particle separator, in each stage the chemical composition of the granules and / or the particles The size of the body and / or the speed of movement or flow of the particles and / or the flow rate of the exhaust gas deviate from one another. The effectiveness of the removal of soot and ash particles from the exhaust gas of an internal combustion engine can thereby be further improved.
有利なさらなる発展によれば、排気ガス後処理システムは、SO3へのSO2の酸化のための、粒子分離器の上流で内燃機関の下流に配置された酸化触媒コンバータを備え、SO3および/または凝結H2SO4は、粒子分離器内の煤の直接の酸化のために役立つ。SO3へのSO2の酸化のための酸化触媒コンバータを経て、粒子分離器内の煤の酸化は、改善され得る。 According to an advantageous further development, the exhaust gas aftertreatment system comprising for the oxidation of SO 2 to SO 3, an oxidation catalytic converter arranged downstream of the internal combustion engine upstream of the particle separator, SO 3 and And / or condensed H 2 SO 4 serves for the direct oxidation of soot in the particle separator. Through the oxidation catalytic converter for the oxidation of SO 2 to SO 3 , the oxidation of soot in the particle separator can be improved.
さらなる有利なさらなる発展によれば、NO2へのNOの酸化のための酸化触媒コンバータが、粒子分離器の上流で、内燃機関の下流に配置され、NO2が、粒子分離器内の煤の酸化のために役立ち、NO2へのNOの酸化のための酸化触媒コンバータが、SO3へのSO2の酸化のための酸化触媒コンバータに並列に接続され、遮断弁を介して排気ガス流から遮断され得る。硫黄を比較的多く含む燃料による内燃機関の動作中、排気ガス流は、SO3へのSO2の酸化のための酸化触媒コンバータを介して導通され得、硫黄を比較的少なく含む燃料による内燃機関の動作中、排気ガス流は、NO2へのNOの酸化のための酸化触媒コンバータを介して導通され得る。この構成は、異なるタイプの燃料を有する内燃機関が動作されるとき、有利である。これは、船用機関の場合である。 According to a further advantageous further development, the oxidation catalytic converter for oxidation of NO to NO 2 is upstream of the particle separator, arranged downstream of the internal combustion engine, NO 2 is soot in the particle separator Useful for oxidation, an oxidation catalytic converter for the oxidation of NO to NO 2 is connected in parallel to the oxidation catalytic converter for the oxidation of SO 2 to SO 3 and from the exhaust gas stream via a shutoff valve It can be blocked. During operation of an internal combustion engine with a fuel that is relatively rich in sulfur, the exhaust gas stream can be conducted through an oxidation catalytic converter for the oxidation of SO 2 to SO 3, and the internal combustion engine with a fuel that is relatively low in sulfur during operation, the exhaust gas stream can be conducted through the oxidation catalytic converter for oxidation of NO to NO 2. This configuration is advantageous when an internal combustion engine with different types of fuel is operated. This is the case of a marine engine.
排気ガス過給器付き内燃機関の場合には、SO3へのSO2の酸化のための酸化触媒コンバータは、排気ガスターボ過給器のタービンの上流に配置され、粒子分離器は、タービンの上流に配置される。タービンの上流に存在する比較的高い温度および圧力のため、酸化触媒コンバータでのSO3へのSO2の酸化は、促進される。 In the case of an internal combustion engine with exhaust gas turbocharger, an oxidation catalytic converter for the oxidation of SO 2 to SO 3 is arranged upstream of the turbine of the exhaust gas turbocharger, and the particle separator is upstream of the turbine Will be placed. The oxidation of SO 2 to SO 3 at the oxidation catalytic converter is promoted because of the relatively high temperature and pressure present upstream of the turbine.
