WO2000037780A1 - Abgasreinigung zum reduzieren von stickoxiden aus sauerstoffhaltigen abgasen einer brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasreinigung zum reduzieren von stickoxiden aus sauerstoffhaltigen abgasen einer brennkraftmaschine Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to an exhaust gas purification system for the reduction of nitrogen oxides in oxygen-containing exhaust gases from an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.
  • Such an exhaust gas cleaning system is known from DE 44 40 833 A1.
  • a first catalytic converter is arranged near the combustion chamber and a second catalytic converter away from the combustion chamber in an exhaust line of the internal combustion engine.
  • a metering device for a reducing agent that can be supplied to the exhaust gas is assigned to each catalyst.
  • the nitrogen oxides (NO x ) that occur in the oxygen-containing exhaust gases during lean engine operation are converted or reduced in the catalysts.
  • the catalysts used are accordingly generally referred to as “Denox catalysts”. Since the known exhaust gas purification device has different exhaust gas inlet temperatures in the combustion chamber near and in the combustion chamber, the two catalysts have a different structure, each adapted to the different exhaust gas inlet temperatures.
  • the exhaust gas purification system according to the invention with the features of claim 1 has the advantage that the Denox catalyst composed of several catalyst elements and the associated reducing agent feeds are accommodated in a coherent section of the exhaust line, which results in simplified assembly.
  • the use of the exhaust gas purification system according to the invention results in a very high conversion efficiency for the reduction of the nitrogen oxides contained in the exhaust gases. While an NO x conversion degree of less than 50% is achieved with conventional individual Denox catalysts, conversion degrees of more than 75% can be achieved with the cleaning system according to the invention. The cleaning effect for exhaust gases containing nitrogen oxide is thus considerably increased.
  • the catalyst elements and the respectively assigned reducing agent feeds can be formed integrally in a common catalyst body.
  • the Denox catalyst according to the invention can thus be installed like a conventional catalyst.
  • the supply of reducing agent is preferably carried out in stages along the flow path of the catalyst body.
  • the individual catalytic converter elements can each be designed as a separate catalytic converter body, which are arranged in series in the exhaust line section, the reducing agent supply assigned to the respective catalytic converter element opening into the exhaust line upstream of each catalytic converter body.
  • the Denox catalytic converter is built up from a group of individual catalytic converter bodies, which can simply be combined to form an assembly, e.g. as part of a pre-assembly. Such an assembly is in turn easy to handle and assemble.
  • the downstream last catalyst element is dimensioned in such a way that the reducing agents entering therein are essentially completely oxidized.
  • the reducing agents entering the last downstream catalyst element are composed of the reducing agent supplied from the reducing agent feed for this catalyst element and of the as yet unoxidized residual amounts of those reducing agents which have been supplied to the catalyst elements arranged upstream of the last catalyst element .
  • FIG. 1 shows a schematic, circuit-diagram-like basic illustration of an exhaust gas cleaning system according to the invention in a first embodiment
  • FIG. 2 shows an illustration like FIG. 1, but with another embodiment.
  • Denox catalyst 3 arranged. To fuel consumption
  • Reducing agent supply device 4 a reducing agent, e.g. Fuel, added.
  • a reducing agent e.g. Fuel
  • Reducing agent whereby the nitrogen oxides are converted into harmless exhaust gases.
  • the Denox catalytic converter 3 is constructed from a plurality of catalytic converter elements 5, which are integrally formed in a common catalytic converter body 6. Reductant is introduced into the exhaust line 1 upstream of each individual catalytic converter element 5. In the embodiment according to FIG. 1, a reducing agent line 7 branches accordingly.
  • the Denox catalytic converter 3 according to the invention thus forms a component which can be assembled in a conventional manner.
  • the individual catalytic converter elements 5 can each be designed as separate catalytic converter bodies 6, which are arranged in series in the exhaust gas line 1 in a coherent section of the exhaust gas line 1.
  • each of the catalyst bodies 6 is assigned a reducing agent supply arranged upstream.
  • the illustrated exemplary embodiment has a separate reducing agent line 7 for each catalyst element 5. Since the individual catalytic converter bodies 6 are arranged in a coherent section of the exhaust line 1, they can also simply be combined to form an assembly which as such can be completely preassembled and can be installed in the exhaust line 1 as part of the final assembly.
  • the individual catalyst elements 5 are preferably of identical construction, so that no special manufacturing outlay is required here either.
  • the achievable NO x conversion rate can be significantly increased in the Denox catalyst 3 according to the invention. Since the individual quantities of reducing agent to be supplied to the exhaust gases upstream of the j ejon catalyst elements 5 are adjusted to the j e election catalyst elements 5, the aforementioned increase in the NO x -Um GmbHsgrades can also take place without an increase in the required amount of reducing agent, so that Reducing agent and therefore preferably fuel can be saved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage zur Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen einer Brennkraftmaschine mit einer Reduktionsmittelzuführungseinrichtung und mit einem Stickoxide reduzierenden Katalysator (Denox-Katalysator). Um die NOx-Umsetzungsrate zu verbessern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Denox-Katalysator aus mehreren, in Reihe geschalteten Katalysatorelementen aufgebaut wird, die in einem zusammenhängenden Abschnitt eines Abgasstranges angeordnet sind, wobei die Reduktionsmittelzuführungseinrichtung jedem Katalysator-Element separat Reduktionsmittel eingangsseitig zuführt.