さらなる有利なさらなる発展によれば、本発明による排気ガス後処理システムは、一方では、煤の酸化のための酸化剤が供給され得、他方では、分離デバイス内の粒状体から分離された煤および灰粒子が供給され得る、分離デバイスの下流に配置された反応器を備える。分離デバイスの下流で、粒状体から分離された灰は、したがって、煤から効果的に解放され得る。反応器は、さらなる実施形態では、炭素を含有する煤が分離デバイスに入る前にさえ酸化され得るように、粒子分離器と分離デバイスとの間にも配置され得る。本発明による排気ガス後処理のための方法は、請求項15に定義される。 According to a further advantageous further development, the exhaust gas aftertreatment system according to the invention can, on the one hand, be supplied with an oxidizing agent for the oxidation of soot and, on the other hand, soot and particulates separated from particulate matter in the separation device. A reactor is provided downstream of the separation device, to which ash particles can be supplied. Downstream of the separation device, the ash separated from the particulates can thus be effectively released from the weir. The reactor may also be arranged between the particle separator and the separation device, in a further embodiment, so that the carbon-containing soot can be oxidized even before it enters the separation device. A method for exhaust gas aftertreatment according to the invention is defined in claim 15.
本発明の好ましいさらなる発展は、従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態は、これに限定されることなく、図面の助けによりさらに詳細に説明される。 Preferred further developments of the invention result from the dependent claims and the following description. Exemplary embodiments of the invention are described in more detail with the aid of the drawings, without being limited thereto.
本発明は、内燃機関のための、好ましくは、例えば、重油燃料のような、硫黄を多く含む燃料で動作される、船舶で用いられる内燃機関のための排気ガス後処理システムに関する。 The present invention relates to an exhaust gas aftertreatment system for internal combustion engines used on ships, preferably operated on fuel rich in sulfur, for example heavy fuel oil, for example.
図1は、内燃機関1の下流に配置された排気ガス後処理システム2の第1の例示的な実施形態を示す。図1の排気ガス後処理システム2は、内燃機関1の下流に配置された粒子分離器3を備える。粒子分離器3は、内燃機関1の排気ガスから煤および灰粒子を除去するために役立つ、粒状体含有移動床反応器または流動床反応器である。
FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an exhaust
粒子分離器3の上流の排気ガスの流れ方向で見て、および、粒子分離器3の下流の排気ガスの流れ方向でも見て、排気ガス後処理システムの少なくとも1つのさらなる排気ガス後処理構成要素が、それぞれ配置され得ることが、ここで指摘される。
At least one further exhaust gas aftertreatment component of the exhaust gas aftertreatment system, viewed in the flow direction of the exhaust gas upstream of the
粒子分離器3は、少なくとも1つの排気ガス供給ライン4を介して、粒子分離器3で浄化されるべき排気ガスを供給され得る。粒子分離器3で浄化された排気ガスは、少なくとも1つの排気ガス排出ライン5を介して、粒子分離器3から排出され得る。粒子分離器3で必要とされる粒状体は、少なくとも1つの粒状体供給部6を介して粒子分離器3に供給され得、粒状体は、少なくとも1つの粒状体排出部7を介して粒子分離器3から排出され得る。
The
粒子分離器3では、排気ガスは、粒状体の周囲を循環し、プロセスでは、排気ガスからの煤および灰粒子は、粒状体に付着し、かつ/または、粒状体に結合され、かつ/または、粒状体と反応し、煤および灰粒子と一緒の粒状体、および/または、その反応生成物は、前記または各粒状体排出部7を介して粒子分離器3から排出され得る。
In the
粒子分離器3は、分離デバイス8を割り当てられる。分離デバイス8は、前記または各粒状体排出部7を介して粒子分離器3から排出された粒状体を、煤および灰粒子、ならびに/またはその反応生成物と一緒に供給され得、分離デバイス8は、煤および灰粒子、ならびに/またはその反応生成物を、粒状体から分離する。煤および灰粒子、ならびに/またはその反応生成物は、矢印9に従って、粒状体からの分離に続いて分離デバイス8から排出され得、浄化された粒状体は、矢印10に従って、少なくとも1つの粒状体供給部6を介して粒子分離器3内に少なくとも部分的に戻され得る。
The
図2は、粒子分離器3の詳細を示し、図2に概略的に示される粒子分離器3は、多段で具体化される。排気ガス供給ライン4を介して図2の粒子分離器3に供給され得る、粒子分離器3で浄化されるべき排気ガスは、最初に、第1の段11を通って流れ、続いて、その後、排気ガス排出ライン5を介して粒子分離器3から排出されるために、粒子分離器3の第2の段12を通って流れる。粒子分離器3の両方の段11および12は、各々、移動床反応器または流動床反応器として具体化され、これらの2つの段11および12の各々は、粒状体供給部6を介して、それぞれの段11、12で必要とされる粒状体13および14をそれぞれ供給され得、それぞれの粒状体13、14は、粒状体排出部7を介して、それぞれの段11、12から排出され得る。
FIG. 2 shows the details of the
具体的には、図2に示すように、粒子分離器3が多段で具体化されるとき、粒状体13、14の化学組成、および/または、粒状体13、14のサイズ、および/または、粒状体13、14の移動もしくは流れの速度、および/または、排気ガスの流速は、優先的に、粒子分離器3の個々の段11、12で互いからずれることができる。
Specifically, as shown in FIG. 2, when the
したがって、例えば、個々の段11、12で、同一の化学組成を有するが、異なる粒度、および異なる移動または流れの速度を有する粒状体を使用することが可能である。さらに、例えば、個々の段11、12で、異なる化学組成を有する粒状体13、14、すなわち、一方では触媒的に活性な、他方では触媒的に不活性な粒状体を使用することが可能である。具体的には、個々の段11、12で、その化学組成に関して異なる粒状体13、14が使用されるときでも、粒状体のサイズ、および/または、粒状体の移動もしくは流れの速度は、個々の段11、12で互いからずれることができる。
Thus, for example, in the
移動床反応器または流動床反応器として具体化された粒子分離器3は、優先的に、排気ガスおよび粒状体のクロスフローでの粒子分離器3である。
The
したがって、排気ガスが水平方向に粒子分離器3を通過し、一方、それぞれの段11、12の個々の段11、12の粒状体13および14が、それぞれ、上部から供給され得、底部からそれぞれの段11、12から排出され得、それぞれの粒状体13、14の移動および流れの方向が、排気ガスの流れ方向24と交差して上から下に垂直方向に進むことは、具体的には図2から明らかである。これは、粒子分離器3内の煤および灰粒子の特に効果的な除去を可能にする。
Thus, the exhaust gas passes horizontally through the
すでに上記で説明したように、触媒的に不活性な粒状体は、粒子分離器3内の粒状体13、14として利用され得る。ここで、コージェライト、グラニット、コランダム、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、または金属材料の粒状体が、具体的には用いられ得る。粒子分離器3の段11、12内の煤および灰粒子を偏向させることによって、煤および灰粒子は、衝撃(impaction)、および/または拡散、および/または遮断(interception)を介して、粒状体上で分離される。
As already explained above, catalytically inactive particles can be used as
図3は、図1の排気ガス後処理システム2のさらなる発展を示し、分離デバイス8の下流に、反応器15が配置される。反応器15は、一方では、矢印9に従って分離デバイス8から開始して煤および灰粒子を供給され得、同様に、矢印16に従って酸化剤を供給され得る。反応器15では、煤粒子は、それによって煤の灰を解放するために、酸化される。煤から開放された灰は、矢印17に従って酸化触媒コンバータ15から排出され得る。煤の酸化中に作成されたCO2は、矢印18に従って反応器15から排出される。
FIG. 3 shows a further development of the exhaust
反応器15での酸化剤として、H2SO4および/またはHNO3および/またはNO2および/またはSO3および/またはSO2は、優先的に利用され得る。具体的には、反応器15からのNO2および/またはSO3が酸化剤として利用されるとき、これらの酸化剤は、排気ガスに含まれるNOおよび/またはSO2の酸化を介して触媒24で生成され得る。H2SO4およびHNO3は、その後の凝縮を介して抽出され得る。H2SO4(硫酸)は、具体的には250℃未満の温度で、煤を効果的に酸化することができる。凝縮は、別個の凝縮器25で、および/または反応器15で行うことができる。