Description

Abgasreinigung zum Reduzieren von Stickoxiden aus sauerstoffhaltigen Abgasen einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Abgasreinigungsanlage zur Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.
Aus der DE 44 40 833 A1 ist eine derartige Abgasreinigungsanlage bekannt. Dort sind in einem Abgasstrang der Brennkraftmaschine ein erster Katalysator brennraumnah und ein zweiter Katalysator brennraumfern angeordnet. Jedem Katalysator ist eine Dosiereinrichtung für ein dem Abgas zuführbares Reduktionsmittel zugeordnet. Mit Hilfe des Reduktionsmittels werden in den Katalysatoren die Stickoxide (NOx) , die bei magerem Motorbetrieb in den sauerstoffhaltigen Abgasen auftreten, umgesetzt bzw. reduziert. Die dabei verwendeten Katalysatoren werden dementsprechend im allgemeinen als „Denox-Katalysator" bezeichnet. Da bei der bekannten Abgasreinigungseinrichtung im brennraumnahen und im brennraumfernen Katalysator unterschiedliche Abgaseintrittstemperaturen herrschen, weisen die beiden Katalysatoren einen unterschiedlichen, jeweils an die unterschiedlichen Abgaseintrittstemperaturen angepaßten Aufbau auf. Darüber hinaus arbeiten die dem jeweiligen Katalysator zugeordneten Dosiereinrichtungen unabhängig voneinander und verbessern dadurch die insgesamt erzielbare Stickoxid-Umsetzung in den Katalysatoren. Bei dieser Abgasreinigungsanlage ist nachteilig, daß für die Anordnung verschiedener Katalysatoren an voneinander entfernten Bereichen des Abgasstranges ein hoher Aufwand betrieben werden muß.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß der aus mehreren Katalysator-Elementen zusammengesetzte Denox-Katalysator und die zugehörigen Reduktionsmittelzuführungen in einem zusammenhängenden Abschnitt des Abgasstranges untergebracht sind, wodurch sich eine vereinfachte Montage ergibt. Darüber hinaus ergibt sich durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage ein sehr hoher Umsetzungswirkungsgrad für die Reduktion der in den Abgasen enthaltenen Stickoxide. Während bei herkömmlichen einzelnen Denox-Katalysatoren ein NOx- Umsetzungsgrad von weniger als 50 % erzielt wird, können mit der erfindungsgemäßen Reinigungsanlage Umsetzungsgrade von mehr als 75 % erreicht werden. Die Reinigungswirkung für stickoxidhaltige Abgase wird somit beträchtlich gesteigert.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform können die Katalysator-Elemente und die jeweils zugeordneten Reduktionsmittelzuführungen integral in einem gemeinsamen Katalysator-Körper ausgebildet sein. Der erfindungsgemäße Denox- Katalysator kann dadurch wie ein herkömmlicher Katalysator montiert werden. Die Zuführung von Reduktionsmittel erfolgt hierbei vorzugsweise gestuft entlang des Durchströmungsweges des Katalysator-Körpers. Bei einer anderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, das Reduktionsmittel entlang des Katalysator- Körpers kontinuierlich bzw. stufenlos zuzuführen, so daß sich im Inneren des Katalysator-Körpers sehr viele, in Strö ungsrichtung aufeinanderfolgende Katalysator-Abschnitte bzw. Katalysator- Elemente ausbilden.
Gemäß einer anderen Ausführungsform können die einzelnen Katalysator-Elemente jeweils als separater Katalysator-Körper ausgebildet sein, die im Abgasstrangabschnitt in Reihe angeordnet sind, wobei stromauf jedes Katalysator-Körpers die dem jeweiligen Katalysator-Element zugeordnete Reduktionsmittelzuführung in den Abgasstrang einmündet. Hier wird der Denox-Katalysator aus einer Gruppe einzelner Katalysator-Körper aufgebaut, die einfach zu einer Baugruppe zusammengefaßt sein können, z.B. im Rahmen einer Vormontage. Eine solche Baugruppe ist wiederum einfach handhabbar und montierbar.
Um eine Emission der zugeführten Reduktionsmittel zu vermeiden, wird das stromab letzte Katalysator-Element so dimensioiert, daß die darin eintretenden Reduktionsmittel im wesentlichen vollständig oxidiert werden. Die in das stromab letzte Katalysator-Element eintretenden Reduktionsmittel setzen sich zusammen aus dem für dieses Katalysator-Element von der Reduktionsmittelzuführung zugeführten Reduktionsmittel sowie aus den noch nicht oxidierten Restmengen derjenigen Reduktionsmittel, die den stromauf des letzten Katalysator- Elementes angeordneten Katalysator-Elementen zugeführt worden sind.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar .
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine schematisierte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Abgasreinigungsanlage in einer ersten Ausführungsform und Fig. 2 zeigt eine Darstellung wie Fig. 1 , jedoch einer anderen Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Entsprechend den Fig. 1 und 2 ist in einem Abgasstrang 1 einer Brennkraftmaschine 2, insbesondere eines Dieselmotors, ein
Denox-Katalysator 3 angeordnet. Um den Kraftstoffverbrauch der
Brennkraftmaschine 2 möglichst gering zu halten wird die
Brennkraftmaschine 2 mager betrieben, wodurch sich in den
Abgasen ein hoher Anteil von Stickoxiden NOx ergibt. Zur Reduktion dieser Stickoxide wird den Abgasen von einer
Reduktionsmittelzuführungseinrichtung 4 ein Reduktionsmittel, z.B. Kraftstoff, zugegeben. Im Denox-Katalysator 3 erfolgt dann die Reduktion der Stickoxide bzw. die Oxidation des
Reduktionsmittels, wobei die Stickoxide in harmlosere Abgase umgesetzt werden.
Entsprechend Fig. 1 ist der Denox-Katalysator 3 aus mehreren Katalysator-Elementen 5 aufgebaut, die integral in einem gemeinsamen Katalysator-Körper 6 ausgebildet sind. Stromauf jedes einzelnen Katalysator-Elementes 5 wird Reduktionsmittel in den Abgasstrang 1 eingeleitet. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verzweigt sich dabei eine Reduktionsmittelleitung 7 dementsprechend. Der erfindungsgemäße Denox-Katalysator 3 bildet somit ein in herkömmlicher Weise montierbares Bauteil.
Entsprechend Fig. 2 können die einzelnen Katalysator-Elemente 5 jeweils als separate Katalysator-Körper 6 ausgebildet sein, die im Abgasstrang 1 in einem zusammenhängenden Abschnitt des Abgasstranges 1 in Reihe angeordnet sind. Auch hier ist jedem der Katalysator-Körper 6 eine jeweils stromauf angeordnete Reduktionsmittelzuführung zugeordnet. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist zu diesem Zweck für j edes Katalysator-Element 5 eine separate Reduktionsmittelleitung 7 ausgebildet . Da die einzelnen Katalysator-Körper 6 in einem zusammenhängenden Abschnitt des Abgasstranges 1 angeordnet sind, können diese auch einfach zu einer Baugruppe zusammengefaßt werden, die als solche komplett vormontierbar ist und im Rahmen der Endmontage in einem Arbeitsgang im Abgasstrang 1 eingebaut werden kann .
Vorzugsweise sind die einzelnen Katalysator-Elemente 5 baugleich ausgeführt , so daß auch hier kein besonderer Herstellungsaufwand erforderlich ist .
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Denox-Katalysator , bei dem stromauf an einer Stelle Reduktionsmittel in die Abgase eingeleitet wird, kann beim erfindungsgemäßen Denox-Katalysator 3 die erzielbare NOx-Umsetzungsrate deutlich erhöht werden . Da die einzelnen Reduktionsmittelmengen, die den Abgasen stromauf der j eweiligen Katalysator-Elemente 5 zugeführt werden, auf die j eweiligen Katalysator-Elemente 5 abgestimmt sind, kann die vorgenannte Erhöhung des NOx-Umsetzungsgrades auch ohne eine Erhöhung der benötigten Reduktionsmittelmenge erfolgen , so daß Reduktionsmittel und demnach vorzugsweise Kraftstoff eingespart werden kann .

Claims

Ansprüche
1. Abgasreinigungsanlage zur Reduktion von Stickoxiden in sauerstoffhaltigen Abgasen einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Reduktionsmittelzuführungseinrichtung (4) und mit einem Stickoxide reduzierenden Katalysator (Denox-Katalysator 3) , dadurch gekennzeichnet, daß der Denox-Katalysator (3) aus mehreren in Reihe geschalteten Katalysator-Elementen (5) aufgebaut ist, die in einem zusammenhängenden Abschnitt eines Abgasstranges (1) angeordnet sind, wobei die Reduktionsmittelzuführungseinrichtung (4) jedem Katalysator- Element (5) separat Reduktionsmittel eingangsseitig zuführt.
2. Reinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysator-Elemente (5) und die jeweils zugeordnete Reduktionsmittelzuführung integral in einem gemeinsamen Katalysator-Körper (6) ausgebildet sind.
3. Reinigungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reduktionsmittelzuführung entlang des Katalysator-Körpers (6) im wesentlichen kontinuierlich und stufenlos erfolgt.
4. Reinigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysator-Elemente (5) jeweils als separater Katalysator-Körper (6) ausgebildet sind, die im Abgasstrangabschnitt in Reihe angeordnet sind, wobei stromauf jedes Katalysator-Körpers (6) die dem jeweiligen Katalysator- Element (5) zugeordnete Reduktionsmittelzuführung in den Abgasstrang (2) einmündet.
5. Reinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das stromab letzte Katalysator-Element (5) so bemessen ist, daß die bis dahin noch in den Abgasen vorhandenen Reduktionsmittel im wesentlichen vollständig oxidieren.
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