As an oxidizing agent in reactor 15, H 2 SO 4 and / or HNO 3 and / or NO 2 and / or SO 3 and / or SO 2 may be preferentially utilized. Specifically, when the NO 2 and / or SO 3 from the reactor 15 is utilized as an oxidant, these oxidants can be used to catalyze the
この場合の酸化剤としてSO3の助けによる酸化触媒コンバータ15での煤の酸化は、以下の反応式に従って行われる。
2SO3+C→CO2+2SO2
SO3+C→CO+SO2
The oxidation of soot in the oxidation catalytic converter 15 with the aid of SO 3 as oxidant in this case takes place according to the following reaction equation:
2SO 3 + C → CO 2 + 2SO 2
SO 3 + C → CO + SO 2
酸化触媒コンバータ15での煤の酸化を促進させるために、酸化触媒コンバータ15に供給される煤および灰粒子を、定義されたプロセス温度に加熱するために、加熱デバイスが、酸化触媒コンバータ15の上流に配置され得る。 A heating device is provided upstream of the oxidation catalytic converter 15 to heat the soot and ash particles supplied to the oxidation catalytic converter 15 to a defined process temperature in order to promote the oxidation of soot at the oxidation catalytic converter 15. Can be placed.
内燃機関1に割り当てられた排気ガス後処理システム2のさらなる例示的な実施形態が、図4によって示され、図4の例示的な実施形態は、粒子分離器3の上流で、内燃機関1の下流に、SO3へのSO2の酸化のための酸化触媒コンバータ19が設けられる点で、図1の例示的な実施形態と異なる。酸化触媒コンバータ19では、SO3へのSO2の酸化は、以下の反応式に従って行われる。
2SO2+O2⇔2SO3
A further exemplary embodiment of the exhaust
2SO 2 + O 2 ⇔ 2SO 3
酸化触媒コンバータ3では、内燃機関1の排気ガスに含まれるSO2は、SO3に酸化され、このプロセスで抽出されるSO3は、粒子分離器3での直接の煤の酸化のために役立つ。この場合の酸化触媒コンバータ19で形成されるSO3の助けによる粒子分離器3での煤の酸化は、再び以下の反応式に従って行われる。
2SO3+C→CO2+2SO2
SO3+C→CO+SO2
In the oxidation
2SO 3 + C → CO 2 + 2SO 2
SO 3 + C → CO + SO 2
排気ガスを硫酸露点未満に冷却するならば、H2SO4(硫酸)の凝結は、以下の反応式に従って行われ、
SO3+H2O→H2SO4
ここで、H2SO4は、同様に粒子分離器3での煤の酸化のために利用され得る。ここで、硫酸は、具体的には250℃未満の排気ガス温度で煤を効果的に酸化することができる。
If the exhaust gas is cooled below the sulfuric acid dew point, condensation of H 2 SO 4 (sulfuric acid) is performed according to the following reaction equation:
SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4
Here, H 2 SO 4 can likewise be used for the oxidation of soot in the
酸化触媒コンバータ19は、バナジウム(V)、および/またはカリウム(K)、および/またはナトリウム(Na)、および/または鉄(例えば)、および/またはセリウム(Ce)、および/またはセシウム(Cs)、および/またはこれらの元素の酸化物を、SO3へのSO2の酸化のための活性成分として使用し、ここで、酸化触媒コンバータ19は、酸化タングステンWO3によって安定化された酸化チタンTiO2および/または酸化ケイ素SiO2を優先的に利用する。SO3へのSO2の酸化のための活性成分として存在する、酸化触媒コンバータ19内のバナジウムの成分は、5%よりも多く、好ましくは7%よりも多く、特に好ましくは9%よりも多い。バナジウムを排気ガス中に導入すること、および/または、内燃機関を動作させるためにバナジウム含有燃料を利用することも可能である。バナジウム成分は、少なくとも20mg/kg、好ましくは50mg/kg、最も好ましくは75mg/kgである。酸化触媒コンバータ19でのSO3へのSO2の変換は、酸化触媒コンバータ19の下流で、粒子分離器3の領域内で、少なくとも7:1、好ましくは少なくとも12:1、特に好ましくは少なくとも16:1のSO3と煤との間の質量比が存在するように行われる。
The oxidation
図5は、図4の排気ガス後処理システム2のさらなる発展を示し、図5の内燃機関は、排気ガス過給器付き内燃機関であり、排気ガスは、機械的エネルギーを抽出するために、排気ガスターボ過給器のタービン20内で膨張され、機械的エネルギーは、排気ガスターボ過給器の圧縮機内で内燃機関1に供給されるべき充填空気を圧縮するために、図示されていない排気ガスターボ過給器の圧縮機を駆動するために役立つ。具体的には排気ガス後処理システム2が、図5に示すようにそれに応じてタービン20を備えるとき、酸化触媒コンバータ19は、タービン20の上流に配置され、粒子分離器3は、タービン20の下流に配置される。排気ガスターボ過給器のタービン20の上流の高い圧力および温度は、酸化触媒コンバータ19でのSO3へのSO2の酸化を助ける。
5 shows a further development of the exhaust
図4の排気ガス後処理システム2のさらなる有利なさらなる発展が、図6によって示され、図6のバージョンは、具体的には、比較的高い硫黄含有量を有する燃料と、比較的低い硫黄含有量を有する燃料の両方で動作されるような内燃機関1で利用される。したがって、図6は、SO3へのSO2の酸化のための、内燃機関1の上流に配置された酸化触媒コンバータ19と、酸化触媒コンバータ19の下流に配置された粒子分離器3とを備える、排気ガス後処理システム2を示すが、図6の排気ガス後処理システム2は、NO2へのNOの酸化のための酸化触媒コンバータ21を追加で備える。酸化触媒コンバータ21で抽出されたNO2は、同様に、粒子分離器3での煤の酸化のために役立つ。図6では、NO2へのNOの酸化のための酸化触媒コンバータ21は、SO3へのSO2の酸化のための酸化触媒コンバータ19と並列に接続され、内燃機関の排気ガスは、遮断弁22、23の開度位置に依存して酸化触媒コンバータ19または酸化触媒コンバータ21のいずれかを介して導通される。
A further advantageous further development of the exhaust
具体的には、内燃機関1が、硫黄を比較的多く含む燃料で動作されるとき、内燃機関1の排気ガス流が、次いで、SO3へのSO2の酸化のための酸化触媒コンバータ19を介して導通され、NO2へのNOの酸化のための酸化触媒コンバータ21が、排気ガス流から分離されるように、遮断弁22が開かれ、遮断弁23が閉じられる。対照的に、図6の内燃機関1が、硫黄を比較的少なく含む燃料で動作される場合、排気ガスが、NO2へのNOの酸化のための酸化触媒コンバータ21を介して導通され、SO3へのSO2の酸化のための酸化触媒コンバータ19が、排気ガス流から分離または遮断されるように、遮断弁23が開かれ、遮断弁22が閉じられる。図6のバージョンは、一方では、硫黄を比較的多く含む燃料で動作され、他方では、硫黄を比較的少なく含む燃料で動作される船用機関での使用に特に適している。
In particular, when the internal combustion engine 1 is operated with a fuel which is relatively rich in sulfur, the exhaust gas stream of the internal combustion engine 1 then carries out the oxidation
具体的には、硫黄を多く含む燃料での内燃機関1の動作中、遮断弁23が閉じられると、NO2へのNOの酸化のために役立つ酸化触媒コンバータ21は、無硫黄を維持することになる。
Specifically, during operation of the internal combustion engine 1 with a fuel rich in sulfur, the oxidation catalytic converter 21 serving for the oxidation of NO to NO 2 remains sulfur-free when the shut-off
これに代わるものは、遮断弁を省略し、酸化触媒コンバータ21を、硫黄を多く含む燃料での動作に続く、排気ガス温度が上昇され、したがって、硫黄が酸化触媒コンバータ21で脱着される動作に適するようにすることにある。遮断弁22、23を有するバージョンは、しかしながら、硫黄を含む燃料での内燃機関1の動作に続いて、酸化触媒コンバータ21が、すぐにその後の動作の準備ができているので、好ましい。
An alternative to this is to omit the shut-off valve and to operate the oxidation catalytic converter 21 following operation with a fuel rich in sulfur, so that the exhaust gas temperature is increased and thus sulfur is desorbed at the oxidation catalytic converter 21. It is about making it suitable. The version with the shut-off
上記の例示的な実施形態では、排気ガスは、粒子分離器3を連続的に流れ、粒状体は、連続的または周期的に粒子分離器3に供給され得、連続的または周期的に粒子分離器3から排出され得る。
In the above exemplary embodiments, the exhaust gas can flow continuously through the
上記の例示的な実施形態の分離デバイス8は、例えば、ドラムピーラ、ドラムスクリーン、振動スクリーン、ミル、または、粒状体を洗浄するための洗浄媒体として水を使用する洗浄デバイスであり得る。
The
すでに上述したように、触媒的に活性な粒状体は、また、粒子分離器3内の粒状体13、14として利用され得る。この場合には、排気ガスの成分は、粒子分離器3内の粒状体と反応することができ、ドラムピーラは、次いで、排気ガスの成分と反応している粒状体の殻を、排気ガスの成分とまだ反応していない粒状体の核から分離するために、分離デバイス8として優先的に利用される。
As already mentioned above, catalytically active granules can also be used as
本発明による内燃機関を出る排気ガスの排気ガス後処理のための方法により、排気ガスは、粒子分離器3を介して導通され、粒子分離器3から排出された粒状体と一緒の煤および灰粒子ならびに/またはその反応生成物は、分離デバイス8で粒状体から分離され、煤および灰粒子ならびに/またはその反応生成物から分離された粒状体は、少なくとも部分的に粒子分離器3内に戻される。排気ガス後処理のための方法のさらなる詳細は、本発明による図1〜図6の排気ガス後処理システムの上記の説明から得られる。
According to the method for exhaust gas post-treatment of the exhaust gas leaving the internal combustion engine according to the invention, the exhaust gas is conducted via the
1 内燃機関
2 排気ガス後処理システム
3 粒子分離器
4 排気ガス供給ライン
5 排気ガス排出ライン
6 粒状体供給部
7 粒状体排出部
8 分離デバイス
9 灰および煤粒子
10 浄化された粒状体
11 段
12 段
13 粒状体
14 粒状体
15 酸化触媒コンバータ
16 酸化剤
17 灰
18 二酸化炭素
19 酸化触媒コンバータ
20 タービン
21 酸化触媒コンバータ
22 遮断弁
23 遮断弁
24 排気ガス流
1 Internal combustion engine
2 Exhaust gas post-treatment system
Three particle separator
4 Exhaust gas supply line
5 Exhaust gas discharge line
6 Granule feed section
7 Granule discharge part
8 separation devices
9 Ash and soot particles
10 Particulate Matter Purified
11 stages
12 stages
13 granular body
14 granular body
15 oxidation catalytic converter
16 Oxidizer
17 Ash
18 carbon dioxide
19 Oxidation catalytic converter
20 turbines
21 Oxidation catalytic converter
22 shut off valve
23 shutoff valve
24 Exhaust gas flow
Claims (14)
内燃機関(1)の下流に配置された、排気ガスから煤または灰粒子を除去するための粒状体含有移動床反応器または流動床反応器の形態の粒子分離器(3)であって、前記粒子分離器(3)で浄化されるべき排気ガスが、少なくとも1つの排気ガス供給ライン(4)を介して前記粒子分離器(3)に供給され得、前記粒子分離器(3)で浄化された排気ガスが、少なくとも1つの排気ガス排出ライン(5)を介して前記粒子分離器(3)から排出され得、粒状体(13、14)が、少なくとも1つの粒状体供給部(6)を介して前記粒子分離器(3)に供給され得、粒状体(13、14)が、少なくとも1つの粒状体排出部(7)を介して前記粒子分離器(3)から排出され得、前記粒子分離器(3)内の前記排気ガスが、前記粒状体(13、14)のあたりを流れ、プロセスでは、煤および灰粒子が、前記粒状体(13、14)に付着し、かつ/または、前記粒状体(13、14)に結合され、かつ/または、前記粒状体(13、14)と反応し、前記煤および灰粒子ならびに/またはその反応生成物と一緒の前記粒状体(13、14)が、少なくとも1つの前記粒状体排出部(7)を介して前記粒子分離器(3)から排出され得る、粒子分離器(3)と、
前記粒状体(13、14)と一緒の、粒子分離器(3)から放出された煤および灰粒子ならびに/またはその反応生成物を粒状体(13、14)から分離するため、ならびに、前記煤および灰粒子から、かつ/またはその反応生成物から分離された前記粒状体の、少なくとも1つの前記粒状体供給部(6)を介する前記粒子分離器(3)内への少なくとも部分的な戻りのための、前記粒子分離器(3)に割り当てられた分離デバイス(8)と
を有し、
前記排気ガス後処理システムは、SO 3 へのSO 2 の酸化のための、前記粒子分離器(3)の上流でかつ前記内燃機関(1)の下流に配置された酸化触媒コンバータ(19)をさらに有し、
SO 3 および/または凝結H 2 SO 4 が前記粒子分離器(3)内の煤の直接の酸化のために作用する、内燃機関(1)のための排気ガス後処理システム(2)。 An exhaust gas aftertreatment system (2) for an internal combustion engine (1),
A particle separator (3) arranged downstream of an internal combustion engine (1) for removing soot or ash particles from exhaust gas in the form of a moving bed reactor or fluidized bed reactor containing particulate matter, said The exhaust gas to be purified in the particle separator (3) may be supplied to the particle separator (3) via at least one exhaust gas supply line (4) and purified in the particle separator (3) The exhaust gas can be discharged from the particle separator (3) via at least one exhaust gas discharge line (5), the granules (13, 14) comprising at least one granule supply (6) Can be fed to the particle separator (3) via the at least one particle outlet (7) and the particles (13, 14) can be discharged from the particle separator (3), the particles The exhaust gas in the separator (3) flows around the granules (13, 14), and in the process soot and ash particles adhere to the granules (13, 14), And / or the particulates bound to the particulates (13, 14) and / or reacted with the particulates (13, 14), together with the soot and ash particles and / or their reaction products A particle separator (3) , wherein (13, 14) may be discharged from said particle separator (3) via at least one said particulate discharge (7);
For separating the soot and ash particles released from the particle separator (3) and / or the reaction product thereof from the particulate (13, 14) together with the particulate (13, 14), and the soot And at least partial return of the particles separated from the ash particles and / or from the reaction product thereof into the particle separator (3) via the at least one particle feed (6) of the particle separator and (3) assigned to the separation device (8) possess Therefore,
The exhaust gas aftertreatment system comprises an oxidation catalytic converter (19) arranged upstream of the particle separator (3) and downstream of the internal combustion engine (1) for the oxidation of SO 2 to SO 3 In addition,
SO 3 and / or the exhaust gas aftertreatment system for condensing H 2 SO 4 is applied for direct oxidation of soot of said particle separator (3) in an internal combustion engine (1) (2).
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